《机械制造技术》-第八章

8.1概述

平面加工常用的方法有铣削、磨削、刨削、拉削、研磨等。铣削、刨削加工用于未淬硬工件的粗加工和半精加工;磨削加工主要用于淬硬件的精加工;拉削加工的生产率和加工精度都较高，一般用于大批量生产;研磨主要用于提高零件表面的光洁度和精度，其中铣削加工和磨削加工应用最广。平面加工方案及选择如表8-1所示。返回8.2铣削

铣削加工是在铣床上利用铣刀的旋转运动和工件的移动(或转动)对工件进行切削的加工方法。铣削加工的主要应用范围如图8-1所示。铣削加工的精度等级为IT8~IT10，表面粗糙度Ra为1.6~6.3um。由于铣削加工可采用较大的切削用量，所以生产效率高，成为机器制造业中的主要加工方法之一。

8.2.1铣床铣床的种类很多，常用的有卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、数控铣床、工具铣床及多种专门化铣床。下面介绍3种应用较广的铣床。下一页返回8.2铣削1.卧式升降台铣床如图8-2所示为X62W型卧式万能升降台铣床，是目前广泛应用的一种铣床。床身顶部的导轨上装有横梁4，可沿水平方向调整其前后位置，刀杆支承5用于支承刀杆的悬伸端，以提高刀杆刚性。升降台9安装在床身前侧的垂直导轨上，可上下垂直移动。升降台内装有进给变速机构10，用于工作台6的进给运动和快速移动。在升降台的横向导轨上装有回转盘7，它可绕垂直轴在±45。范围内调整角度。工作台安装在回转盘上的床鞍导轨内，可作纵向移动。横滑板8可带动工作台沿升降台横向导轨作横向移动。这样固定在工作台上的工件，可以在3个方向实现任一方向的调整或进给运动。上一页下一页返回8.2铣削X62W型卧式万能铣床的主要技术参数如下。工作台面积(宽x长)320mmx1250mm工作台最大纵向行程700mm工作台最大横向行程255mm工作台最大升降行程320mm加工平面平面度0.02/150mm主轴转速18级，30~1500r/min工作台最大回转角度±45。主轴锥孔锥度7:24刀轴直径22mm/27mm/32mm上一页下一页返回8.2铣削(1)机床的传动系统。①主运动传动链。主运动传动链的两端件是主电动机(运动源)和主轴Ⅴ(执行件)，如图8-3所示，其传动路线为运动由电动机经弹性联轴器传给轴I，然后经轴Ⅰ-II之间的定比齿轮副26/54及轴Ⅱ-Ⅲ,Ⅲ-IV和IV-V之间的3个滑移齿轮变速机构带动主轴V旋转，并可变换3x3x2=18级转速。由电动机开停和正反转来实现主轴的开停及转向。轴I右端有多片式电磁制动器M1，用于主轴停车时的制动。主运动传动链的传动路线表达式如下:上一页下一页返回8.2铣削②进给运动传动链。进给运动传动链有3条，纵向、横向和垂直进给传动链。3条传动链都是由进给电动机(运动源)分别传动到工作台、床鞍和升降台。运动由进给电动机经定比齿轮副26/44和24/64传至轴Ⅶ，然后经轴Ⅶ-Ⅷ、Ⅷ-IX之间的滑移齿轮变速机构传至轴IX;运动由轴IX可经两条不同路线传至轴X，当轴IX上可滑移的空套齿轮Z40处于右端位置(图示位置)，与离合器M2接合时，运动由轴Ⅸ经齿轮副40/40和电磁离合器M3传至轴X，当Z40移到左端位置，与空套在轴Ⅷ上的齿轮Z18啮合时，轴IX的运动则经齿轮副13/45-18/40-40/40和M3传至轴X。轴X的运动由定比齿轮副28/35和齿轮Z18传至轴VII的空套齿轮Z33，然后由这个齿轮将运动分别传向纵向、横向和垂直进给丝杠，使工作台实现纵、横、垂直3个方向上的直线进给运动。上一页下一页返回8.2铣削3个方向进给运动的接通与断开分别由3个离合器M5,M6和M7控制。进给运动传动链的传动路线表达式如下。上一页下一页返回8.2铣削

