金属切削机床基础知识（全） - 图文

第8章 机械零件表面加工

机械零件尽管种类繁多，其结构复杂程度不一，但其表面形状不外乎是几种基本形状的表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面。当零件精度和表面质量要求较高时，需要在机床上使用切削刀具或磨具切除多余材料，以获取几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件，由于各种机械零件形状、尺寸和表面质量的不同，其切削加工方法和切削加工设备也就各不相同。本章仅就各种表面切削加工方法的基本原理、特点和应用范围以及所采用的加工设备分别介绍一些基础知识。

8.1 金属切削机床的基础知识

金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的一种机器，人们习惯上称为机床。由于切削加工仍是机械制造过程中获取具有一定尺寸、形状和精度的零件的主要加工方法，所以机床是机械制造系统中最重要的组成部分，它为加工过程提供刀具与工件之间的相对位置和相对运动，为改变工件形状、质量提供能量。

8.1.1机床的分类

目前金属切削机床的品种和规格繁多，为便于区别、使用和管理，需对机床进行分类。 根据国家标准GB/T15375-94，按加工性质和所用刀具的不同，机床可分为12大类：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、特种加工机床、锯床和其它机床。

除了上述基本分类方法之外，根据机床的其它特征，还有其它分类方法。

按机床通用性程度，可分为：通用机床（或称万能机床）、专门化机床和专用机床三类。通用机床适用于单件小批量生产，加工范围较广，可以加工多种零件的不同工序。例如普通车床、卧式镗床、万能升降台铣床等；专门化机床用于大批量生产中，加工范围较窄，可加工不同尺寸的一类或几类零件的某一种（或几种）特定工序。例如，精密丝杠车床、曲轴轴颈车床等；专用机床通常应用于成批及大量生产中，这类机床是根据工艺要求专门设计制造的，专门用于加工某一种（或几种）零件的某一特定工序的。例如，加工车床导轨的专用磨床、加工车床主轴箱的专用镗床等。

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在同一种机床中，按加工精度的不同，可分为：普通精度级、精密级和高精度级机床。 按机床的质量和尺寸不同，可分为：仪表机床、中型（一般）机床、大型机床（质量达10t）、重型机床（质量30t以上）、超重型机床（质量在100t以上）。

按机床自动化程度，可分为：手动、机动、半自动和自动机床。

此外，机床还可以按主要工作器官的数目进行分类，如：单刀机床、多刀机床、单轴机床、多轴机床等。

目前，机床正在向数控化方向发展，而且其功能也在不断增加，除了数控加工功能，还增加了自动换刀、自动装卸工件等功能。因此也可按机床具有的数控功能分一般数控机床、加工中心、柔性制造单元等。

随着新品种机床不断出现，机床的分类也会愈将丰富。

8.1.2机床型号的编制方法

机床型号是机床产品的代号，用以简明的表示机床的类型、通用和结构特性、主要技术参数等。GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成，适用于各类通用机床和专用机床（组合机床除外）。

分类代号 类代号

通用特性、结构特性代号 组代号 系代号

主参数或设计顺序号 主轴数或第二主参数 重大改进顺序号 其它特性代号 企业代号

注：①“ ”表示阿拉伯数字；②“ ”表示大写汉语拼音字母；③ “（ ）”表示可选项,无内容时,不表示,有内容时则不带括号； ④“ “ 表示大写汉语拼音字母或阿拉伯数字或者两者兼有之。

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1. 通用机床型号的编制方法

（1）机床的类代号 用大写的汉语拼音字母表示，并按相应的汉字字意读音。当需要时，每类又可分为若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，放在类代号之前，但第一分类不予表示。机床的类代号、分类代号及其读音见表8.1.1。

表8.1.1 机床类代号和分类代号 类 别 车 钻 镗 床 床 床 磨 床 齿轮加工机床 螺纹加工 铣机床 床 刨插床 拉 锯 床 床 其它机床 代号 读音

C Z T M 2M 3M Y S X B L G Q 车 钻 镗 磨 二磨 三磨 牙 丝 铣 刨 拉 割 其 （2）机床的通用特性和结构特性代号 通用特性代号位于类代号之后，用大写汉语拼音字母表示。当某种类型机床除有普通型外，还有如表8.1.2所示的某种通用特性时，则在类代号之后加上相应特性代号。如“CK”表示数控车床；如果同时具有两种通用特性时，则可按重要程度排列，用两个代号表示，如“MBG”表示半自动高精度磨床。 对于主参数相同，而结构、性能不同的机床，在型号种用结构特性区分。结构特性代号在型号无统一含义，它只是在同类型机床中起区分结构、性能不同的作用。当机床具有通用特性代号时，结构特性代号位于通用特性代号之后，用大写汉语拼音字母表示。如CA6140中的“A”和CY6140中的“Y”，均为结构特性代号，它们分别表示为沈阳第一机床厂和云南机床厂生产的基本型号的卧式车床。为了避免混淆，通用特性代号已用的字母和“L”、“0”都不能作为结构特性代号使用。

