《机械制造工艺学（第三版）》课件 第0-4章 绪论、机械制造基础知识-机械加工工艺规程

一、机械制造工艺概述工艺是指产品的制造方法和过程。工艺过程是指在生产过程中直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置关系以及物理性能的过程。机械制造工艺是指机械产品的制造方法和过程，通常包括零件的毛坯制造、机械加工、热处理和产品的装配等。机械制造工艺过程是指那些与原材料变成机械产品直接有关的过程，包含零件的加工工艺过程和产品的装配工艺过程两部分。二、本课程的主要学习内容和任务1.培养学生掌握机械制造的基础知识和基本方法。2.培养学生具有综合处理机械制造工艺过程中质量、生产效率和经济性关系的能力。3.培养学生具有编制机械加工工艺规程的能力。4.培养学生具有分析和解决机械制造一般技术问题的能力。三、本课程的学习要求1.了解机械加工设备的主要结构、性能和加工范围，并能根据要求合理选用。2.掌握各种表面的加工方法和典型零件的加工工艺分析方法。3.掌握机械加工质量的分析方法，初步具备分析和处理与机械加工质量有关的工艺技术问题的能力。4.掌握机械加工工艺规程的编制方法。5.掌握保证装配精度的方法。6.了解特种加工、超精密加工、高速切削加工和增材制造技术的基本知识。四、本课程的特点及学习方法1.本课程综合性强、内容丰富，涉及各类制造方法和过程，如从毛坯制造、热处理到机械加工、表面处理和装配，还涉及设备、工艺装备等。学习时，要善于将已学过的基础课和专业课知识合理地运用于本课程的学习之中。2.机械制造技术同生产实际密切相关，其理论源于生产实践，是长期生产实践的总结。深入生产一线实践有利于学生掌握本课程的知识，提高对知识的应用能力。因此，在学习本课程时要注意与生产实践相配合。3.机械制造技术的应用有很大的灵活性。对同一个零件，在工艺设计上可能有多种方案。生产过程必须根据具体条件，全面地进行分析，灵活运用理论知识，优选最佳方案。§1-3零件毛坯的选择31§1-1金属切削机床的型号

2§1-2常见金属切削机床及刀具§1-4零件的热处理方法4§1-1金属切削机床的型号一、金属切削机床的分类1.按加工性质和所用刀具不同，机床分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床共11大类。2.按加工精度不同，机床分为普通机床、精密机床和高精度机床。3.按使用范围不同，机床分为通用机床、专门化机床和专用机床。4.按自动化程度不同，机床分为一般机床、半自动机床和自动机床。5.按机床的自重不同，机床分为仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床等。二、金属切削机床型号的编制我国目前使用的机床型号按《金属切削机床型号编制方法》（GB/T15375—2008）编制，由大写的汉语拼音字母及阿拉伯数字按一定规律组合而成，适用于新设计的各类通用及专用金属切削机床及自动线（不包括组合机床、特种加工机床）。机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”，前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业决定。机床的类代号用大写的汉语拼音字母表示，如车床用“C”表示，钻床用“Z”表示。必要时，每类可分为若干分类。分类代号在类代号之前，作为型号的首位，用阿拉伯数字表示。第一分类代号的“1”省略，第二、三分类代号的“2”“3”则应予以表示。1.金属切削机床的分类及代号通用特性代号和结构特性代号用大写的汉语拼音字母表示，位于类代号之后。（1）通用特性代号：通用特性代号有统一的规定含义，它在各类机床的型号中表示的意义相同。通用特性代号按其相应的汉字字意读音。例如，“CK”表示数控车床。机床的通用特性代号见表1-2。2.通用特性代号、结构特性代号（2）结构特性代号：1）结构特性代号用汉语拼音字母（通用特性代号已用的字母和I、O两字母不用）A、B、C、D、E、L、N、P、T、Y表示。2）当单个字母不够用时，可将两个字母组合起来使用，如AD、AE或DA、EA等（1）机床的组、系划分原则

：将每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系（系列）。组、系的划分原则如下。1）在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床为同一组。2）在同一组机床中，主参数相

同、主要结构及布局形式相同的机床为同一系。3.机床的组、系划分原则及代号（2）机床的组、系代号：机床的组用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号、结构特性代号之后；机床的系用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。主参数代号用机床最大的加工尺寸或与此有关的机床部件的折算值表示，位于系代号之后。当折算值大于1时，则取整数，前面不加“0”；当折算值小于1时，则取小数点后第一位数，并在前面加“0”。4.主参数的表示方法某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号从1开始，当设计顺序号小于10时，由01开始编号。5.通用机床的设计顺序号（1）主轴数的表示方法：对于多轴车床、多轴钻床、排式钻床等机床，其主轴数应以实际数值列入型号，置于主参数之后，用“×”分开，读作“乘”；单轴时可省略，不予表示。6.主轴数和第二主参数的表示方法（2）第二主参数的表示方法：第二主参数（多轴机床的主轴数除外）一般不予表示，如有特殊情况，需在型号中表示。当对机床的结构、性能有更高的要求，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，要按改进的先后顺序选用A、B、C等汉语拼音字母（但I、O两个字母不得选用）表示，并加在型号基本部分的尾部，以区别原机床型号。7.机床的重大改进顺序号其他特性代号置于辅助部分之首。其中，同一型号机床的变型代号一般应放在其他特性代号之首位。8.其他特性代号及其表示方法（1）其他特性代号的含义：其他特性代号主要用以反映各类机床的特性。（2）其他特性代号的表示方法：其他特性代号可用汉语拼音字母（I、O两个字母除外）表示，其中L表示联动轴数，F表示复合。当单个字母不够用时，可将两个字母组合起来使用，如AB、AC、AD等或BA、CA、DA等。其他特性代号也可以用阿拉伯数字表示，还可以用阿拉伯数字和汉语拼音字母组合表示。1.MG1432A：“MG1432A”表示高精度万能外圆磨床，最大磨削直径为320mm，经过第一次重大改进，无企业代号。2.Z3040×16：“Z3040×16”表示摇臂钻床，最大钻孔直径为40mm，最大跨距为1600mm。三、金属切削机床型号示例3.THM6350：“THM6350”表示精密镗卧式加工中心，工作台最大宽度为500mm。4.MKG1340：“MKG1340”表示高精度数控外圆磨床，最大磨削直径为400mm。§1-2常见金属切削机床及刀具一、车床与车刀（1）主轴箱：主轴箱固定在床身的左端，箱内装有主轴部件和主运动变速机构。通过改变操纵箱外变速手柄的位置，可以使主轴有不同的转速。主轴右端有外螺纹，用以安装卡盘等附件，其内表面为莫氏锥孔，用以安装顶尖。（2）交换齿轮箱：交换齿轮箱也称挂轮箱，它将主轴的回转运动传递给进给箱。更换箱内的齿轮，配合进给箱变速机构，可以车削各种导程的螺纹，并满足车削时对纵向和横向不同进给量的需求。1.CA6140型卧式车床的主要组成部件及功用（3）进给箱：进给箱安装在床身的左前侧，是改变进给量、传递进给运动的变速机构。它把交换齿轮箱传递过来的运动，经过变速后传递给丝杠或光杠。（4）溜板箱：溜板箱装在床鞍的下面，是纵向、横向进给运动的分配机构。（5）刀架部分：刀架部分由床鞍、中滑板、小滑板和刀架等组成。刀架用于装夹车刀并带动车刀做纵向、横向、斜向和曲线运动，从而使车刀完成工件各种表面的车削。（6）尾座：尾座安装在床身导轨右端，可沿导轨纵向移动。尾座可安装顶尖，以支承较长工件；也可安装钻头或铰刀进行孔加工。（7）床身：床身是车床的基础部件，主要用于支承和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。（8）照明、切削液供给装置：照明灯使用安全电压，为操作者提供充足的光线，保证明亮清晰的操作环境。切削液被切削液泵加压后，通过切削液管喷射到切削区域。（1）主运动：CA6140型卧式车床的主运动就是工件的旋转运动。2.车削运动（2）进给运动：CA6140型卧式车床的进给运动就是刀具的移动。3.车床的功用3.车床的功用3.车床的功用4.车刀4.车刀4.车刀二、铣床与铣刀1.铣床2.铣床的功用2.铣床的功用3.铣刀3.铣刀3.铣刀3.铣刀三、刨床和刨刀

