第十一章 零件典型表面的切削成形方法
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郑州航空工业管理学院 《机械制造工程》教案 第11章
1 第十一章 零件典型表面的切削成形方法
一、教学目的与要求
1.掌握各类表面常用加工方法、工艺特点及应用。
2.具有合理选择加工方法的初步能力。
二、教学课时数
理论教学 4学时
三、教学内容
1. 外圆表面加工。
2. 内圆表面加工。
3. 平面加工。
4. 成形面加工。
四、教学重点与难点
1. 重点 各种表面加工方法的工艺特点及应用条件。
2. 难点 能根据加工要求合理选用加工方法与加工方案。
五、教学方式 多媒体授课
六、参考书籍
1. 金属切削原理与刀具，陆剑中; 孙家宁，TG501 / L849=4，机械工业出版社，2005
2. 金属切削原理与刀具，沈志雄，TG501 / S457，机械工业出版社，2004
3. 机械制造技术基础，张福润; 严晓光; 熊良山，TH16 / X642=3，华中理工大学出版社，2006
4. 机械制造技术基础，黄健求，TH16 / H845，机械工业出版社，2006
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2 第十一章 零件典型表面的切削成形方法
零件→种类多，形状各异→最基本的几何表面组成→加工方法不同
本章内容：典型表面的加工方法、加工方案。
第一节 外圆表面加工
轴、套、盘等回转体类零件最基本的组成表面。
主要技术要求：尺寸精度、表面粗糙度，
圆度、圆柱度、同轴度等。
一、外圆表面的车削
1. 常用车床类型及应用范围
⑴ 普通车床
比例较大；
特点是通用性强，加工内容广，但生产率低；
主要应用于单件小批加工。
⑵ 六角车床
转塔刀架能安装较多数量的刀具，轴向、径向定距切削装置，适合加工较复杂的回转类零件，生产率高。
适用于较大批量加工较复杂的中小型零件。
⑶ 自动、半自动车床
自动化程度高，生产率高。但是需要设计、制造专用靠模、凸轮等自动控制元件，调整也较复杂费时，生产准备周期长。
适用于大批量生产。
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3 ⑷ 立式车床
适于加工直径大而长度短的大型盘、套类零件，在重型机械制造部门应用较多。
⑸ 数控车床
自动化程度高、效率高，程序控制；
灵活性、适应性强，技术复杂，造价高。
适用于中小批量加工形状较复杂的回转体类零件。
2. 车床上常用夹具及应范围
⑴ 三爪自定心卡盘
能保证三个卡爪同步径向移动，可自动定心且夹紧迅速。
适应于各种回转体零件的装夹，但定位精度不高，夹紧力较小。
⑵ 四爪单动卡盘
每个卡爪都是单独移动，夹紧可靠，适用各种形状的工件。
不能自动定心，找正比较困难。
常用于形状特殊的轴类和盘类中、小型零件的单件小批加工。
⑶ 顶尖支承
左端卡盘装夹，右端顶尖支承：用于外圆表面的粗车和半精车。
两端顶尖支承：用于精车。
特点是加工出的各段外圆表面间有较高的同轴度。P242图11-1
⑷ 花盘、弯板安装 P242图11-2
单独使用花盘：用于定位面与车床主轴垂直的形状复杂件。
花盘与弯板配合：用于定位面与车床主轴平行的较复杂件。
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4 3. 外圆表面车削的工艺特点
⑴ 与外圆磨削相比，切削量大，效率高，加工精度和表面质量不如磨削，车削常用于中等以下硬度表面的粗加工和半精加工。
⑵ 一次装夹中可以车出回转体类零件上较多的表面，容易保证各加工表面的相互位置精度。
⑶ 车刀结构简单，制造、刃磨容易，装夹方便，加工成本低，车削是一般外圆表面最常用的加工方法。
二、外圆表面磨削
1. 常用外圆磨床及应用
⑴ 普通外圆磨床 P216图10-22
工件以顶尖孔定位在两顶尖间装夹，多用于轴类零件外圆表面及用心轴装夹的盘、套类零件外圆的加工。
⑵ 无心磨床 P243图11-3
首件磨削时调整较费时，适于较大批量加工直径不大的小型轴、销类零件。以加工表面本身定位磨削，故不能提高的位置精度，也不适于加工断续的（如带键槽、平台）外圆面。
2. 外圆磨削方式
⑴ 纵磨法（如图11-4所示）
⑵ 横磨法 P244图11-5
⑶ 深磨法 P244图13-6
采用修整成锥面或带台阶的砂轮，以较小的纵向进给量、较大的磨削深度磨削，生产率较高，加工质量介于纵横磨法之间。适用于长度和直径尺寸都较大、刚性好、余量大而硬度又较高的外圆表面，以磨代车，粗精郑州航空工业管理学院 《机械制造工程》教案 第11章
5 加工合一的条件下。
3. 高质量磨削
⑴ 高速磨削
采用特制高强度、大直径的砂轮，配以高速电机，使磨削速度达到80～120m/s。加工精度、表面质量和生产率都高于一般磨削，是一种高效、高质量的磨削。但此法要求机床具有较高的精度和足够的刚性，以保证高速磨削条件下的平衡性。由于产生的切削热量多，工件表面温度高，需要机床配备有充分的冷却液循环装置，以免使加工表面过热而烧伤。