表8.1.2机床通用特性代号 通用特性 代号 高 精度 精 自 半密 动 自动 数 加工中心控 （自动换刀） 仿 轻 加重形 型 型 简式或经济型 柔性加工单元 数 高 显 速 G M Z B K H F Q C J R X S 289

读音

高 密 自 半 控 换 仿 轻 重 简 柔 显 速 （3）机床的组别、系别代号 组、系代号用两位阿拉伯数字表示，前一位表示组别，后一位表示系别。每类机床按其结构性能及使用范围划分为用数字0~9表示的10个组。在同一组机床中，又按主参数相同、主要结构及布局型式相同划分为用数字0~9表示的10个系（组别、系别划分请查阅其它资料）。

（4）机床主参数、设计顺序号及第二主参数 机床主参数是表示机床规格大小的一种尺寸参数。在机床型号中，用阿拉伯数字给出主参数的折算值，位于机床组、系代号之后。折算系数一般是1/10或1/100，也有少数是1。例如，CA6140型卧式机床中主参数的折算值为40（折算系数是1/10），其主参数表示在床身导轨面上能车削工件的最大回转直径为400mm。各类主要机床的主参数及折算系数见表8.1.3。

某些通用机床,当无法用一个主参数表示时，则用设计顺序号来表示。

第二主参数是对主参数的补充,如最大工件长度、最大跨距、工作台工作面长度等，第二主参数一般不予给出。

表8.1.3各类主要机床的主参数和折算系数 机床 卧式车床 立式车床 摇臂钻床 卧式镗床 坐标镗床 外圆磨床 内圆磨床 矩台平面磨床 齿轮加工机床 龙门铣床 升降台铣床 龙门刨床

主参数名称 床身上最大回转直径 最大车削直径 最大钻孔直径 镗轴直径 工作台面宽度 最大磨削直径 最大磨削孔径 工作台面宽度 最大工件直径 工作台面宽度 工作台面宽度 最大刨削宽度 290

折算系数 1/10 1/100 1/1 1/10 1/10 1/10 1/10 1/10 1/10 1/100 1/10 1/100 插床及牛头刨床 拉床

最大插削及刨削长度 额定拉力(吨) 1/10 1/1 (5)机床的最大改进顺序号 当机床的性能及结构有重大改进，并按新产品重新设计、试制和鉴定时，在原机床型号尾部加重大改进顺序号，即汉语拼音字母A、B、C……。 （6）其它特性代号与企业代号 其它特性代号用以反映各类机床的特性，如对数控机床，可用来反映不同的数控系统；对于一般机床可用以反映同一型号机床的变型等。其它特性代号可用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。企业代号与其它特性代号表示方法相同，位于机床型号尾部，用“—”与其它特性代号分开，读作“至”。若机床型号中无其它特性代号，仅有企业代号时，则不加“—”，企业代号直接写在“/”后面。

根据通用机床型号编制方法，举例如下：

(1) 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/S2:表示摇臂钻床，最大钻孔直径为40mm,最大跨距为1600mm，沈阳第二机床厂生产。

(3)CKM1116/NG：表示数控精密单轴纵切自动车床，最大车削棒料直径为16mm，宁江机床厂生产。

2.专用机床型号的编制方法

设计单位代号 设计顺序号

设计单位代号同通用机床型号中的企业代号。设计顺序号按各单位设计制造专用机床的先后顺序排列。例如，B1-015：表示北京第一机床厂设计制造的第15种专用机床。

8.1.3零件表面的切削加工成形方法和机床的运动

1.零件表面的切削加工成形方法

在切削加工过程中，机床上的刀具和工件按一定的规律作相对运动，通过刀具对工件毛坯的切削作用，切除毛坯上多余金属，从而得到所要求的零件表面形状。机械零件的任何表面都可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（称为导线）运动的轨迹。如图8.1.1所示，

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平面是由一条直线（母线）沿另一条直线（导线）运动而形成的；圆柱面和圆锥面是由一条直线（母线）沿着一个圆（导线）运动而形成的；普通螺纹的螺旋面是由“∧”形线（母线）沿螺旋线（导线）运动而形成的；直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面是渐开线（母线）沿直线（导线）运动而形成的等等。

图8.1.1成形运动的组成

母线和导线统称为发生线。切削加工中发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的。一般情况下，由切削刃本身或与工件相对运动配合形成一条发生线（一般是母线），而另一条发生线则完全是由刀具和工件之间的相对运动得到的。这里，刀具和工件之间的相对运动都是由机床来提供。

2.机床的运动

机床在加工过程中，必须形成一定形状的发生线（母线和导线），才能获取所需的工件表面形状。因此，机床必须完成一定的运动，这种运动称为表面成形运动。此外，还有多种辅助运动。