利用轴Ⅶ-Ⅷ,Ⅷ-IX之间的两个滑移齿轮变速机构和轴IX-Ⅷ-X之间的回曲变速机构，可使工作台变换3x3x2=18级不同的进给速度。工作台进给运动的换向，由改变电动机旋转方向实现。③快速空行程传动链。两端件与进给传动链相同。接合电磁离合器M4而脱开M3，进给电动机的运动便由齿轮副26/44-44/57-57/43和M4传给轴X，以后再沿着与进给运动相同的传动路线传至工作台、床鞍和升降台。由于这一传动路线的传动比大于进给路线的传动比，因而获得快速运动。变换快速运动方向(纵向、横向、升降)同样由电动机改变旋转方向实现。

(2)进给运动计算。计算工作台纵向进给速度，列运动平衡式上一页下一页返回8.2铣削

将不同的传动比u代入运动平衡式，便可计算出工作台的各级纵向进给速度。最大、最小纵向进给速度单位为mm/min)为上一页下一页返回8.2铣削2.立式升降台铣床如图8-4所示，立式升降台铣床机床的主轴是立式布置，垂直于工作台，这是与卧式升降台铣床的主要区别。工作台、床鞍、开降台与卧式升降台铣床相同，立铣头可根据加工要求在垂直平面内调整角度，主轴可沿轴线方向进行调整。主要是用面铣刀或立铣刀加工平面、斜面、台阶、齿轮、凸轮表面的加工。此外，立式升降台铣床也可以加工键槽、T形槽、燕尾槽等。

3.龙门铣床龙门铣床属于大型机床，它一般用来加工卧式、立式铣床不能加工的大型工件。上一页下一页返回8.2铣削

如图8-5所示，工作台作直线进给运动，横梁上两个垂直铣头可在横梁上沿水平方向调整位置，立柱上的两个水平铣头则可沿垂直方向调整位置。各铣刀的吃刀运动均可由铣头主轴套筒带动铣刀主轴沿轴向移动来实现。龙门铣床可使几把铣刀同时铣削，生产加工精度好，效率高。

8.2.2铣床附件铣床的主要附件包括回转工作台、万能分度头、万能立铣头、机用平口钳等。

1.回转工作台如图8-6(a)所示，回转工作台内部有一个蜗轮杆蜗轮副，手轮与蜗杆同轴连接，转台与蜗轮相连。上一页下一页返回8.2铣削

转动手轮，通过蜗轮、蜗杆的传动带动转台的转动，通过转台周围的刻度来确定转台的准确位置。如图8-6(b)所示是在回转工作台上铣圆弧槽，当铣刀工作时，利用摇动手轮使转台转动带动工件进行圆周进给，完成铣削圆弧槽。

2.万能分度头如图8-7所示，万能分度头是分度机构，可使工件周期性地绕其轴线转动角度，把工件等分或不等分。当铣螺旋槽或交错斜齿轮(即螺旋齿轮)时，能使工件连续转动。另外，万能分度头还能保证工件轴线在铣床工作台调整成所需的工作角度。万能分度头主要用于铣削单件小批量工件或维修工作等。上一页下一页返回8.2铣削3.万能立铣头将万能立铣头安装在卧式铣床上，就可以根据铣削的需要，调整立铣头主轴的角度。图8-8(a)为万能立铣头的示意图，其底座由螺钉固定在铣床的垂直导轨上。图8-8(b)为万能立铣头的壳体，可绕铣床主轴轴线转任意角度。图8-8(c)为万能立铣头的主轴，能在立铣头的壳体上偏转任意角度，因此，万能立铣头的主轴可以在空间偏转成所需要的任意角度。

