机械加工基础知识

根据机床运动的不同、刀具的不同，可将去除零件毛坯多余材料的切削方法分 为几种主要不同方法。主要有：车削、刨削、磨削、钻削和特种加工等。本节 对这些主要方法逐一介绍。 一、车削 车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时，就形成 内、外园柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动，就形成锥面。仿形车床或数控 车床上，可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成 型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平 面及偏心轴等。车削加工精度一般为 IT8—IT7，表面粗糙度为 6.3—1.6μm。精 车时，可达 IT6—IT5，粗糙度可达 0.4—0.1μm。车削的生产率较高，切削过程 比较平稳，刀具较简单。 二、铣削 主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外园面上的刃形 成的。立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀的转速可以获得较高 的切削速度，因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切 削过程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。这种冲击，也加剧了刀具 的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。在切离工件的一般时间内，可 以得到一定冷却，因此散热条件较好。按照铣削时主运动速度方向与工件进给 方向的相同或相反，又分为顺铣和逆铣。 顺 铣 铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，工件台进给丝杠与固定螺 母之间一般有间隙存在，因此切削力容易引起工件和工作台一起向前 窜动，使进给量突然增大，引起打刀。在铣削铸件或锻件等表面有硬 度的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。 逆 铣 可以避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增 大，因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的 阶段，加速了刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力将工件上抬，易引 起振动，这是逆铣的不利之处。 铣削的加工精度一般可达IT8—IT7，表面粗糙度为6.3—1.6μm。 普通铣削一般只能加工平面，用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。数控铣 床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来，这 时一般采用球头铣刀。数控铣床对加工叶轮机械的叶片、模具的模芯和型腔等 形状复杂的工件，具有特别重要的意义。 三、刨削 刨削时，刀具的往复直线运动为切削主运动。因此，刨削速度不可能太高， 生产率较低。刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8— IT7，表面粗糙度为Ra6.3— 1.6μm，精刨平面度可达0.02/1000，表面粗糙度为0.8—0.4μm。 四、磨削 磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工，其主运动是砂轮的旋转。砂轮的磨 削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨 削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削力 超过粘合剂强度时，圆钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，形成砂轮的“自锐 性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞。因而，磨削一定时间后，需用金刚石 车刀等对砂轮进行修整。 磨削时，由于刀刃很多，所以加工时平稳、精度高。磨床是精加工机床，磨 削精度可达IT6—IT4，表面粗糙度Ra可达1.25—0.01μm，甚至可达0.1— 0.008μm。磨削的另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此，往往作 为最终加工工序。磨削时，产生热量大，需有充分的切削液进行冷却。按功能 不同，磨削还可分为外园磨、内孔磨、平磨等。 五、钻削与镗削 在钻床上，用钻头旋转钻削孔，是孔加工的最常用方法。钻削的加工精度较 低，一般只能达到IT10，表面粗糙度一般为12.5— 6.3μm在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔 钻，铰孔采用铰刀进行加工。铰削加工精度一般为IT9— IT6，表面粗糙度为Ra1.6— 0.4μm。扩孔、铰孔时，钻头、铰刀一般顺着原底孔的轴线，无法提高孔的位 置精度。镗孔可以较正孔的位置。镗孔可在镗床上或车床上进行。在镗床上镗 孔时，镗刀基本与车刀相同，不同之处是工件不动，镗刀在旋转。镗孔加工精 度一般为IT9—IT7，表面粗糙度为Ra6.3—0.8mm。 钻削加工 镗床加工 车床加工 六、齿面加工 齿轮齿面加工方法可分为两大类：成形法和展成法。成形法加工齿面所使用 的机床一般为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两个简单成形运动：刀具的旋 转运动和直线移动。展成法加工齿面的常用机床有滚齿机、插齿机等。 七、复杂曲面加工 三维曲面的切削加工，主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法（见 本节八）。仿形铣必须有原型作为靠模。加工中球头仿形头，一直以一定压力 接触原型曲面。仿形头的运动变换为电感量，加工放大控制铣床三个轴的运动 ，形成刀头沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。数控 技术的出现为曲面加工提供了更有效的方法。在数控铣床或加工中心上加工时 ，是通过球头铣刀逐点按坐标值加工而成。采用加工中心加工复杂曲面的优点 是：加工中心上有刀库，配备几十把刀具。曲面的粗、精加工，可用不同刀具 对凹曲面的不同曲率半径，也可选用适当的刀具。同时，可在一次安装中加工 各种辅助表面，如孔、螺纹、槽等。这样充分保证了各表面的相对位置精度。 八、特种加工 特种加工方法是指区别于传统切削加工方法，利用化学、物理(电、声、光 、热、磁)或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方法的总称。这些加 工方法包括：化学加工(CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械加工(ECMM) 、电火花加工(EDM)、电接触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光束加工(LB M)、离子束加工(IBM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电液加工(E HM)、磨料流加工(AFM)、磨料喷射加工(AJM)、液体喷射加工(HDM)及各类 复合加工等。 分 类 原理 特点及应用范围 电 火 花 加 工 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放 电所产生的高温熔蚀工件表面材料来实现加工的。电火 花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体 及工作液循环过滤系统等部分组成。工件固定在机床工 作台上。脉冲电源提供加工所需的能量，其两极分别接 在工具电极与工件上。当工具电极与工件在进给机构的 驱动下在工作液中相互靠近时，极间电压击穿间隙而产 生火花放电，释放大量的热。工件表层吸收热量后达到 很高的温度(10000℃以上)，其局部材料因熔化甚至气 化而被蚀除下来，形成一个微小的凹坑。工作液循环过 滤系统强迫清洁的工作液以一定的压力通过工具电极与 工件之间的间隙，及时排除电蚀产物，并将电蚀产物从 工作液中过滤出去。多次放电的结果，工件表面产生大 量凹坑。工具电极在进给机构的驱动下不断下降，其轮 廓形状便被“复印”到工件上(工具电极材料尽管也会被 蚀除，但其速度远小于工件材料)。 ①加工硬、脆、 韧、软和高熔点 的导电材料； ②加工半导体材 料及非导电材 料； ③加工各种型 孔、曲线孔和微 小孔； ④加工各种立体 曲面型腔，如锻 模、压铸模、塑 料模的模膛； ⑤用来进行切 断、切割以及进 行表面强化、刻 写、打印铭牌和 标记等。 电 解 加 工 电解加工是利