（1）表面成形运动 表面成形运动按其组成情况不同，可分为简单成形运动和复合成形运动二种。

如果一个独立的成形运动是单独的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。例如，用车刀车削外圆柱面时（见图8.1.2a）工件的旋转运动B1产生圆导线，

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刀具纵向直线运动A2产生直线母线，即加工出圆柱面。运动B1和A2是两个相互独立的表面成形运动，因此，用车刀车削外圆柱时属于简单成形运动。

如果一个独立的成形运动，是由两个以上的旋转运动或（和）直线运动，按某种确定的运动关系组合而成，则此成形运动称为复合成形运动。例如，用螺纹车刀车削螺纹表面时（见图8.1.2b），工件的旋转运动B11和车刀的直线运动A12按规定作相对运动，形成螺旋线导线，三角形母线（由刀刃形成，不需成形运动）沿螺旋线运动，形成了螺旋面。形成螺旋线导线的两个简单运动B11和A12，由于螺纹导程限定而不能彼此独立，它们必须保持严格的运动关系，从而B11和A12这两个简单运动组成了一个复合成形运动。又如，用齿轮滚刀加

图8.1.2成形运动的组成

工直齿圆柱齿轮时（见图8.1.2c）它需要一个复合成形运动B11、B12（范成运动），形成渐开线母线，又需要一个简单直线成形运动A2，才能得到整个渐开线齿面。

成形运动中各单元运动根据其在切削中所起的作用不同，又可为主运动和进给运动（见第7章）。

（2）辅助运动 机床在加工过程中还需一系列辅助运动，其功能是实现机床的各种辅助动作，为表面成形运动创造条件。它的种类很多，如进给运动前后的快进和快退；调整刀具和工件之间正确相对位置的调位运动；切入运动；分度运动；工件夹紧、松开等操纵控制运动。

8.1.4机床传动的基本组成和传动原理图

1.机床传动的基本组成部分

机床的传动必须具备以下的三个基本部分。

（1）运动源 为执行件提供动力和运动的装置。通常为电动机，如交流异步电动机、直流电动机、直流和交流伺服电动机、步进电动机、交流变频调速电动机等。

（2）传动件 传递动力和运动的零件。如齿轮、链轮、带轮、丝杠、螺母等，除

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机械传动外，还有液压传动和电气传动元件等。

（3）执行件 夹持刀具或工件执行运动的部件。常用执行件有主轴、刀架、工作台等，是传递运动的末端件。

2.机床的传动链

为了在机床上得到所需要的运动，必须通过一系列的传动件把运动源和执行件，或把执行件与执行件联系起来，以构成传动联系。构成一个传动联系的一系列传动件，称之传动链。根据传动链的性质，传动链可分为两类。

（1）外联系传动链 联系运动源与执行件的传动链，称为外联系传动链。它的作用是使执行件得到予定速度的运动，并传递一定的动力。此外，还起执行件变速、换向等作用。外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状。因此，外联系传动链不要求两末端件之间有严格的传动关系。如卧式车床中，从主电动机到主轴之间的传动链，就是典型的外联系传动链。

（2）内联系传动链 联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链，称为内联系传动链。它的作用是保证两个末端件之间的相对速度或相对位移保持严格的比例关系，以保证被加工表面的性质。如在卧式车床上车螺纹时，连接主轴和刀具之间的传动链，就属于内联系传动链。此时，必须保证主轴（工件）每转一转，车刀移动工件螺纹一个导程，才能得到要求的螺纹导程。又如，滚齿机的范成运动传动链也属于内联系传动链。

3.机床传动原理图

在机床的运动分析中，为了便于分析机床运动和传动联系，常用一些简明的符号来表示运动源与执行件、执行件与执行件之间的传动联系，这就是传动原理图。图8.1.3为传动原理图常用的部分符号。

下面以卧式车床的传动原理图为例，说明传动原理图的画法和所表示的内容。如图8.1.4所示，从电动机至主轴之间的传动属于外联系传动链，它是为主轴提供运动和动力的。即从电动机—1—2—uv—3——4—主轴，这条传动链亦称主运动传动链，其中1—2和3—4段为传动比固定不变的定比传动结构，2—3段是传动比可变的换置机构uv，调整uv值用以改变主轴的转速。从主轴—4—5—uf—6—7—丝杠—刀具,得到刀具和工件间的复合成形运动（螺旋运动），这是一条内联系传动链，其中4—5和6—7段为定比传动机构，5—6段是换置机构uf，调整uf 值可得到不同的螺纹导程。在车削外圆面或端面时，主轴和刀具之间的传动联系无严格的传动比要求，二者的运动是两个独立的简单成形运动，因此，除了从电动机到主轴的主传动链外，另一条传动链可视为由电动机—1—2—uv —3—5—uf —6—7—刀具

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(通过光杆)，此时这条传动链是一条外联系传动链。

传动原理图表示了机床传动的最基本特征。因此，用它来分析、研究机床运动时，最容易找出两种不同类型机床的最根本区别，对于同一类型机床来说，不管它们具体结构有何明显的差异，它们的传动原理图却是完全相同的。