1.牛头刨床2.龙门刨床3.刨床的功用4.刨刀1.插床四、插床与插刀2.插床的运动3.插床的功用4.插刀五、磨床与砂轮1.外圆磨床（1）外圆磨床的结构：图1-14所示为万能外圆磨床，它主要由床身、头架、砂轮架、工作台、尾座、内圆磨头等部件组成。1）床身。床身用以支承磨床其他部件。床身上面有纵向导轨和横向导轨，分别为磨床工作台和砂轮架的移动导轨。2）头架。头架主轴可与卡盘连接或安装顶尖，用以装夹工件。头架主轴由头架上的电动机经带传动、头架内的变速机构带动旋转，实现工件的圆周进给。3）砂轮架。砂轮装在砂轮架主轴的前端，由单独的电动机驱动做高速旋转运动。砂轮架可以通过液压系统或横向进给手轮带动砂轮实现机动或手动横向进给。4）工作台。工作台由上、下两层组成，上层可绕下层中心线在水平面内顺（逆）时针旋转3°（共6°），以便磨削小锥角的长圆锥工件。5）尾座。尾座套筒内安装尾顶尖，用以支承工件的另一端。6）内圆磨头。内圆磨头上装有内圆磨具，用来磨削内圆。它由专门的电动机经平带带动其主轴高速旋转，实现内圆磨削的主运动。（2）主运动和进给运动1）主运动。磨削外圆时，主运动为砂轮的旋转运动；磨削内圆时，主运动为内圆磨头上内圆磨具（砂轮）的旋转运动。2）进给运动。进给运动包括工件的圆周进给运动、工作台的纵向进给运动和砂轮架的横向进给运动。常用的平面磨床按其砂轮轴线位置和工作台的结构特点不同，可分为卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等几种类型，如图1-15所示。2.平面磨床（1）平面磨床组成1）工作台。矩形工作台安装在床身的水平纵向导轨上，由液压传动系统实现纵向直线往复移动，利用撞块自动控制换向。工作台上装有电磁吸盘，用于固定、装夹工件或夹具。2）磨头。装有砂轮主轴的磨头可沿床鞍上的水平燕尾导轨移动，磨削时的横向步进进给和调整时的横向连续移动由液压传动系统实现，也可用横向手轮手动操纵。（2）主运动与进给运动1）主运动。磨头主轴上砂轮的旋转运动是主运动。2）进给运动。进给运动包括工作台的纵向进给运动、砂轮的横向和垂直进给运动。①工作台的纵向进给运动。工作台的纵向进给运动由液压传动系统实现，移动速度范围为1～18m/min。②砂轮的横向进给运动。砂轮的横向进给运动在工作台每一个往复行程终了时，由磨头沿床鞍的水平导轨横向步进实现。③砂轮的垂直进给运动。手动使床鞍沿立柱垂直导轨上下移动，用以调整磨头的高低位置和控制背吃刀量。3.磨床的功用3.磨床的功用4.砂轮六、钻床与钻削刀具1.钻床2.钻床的功用3.钻削常用刀具卧式铣镗床（图1-23）为通用机床，可进行钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、锪平面及铣削等工作，同时机床带有固定的平旋盘，平旋盘中的滑块可做径向进给，因此，能镗削较大尺寸的孔以及车外圆、车平面、切槽等。七、镗床与镗刀1.卧式铣镗床镗削时，工件被装夹在工作台上，并由工作台带动做进给运动；镗刀用镗刀杆或刀盘装夹，由主轴带动旋转做主运动。主轴在旋转的同时，可根据需要做轴向移动，以取代工作台做进给运动。2.卧式镗床的运动3.镗床的功用4.镗刀八、拉床与拉刀1.拉床的结构2.拉床的运动拉床的运动只有拉刀的直线运动（主运动），径向进给由刀齿的齿升量保证。3.拉床的功用4.拉刀九、滚齿机与滚刀1.滚齿机的结构2.滚齿机的运动滚齿机的运动有主运动（滚刀的旋转运动）、分齿运动（工作台的旋转运动）、滚刀垂直进给运动和滚刀径向进给运动。3.滚齿机的功用滚齿机主要用于切削加工直齿、斜齿圆柱齿轮等外啮合单联齿轮，还可用于切削加工蜗轮、链轮等。4.滚齿常用刀具十、插齿机与插齿刀1.插齿机的结构2.插齿机的运动插齿运动如图1-32所示，包括主运动（插齿刀的上下往复直线运动）、分齿运动（插齿刀与工件分别绕自身轴线旋转的啮合运动）、圆周进给运动、径向进给运动和让刀运动。3.插齿机的功用插齿机主要用于插削加工内外啮合的直齿圆柱齿轮、多联齿轮、扇形齿轮和齿条。4.插齿常用刀具§1-3零件毛坯的选择通过铸造的方法所得到的金属工件或毛坯称为铸件。铸造是指将熔融金属浇注、压射或吸入铸型腔中，待其凝固后得到一定形状和性能铸件的方法。一、铸件1.基本概念2.铸件的生产过程及应用（1）砂型铸造1）基本概念。砂型铸造是指用型砂紧实成形，将熔融金属浇入砂型内获得铸件的铸造方法。2）砂型铸造工艺过程。图1-34所示为齿轮毛坯的砂型铸造工艺过程。3）砂型铸造的应用。砂型铸造适用于铁合金材料及对尺寸精度和表面质量要求不高的铸件的生产。（2）金属型铸造1）基本概念。通过重力作用进行浇注，将熔融金属浇入金属铸型内获得铸件的方法称为金属型铸造。2）金属型铸造工艺过程。3）金属型铸造的应用。金属型铸造主要适用于形状不太复杂、壁厚不是很薄的小型有色金属铸件的大批大量生产。（3）压力铸造1）基本概念。使熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法称为压力铸造，简称压铸。2）压力铸造工艺过程。3）压力铸造的应用。压力铸造是实现少切削或无切削的有效途径之一，目前已广泛应用于铁合金和有色金属的铸件生产。（4）离心铸造1）基本概念。将熔融金属浇入旋转的铸型中，在离心力作用下，金属液布满型腔并随铸型一起转动，在转动中凝固形成铸件的铸造方法称为离心铸造。2）离心铸造工艺过程。3）离心铸造的应用。离心铸造适用于钢、铸铁、有色金属或双金属管状铸件的生产。（5）熔模铸造1）基本概念。用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成形壳，熔出模样后经高温焙烧，然后进行浇注的铸造方法称为熔模铸造，熔模铸造又称失蜡铸造。2）熔模铸造工艺过程。3）熔模铸造的应用。由于型壳的耐火性好，熔模铸造主要用于成批、形状复杂、高熔点以及难加工的小型精密合金铸件的生产。（6）陶瓷型铸造1）基本概念。用陶瓷浆料制成铸型生产铸件的铸造方法称为陶瓷型铸造。2）陶瓷型铸造工艺过程。陶瓷型铸造是在熔模铸造的基础上发展起来的一种新的铸造工艺。其工艺过程与熔模铸造相似。3）陶瓷型铸造的特点。采用陶瓷型铸造方法生产的铸件，具有较高的尺寸精度和表面质量，尺寸精度可达IT3级，表面粗糙度值可达Ra1.6μm，能达到少切削或无切削加工的目的。4）陶瓷型铸造的应用。陶瓷型铸造主要用于铸造大型厚壁精密铸件或铸造单件、小批量的冲模、锻模、塑料模、金属模、压铸模、玻璃模等各种模具。锻件是指金属材料经过锻造变形而得到的工件或毛坯。锻造是指在压力设备及工（模）具的作用下，使金属坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。二、锻件1.基本概念2.锻件的生产过程及应用（1）自由锻1）基本概念。只用简单的通用工具，或在锻造设备的上下砧间直接使坯料变形，从而获得所需几何形状及内部质量的锻件的锻造方法称为自由锻2）自由锻的工艺过程。首先将坯料放入加热炉加热至始锻温度，取出放到锻造设备的上下砧间进行锻压，或使用铁砧、铁锤等简单的通用工具直接打击坯料，经过镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断等工艺，使之产生变形；当坯料温度降至终锻温度时，重新放入加热炉加热，重复以上工艺，直到最后获得所需要的锻件。3）自由锻的应用。主要用于单件、小批量生产和大型及特大型的锻件的制造。（2）胎模锻1）基本概念。胎模锻是自由锻与模锻相结合的加工方法，即在自由锻设备上使用可移动的模具生产锻件。2）胎模锻工艺过程。以图1-40所示锤头胎模结构为例。使用胎模锻生产锻件时，下模置于空气锤的下砧上，但不固定。坯料放在胎模内，合上上模，用锤头锻打上模，待上下模合拢后，便形成锻件。（3）模锻1）基本概念。模锻是指在专用的模锻设备上进行的锻造。常用的模锻设备有模锻空气锤、螺旋压力机、平锻机、模锻水压机等。锻模紧固在锤头（或滑块）与砧座（或工作台）上。锤头沿导向性良好的导轨运动，砧座通常与模锻设备的机架连接成整体。2）模锻的工艺过程。图1-41所示为连杆弯形的多模膛锻模及其模锻过程。图1-41中的滚挤、弯形、拔长等模膛都属于制坯模膛。3）模锻的应用。模锻主要用于毛坯精度要求较高、大批量小型锻件的生产。三、焊件由焊接方法连接的组件称为焊件。焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件连接在一起的方法。焊件经过焊接后形成的接合部分称为焊缝，被焊的焊件称为母材，两个焊件的连接处称为焊接接头。焊接最本质的特点是通过焊接使焊件达到结合，从而将原来分开的物体变成永久性连接的整体。焊件从某种意义上讲是一个合件，由多个零件组成，这些零件直接采用型材下料，必要时对每个零件进行坡口加工，定位后进行焊接而成。1.基本概念2.焊件的生产过程及应用四、型材