4.机用平口钳使用时先通过百分表校正或者用划线针校正，保证钳口与工作台的垂直度、平行度，如图8-9(a)所示;然后利用螺栓与工作台上的T形槽连接，将其安装在工作台上。在装夹工件时，按划线找正工件，然后转动平口钳丝杠使活动钳口夹紧工件，如图8-9(b)所示。上一页下一页返回8.2铣削8.2.3铣刀种类铣刀的种类很多，按用途可分为加工平面用铣刀、加工沟槽用铣刀、加工成形面用铣刀三大类。常用铣刀介绍如下。

1.圆柱铣刀圆柱铣刀一般都用高速钢整体制作，如图8-10(a)所示，切削刃呈螺旋形分布在圆周表面，没有副切削刃，由于加工要求不同，可分为粗齿、细齿两种。粗齿的容屑槽大，用于粗加工，细齿用于细加工，当外径较大时，常制成镶齿式，如图8-10(b)所示。

2.面铣刀面铣刀的主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，如图8-11所示，铣刀的轴线垂直于被加工表面。上一页下一页返回8.2铣削

刀刃多由硬质合金刀片制成，主要用于立式铣床或卧式铣床上加工台阶面和平面。在加工时，由于同时参加切削的刀齿较多，故加工精度高，生产效率高。

3.立铣刀如图8-12所示，立铣刀是一种带柄铣刀，有直柄和锥柄两种。一般由3~4个刀齿组成，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布的是副切削刃，工作时只能沿着刀具的径向进给。主要用于铣削凹模、台阶面及小平面。

4.三面刃铣刀如图8-13所示，三面刃铣刀分为直齿三面刃和错齿三面刃，三面刃铣刀除圆周具有主切削刃外，两侧也有副切削刃，切削效率较高，它主要用于卧式铣床上铣削台阶面和一端或两端贯穿的浅沟槽。

上一页下一页返回8.2铣削5.锯片铣刀如图8-14所示，锯片铣刀本身很薄，只有圆周上有刀齿，用于切断工件或铣窄槽，其厚度由边缘向中心减薄，使两侧形成副偏角，以避免工作时夹刀。

6.键槽铣刀如图8-15所示，键槽铣刀外形与立铣刀相似，不同的是，它在圆周上只有两个螺旋刀齿，同时，端面刀齿的刀刃延伸至中心，因此，在铣削键槽时，可作适当的轴向进给，其主要用于加工圆头封闭键槽。

7.其他铣刀如图8-16所示，还有角度铣刀、成形铣刀、T形铣刀、燕尾槽铣刀、仿形铣用的指形铣刀、球头铣刀等特种铣刀。上一页下一页返回8.2铣削8.2.4铣削方式铣削加工是以铣刀旋转为主运动，工件沿相互垂直的3个方向上作进给运动的切削进给方式。采用合理的铣削方式，可以减小机床振动，提高工件表面质量和刀具耐用度。

1.逆铣和顺铣在卧式铣床上用圆柱铣刀的圆周铣削平面，称为周铣，方法有逆铣和顺铣之分，如下所述:(1)逆铣。铣削时，铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反，如图8-17(a)所示，即Vc与Vf的方向相反，这种铣削方式称为逆铣。上一页下一页返回8.2铣削