8.1.5机床传动系统图和运动计算

1.机床传动系统图

机床的传动系统图是表示机床全部运动传动关系的示意图。它比传动原理图更准确、更清楚、更全面地反映了机床的传动关系。在图中用简单的规定符号代表各种传动元件（我国的机床传动系统图规定符号详见国家标准GB4460——84《机械制图机械运动简图符号》及GB138——74《机械制图——机动示意图中的规定符号》）。

机床的传动系统画在一个能反映机床外形和各主要部件相互位置的投影面上，并尽可能绘制在机床外形的轮廓线内。图中的各传动元件是按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来的。该图只表示传动关系，并不代表各传动元件的实际尺寸和空间位置。在图中通常注明齿轮及蜗轮的齿数、带轮直径、丝杠的导程和头数、电动机功率和转数、传动轴的编号等。传动轴的编号，通常从运动源（电动机）开始，按运动传递顺序，依次用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……表示。图8.1.5是一台中型卧式车床主传动系统图。

2.传动路线表达式

为便于说明及了解机床的传动路线，通常把传动系统图数字化，用传动路线表达式（传

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图8.1.4卧式车床传动原理图

a)电动机 b)主轴 c)车刀 d) 定比传动机构 e)滚刀 f)合成机构 g)换置机构

图8.1.3传动原理常使用的部分符号

动结构式）来表达机床的传动路线。图8.1.5车床主传动路线表达式为：

?36??36??60??42???????24?126电动机(1440r/min)——Ⅰ—??—Ⅱ—?42?—Ⅲ—?30?—Ⅳ（主轴）

2218?256?48??????30??62??72????42?

3． 主轴转数级数计算 根据前述主传动路线表达式，可知，主轴正转时，利用各滑移齿轮组齿轮轴向位置的各种不同组合，主轴可得3×2×2=12级正转转速。同理，当电机反转时主轴可得12级反转转速。

图8.1.5 12级变速车床主传动系统图

4.运动计算

机床运动计算通常有两种情况：

(1)根据传动路线表达式提供的有关数据，确定某些执行件的运动速度或位移量； (2)根据执行件所需的运动速度、位移量，或有关执行件之间需要保持的运动关系，确定相应传动链中换置机构的传动比，以便进行调整。

例1.根据图8.1.5所示主传动系统，计算主轴转速 。 主轴各级转速数值可应用下列运动平衡式进行计算。

n主=n电×

ZZZD（1-ε）×?—II×II—III×III—IV

Z'I—IIZ'II—IIIZ'III—IVD'式中 n主——主轴转速（r/min）； n电——电动机转速（r/min）；

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D、D＇——分别为主动、被动皮带轮直径（mm）； ε——三角带传动的滑动系数，可近似地取ε=0.02；

ZI?II、ZII?III、ZIII?IV及Z'I?II、Z'II?III、Z'III?IV——分别为Ⅰ-Ⅱ、Ⅱ-Ⅲ、Ⅲ-Ⅳ轴之间主动和被动齿轮齿数。

主轴各级转速均可由上述运动平衡式计算出来，如计算所得主轴最高转速和最低转速分别为：

n主max?1440?n主min126364260?(1?0.02)????1440r/min 256364230126242218?1440??(1?0.02)????31.5r/min

256486272例2.根据图8.1.6所示的车削螺纹进给传动链，确定挂轮变速机构的换置公式。 由图示得到的运动平衡式为：

1?6040ac????12?L工 6040bd式中 L工——被加工螺母的导程（mm）。 将上式化简后，得到挂轮的换置公式

u挂?acL工 ??bd12应用此换置公式，适当的选择挂轮a、b、c、d 的齿数，就可车削出导程为L工的螺纹。

图8.1.6车削螺纹进给传动链

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8．2 外圆表面加工

8.2.1外圆表面的加工方法

轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半进精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后零件的精加工；光整加工是精加工之后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。

由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求的合格零件。表8.2.1为外圆表面各种加工方案和经济加工精度。

表8.2.1外圆表面加工方案

序号 1 2 3 加工方法 经济精度(公差经济粗糙度Ra值等级) IT13~IT11 IT10~IT8 IT8~IT7 IT8~IT7 /μm 50~12.5 6.3~3.2 1.6~0.8 0.2~0.0255 使用范围 适用于淬火钢以外的各种金属 主要用于淬火钢,也可用于粗车 粗车-半精车 粗车-半精车-精车 4 粗车-半精车-精车-滚压 5 粗车-半精车-磨削 IT8~IT7 0.8~0.4 未淬火钢,但不适用于有色金属 6 粗车-半精车-粗磨-精磨 7 粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工(或轮式超精磨) 粗车-半精车-精车-精细车(金刚车) 粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨(或镜面磨) IT7~IT6 IT5 0.4~0.1 0.1~0.012 (或Rz0.1) 主要用于要求较高的有色金8 IT7~IT6 0.4~0.025 0.025~0.006(或Rz0.1) 0.1~0.012 (或298