这类零件一般以零件最大外径为参考尺寸，加上毛坯的加工余量，比照型材规格选择最接近的型材即可。套类零件则需考虑双向加工余量，单向余量确定方法同上。1.光轴零件或直径尺寸相差不大的轴类零件2.套类零件五、零件毛坯的选择

脆性材料不宜选择锻件毛坯，如材料为铸铁和青铜的零件应选择铸件毛坯。零件形状不复杂、力学性能要求不太高的钢质零件，可选择型材毛坯；力学性能要求较高的重要钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻件毛坯。1.零件材料的工艺性能2.零件材料的力学性能3.零件的结构形状与外形尺寸形状复杂的零件，一般用铸件毛坯。一般用途的台阶轴，如果各台阶直径相差不大，可用圆棒型材毛坯；如果各台阶直径相差较大，为节省材料和减小切削工作量，宜选择锻件毛坯。大型板状零件可以选择焊件毛坯。§1-4零件的热处理方法将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。一、常用的热处理方法1.退火退火的目的一是降低金属材料的硬度，提高塑性，改善材料的切削性能；二是细化晶粒，均匀金属材料的组织及成分，改善金属材料的性能，为以后的热处理做准备；三是消除毛坯的内应力，以防止零件变形和开裂。常用的退火方法有完全退火、球化退火和去应力退火。（1）完全退火：将钢加热到完全奥氏体化，保温后随炉缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的工艺称为完全退火。完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑性，为切削加工和最终热处理做准备。（2）球化退火：为使钢中碳化物呈球状化而进行的退火称为球化退火。球化退火适用于共析钢及过共析钢，目的是球化渗碳体，降低硬度，改善切削加工性能并为淬火做准备。（3）去应力退火：为去除由于塑性变形、焊接等原因造成的内应力以及铸件内部存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。其目的是消除内应力，稳定工件尺寸并防止其变形与开裂。2.正火将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的目的是提高金属材料的硬度，降低塑性，改善金属材料的切削性能；其余目的与退火相同。各种退火、正火的热处理工艺曲线如图1-44所示。3.淬火与表面淬火（1）淬火:将钢件加热到某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是把奥氏体化的钢件淬成马氏体或贝氏体组织，然后和不同回火温度相配合，获得所需的力学性能。淬火工艺通常用淬透性和淬硬性两个指标来衡量。淬透性是指在规定条件下，钢材淬硬深度和硬度分布的特性。淬硬性是指钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。（2）表面淬火：仅对零件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。这种热处理方法是将零件表层迅速加热到淬火起始温度（此时零件心部仍接近室温状态），随即快速冷却，从而达到表面淬火的目的。钢件淬火后，再加热到某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。（1）淬火钢回火的目的1）减少或消除零件淬火时产生的内应力，防止零件在使用过程中的变形和开裂。4.回火2）通过回火提高钢的韧性，适当调整钢的强度和硬度，使零件达到所要求的力学性能，以满足零件的技术要求。3）稳定组织，避免零件在使用过程中发生组织转变，保证零件的精度。（2）回火工艺1）低温回火（150～250℃）。低温回火得到的组织是回火马氏体，其具有高硬度（58～64HRC）、高耐磨性和一定的韧性。2）中温回火（250～500℃）。中温回火得到的组织是回火屈氏体，其具有高弹性极限、屈服强度和适当的韧性，硬度可达40～50HRC。3）高温回火（500～650℃）。高温回火得到的组织是回火索氏体，其具有良好的综合力学性能（足够的强度与高韧性相配合），硬度达25～40HRC。生产中常把钢的淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。5.调质调质主要是为了获得良好的综合力学性能，提高零件的安全可靠性。将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺称为渗碳，目的是提高钢件表层的碳的质量分数。在一定的温度下，使活性氮原子渗入零件表面的化学热处理工艺称为渗氮。其目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。渗氮处理可获得很高的硬度和耐磨性。6.渗碳7.渗氮二、热处理方法的选择及工序安排用作改善材料切削性能的热处理方法有正火和退火。用来改善切削性能的热处理工艺通常安排在毛坯加工之后、切削加工之前进行。1.改善切削性能用来改善零件的使用性能的热处理方法有调质和正火。由于受到淬透性的影响，为了保证零件的使用性能，调质一般安排在粗加工之后、半精加工之前进行。正火一般安排在毛坯加工之后进行。2.改善零件的使用性能用来提高零件表面硬度的热处理方法有表面淬火、表面渗碳和表面渗氮等。3.提高表面硬度4.消除内应力用来消除内应力的方法有正火、退火、回火、冰冷处理、振动时效以及自然时效。正火、退火、回火需要加热，消除内应力的效果好冰冷处理是利用冷媒作为冷却介质，将淬火后金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度（-196℃），保持一定时间，然后将温度逐步回升到常温状态的一种消除内应力方法。§2-3平面机械加工方法的选择31§2-1外圆表面机械加工方法的选择