逆铣时刀齿的切削厚度h由零逐渐增至最大值hmax，当刀齿在与工件接触开始切入时，由于切削刃钝圆半径r的影响，刀齿只是对工件表面形成摩擦、挤压和滑行，待滑行到一定程度时，刀齿才切入工件表面，由于先期的摩擦、挤压和滑行，不仅会使工件表面产生严重的冷硬层，影响工件表面质量，同时加剧了后刀面的磨损。逆铣时，刀齿作用于工件上的任一瞬时的水平分力Ft1和Ft2的方向都是相同的，同时与工作台的进给方向相反，使得工作台丝杠与螺母间传动面始终保持紧贴，故工作面不会发生窜动现象，保持工作台进给平稳。在刀齿切入工件的瞬时，垂直分力Fr2的方向是向下的;在刀齿切离工件的瞬时，垂直分力Fv1，的方向是向上的，Fv1和Fv2构成1个力偶，产生挑起工件的趋势，故对工件要有较大的夹紧力，不适于薄壁零件的加工。上一页下一页返回8.2铣削(2)顺铣。铣削时，铣刀的旋转切入工件的方向与工件的进给方向相同，如图8-17(b)所示，即Ve与Vf的方向相同，这种铣削方式称为顺铣。顺铣时，刀齿的切削厚度从最大递减至零，没有逆铣时的对工件表面形成摩擦、挤压和滑行现象，所以表面质量好;但任一瞬间时的垂直分力Fv1和Fv2始终将工件压向工作台，与夹紧力方向相同，夹紧可靠;由于顺铣时水平分力Ft1和Ft2在不同瞬时尽管大小不等，但方向始终与进给方向相同，当Ft1和Ft2逐渐增大并超过工作台摩擦力时，会出现工作台在丝杠与螺母的间隙范围内来回窜动，导致工作台出现爬行或产生啃刀现象，影响表面质量。上一页下一页返回8.2铣削

综上所述，为提高刀具耐用度和工件表面质量及增加工件装夹的稳定，采用顺铣法为宜。此外，当铣削带有黑皮的工件表面时，如铸件或锻件表面粗加工，应首选逆铣法，这是因为顺铣会加剧刀齿的磨损。2.对称铣削和不对称铣削用端面铣刀的端面铣削平面称为端铣。端铣时，根据铣刀与工件相对位置的不同，可分为对称铣削和不对称(逆铣、顺铣)铣削方式，如图8-18所示。由于端面铣刀与被加工表面接触比周铣长，参加切削的刀齿数多，故切削平稳，加工质量好。

(1)对称铣削。如图8-18(a)所示，铣削时铣刀轴线始终位于铣削弧长的对称中心位置，这种铣削方式称为对称铣削。上一页下一页返回8.2铣削

由于铣刀直径大于铣削宽度，故刀齿切入和切离工件时切削厚度均大于零，避免了铣刀切入时对工件表面的挤压、滑行及对后刀面的磨损，可获得较高的表面质量。

(2)不对称铣削。铣削时，铣刀轴线与工件铣削宽度对称中心线不重合，称为不对称铣削。若铣刀轴线偏置于铣削弧长对称中心的一侧，且逆铣部分大于顺铣部分，这种铣削方法称为不对称逆铣，如图8-17(b)所示，其铣削特点是刀齿以较小的切削厚度切入，又以较大的切削厚度切出。适用于普通碳钢和高强度低合金钢;若铣刀轴线偏置于铣削弧长对称中心的一侧，且顺铣部分大于逆铣部分，称为不对称顺铣，如图8-17(c)所示，特点是刀齿以较大的切削厚度切入，又以较小的切削厚度切出。适用于不锈钢、耐热钢等中等强度和高塑性材料。上一页下一页返回8.2铣削8.2.5铣削用量及选择铣削用量包括铣削速度、进给量、背吃刀量、侧吃刀量4个要素，如图8-19所示。其选择应当根据工件的加工精度、铣刀的耐用度及机床的刚性来确定，一般粗加工选用较大的背吃刀量和侧吃刀量，在刀具性能允许的条件下，以较大的每齿进给量进行切削，使一次进给能尽可能多地切除毛坯余量;对于半精加工，选择较小的每齿进给量;对于精加工，选择更小的每齿进给量和铣刀所允许的最大铣削速度进行铣削。1.铣削速度指铣刀最大直径处的线速度，单位为m/min，可由下式计算，即上一页下一页返回8.2铣削Ve=πd0n/1000