属 极高精度的外圆加工 9 IT5以上 IT5以上 10 粗车-半精车-粗磨-精磨-

研磨 8.2.2 外圆表面的车削加工

1.外圆车削的形式和加工精度

Rz0.1) 车削外圆是一种最常见、最基本的车削方法，其主要形式见图8.2.1。

车削外圆一般可划分为荒车、粗车、半精车、精车和精细车，各种车削方案所能达到的加工精度和表面粗糙度各不相同，必须合理的选用。详见表8.2.1。

(a)75°外圆车刀 (b)45°弯头车刀 (c)90°外圆车刀

图8.2.1 车削外圆的形成

2.外圆车削工件的装夹方法

外圆车削加工时，最常见的工件装夹方法见表8.2.2。

表8.2.2 最常见的车削装夹方法 名称 三爪卡盘 装夹简图 装夹特点 三个卡爪可同时 移动,自动定心, 装夹迅速方便 应用 长径比小于4，截面为圆形，六方体的中、小型工件加工 四爪卡盘 四个卡爪都可单独移长径比小于4，截面为方形、动,装夹工件需要找正 椭圆形的较大、较重的工件 299

盘面上多通槽和T形形状不规则的工件、孔或外槽,使用螺钉、压板装圆与定位基面垂直的工件花盘 夹，装夹 前需找正 的加工 定心正确，装夹稳定 长径比为4～15的实心轴类 双顶尖 支爪可调，增加工件刚长径比大于15的细长轴工双顶尖中心架 性 一夹一顶跟刀架 心轴 支爪随刀具一起运动，长径比大于15的细长轴工无接刀痕 能保证外圆、端面对内以孔为定位基准的套类零孔 的位置精度 件的加工 件半精加工、精加工 件粗加工 零件加工

3.车刀的结构形式

车刀按结构不同可分为整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式等几种。 整体式车刀是将车刀的切削部分与夹持部分用同一中材料制成，如尺寸不大的高速钢车刀常用这种结构。

焊接式车刀是在碳钢刀杆（常用45钢）上根据刀片的形状和尺寸铣出刀槽后将硬质合金刀片钎焊在刀槽中,然后刃磨出所需的几何参数。焊接式车刀结构简单、紧凑、刚性好、灵活性大，可根据切削要求较方便地刃磨出所需角度，故应用广泛。但经高温钎焊的硬质合金刀片，易产生应力和裂纹，切削性能有所下降，并且刀杆不能重复使用，浪费较大。

机夹重磨式车刀的刀片与刀杆是两个可拆的独立元件，切削时靠夹紧元件将它们紧固在一起，由于避免了因焊接产生的缺陷，可提高刀具的切削性能，并且刀杆可多次使用。

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机夹可转位式车刀是将压制有合理几何参数、断屑槽、并有几个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法，装夹在标准刀杆上，以实现切削的一种刀具结构。当刀片的一个切削刃磨钝后，松开夹紧元件，把刀片转位换成另一新切削刃，便可继续使用。与焊接式车刀相比，机夹可转位式车刀具有切削效率高，刀片使用寿命长，刀具消耗费用低等优点。可转位车刀的刀杆可重复使用，节省了刀杆材料。刀杆和刀片可实现标准化、系列化，有利用刀具的管理工作。图8.2.2为常见车刀的结构示意图。

４．外圆车刀的选择和装夹

外圆车刀应根据外圆表面加工方案选择。粗车外圆要求外圆粗车刀强度高，能在切削深度大或走刀速度快的情况下保持刀头坚固。精车外圆要求外圆车刀刀刃锋利、光洁。如图8.2.1所示，主偏角?r?75°外圆车刀刀头强度高，生产中常选用为外圆粗车刀；

主偏角?r?45°弯头车刀，使用方便，还可以车端面和倒角，但因其副偏角?'r大，工件表面加工粗糙，不适于精加工；主偏角?r?90°的外圆车刀可用粗车或精车，还可车削有垂直台阶的外圆和细长轴。

车刀在刀架上的安装高度，一般应使刀尖在与工件旋转轴线等高的地方．安装时可用尾架顶尖作为标准，或在工件端面车一印痕，就可知道轴线位置，把车刀调整安装好。

车刀在刀架上的位置，一般应垂直于工件旋转轴线，否则会引起主偏角?r变化，还可能使刀尖扎入工件已加工表面或影响表面粗糙度质量。

5．车床

（1）车床的用途 车床主要用于加工零件的各种回转表面，如内外圆柱表面，内外

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图8.2.2 常用车刀结构示意图

(a)整体式车刀 (b)焊接式车刀 (c)机夹可转位式车刀

圆锥表面，成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能车削螺纹表面。由于大多数机器零件都具有回转表面，并且大部分需要用车床来加工，因此，车床是一般机器制造厂中应用最广泛的一类机床，约占机床总数的35%~50%。