2§2-2内孔机械加工方法的选择§2-4螺纹机械加工方法的选择4§2-5成形表面机械加工方法的选择5§2-1外圆表面机械加工方法的选择一、外圆表面的技术要求1.尺寸精度：外圆表面的尺寸精度主要指结构要素的精度，通常指径向和轴向的尺寸精度。2.形状精度：外圆表面的形状精度一般指外圆表面的圆度、圆柱度、轴线直线度等。3.位置精度：轴类零件的位置精度主要有外圆表面之间的同轴度、端面对轴线的垂直度等。4.表面质量：外圆表面的表面质量即各外圆表面上所标注的表面粗糙度。二、外圆表面的加工方法工件旋转为主运动，车刀做进给运动的切削加工方法称为车削。（1）车削加工的特点1）车刀结构简单，刚度高，制造、刃磨和装夹方便，价格低廉。2）车削过程平稳，有利于提高生产效率。3）可在一次装夹中完成内外圆、端面和槽的加工，能保证较高的同轴度、外圆轴线与端面的垂直度等。1.车削（2）外圆表面的车削及其加工精度1）粗车。粗车的加工精度一般可达IT13～IT11级，表面粗糙度值可达Ra50～12.5μm。2）半精车。半精车加工精度可达IT10～IT9级，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm。3）精车。精车加工精度可达IT8～IT7级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm。4）精细车。精细车加工精度可达到IT6级以上，表面粗糙度值可达Ra0.4μm左右用砂轮以较高的线速度对工件表面进行加工的方法称为磨削。2.磨削（1）磨削的特点1）磨粒硬度高，能切除硬而薄的切屑。2）砂轮磨粒的等高性好，能获得较好的表面质量。3）由于磨钝的砂粒在外力的作用下会脱落（及时更新），因此砂轮具有自锐性。4）磨削温度高，容易产生烧伤现象。（2）外圆表面的磨削及其加工精度1）粗磨。加工精度可达到IT9～IT8级，表面粗糙度值可达Ra6.3～0.8μm。2）精磨。加工精度可达到IT7～IT6级，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.2μm。3）精密磨削、超精密磨削。它们都是精密加工方法，加工精度可达IT6～IT5级，表面粗糙度值可达Ra0.16～0.01μm。（3）外圆表面的磨削方法1）中心磨削。中心磨削是以工件的两中心孔在磨床的前后顶尖上定位进行磨削的方法，可以修正位置误差。①纵磨法。如图2-1a所示，砂轮高速旋转，工件装在前后顶尖上，工件旋转并和工作台一起做纵向往复进给运动，实现对工件整个外圆表面的磨削。②横磨法。如图2-1b所示，由于砂轮厚度大于工件被磨削外圆的长度，工件无须做纵向进给运动。当工件旋转时，砂轮慢速做连续的横向进给运动，直至达到尺寸要求。2）无心磨削。如图2-2所示，无心磨削是将工件放置在托板上，导轮相对于砂轮的轴线倾斜α

角，其线速度v

分解为两个分速度v

导水平和v

导垂直，分别带动工件做轴向进给运动和圆周进给运动。三、一般外圆表面加工方案分析加工精度要求低、表面粗糙度值要求较大的各种工件的外圆表面（淬火件除外），经粗车即可达到要求。加工精度可达IT10～IT9级，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm。未淬火钢件、铸铁件及有色金属件的外圆表面，粗车后再经过半精车和精车即可达到要求。加工精度可达IT9～IT8级，表面粗糙度值可达Ra3.2～1.6μm。1.低精度的加工方案2.中等精度的加工方案加工精度要求较高的淬火钢件、非淬火件和铸铁件外圆表面，其加工方案为粗车→半精车→磨削。加工精度可达IT8～IT7级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm。精度要求更高的钢件和铸铁件，除车削、磨削外，还需增加精磨或超精加工等工序，其加工方案为粗车→半精车→粗磨→精磨→精密磨削。加工精度可达IT6～IT5级，表面粗糙度值可达Ra0.16～0.01μm。3.较高精度的加工方案4.高精度的加工方案分析图2-3所示的台阶轴外圆表面的加工方案。四、生产实例分析（1）尺寸精度（2）形状精度1.技术要求（3）位置精度（4）表面质量2.加工方法分析及加工方案拟定§2-2内孔机械加工方法的选择一、内孔的技术要求1.尺寸精度：内孔的尺寸精度指孔径和孔长的尺寸精度。2.形状精度：内孔的形状精度指内孔的圆度、圆柱度及轴线的直线度等。3.位置精度：内孔的位置精度一般包括孔的轴线与基准端面的垂直度，孔与孔（或孔与外圆表面）之间的对称度、位置度，孔与孔（或孔轴线与相关平面）轴线之间的平行度等。4.表面质量：内孔的表面质量指内孔表面粗糙度。二、内孔的加工方法