⑵ 高表面质量磨削
在高精度或精密磨床上，采用细粒度的砂轮，经过精细修整后，磨粒微刃的等高性好，在摩擦、抛光等综合作用下，可使工件表面粗糙度达到Ra值小于或等于0.01μm。此法与研磨等其他光整加工方法相比，不仅效率高而且可提高加工表面的形状精度和位置精度，但机床费用较高。
4. 外圆表面的光整加工
目的是达到更高的加工精度和更好的表面质量。
⑴ 研磨 P245如图11-7
小批量的外圆研磨是在车床上用研具加研磨剂手工进行的。
研具材料要比工件软些，在压力作用下使部分磨粒嵌入研具工件面表层，产生对工作表面的切削作用。常用研具材料有铸铁、青铜等。
研磨剂由极细的磨料和研磨液组成。研磨液用煤油加机油或植物油，再加入适量化学活性较强的油酸、脂肪酸等。
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6 工艺特点：
①微量切削作用，油酸或脂肪酸的化学氧化作用，切削力更小，切削热少，能达到很高的尺寸精度，很低的表面精糙度，还可以提高加工表面的几何形状精度。
② 工件与研具间位置不固定，而是随机的，不能提高相互位置精度。
③ 研磨与高质量磨削相比生产率低，但不需要精密复杂、昂贵的设备，且方法简单，容易保证加工质量。
⑵ 超级光整 P245图11-8
工件作低速转动，磨头沿工件轴向作较低频率和较小幅度往复运动的同时，还沿着工件轴向做缓慢的进给运动。
切削痕迹是很细密复杂的交叉网纹，故超级光磨能获得很低的表面粗糙度，但不能提高形状精度和位置精度。
工艺特点：
① 半自动加工，不仅工人劳动强度比手工研磨低，且一人可兼管几台机床，劳动生产率也较高。
② 由于超级光磨磨头的结构特点，与研磨要比，更适于直径和长度尺寸较大的外圆表面的超精加工。
⑶ 抛光
抛光是用涂有抛光膏的高速旋转的弹性抛光轮对工件表面进行光整加工的方法。
抛光膏由磨粒和油脂混合而成，其作用与研磨剂相同。
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7 三、外圆表面加工方案及应用条件 P247图11-9
1. 粗车—半精车—精车
加工精度、表面粗糙度要求较低（IT7、Ra0.8μm），中等以下硬度外圆表面。
2. 粗车—半精车—粗磨—精磨
加工精度、表面粗糙度要求较高（IT6、Ra0.16μm），需淬硬外圆表面。
3. 粗车—半精车—精车—金刚石车
精度要求高、低硬度外圆表面。
4. 粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨（超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光）
在加工路线2的基础上又加进研磨、超精加工、砂带磨、镜面磨或抛光等精密、超精密加工或光整加工，以减少表面粗糙度、提高尺寸精度、形状和位置精度为主要目的，抛光、砂带磨等以减少表面粗糙度为主。
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8 第二节 内圆表面（孔）的加工
主要指圆柱形的孔。
加工条件差：受孔尺寸的限制，刀具刚性差，排屑、散热、冷却、润滑都比较困难。孔可以采用固定尺寸刀具加工。
技术要求：尺寸精度（孔径、孔深）、
形状精度（圆度、直线度、圆柱度）、
位置精度（同轴度、平行度、垂直度）、
表面粗糙度等。
一、孔的分类
1. 按用途分
⑴ 非配合孔
螺钉孔、螺栓孔的底孔、油孔、气孔、减轻孔等；
一般要求加工精度较低，在IT12以下；
表面质量要求也不高，表面粗糙度Ra值大于10μm。
⑵ 配合孔
如套、盘类零件中心部的孔，箱体、支座类零件上的轴承孔都有要求较高的加工精度（IT7以上）和较高的表面质量（Ra<1.6μm）。
2. 按结构特点分
按结构特点可分为通孔、盲孔；
大孔、中小孔；
光孔、台阶孔；
深孔，一般深度孔。
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9 二、用固定尺寸刀具加工孔
1. 钻孔
钻孔是在实心材料上加工出孔的方法。
刀具为钻头，一般用麻花钻。 P248图11-10
机床：
车床——回转体类中心孔；
镗床——箱体配合孔系；
钻床——一般孔。
钻孔特点：
横刃前角为负值，主切削刃愈接近芯部前角愈小，且两刃不易磨得对称，排屑槽深，刚性差；
切削条件差，切削深度大，散热条件差，排屑困难，易划伤已加工表面，刀具易磨损等。
应用：加工精度要求低的中小直径尺寸的孔（75㎜以下）。
2. 扩孔
对已有孔（钻、铸、锻出）进行再加工。
目的：扩大孔径，提高孔的加工精度和表面质量。
扩孔钻的结构。 P249图11-11
与麻花钻相比：无横刃、切削刃多、前角大、排屑槽浅、刚性好、导向性好等结构特点，且切削深度小、切削力小、散热条件好、切削平衡等切削特点，故扩孔的加工质量优于钻孔。
精度达IT9～13，表面粗糙度Ra值为1.25～40μm。
扩孔钻直径一般最大为100mm。