在车床上，除使用车刀进行加工之外，还可以使用各种孔加工刀具（如钻头、铰刀、镗刀等）进行孔加工，或者使用螺纹刀具（丝锥、板牙）进行内、外螺纹加工。 （2）车床的运动

①工件的旋转运动 是车床的主运动，其特点是速度较高，消耗功率较大。 ②刀具的直线移动 是车床的进给运动，是使毛坯上新的金属层被不断投入切削，以便切削出整个加工表面。

上述运动是车床形成加工表面形状所需的表面成形运动。车床上车削螺纹时，工件的旋转运动和刀具的直线移动则形成螺旋运动，是一种复合成形运动。

（3）车床的分类 为适应不同的加工要求，车床分为很多种类。按其结构和用途不同，可分为：卧式车床（图8.2.3）、立式车床（图8.2.4）、转塔车床、回轮车床、落地车床、

液压仿形及多刀自动和半自动车床、各种专用车床（如曲轴车床、凸轮车床等）、数控车床和车削加工中心等。

1、11—床腿 2—进给箱 3—主轴箱 4—床鞍 5—中滑板 6—刀架 7—回转盘 8—小滑板 9—尾架 10—床身 12—光杠 13—丝杠 14—溜板箱

图8.2.3 CA6140型卧式车床

302

图8.2.4 立式车床

6．CA6140型卧式车床

（1）机床的工艺范围及其组成 CA6140型卧式车床的工艺范围很广，能适用于各种回转表面的加工，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转面；车削端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花、攻螺纹和套螺纹等工作。其加工的典型表面见图8.2.5。

CA6140型卧式车床的通用性较强，但机床的结构复杂且自动化程度低，加工过程中辅助时间较长，适用于单件、小批量生产及修理车间。CA6140型卧式车床的布局及组成见图8.2.3。

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图8.2.5 CA6140型卧式车床加工的典型表面

（2）机床的传动系统 图8.2.6为CA6140型卧式车床的传动系统图。图中左上方的方框内表示机床的主轴箱，框中是从主电动机到车床主轴的主运动传动链。传达链中的滑移齿轮变速机构，可使主轴得到不同的转速；片式摩擦离合器换向机构，可使主轴得到正、反向转速。左下方框表示进给箱，右下方框表示溜板箱。从主轴箱中下半部分传动件，到左外侧的挂轮机构、进给箱中的传动件、丝杆或光杠以及溜板箱中的传动件，构成了从主轴到刀架的进给传动链。进给换向机构位于主轴箱下部，用于切削左旋或右旋螺纹，挂轮或进给箱中的变换机构，用来决定将运动传给丝杠还是光杠。若传给丝杠，则经过丝杠和溜板箱中的开合螺母，把运动传给刀架，实现切削螺纹传动链；若传给光杠，则通过光杠和溜板箱中的转换机构传给刀架，形成机动进给传动链。溜板箱中的转换机构用来确定是纵向进给或是横向进给。

①主运动传动链 运动由主电动机经V带轮传动副Ф130mm/Ф230mm传至主轴箱中的轴Ⅰ,轴Ⅰ上装有双向多片摩擦离合器M1,使主轴正转、反转或停止。主运动传动链的传动路线表达式为

304

305

图统系动传的床车式卧型0416AC 6.2.8图

由传动路线表达式可以看出，主轴可获得2×3×[（2×2）+1]=30级正转转速，由于轴Ⅲ至轴Ⅴ间的两组双联滑移齿轮变速组的4种传动比为

2020120511??;u2???; 80801680504502015050u3???;u4???1;

508045050u1?其中u2?u3,所以实际只有3种不同的传动比，因此主轴只能获得

2×3×［（2×2－1）+1］＝24级正转转速。同理主轴可获得3×［（2×2－1）+1］＝12级反转转速。

主轴反转时，轴Ⅰ－Ⅱ间传动比的值大于正转时传动比的值，所以反转转速大于正转转速。主轴反转一般不用于切削，而是用于车削螺纹时，切削完一刀后，使车刀沿螺旋线退回，以免下一次切削时“乱扣”。转速高，可节省辅助时间。

②车削螺纹传动链 CA6140型车床能够车削米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹，还能够车削大导程、非标准和较精密的螺纹，这些螺纹可以是左旋的也可以是右旋的。车削螺纹传动链的作用，就是要得到上述各种螺纹的导程。

不同标准的螺纹用不同的参数表示其螺距，表8.2.3列出了米制、英制、模数制和径节制四种螺纹的螺距参数及其与螺距Ｐ、导程Ｌ之间的换算关系。

车削螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹的一个导程 L工，其运动平衡式为

1(主轴）?u?L丝?L工

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表8.2.3各种标准螺纹的螺距参数及其与螺距、导程的换算关系 螺纹种类 米制 模数制 英制 径节制 螺距参数 螺距P/mm 模数m/mm 每英寸牙数a(牙/in） 径节DP(牙/in） 螺距/mm P=P 导程/mm L=KP Pm=πm Pa=25.4/a PDP=25.4 π/DP Lm=KPm=Kπm La=K Pa =25.4K/a LDP=KPDP=25.4Kπ/DP 注：表中K为螺纹线数