（1）钻孔：钻孔是利用钻头在实体材料上加工孔的工艺方法。1.钻孔、扩孔和铰孔1）钻孔特点。钻孔属于粗加工，加工精度可达IT13～IT11级，表面粗糙度值可达Ra50～12.5μm。钻削时，由于刀具刚度低，钻头容易引偏，排屑和散热都较困难，所以生产效率低，加工精度低。2）钻孔方式。图2-4a所示为在车床上钻孔，钻孔时工件旋转，刀具进给，加工中若刀具引偏，会造成工件孔径扩大。图2-4b所示为在钻床上钻孔，钻孔时工件不动，刀具既旋转又进给，加工中若刀具引偏，会造成工件孔轴线弯曲。（2）扩孔：扩孔是用扩孔钻对已钻出、铸出、锻出或冲出的孔进行加工的方法，如图2-5所示。扩孔相当于半精加工，加工精度可达IT10级，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm。（3）铰孔：铰孔是在半精加工（扩孔或半精镗孔）的基础上，用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层的加工方法，如图2-6所示。铰孔一般作为未淬火小孔的精加工方法，加工精度可达IT8～IT6级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.4μm。铰孔分手铰和机铰两种。铰孔的精度取决于铰刀的质量和安装方式。铰孔只能提高孔本身的尺寸精度及形状精度，但不能校正孔轴线的位置精度。镗孔是指以镗刀旋转为主运动，工件或镗刀做进给运动的加工方法，如图2-7所示。镗孔是在工件已有孔的基础上对孔径进行扩大的加工方法。（1）镗孔的特点：镗孔除了能提高尺寸精度和表面质量，还可以修正孔轴线的直线度误差，且较容易保证各孔的孔距精度和位置精度。2.镗孔（2）镗孔的加工阶段1）粗镗。粗镗的加工精度可达IT13～IT11级，表面粗糙度值可达Ra50～12.5μm。2）半精镗。半精镗的加工精度可达IT10～IT9级，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm，用于磨削加工和精加工的预加工，或中等精度内孔的终加工。3）精镗。精镗的加工精度可达IT8～IT6级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm，用于精度较高内孔的精加工或作为珩磨孔的预加工。采用拉刀加工内孔的方法称为拉孔，如图2-8所示。（1）拉孔的特点：加工精度可达IT8～IT7级，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.4μm，加工质量稳定，生产效率高，加工时以孔本身定位，不能修正孔的轴线歪斜，不能加工台阶孔和盲孔。3.拉孔（2）拉孔的适用场合：拉削加工一般用于大批大量生产。用磨削加工工件内孔的方法称为磨孔，如图2-9所示。（1）磨孔的特点：加工精度可达IT7级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.4μm。磨孔不仅能获得较高的尺寸精度和表面质量，而且还可以提高孔的形状精度和位置精度。4.磨孔（2）磨孔的适用场合：磨孔是一种比较理想的内孔加工方法，适用于加工硬度较高，尤其是淬火后高硬度的孔。珩磨孔是用油石条进行孔加工的一种高效率和高精度的光整加工方法，如图2-10所示。加工精度可达IT5～IT4级，表面粗糙度值可达Ra0.2～0.025μm。5.珩磨孔对于精度要求不高的未淬火钢件、铸铁件及有色金属件，经一次钻孔即可达到要求，加工精度可达到IT13～IT11级，表面粗糙度值可达Ra50～12.5μm。三、一般内孔加工方案分析1.低精度内孔的加工方案2.中等精度内孔的加工方案对于精度要求中等的未淬火钢件、铸铁件及有色金属件，当孔径小于20mm时，采用钻孔后扩孔的加工方案；当孔径大于20mm时，采用钻孔、镗孔以达到要求。加工精度可达到IT10～IT9级，表面粗糙度值可达Ra6.3～3.2μm。3.较高精度内孔的加工方案对于精度要求较高的零件（除淬火钢件外），当孔径小于20mm时，应采用钻孔后铰孔的加工方案；当孔径大于20mm时，应采用“钻孔→扩孔→铰孔或钻孔→镗孔→磨孔”的加工方案。加工精度可达到IT8～IT7级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.4μm。4.高精度内孔的加工方案对于精度要求很高的零件，当孔径小于12mm时，可采用“钻→粗铰→精铰”的加工方案；当孔径大于12mm时，视具体条件可选“钻孔→扩孔→粗铰孔→精铰孔”或“钻孔→扩孔→粗磨孔→精磨孔→珩磨孔”的加工方案。上述方案的加工精度可达到IT7～IT6级，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.1μm。四、生产实例分析1.识读内孔的技术要求（1）尺寸精度：图2-11a所示内孔的孔径为30mm，孔长为40mm，均未标注公差，尺寸精度要求不高。图2-11b所示内孔的孔径为30mm，尺寸精度要求较高（H6）；孔长为55mm，未标注公差，尺寸精度要求不高。（2）形状精度：图2-11a所示的内孔未标注相应的形状公差要求，图2-11b所示内孔的圆柱度公差值为0.01mm。（3）位置精度：图2-11a所示的φ30mm孔轴线未标注相应的位置公差要求，图2-11b所示的φ30H6孔的轴线与基准端面的垂直度公差值为φ0.03mm。（4）表面质量：图2-11a所示内孔的表面粗糙度值为Ra3.2μm，图2-11b所示内孔的表面粗糙度值为Ra0.4μm。2.选择套类零件内孔的加工方法图2-11a所示套类零件的内孔采用钻孔进行粗加工，采用扩孔进行精加工；图2-11b所示套类零件的内孔采用钻孔进行粗加工，镗孔作为半精加工、磨孔作为精加工。（1）φ30mm内孔的加工方案为：钻孔→扩孔（或半精镗）。（2）φ30H6内孔的加工方案为：钻孔→扩孔（或半精镗）→磨孔→珩磨。3.套类零件内孔加工方案图2-12所示锥套的内表面为莫氏圆锥，下面将介绍内圆锥孔的加工。五、内圆锥孔的加工（3）专用圆锥：专用圆锥一般有1∶4、1∶12、1∶50、7∶24等号，多应用于机器零件或某些刀具特殊部位。（1）莫氏圆锥：莫氏圆锥分为0、1、2、……、6，共7个号，其中0号尺寸最小，6号尺寸最大（其半锥角α/2在1°30′左右），且每个号的锥角均不相同。1.常用标准圆锥的种类（2）米制圆锥：米制圆锥一般有4、6、80、100、120、140、160、200等号，其号数是指大端直径尺寸，各号圆锥的锥度固定不变，均为1∶20。例如120号，其大端直径为120mm，锥度为1∶20。（1）铰内圆锥孔：锥形铰刀分粗铰刀和精铰刀两种，如图2-13所示。粗铰刀的刀槽少，容屑空间大，并在切削刃上开有分屑槽，因此产生的切屑较短，排屑容易。精铰刀做成锥度精确的直线刀齿并留有很小的棱边，以保证锥孔质量。2.内圆锥孔的加工方法（2）内圆锥孔的车削1）转动小滑板法。用转动小滑板法车削图2-12所示内圆锥孔时，只需把小滑板按工件要求的锥度转动一定的角度即可。2）靠模法。靠模法是使刀具按模板给定的轨迹进给，车出所需内圆锥孔的加工方法。（3）内圆锥孔的磨削磨内圆锥孔时，转动磨床砂轮架、头架或工作台，使被加工内圆锥孔母线与轴线间的夹角等于半锥角，如图2-14所示。磨削内圆锥孔的加工精度可达IT6级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm。3.选择锥套内圆锥孔的加工方法内圆锥孔为4号莫氏锥孔，表面粗糙度值为Ra1.6μm，可用标准莫氏铰刀进行铰削加工。经钻孔、扩孔、镗孔后，用成形铰刀完成加工。对于图2-12所示的内圆锥孔，也可采用车削方法来完成半精加工，采用磨削方法来完成精加工，这种方法更适用于尺寸较大的内圆锥孔的加工。4.内圆锥孔的检验方法（1）锥度量规：对于标准圆锥或配合精度要求较高的圆锥工件，一般可使用锥度量规来检验。锥度量规分锥度套规和锥度塞规两种，如图2-15所示。（2）内圆锥孔的检验方法：莫氏内圆锥孔的检验一般用标准莫氏锥度塞规着色检验。检验时，首先在锥度塞规表面顺着圆锥素线用显示剂涂上薄而均匀的三条线（线与线相隔120°），然后将锥度塞规轻轻地塞入工件的内圆锥孔中，稍加轴向推力将锥度塞规转动1/4圈后取出，观察显示剂擦去的情况。若三条显示剂全长擦痕均匀，说明圆锥接触良好，工件锥度正确；若小端擦去，大端未擦去，说明圆锥角太大；反之，说明圆锥角太小§2-3平面机械加工方法的选择1.形状精度平面的形状精度主要指平面的平面度。2.方向精度和位置精度平面的方向精度和位置精度主要指平面对基准的垂直度、平行度，两平面相对基准的对称度等。3.表面质量平面的表面质量指平面的表面粗糙度要求。一、平面的技术要求如图2-17所示，刨削可以加工水平面、垂直面和斜面。由于刨削回程不切削，故生产效率较低。刨削加工精度较低，一般为IT9～IT8级，表面粗糙度值为Ra6.3～3.2μm。二、平面的加工方法

1.平面的刨削2.平面的铣削铣刀旋转为主运动，工件做进给运动的切削加工方法称为铣削。（1）铣削加工阶段1）粗铣。粗铣的加工精度为IT12～IT11级，表面粗糙度值为Ra25～12.5μm。2）半精铣。半精铣的加工精度为IT10～IT9级，表面粗糙度值为Ra6.3～3.2μm。3）精铣。精铣的加工精度为IT8～IT7级，表面粗糙度值为Ra3.2～1.6μm。（2）铣削平面方式1）周铣。用圆柱形铣刀加工零件表面的方法称为周铣，如图2-18a所示。周铣又可分为逆铣（图2-18b）和顺铣（图2-18c）两种方式。①逆铣。铣刀每一刀齿在工件切入处的切削速度方向与工件进给运动方向相反。②顺铣。铣刀每一刀齿在工件切入处的切削速度方向与工件进给运动方向相同。2）端铣。用面铣刀进行铣削的加工方法称为端铣，如图2-19所示。3.平面的磨削磨削常作为铣削、刨削平面后的精加工，在平面磨床上进行，主要用于中小型零件高精度表面和淬硬平面的加工，如图2-20所示。磨削平面的加工精度可达IT7～IT6级，表面粗糙度值可达Ra0.8～0.2μm。（1）磨削平面的方式磨削平面的方式有圆周磨削和端面磨削两种。（2）平面磨削的特点1）平面磨床的系统刚度高，加工质量比内外圆磨床高。2）平面磨床利用电磁吸盘装夹，有利于保证工件的平行度，且装夹方便，生产效率高。3）磨削适用于精度要求较高的淬硬表面或不淬硬表面的加工。4）不宜加工有色金属。4.平面的刮削刮削是用刮刀刮除工件表面薄层金属的一种加工方法，如图2-21a所示。它一般在精刨或精铣的基础上，由钳工手工操作。刮削前，在高精度的平板、平尺、专用量具或工件的相配件表面上涂一层红丹油（或涂在工件上），将工件与其贴紧推磨对研，然后检查表面的接触情况，如图2-21b所示。对研后工件上显出高点，用刮刀将显出的高点逐一刮除。经过反复对研、显点刮削，可使工件表面的显点数逐渐增多并越来越均匀，表明工件表面的平面度误差在逐渐减小，表面粗糙度值也在逐渐降低，接触精度在逐渐提高，最终可以达到零件的质量要求。接触精度通常用25mm×25mm范围内的接触点数来描述，如图2-21c所示。5.平面的研磨研磨是用研磨工具和研磨剂，在一定的压力作用下，使工件和研具接触并做相对运动，通过磨料作用从工件上研去一层极薄表面层的精密加工方法。研磨既可手工操作，也可在研磨机上进行，如图2-22、图2-23所示。（1）研磨运动轨迹对研磨运动轨迹的要求是保证工件上各点的研磨行程一样，研磨运动力求平稳，尽量避免曲率过大的转角，工件运动应遍及整个研具表面，以利于研具均匀磨损。（2）研磨剂与研具材料1）研磨剂。研磨剂是由很细的磨料（粒度细于F400）、研磨液和辅助材料组成的混合物。常用的磨料有刚玉类、碳化物类、超硬磨料类和氧化物类。研磨液主要起润滑冷却的作用，可以使磨料在研具上粘接均匀。常用研磨液有机油、煤油、酒精、水和动物油（或植物油）。2）研具材料。平面研具一般采用HT200材料制成。（3）研磨的特点1）工件研磨后，尺寸精度、形状精度高，表面粗糙度值小。2）研磨后的表面耐磨性和耐腐蚀性提高，可延长工件的使用寿命。3）研磨表层存有残余压应力，有利于提高零件表面的疲劳强度。4）操作简单。研磨一般不需要复杂昂贵的设备。5）适应性好。三、平面加工方案分析对于精度要求不高的各种零件（淬火钢件除外）的平面，经粗刨、粗铣、粗车等即可达到要求，表面粗糙度值达Ra50～12.5μm。1.低精度平面的加工方案2.中等精度平面的加工方案（1）粗刨→精刨，适用于加工狭长平面。（2）粗铣→精铣，适用于加工宽大平面。（3）粗车→精车，适用于加工轴、套、盘、环等回转体零件的端面。（1）粗刨→精刨→宽刃精刨（代刮研），适用于加工未淬火钢件、铸铁件、有色金属等材料的狭长平面。（2）粗铣→精铣→高速精铣，适用于加工未淬火钢件、铸铁件、有色金属等材料的宽平面。3.高精度平面的加工方案（3）粗铣（或粗刨）→精铣（或精刨）→磨削，适用于加工淬火钢件、未淬火钢件和铸铁件的各种平面。（4）粗铣→拉削，适用于大批大量生产（除淬火钢件外）的各种金属零件，不仅生产效率高，而且加工质量稳定。对于精度要求更高的平面，可在磨削后分别采用研磨、抛光等工序，其表面粗糙度值可达Ra0.4～0.012μm。4.精密平面的加工方案四、生产实例分析

