机械加工方法综述

机械加工方法综述

（雷文、201711411114、机制1171）

1.1车削加工

1.1.1车削加工工艺原理

工艺原理：就是在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。

1.1.2车削的加工范围和特点

加工范围：车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等。

车削加工特点：

1、位置精度高（主要指同轴度、垂直度）

2、切削平稳，可高速切削

3、可精加工有色金属用金刚石车刀（精细车）

4、刀具简单

1.1.3车削的适用场合

1、普通车削：适用于各种批量的轴类零件外圆加工，应用十分广泛。单件小批量常采用卧室车床完成车削加工；中批、大批生产则采用自动、半自动车床和专用车床完成车削加工。

2、数控车削：适用于单件小批和中批生产。近年来应用愈来愈普遍，其主要优点为柔性好，更换加工零件时设备调整和准备时间短；加工时辅助时间少，可通过优化切削参数和适应控制等提高效率；加工质量好，专用工夹具少，相应生产准备成本低；机床操作技术要求低，不受操作工人的技能、视觉、精神、体力等因素的影响。

1.1.4车削的实际应用情况

1、对于轴类零件，具有以下特征适宜选用数控车削：结构或形状复杂，普通加工操作难度大，工时长，加工效率低的零件。加工精度一致性要求较高的零件。切削条件多变的零件，如零件由于形状特点需要切槽，车孔，车螺纹等，加工中要多次改变切削用量。批量不大，但每批品种多变并有一定复杂程度的零件。

2、对带有键槽，径向孔（含螺钉孔）、端面有分布的孔（含螺钉孔）系的蜗杆轴类零件，如带法兰的轴，带键槽或方头的轴，还可以在车削加工中心上加工，除了能进行普通数控车削外，零件上的各种槽、孔（含螺钉孔）、面等加工表面也可一并能加工完毕。工序高度集中，其加工效率较普通数控车削更高，加工精度也更为稳定可靠。

1.1.5车削使用的机床和工艺装备

1、轴、盘、套类，单件小批量生产——普通车床

2、短粗，重型零件——立式车床

3、外形复杂零件，成批生产——转塔车床

4、形状简单，大批大量生产——自动车床

5、车刀的种类（如下图）

1.2钻削

1.2.1钻削加工工艺原理

钻削是孔加工的一种基本方法，钻孔经常在钻床和车床上进行，也可以在镗床或铣床上进行。常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。用钻头在实体材料上加工孔的工艺方法称为钻削加工。钻削是孔加工的基本方法之一，钻削通常在钻床或车床上进行，也可在镗床或铣床上进行。钻床是孔加工的主要机床。在钻床上主要用钻头（麻花钻）进行钻孔。在车床上钻孔时，工件旋转，刀具做进给运动。而在钻床上加工时，工件不动，刀具做旋转主运动，同时沿轴向移动做进给运动。故钻床适用于加工没有对称回转轴线的工件上的孔，尤其是多孔加工，如加工箱体、机架等零件上的孔。

1.2.2钻削加工的加工范围和特点

钻削加工的工艺范围：钻床的加工工艺范围较广，在钻床上采用不同的刀具，可以完成钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔和锪平面等。

钻削加工的工艺特点：

1、钻芯细，刚性差，加工精度低。

2、导向能力差，易钻偏。

3、切削条件差，质量难以提高。

4、横刃长，定心差，易偏斜。

5、排屑困难，生产率较低。

1.2.2钻削加工的应用

钻削加工所用机床多为普通钻床，主要类型有台式钻床、立式钻床及摇臂钻床。台式钻床主要用于加工0.1～13mm的小型模具零件的孔径，立式钻床主要用于加工中型模具零件的孔径，摇臂钻床主要用于加工大、中型模具零件的孔径。

大批量钻削加工是复合加工中心和多工位自动线上的常见的工作。在这种加工中，尺寸误差是由于刀具磨损、机床和工件的热变形以及因切削力而导致刀具偏差等综合因素而

引起的。

在加工过程中进行监控测量并通过对可调节的刀具进行调整，便能对加工中所产生的误差进行补偿，能极大地满足加工安全性的要求。

1.2.3钻削加工使用的机床和工艺装备（如下图）

1.3扩孔

1.3.1扩孔的工艺特点

1、扩孔钻的结构如图

2、加工质量：IT10 ~ IT9 ，Ra 6.3 ~ 3.2

3、可用作孔加工的半精加工

扩孔钻图

1.4铰孔

1.4.1铰孔的工艺原理

铰孔是铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸

精度和孔表面质量的方法。铰孔是孔的精加工方法之一，在生

产中应用很广。对于较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，

铰孔是一种较为经济实用的加工方法。

1.4.2铰孔工艺特点与应用

1、铰刀的结构（如图）；

2、加工质量：IT9 ~ IT7 、Ra 1.6 ~ 0.4；

3、铰孔是孔精加工方法之一；

4、孔加工的典型方案：钻——扩——铰；

铰刀结构图

1.4镗削

1.4.1镗削的工艺原理

镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径切削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为单刃镗刀（称为镗杆）。