式中 u——从主轴到丝杠之间的总传动比；

L丝——机床丝杠的导程（CA6140型车床L丝=12mm）； L工——被加工螺纹的导程（mm）。

在这个平衡式中，通过改变传动链中的传动比u，就可以得到要加工的螺纹导程。CA6140型车床车削上述各种螺纹时传动路线表达式为

其中u基是轴ⅩⅢ和轴ⅩⅣ之间变速机构的8种传动比，即：

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u基1?u基5

266.5287328369?; u基2??; u基3??; u基4??; 287287287287199.5201033113612??; u基6??; u基7??; u基8??; 147147217217上述变速机构是获得各种螺纹的基本机构，称为基本螺距机构或称基本组。u倍是轴XV和轴XVII之间变速机构的4种传动比，即：

u倍1?u倍3

1815128151 u倍2? ??；??；4548835484183512835 u倍4? ???；??1；452823528上述4种传动比按倍数关系排列。用于扩大机床车削螺纹导程的种数。这个变速机构称为增倍机构或增倍组。

在加工正常螺纹导程时，主轴Ⅵ直接传动轴Ⅸ，其间传动比u正常?58?1，此时能加58工的最大螺纹导程L=12mm。如果需要车削导程更大的螺纹时，可将轴Ⅸ的滑移齿轮58向右移动，使之与轴Ⅷ上的齿轮26啮合，从主轴Ⅵ至轴Ⅸ间的传动比为

u扩1?u扩2

5880504426 ?????4；26205044585880804426 ??????16；2620204458这表明，当车削螺纹传动链其它部分不变时，只做上述调整，便可使螺纹导程比正常导程相应地扩大4倍或16倍。通常把上述传动机构称之为扩大螺距机构。在CA6140型车床上，通过扩大螺距机构所能车削的最大米制螺纹导程为192mm。

必须指出，扩大螺距机构的传动比u扩是由主运动传动链中背轮机构齿轮的啮合位置所确定的，而背轮机构一定的齿轮啮合位置，又对应一定的主轴转速，因此，主轴转速一定时，螺纹导程可能扩大的倍数是确定的。具体地说，主轴转速是10～32r/min时，导程可扩大16倍；主轴转速是40～125r/min时，导程可扩大4倍；主轴转速更高时，导程不能扩大。这也正好符合大导程螺纹只能在低速时车削的实际需要。

当需要车削非标准螺纹和精密螺纹时，需将进结箱中的齿式离合器M3、M4和M5全部接合上，此时，轴XII、XIV、XVII和丝杠XVIII联成一体，运动由挂轮直接传给丝杠，被加工螺纹的导程L工可通过选配挂轮来实现，因此可以车削任意导程的非标准螺纹。同时，由于传动链大大地缩短，减少了传动件制造和装配误差对螺纹螺距精度的影响，若选用高精

308

度的齿轮做为挂轮，则可加工精密螺纹。挂轮换置公式为：

u挂?acL工??bd12③纵向和横向机动进给传动链 纵向进给一般用于外圆车削，而横向进给用于端面车削。为了减少丝杠的磨损和便于操纵，机动进给是由光杠经溜板箱传动的，其传动路线表达式为：

?米制螺纹传动路线?283632主轴???XVII??XIX（光杠）????563236?英制螺纹传动路线?4?M（超越离合器）?M（安全离合器）?XX??XXI?6729???40??M??8????2848?XXIII?齿轮（Z12）?齿条?刀架（纵向进给）???4030???XXII?80????M8???????3048???40???M????9??485948??????XXV???XXVII?刀架（横向进给）40304818?????M9??????3048???

CA6140型车床纵向机动进给量有64级。其中，当进给运动由主轴经正常螺距米制螺纹传动路线时，可获得范围为0.08～1.22mm/r 32级正常进给量；当进给运动由主轴经正常螺距英制螺纹传动路线时，可获得0.86～1.59mm/r 8级较大进给量；若接通扩大螺距机构，选用米制螺纹传动路线，并使u倍=1/8，可获得0.028～0.054mm/r8级用于高速精车的细进给量；而接通扩大螺距机构，采用英制螺纹传动路线，并适当调整增倍机构，可获得范围为1.71～6.33mm/r 16级供强力切削或宽刃精车之用的加大进给量。

分析可知，当主轴箱及进给箱中的传动路线相同时，所得到的横向机动进给量级数与纵向相同，且横向进给量f横=1/2f纵。这是因为横向进给经常用于切槽或切断，容易产生振动，切削条件差，故使用较小进给量。