分析图2-24所示V形架的平面加工方案。1.V形架的技术要求（1）形状精度：形状精度指图2-24所示V形架底面的平面度。（2）位置精度：位置精度包括图2-24所示V形架两侧面对底面的垂直度及其对V形槽水平中心线的平行度、V形槽水平对称中心线对底面的平行度、V形槽两侧面对V形槽竖直中心线的对称度。（3）表面质量：图2-24所示V形架底面的表面粗糙度值为Ra0.4μm，四周面和上表面的表面粗糙度值均为Ra0.8μm，V形槽面的表面粗糙度值为Ra0.1μm。（1）粗加工各表面的粗加工均可采用刨削或粗铣完成，为半精铣、精铣加工做准备。（2）半精加工选用铣削作为V形架各表面的半精加工，作为精加工工序的预加工。（3）精加工V形架经过铣削后，可采用磨削的方式来完成精加工。（4）超精加工选用刮削方法加工V形架的底面和V形槽面。2.选择V形架各平面的加工方法3.V形架各平面的加工方案（1）V形架的侧面和上表面的加工方案粗刨（粗铣）→半精铣→粗磨→精磨。（2）V形架的底面的加工方案粗刨（粗铣）→半精铣→粗磨→精磨→刮削。（3）V形架的V形槽面的加工方案粗刨（粗铣）→半精铣→粗磨→精磨→研磨（或刮削）§2-4螺纹机械加工方法的选择紧固螺纹用于零件间的紧固和连接。为保证连接可靠，这类螺纹要求具有自锁性，常用的有普通螺纹（牙型角60°）、圆柱管螺纹和圆锥管螺纹（牙型角55°或60°）。一、螺纹的种类1.紧固螺纹传动螺纹用于传递运动，将旋转运动转变为直线运动，除了要保证传递运动的准确性，还需传递一定的动力、位移，其常用的牙型有梯形、矩形和锯齿形，如机床的丝杠、蜗杆等。2.传动螺纹二、螺纹的加工方法1.攻螺纹和套螺纹（1）攻螺纹攻螺纹是指用丝锥在内孔上加工出螺纹的加工方法，主要用于加工内螺纹，分为手攻和机攻。1）丝锥。丝锥采用高速钢制成，一般分为手用丝锥和机用丝锥，如图2-26所示。2）攻螺纹的方法。①攻螺纹前底孔直径的确定。加工钢或塑性材料时：D孔≈D-P加工铸铁或脆性材料时：D孔≈D-1.05P②孔口倒角。钻孔后要用60°锪钻在孔口倒角，其最大直径要大于螺纹的公称直径。③在车床上攻螺纹。首先调整尾座轴线与主轴轴线重合，机攻时把攻螺纹工具安装在尾座锥孔内，同时把机用丝锥装进攻螺纹工具中。开动机床后摇动尾座手轮，当丝锥切入工件后，停止转动手轮，工件便会带动丝锥自动进给。加工到要求的尺寸后，立即使主轴反转，丝锥便自动退出。（2）套螺纹套螺纹是指用圆板牙在圆柱表面上加工出外螺纹的方法，可分为手工套螺纹和机器套螺纹。1）圆板牙。圆板牙（图2-27）大多用合金工具钢制成，圆板牙两端的锥角是切削部分，正反都可以使用。中间具有完整齿深的一段是校准部分，也是套螺纹的导向部分。2）套螺纹的方法。①套螺纹前圆杆直径的确定。计算套螺纹圆杆直径的近似公式为d0≈d-（0.13～0.15）P采用圆板牙套螺纹时，圆杆直径可直接从表2-5中查出。②加工螺纹工件外圆。③外圆加工后，工件端面必须倒角，倒角要小于或等于45°，倒角后端面直径必须小于螺纹小径，使圆板牙容易切入工件。④在车床上套螺纹时（图2-28），把套螺纹工具体1的锥柄部分装在尾座套筒锥孔内，圆板牙4装入滑动套筒2内，使螺钉3对准圆板牙上的锥坑后拧紧。开动车床，转动尾座手轮使圆板牙靠近工件后切入工件，此时停止手轮转动，由滑动套筒2在工具体内自动轴向进给。当圆板牙进到所需的距离时，立即停机，然后倒车使工件反转，退出圆板牙。车螺纹是在车床上采用螺纹车刀加工螺纹的一种方法，通过变换刀具和机床进给，可加工出各种形状、尺寸以及不同精度的内外螺纹。2.螺纹的车削（1）用盘形螺纹铣刀铣螺纹：如图2-29

所示，加工时轴线必须相对工件转动一个螺旋升角λ。3.螺纹的铣削（2）用梳形螺纹铣刀铣螺纹：如图2-30

所示，铣螺纹时，铣刀、工件除按箭头方向旋转外，铣刀还做缓慢的轴向移动。在工件转动一周的同时，铣刀应沿轴线移动一个螺距，工件只需要转动一周多一点就可以切出全部螺纹。磨削时，砂轮轴线必须相对工件轴线倾斜一个螺纹升角λ，如图2-31所示。砂轮在螺纹轴向截面上的形状必须与牙槽相吻合，以获得正确的螺纹牙型。4.螺纹的磨削（1）搓丝板搓螺纹搓丝板搓螺纹是利用一对螺纹板轧制出工件螺纹的加工方法，如图2-32a所示。5.螺纹的滚压（2）滚丝轮滚螺纹滚丝轮滚螺纹是利用一副滚丝轮滚制出工件螺纹的加工方法，如图2-32b所示。三、螺纹加工方案分析