式中Ve—切削速度，单位为m/min;d0—铣刀直径，单位为mm;n—铣刀转速，单位为r/min2.进给量进给量是铣刀与工件在进给运动方向上的相对位移量，它有进给速度Vf，单位为mm/min;每转进给量f，单位为mm/r;每齿进给量fz，单位为mm/z;关系为Vf=fn=fzzn

根据生产需要选择进给量，其中Vf用于机床调整及计算加工工时。fz则用来计算铣削力，验算刀齿强度。一般普通铣床的标牌上只标有Vf，所以根据具体加工条件选择人，然后计算出Vf，并按铣床标牌上实有的Vf调整铣床。

上一页下一页返回8.2铣削3.背吃刀量ap和侧吃刀量ae

背吃刀量ap是在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量，侧吃刀量ae是在平行于工作平面且垂直于切削刃基点的进给运动方向上测量的吃刀量。按上述定义，ap与ae两个参数均为瞬间值，不适用于实际生产，而在实际工作中常用的铣削深度(在平行于铣刀轴线方向上测量)和铣削弧深度(在垂直于铣刀轴线方向上测量)两个参量，仍采用ap及ae两个符号，单位为mm。8.2.6铣削加工特点

(1)铣刀是旋转的多齿刀具，刀具散热条件好，切削速度高，生产效率高，工艺范围广。上一页下一页返回8.2铣削(2)可根据工件的技术要求，选用不同的铣削方式，如顺铣、逆铣、对称和不对称铣削等。

(3)加工时，刀齿不断切入和切出，切削力不断变化，易引起周期性的冲击振动。

(4)铣削时是半封闭切削，齿间容屑空间小，容屑、排屑条件差。上一页返回8.3刨削和插削8.3.1刨削在刨床上用刨刀加工工件的方法称为刨削，主要用于加工平面、垂直面、斜面、直槽、V形槽、燕尾槽及成形面等。如果对机床进行相应的调整或使用专用夹具，还可以进行齿条、花键、齿轮及母线为直线的成形面的加工。刨削常用机床分为牛头刨床及龙门刨床两大类。

1.牛头刨床牛头刨床如图8-20所示，床身用于支撑和连接刨床的各个部件，床身内装有齿轮变速机构和摆杆机构。滑枕用于带动刨刀作直线往复运动，滑枕前端装有刀架，内部有丝杠螺母装置，控制滑枕往复行程位置。刀架是夹持刨刀的部件。下一页返回8.3刨削和插削

工作台可随横梁在床身的垂直导轨上作上下调整，同时也可在横梁的水平导轨上作水平方向移动或间歇的进给运动。

2.龙门刨床龙门刨床是因其框架呈“龙门”形状而称为龙门刨床，如图8-21所示，工作台3沿床身导轨作直线往复运动，装在横梁4上的左、右垂直刀架5,8可沿横梁导轨作间歇的横向进给运动，同时，垂直刀架上的溜板还可使刨刀上下移动，作切入运动或刨竖直平面。另外，刀架溜板还能绕水平轴调整到一定的角度位置，加工斜面。装在左、右立柱6,7上的左、右侧刀架2,13可沿立柱导轨作垂直方向的间歇进给运动，刨削工件的竖直平面，此外，横梁4还可沿立柱导轨升降，以便根据工件的高度调整刀具的位置，龙门刨床主要用来加工大型零件的平面或同时加工数个中、小型零件。上一页下一页返回8.3刨削和插削3.刨刀刨削所用的工具是刨刀，常用刨刀如图8-22所示，根据其用途不同，分为平面刨刀、偏刀、角度偏刀、切刀及成形刨刀等，平面刨刀用于水平面的加工，偏刀用于加工垂直面或斜面，角度偏刀用于加工具有一定角度的表面，切刀用于加工各种沟槽或切断，成形刀用于加工成形面。刨刀的几何参数与车刀相似，但因刨削过程中，其切入和切出工件时，冲击力很大;而且刨刀的刃倾角也应取大值，以便刨刀切入工件时产生的冲击力作用在离刀尖稍远的切削刃上，避免“崩刀”现象。刨刀的刀杆截面也比较粗大，是为了增加刀杆刚性和防止断裂。上一页下一页返回8.3刨削和插削