1.4.2镗削工艺特点与应用

1、镗刀的结构（如图）

2、镗床及镗削（如图）

3、加工质量：

一般镗：IT8 ~ IT7 ，Ra 1.6 ~ 0.8

精细镗：IT7 ~ IT6 ，Ra 0.8 ~ 0.2

1.5刨削加工

1.5.1刨削的工艺原理

刨削可以在牛头刨床或龙门刨床上进行，刨削的主运动是变速往复直线运动。因为在变速时有惯性，限制了切削速度的提高，并且在回程时不切削，所以刨削加工生产效率低。但刨削所需的机床、刀具结构简单，制造安装方便，调整容易，通用性强。因此

在单件、小批生产中特别是加工狭长平面时被广泛应用。

3.1.2刨削的工艺特点与应用

工艺特点：1、通用性好；

2、刨床、刨刀结构简单，操作也简单；

3、生产效率低；

刨削的应用：

（如图）

1.6插削

1.6.1插削的工艺原理

插削的效率和精度都不高，故在批量生产中常用铣削或拉削代替插削。但插刀制造简单，生产准备时间短，故插削适于在单件或小批生产中加工内孔键槽或花键孔，也能加工方孔和多边形孔。对于不通孔或有碍台肩的内孔键槽，插削几乎是唯一的加工方法。

与刨削类似，但插刀装夹在插床滑枕下部的刀杆上，可以伸入工件的孔中作竖向往复运动，向下是工作行程，向上是回程。安装在插床工作台上的工件在插刀每次回程后作间歇的进给运动。

1.6.2插削的工艺特点与应用

1、插床又叫立式牛头刨床；

2、插床上有插键槽、方孔等；

1.7拉削

1.7.1拉削的工艺原理

拉削是指利用特制的拉刀逐齿依次从工件上切下很薄的金属层，使表面达到较高的尺寸精度和较低的粗糙度，是一种高效率的加工方法。拉削时，拉刀使被加工表面一次切削成形，所以拉床只有主运动，没有进给运动。拉削加工的切屑薄、切削运动平稳，

因而有较高的加工精度和较小的表面结构值。

1.7.2拉削的工艺特点与应用

1、拉刀与拉削（如图）

2、工艺特点

1、生产效率高，粗—半精—精，大批量生产；

2、加工质量：IT8 ~ IT7 ，Ra 0.8 ~ 0.4；

3、拉刀价格昂贵，刃磨费用也高；

4、加工范围广；

1.8铣削加工

1.8.1铣削的工艺原理

铣削是指使用旋转的多刃刀具切削工件，是高效率的加工方法。工作时刀具旋转（作主运动），工件移动（作进给运动），工件也可以固定，但此时旋转的刀具还必须移动（同时完成主运动和进给运动）。铣削用的机床有卧式铣床或立式铣床，也有大型的龙

门铣床。这些机床可以是普通机床，也可以是数控机床。用旋转的铣刀作为刀具的切削加工。铣削一般在铣床或镗床上进行,适于加工平面、沟槽、各种成形面(如花键、齿轮和螺纹)和模具的特殊形面等。

1.8.2铣削的工艺特点

1、生产效率高；

2、有振动；

3、刀齿散热好；

1.8.3铣削方法

1、周铣法：逆铣、顺铣

逆铣：（1）切入时，挤压、滑行；

（2）切削力向上，振动；

顺铣：（1）有窜动，不平稳，易打刀；

（2）先切黑皮，磨损刀具；

结论：逆铣应用多。

2、端铣法：对称铣削、不对称铣削；

1.8.4周铣法与端铣法比较

周铣法：

1、切削刀齿数少；

2、刀具轴刚度差；

3、高速钢刀具，进行低速切削；

端铣法：

1、切削刀齿数多；

2、刀具轴刚度好；

3、可使用硬质合金刀片，进行高速切削；

1.8.5铣削应用

1、加工范围：

2、加工螺旋面

3、加工质量：IT8 ~ IT7 ，Ra 3.2 ~ 1.6

4、铣床种类：卧式、立式，龙门铣床

5、铣床附具：圆工作台

2.1磨削加工

2.1.1磨削的工艺原理

利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工。磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面,以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面。由于磨粒的硬度很高,磨具具有自锐性,磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料。