四、生产实例分析分析如图2-33所示圆头螺钉的螺纹加工方案。1.识读圆头螺钉螺纹的技术要求图2-33b所示的螺纹，它的中径和大径的精度要求分别为5g和6g；牙侧表面粗糙度要求为Ra0.8μm；牙顶表面粗糙度要求为Ra1.6μm。2.选择圆头螺钉螺纹的加工方法成批生产：下料→粗加工圆杆（车削）→套螺纹。大批大量生产：下料→粗加工圆杆（数控车削）→滚丝轮滚螺纹（或搓丝板搓螺纹）。加工高精度螺纹的工艺流程为：下料→车（铣）螺纹→磨螺纹。§2-5成形表面机械加工方法的选择成形刀具法采用切削刃形状与工件轮廓形状相符合的刀具，直接加工出成形面。一、普通成形表面的加工方法1.成形刀具法（1）车削成形表面如图2-35a所示，加工时车刀只做横向进给运动。成形车刀切削刃较宽，切削时容易振动，应采用较小的切削用量。（2）刨削成形表面如图2-35b所示，成形刨刀的结构与成形车刀类似。（3）铣削成形表面图2-35c所示为用成形铣刀加工成形表面的示意图。这种铣削方法一般在卧式铣床上用盘形成形铣刀进行。（4）磨削成形表面图2-36所示为采用成形砂轮磨削成形表面的示意图。2.手动控制法手动控制法是手动操作机床，使刀具相对于工件做成形运动而加工出成形面的一种方法。图2-37所示为在车床上采用双手控制法车回转成形面。车削过程中需用样板度量成形面，以保证成形面的正确性，如图2-38所示。3.靠模法靠模法是刀具由传动机构带动，跟随靠模轮廓线移动而加工出与该靠模轮廓线相符的成形面的一种加工方法，如图2-39所示。4.数控加工法对于形状复杂且多变的精密成形面，为了保证其加工质量和提高生产效率，常采用数控加工法。数控加工法是利用数控机床加工成形面的一种方法。二、齿形的加工方法1.成形法成形法是采用与被切齿轮齿槽形状相符合的成形刀具切出齿形的方法。（1）铣齿原理铣齿是利用成形铣刀在铣床上加工齿形的方法。当齿轮模数m≤20mm时，一般采用盘形齿轮铣刀在卧式铣床上加工齿形，如图2-40a所示；当齿轮模数m>20mm时，一般采用指形齿轮铣刀在立式铣床上加工齿形，如图2-40b所示。（2）铣齿的特点1）设备简单。2）生产效率低。3）齿轮精度低。4）适应性差。2.展成法展成法是利用齿轮刀具与被切齿轮之间的啮合运动而切出齿轮齿形的方法。常用的展成法有滚齿、插齿、剃齿和磨齿等。（1）滚齿1）滚齿原理。滚齿采用齿轮滚刀滚切加工圆柱齿轮齿形，其实质是按一对螺旋齿轮啮合的原理来加工齿形的。2）滚齿的特点①加工精度高。②滚刀通用性强。③生产效率高。④适用性较好。（2）插齿1）插齿原理。插齿利用一对齿轮啮合的原理来实现齿形加工，如图2-42所示。插齿刀实质上就是一个磨有前角、后角并具有切削刃的齿轮。2）插齿的特点①加工精度高。②插齿刀通用性强。③适用性好。④生产效率低。（3）剃齿1）剃齿原理。剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进行精加工的一种方法。剃齿时刀具与工件做一种自由啮合的展成运动。2）剃齿的特点①剃齿的加工精度可达7～6

级，齿面的表面粗糙度值可达Ra0.8～0.4μm。②剃齿主要用于提高齿轮加工精度和降低表面粗糙度值，不能修正公法线长度变动误差。③剃齿的生产效率高。（4）磨齿1）磨齿方法。磨齿是用砂轮在磨齿机上加工高精度齿形的一种方法。齿面的磨削方法包括锥形砂轮磨齿、双碟形砂轮磨齿。2）磨齿的特点：磨齿是一种重要的齿形精加工方法，既可磨削不淬硬齿轮，又可磨削淬硬齿轮。磨齿对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力，但生产效率低，适用于单件、小批量生产。3.圆柱齿轮的加工方案分析（1）只需调质的圆柱齿轮加工方案为：毛坯制造→毛坯热处理→齿坯粗加工→调质→齿坯精加工→齿面粗加工→齿面精加工（剃齿）。（2）齿面须经表面淬火的中碳结构钢或者合金结构钢圆柱齿轮加工方案为：毛坯制造→毛坯热处理（正火）→齿坯粗加工→调质→齿坯半精加工→齿面半精加工→齿面淬火→齿坯精加工（磨削）→齿面精加工（磨齿）。（3）齿面须经渗碳或渗氮的圆柱齿轮加工方案为：毛坯制造→毛坯热处理（正火）→齿坯粗加工→调质→齿坯半精加工→齿面粗加工→齿面热处理（渗碳、渗氮和淬火）→齿坯精加工（磨削）→齿面精加工（磨齿）。1.橄榄球手柄的加工三、生产实例分析（1）识读橄榄球手柄的技术要求（2）橄榄球手柄的加工方法1）采用一顶一夹装夹，加工三级外圆，并留有0.15～0.2mm加工余量（图2-45a）。2）以φ16mm端面为基准，加工φ12mm最小定位圆弧槽，并留有0.5mm加工余量（图2-45b）。3）以φ16mm端面为基准，在定位槽处车R40mm圆弧面（图2-45c）。4）以φ16mm端面为基准，在φ24mm外圆上向右、向左车R48mm圆弧面（图2-45d）。5）切断后掉头，车R6mm圆弧面（图2-45e）。2.直齿圆柱齿轮齿形的加工分析图2-46所示直齿圆柱齿轮齿形的加工方案。（1）识读直齿圆柱齿轮的技术要求1）齿轮精度。该齿轮的齿轮精度等级为7级，模数为2mm，齿数为29，压力角为20°，齿顶圆径向圆跳动公差值为0.03mm、公法线长度为21.476mm（跨4齿测量），齿形表面的表面粗糙度值为Ra0.8μm。2）尺寸精度。齿轮的外形各主要部分的尺寸为φ62h9、φ20H6、12mm、15mm、φ28mm。3）位置精度。位置精度包括齿坯左端面与孔的垂直度、齿坯左端面与右端面的平行度以及齿顶圆对孔中心线的跳动度。4）表面质量。齿形表面的表面粗糙度值要求达到Ra0.8μm。（2）直齿圆柱齿轮加工方法1）齿坯的加工方法。图2-46所示的两个圆柱齿轮的齿坯都可以以外圆柱面为粗基准，粗车右端面和外圆，钻孔，镗孔，掉头车左端面；以外圆柱面为精基准，精车内圆和右端面；以内圆为精基准精车左端面。2）齿形的加工方法。图2-46a所示的直齿圆柱齿轮的齿轮精度等级为7级，齿形表面的表面粗糙度值为Ra0.8μm，而滚齿和插齿加工只可直接加工精度为9～8级的齿轮，齿形表面的表面粗糙度值只能达到Ra1.6μm，因此，选择滚齿或插齿加工作为该齿轮的粗加工和半精加工。图2-46b所示的齿轮齿面，由于齿轮模数m≤20mm，齿轮精度等级为9级，齿形表面的表面粗糙度值为Ra1.6μm，所以选择铣齿加工就可满足齿轮精度要求，可在卧式铣床上采用盘形齿轮铣刀加工。铣削时，铣刀旋转为主运动，工件随工作台做纵向进给运动。每铣完一个齿后，工件纵向退回原处，进行分度后，再铣下一个齿槽，直至铣完全部齿槽为止。§3-3加工误差的统计分析31§3-1机械加工精度