刨刀的刀杆有直杆和弯杆之分，如图8-23所示。生产中多用弯杆刨刀，弯杆刨刀刨削时，若遇到工件上的硬点或加工余量不均，切削力突然增大，弯杆刨刀比较容易产生弹性弯曲变形，而使刀架离开工件，不会像直杆刨刀受力后会产生弯曲变形而导致刀尖啃入工件的已加工表面，出现“扎刀”现象，如图8-23(a)所示，破坏工件表面和损坏刀具。8.3.2插削在插床上用插刀加工工件的方法称为插削，插削主要用于加工工件的内表面，如加工圆柱齿轮内孔的键槽、各种多边形孔和不通孔或有台阶的内表面，用于单件、小批量生产。上一页下一页返回8.3刨削和插削1.插床插床如图8-24所示，插床实际上就是立式刨床，工作台可进行纵向、横向及圆周方向的间歇进给运动，还可进行圆周分度。滑枕带动刀具沿立柱的导轨作直线往复运动，还可以在垂直平面内相对立柱倾斜0。~8。,作斜槽或斜面的加工。

2.插刀插刀是插床上的专用刀具，常用插刀形状如图8-25所示。插刀是在垂直方向上进行切削，所以为避免插刀的刀杆与工件接触，插刀刀刃必须突出于刀杆。当插刀刀杆刚性较差或插削长度较长时，水平方向的切削分力会导致刀杆弯曲，产生“让刀”，而影响工件质量。因此，在生产中应适当减小插刀的前角与后角，并减小进给量。上一页下一页返回8.3刨削和插削8.3.3刨削、插削加工特点

(1)刨、插床结构简单，调整、操作方便，刀具制造、刃磨容易，加工成本低。

(2)刨、插削有空行程损失，刨削速度慢，加工效率低。

(3)刨削在加工窄长面和进行多件或多刀加工时，生产效率较高。

(4)插削的内孔表面的窄小加工和其他机床相比，有独特优势，无法替代。上一页返回8.4平面的精密加工

如果平面加工的尺寸公差为IT5~IT6，表面粗糙度小于0.8um，属于平面的精密加工范围，精密加工是机械加工中最终的精加工工序。8.4.1平面磨削

1.平面周磨平面周磨是利用砂轮的圆周面进行磨削加工，如图8-26所示，工件与砂轮的接触面积小，磨削力小，排屑及冷却条件好，工件受热变形小，磨粒与磨屑不易落入砂轮与工件之间，因而工件表面加工质量好。但是由于周磨砂轮主轴承悬伸，刚性差，只能采用较小的磨削用量，所以平面周磨只适用于工件精磨。下一页返回8.4平面的精密加工

2.平面端磨平面端磨采用的是砂轮端面对工件进行磨削，如图8-27所示，砂轮与工件的接触面积大，同时参加切削的砂粒多，磨床工作时，主轴受压力，刚性较好，所以可以采用较大的磨削用量。但同时由于砂轮与工件的接触面大，磨削力大，磨削发热量大且冷却和排屑不畅，造成工件热变形较大，同时砂轮端面沿径向各点的线速度不等，引起砂轮磨损程度不均匀，所以工件表面加工质量相对较差，所以多用于粗磨。

3.平面磨床常用的平面磨床是卧轴矩台平面磨床，如图8-28所示。砂轮主轴呈水平位置，砂轮在工作前由砂轮修整器修整。上一页下一页返回8.4平面的精密加工

工作台呈矩形，装在床身的水平纵向导轨上，进行纵向直线往复进给运动。工作台上安装电磁吸盘，工件被吸在工作台上。砂轮主轴由电动机直接