2.1.2砂轮的组成要素

砂轮由三部分组成：磨料、粘结剂（结合剂）、孔隙

1、磨料：是砂轮的主要磨削部分，具有尖锐的棱角，即很小的切削刃，来切削加工工件，磨料往往是很硬的材料，通常是化合物，比如金刚砂（化学成分是碳化硅）、刚玉（化学成分是三氧化二铝）、金刚石等，最常见的是金刚砂砂轮和刚玉砂轮。

2、粘结剂：根据不同的砂轮用途分别有陶瓷、树脂、橡胶、金属等，其主要作用是把磨料粘接在一起，形成具有一定外形的砂轮。

3、孔隙：孔隙也是砂轮的主要组成部分，孔隙的目的是减少粘结剂的结合强度，储存磨削下来的磨钢屑，当小的磨料尖锐部分磨秃了之后，就会由于孔隙导致结合强度降低而剥落，露出新的尖锐的磨粒，利于进一步的磨削加工。

2.1.3砂轮的磨料种类以及粒度：

2.1.4砂轮的标志

例如：1－300×35×75－AF60L5V－35（m/s）

形状：平面砂轮

尺寸：外径D300，厚度T35，孔径H75

磨料：棕刚玉

粒度号：60

硬度：L

组织号：5

结合剂：陶瓷

最高工作速度：35m/s

2.1.5磨削过程

每个磨粒都是一个微小的刀齿，磨粒的尖棱是微小的切削刃

磨削过程：滑擦-刻划-切削

切屑、碎磨粒堵塞砂轮，或砂轮失去外形精度，需要定期修磨

2.1.6工艺特点

1、加工质量

IT7 ~ IT6 ，Ra 0.8 ~ 0.2

磨床的机床精度比一般的机床精度要高、刚度好，具有微量进给机构2、砂轮的自锐作用

磨粒破碎或脱落，露出新的棱角或磨粒，叫“自锐性”，也叫“自砺”

3、背向力F p大

比磨削力F c，进给力都大

4、磨削温度高

可以用切削降低磨削温度

切削液作用：（1）冷却、润滑

（2）冲洗砂轮，避免堵塞

【但脆性材料不用切削液，用吸尘器如：铸铁、青铜】

2.1.7磨削的应用

1、外圆磨削

（如图）

2、无心磨

（如图）

3、孔的磨削

（如图）

5、平面磨削

（如图）

3.1特种加工

3.1.1特种加工的含义

特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。主要有电火花加工、电解加工、激光加工和超声波加工等。

3.2电火花加工

3.2.1电火花加工工艺原理

电火花加工是是利用工具电极和工件电极间脉冲性电火花放电产生的高温去除工件上多余材料，使工件获得预定的尺寸和表面粗糙度要求。

3.2.2电火花加工特点

电火花加工工具不和工件直接接触，没有切削力作用，对机床加工系统对刚度要求不高；电火花加工可加工任何导电材料的工件，不受工件材料强度、硬度、脆性和韧性对影响。3.2.3电火花加工的应用

电火花加工的应用范围很广，可加工各种型孔、曲线孔、微小孔及各种曲面型腔，还可用于切割、刻字和表面强化等。是20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产的一种利用电、热能进行加工的方法。

3.3电解加工

3.3.1电解加工工艺原理

电解加工是指基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法。

3.3.1电解加工特点

电解加工的生产效率极高，约为电火花加工的5~10倍；电解加工可以加工形状复杂的型面或型腔；电解加工中工具不和工件直接接触，加工中无切削力作用，加工表面无冷作硬化，无残余应力，加工表面周边无毛刺，能获得较高的加工精度和表面质量。电解加工中工具电极无损耗，可长期使用。

3.3.3电解加工的应用

电解去毛刺设备己有系列化产品，在汽车发动机、通用工程机械、航空航天、气动液压等众多行业得到广泛应用，是电解加工机床中生产批量较大，应用领域较广的重要装备。3.4超声波加工

3.4.1超声波加工工艺原理

超声波是指利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。

3.4.2超声波加工特点

超声波加工机床的结构相对简单，操作维修方便。超声波加工存在对主要问题是生产效率相对较低。

3.4.3超声波加工的应用

超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。超声波加工既能加工导电材料，也能加工不导电体和半导体材料，例如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。