2§3-2典型表面常见的加工误差与改进措施§3-4保证加工精度的方法4§3-5表面质量的控制5§3-1机械加工精度一、机械加工精度1.机械加工精度的概念机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（如尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。实际几何参数通常指零件加工后通过测量得到的几何参数。所谓理想几何参数就是当公差值t趋近于0时的几何参数。对尺寸而言就是零件尺寸的公差带中心;对表面形状而言,就是绝对正确的圆、圆柱面、平面和锥面等;对表面位置而言,就是绝对的平行、垂直、同轴和一定的角度等。2.机械加工精度的内容（1）尺寸精度：所谓尺寸精度是指加工后零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值与理想值的符合（接近）程度。（2）形状精度：形状精度指加工后零件的实际几何形状与理想形状的符合（接近）程度。国家标准中规定，用直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度作为评定形状精度的项目。（3）位置精度：位置精度指加工后零件几何图形的实际位置与理想位置的符合（接近）程度。用平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动和全跳动作为评定位置精度的项目。（4）尺寸精度、形状精度和位置精度的关系图3-1所示光轴的圆柱度公差0.02mm小于全跳动公差0.025mm，全跳动公差又小于外圆尺寸公差0.046mm。通常在设计机器零件及规定零件加工精度时，应注意将同一表面要素的形状误差控制在位置公差内，位置误差又应小于尺寸公差。二、保证加工精度的方法（1）试切法：先试切出很小一部分加工表面，测量尺寸后再试切，再测量，如此重复数次，达到要求的尺寸后，便可切削整个待加工表面1.保证尺寸精度的方法（2）调整法：利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件（3）定尺寸刀具法：使用具有一定尺寸精度的刀具（如钻头、铰刀等）来保证工件被加工部位（如孔）的尺寸精度（4）自动控制法：测量装置、调整装置和控制系统等组成的自动化加工系统，在加工过程中能自动测量、补偿调整，当工件达到尺寸要求时能自动停止退回。（5）数字控制法：数字控制法是将计算机数字控制技术应用到机械加工中的方法。（1）轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。2.保证形状精度的方法（2）成形法：利用成形刀具切削刃的几何形状切削出工件的形状，这种方法所能达到的精度主要取决于成形刀具切削刃的形状精度与刀具的安装精度。（3）展成法：展成法是利用刀具与工件的展成切削运动、切削刃在被加工表面上的包络面来形成成形表面的方法，如用滚刀切削加工齿轮等。（1）一次安装获得法：该方法把零件上有相互位置要求的相关表面安排在工件的一次装夹中进行加工，从而保证其位置精度。3.保证位置精度的方法（2）多次安装获得法：该方法人为地将工件的加工过程分几次装夹来完成，每次装夹有位置精度要求的表面可采用适当的装夹方法（如找正法或利用夹具装夹）实现，随着装夹加工的次数不断增多，加工表面与定位基准之间的位置精度也不断提高，最终保证工件的位置精度。三、生产实例分析现已加工出四个图3-1所示的光轴零件，其直径尺寸分别为60.030mm、60.060mm、60.080mm、60.010mm。试分析上述零件是否合格，并判别出加工精度最高的零件。图3-1所示光轴外圆尺寸的设计精度、理想尺寸与四个零件的实际尺寸之间的关系如图3-2所示。显然，零件1和零件2的实际尺寸均在设计精度范围内，为合格零件。但从加工精度的角度来评价，零件1的实际尺寸比零件2的实际尺寸更接近理想尺寸。因此，零件1的加工精度比零件2的加工精度更高。零件3和零件4的实际尺寸均超出零件设计精度范围，为不合格零件，而不合格零件通常用加工误差来分析。加工误差是指加工后零件的实际几何参数（如尺寸、形状和表面的相互位置）与理想几何参数的偏离程度。§3-2典型表面常见的加工误差与改进措施一、加工误差“加工精度”和“加工误差”是从不同角度来评定零件加工后的几何参数准确程度。加工精度的高与低是用加工误差的大小来判定的，加工误差越大，加工精度越低；加工误差越小，加工精度越高。二、造成加工误差的因素零件的加工精度（如尺寸精度、形状精度和位置精度）主要取决于工件与刀具在切削过程中相互位置的准确程度。三、误差敏感方向通常将原始误差对加工精度影响最大的方向称为误差敏感方向，一般为通过切削刃的已加工表面的法线方向。在卧式车床上车削轴类零件外圆表面时，通过切削刃外圆表面的法线方向（图3-3中的

Fp

方向）为误差敏感方向当用车刀车削轴类零件端面时，垂直于端面的法线方向为误差敏感方向，如图3-4所示；在刨床上刨削平面时，垂直于已加工表面方向（图3-5中的垂直方向）为误差敏感方向。四、典型表面常见的加工误差及其控制

1.外圆表面常见的加工误差及其控制（1）腰鼓形圆柱度误差1）基本形式。两端小中间大，如图3-7所示。2）形成原因。造成工件弯曲的主要因素有三点：一是背向力Fp将工件顶弯，如图3-8所示；二是轴向切削力压迫工件，造成压杆不稳定弯曲；三是由切削热引起工件的热伸长，当尾座使用刚性顶尖时便会约束工件的伸长，使工件受干涉而弯曲。工件因弹性变形而出现弯曲“让刀”现象，在工件的全长上切削时，背吃刀量由大到小，再由小到大，如图3-9所示3）改进措施。腰鼓形圆柱度误差的改进措施有以下几种。①增加工件的刚度。②增大主偏角。③避免出现工件轴向约束。④采用反向进给。变轴向压力为轴向拉力，如图3-10所示。（2）马鞍形圆柱度误差1）基本形式。两头大中间小，如图3-11所示。2）形成原因。①加工细长轴时形成的马鞍形圆柱度误差。②加工粗短轴时形成的马鞍形圆柱度误差。③机床误差引起的马鞍形圆柱度误差。3）改进措施。①对于细长轴加工时形成的马鞍形圆柱度误差，可以采用与腰鼓形加工误差改进措施相同的方法。②对于粗短轴加工时形成的马鞍形圆柱度误差，可以通过改进刀具几何参数、减小背吃刀量来减小径向切削力，或在增强机床刚度等方面采取措施。③对于机床误差形成的马鞍形圆柱度误差，应加强机床导轨的维护与保养，以减少导轨磨损，延长导轨的使用寿命；应对机床定期检修，以保证机床的精度。

（3）锥形圆柱度误差1）基本形式。一端大一端小，如图3-13所示。2）形成原因。①车床导轨与主轴回转轴线在水平面内存在平行度误差，加工出来的轴就会产生锥度误差。②车床尾座中心线与主轴回转轴线不在同一直线上。如果车床尾座中心线向远离刀具一侧偏移，则加工出来的轴就产生如图3-13所示的锥形圆柱度误差；如果车床尾座中心线向靠近刀具一侧偏移，则加工出来的轴的大小头与图3-13所示的误差方向相反。

③主轴纯角度摆动。主轴纯角度摆动是指主轴实际回转轴线与平均回转轴线成一定的倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动，如图3-14所示。3）改进措施。锥形圆柱度误差的改进措施有以下几种。①定期检修机床，保证车床导轨与主轴回转轴线在水平面内的平行度符合要求。②在使用车床前，应检查尾座中心线与主轴回转轴线是否在同一直线上。③调整主轴轴承间隙，消除主轴纯角度摆动。（4）毛坯误差复映1）基本形式。工件已加工表面的误差与毛坯形状误差相似。2）形成原因。加工误差由毛坯形状误差造成的切削力大小变化所引起。3）改进措施。改进工艺措施，增加进给次数，采用误差分组法加工。（5）直线度误差1）基本形式。轴的回转中心线不成一条直线，如图3-15所示的弯曲变形是最常见的一种直线度误差。2）形成原因。形成直线度误差的原因有以下两个方面。①工件在加工过程中，需要切除大量金属，因而会产生较大的切削力和大量切削热，同时也需要较大的夹紧力，在上述因素的共同作用下，将引起工件弯曲变形。②经过粗加工、半精加工后，工件的外形发生了很大的变化，零件的内应力重新分布，导致工件发生弯曲变形。3）改进措施。直线度误差的改进措施有以下几种。①划分加工阶段，使零件的变形发生在粗加工、半精加工阶段，以便在精加工阶段得以修正。②在加工工艺过程中安排退火、时效处理等热处理工艺，消除内应力，减少工件的弯曲变形。③改进刀具几何形状，适当增大主偏角，采用硬质合金刀具，减小径向切削分力，控制工件的弯曲变形。（6）同轴度误差1）基本形式。两被测轴的轴线不在同一直线上，如图3-16所示。2）形成原因。①选择工艺方法不当。②加工时选择的基准不一致。③机床精度低也是造成同轴度误差的原因之一。3）改进