④刀架快速移动传动链 刀架的快速移动是由装在溜板箱内的快速电动机（0.25kw,2800r/min）驱动的。按下快速移动按钮，启动快速电动机后，由溜板箱中的双向离合器M8和M9控制其纵、横双向快速移动。

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刀架快速移动时，可不必脱开机动进给传动链，在齿轮56与轴XX之间装有超越离合器

M6，可保证光杠和快速电机同时传给轴XX运动而不相互干涉。

8.2.3外圆表面的磨削加工

用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法称为磨削。磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法，它适用于零件精加工和硬表面的加工。

磨削的工艺范围很广，可以划分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨。各种磨削方案所能达到的经济加工精度和表面粗糙度值见表8.2.1 。

磨削加工采用的磨具(或磨料)具有颗粒小,硬度高,耐热性好等特点,因此可以加工较硬的金属材料和非金属材料,如淬硬钢、硬质合金刀具、陶瓷等；加工过程中同时参与切削运动的颗粒多，能切除极薄极细的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作为一种精加工方法，在生产中得到广泛应用。目前，由于强力磨削的发展，也可以直接将毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，从而获得了较高的生产率。

1.砂轮的特性与选择

砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和培烧而制成的多孔体。由于磨料、结合剂及制造工艺等不同，砂轮的特性差别很大，因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。砂轮的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定的。

(1) 磨料 磨料是砂轮的主要组成成分，它应具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和一定的韧性，以承受磨削时的切削热和切削力，同时还应具备锋利的尖角，以利磨削金属。常用磨料代号、特点及应用范围见表8.2.4。

(2)粒度 粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。粒度分为磨粒和微粉两类。对于颗粒尺寸大于40μm的磨料，称为磨粒。用筛选法分级，粒度号以磨粒通过的筛网上每英寸长度内的孔眼数表示。如60的磨粒表示其大小刚好能通过每英寸长度上有60孔眼的筛网。对于颗粒尺寸小于40μm的磨料，称为微粉。用显微测量法分级，用W和后面的数字表示粒度号，其W后的数值代表微粉的实际尺寸。如W20表示微粉实际尺寸为20μm。

砂轮的粒度对磨削表面的粗糙度和磨削效率影响很大。磨粒粗，磨削深度大，生产率高，但表面粗糙度值大。反之，则磨削深度均匀，表面粗糙度值小。所以粗磨时，一般选粗粒度，精磨时选细粒度。磨软金属时，多选用粗磨粒，磨削脆而硬材料时，则选用较细的磨粒。粒度的选用见表8.2.5。

310

#

表8.2.4常用磨料代号、特性及适用范围 系别 名称 代号 主要成分 Al2O3 显微硬度（HV） 颜色 特性 适用范围 棕刚玉 A 氧化物系91~92200~2280 棕褐色 6% Al2O3 硬度高，韧性好，磨削碳钢、合金钢、可价格便宜 锻铸铁、硬青铜 白刚玉 WA 97~92200~2300 白色 9% SiC>95% 黑色带2840~3320 光泽 硬度高于棕刚玉，磨削淬硬的碳钢、高速磨粒锋利，韧性差 钢 硬度高于刚玉，性脆而锋利，有良好碳化物系高硬磨料

表8.2.5磨料粒度的选用 粒度号 颗粒尺寸范围/μm 12~36 2000~1600 500~400 100~280 黑碳化硅 C 绿碳化硅 GC 立方氮化硼 石 D 46~80 磨削铸铁、黄铜、铝及非金属 的导热性和导电性 硬度和脆性高于黑磨削硬质合金、宝石、碳化硅，有良好的陶瓷、光学玻璃、不锈导热性和导电性 钢 硬度仅次于金刚磨削硬质合金、不锈钢、高合金钢等难加工材料 SiC>99% 立方绿色带3280~3400 光泽 CBN 氮化8000~9000 黑色 石，耐磨性和导电硼 10000 乳白色 性好，发热量小 人造金刚MB碳结晶体 硬度极高，韧性很磨削硬质合金、宝石、差，价格昂贵 陶瓷等高硬度材料 适用范围 粒度号 颗粒尺寸范围/μm 40~28 20~14 适用范围 精磨 、超精磨 、螺纹磨、珩磨 粗磨、荒磨、切断W40~W20 钢坯、打磨毛刺 400~315 粗磨、半精磨、精W14~W10 200~160 磨 14~10 10~7 7~5 3.5~2.5 精磨、精细磨、超精磨、镜面磨 超精磨、镜面磨、制作研磨剂等 165~125 精磨、成形磨、刀 W7~W3.5 50~40 具刃磨、珩磨 311

（3）结合剂 结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及耐腐蚀性，主要取决于结合剂的种类和性质。常用结合剂的种类、性能及适用范围见表8.2.6。

表8.2.6常用结合剂的种类、性能及适用范围 种类 代号 性能 用途 陶瓷 V 耐热性、耐腐蚀性好、气孔率大、应用最广，适用于υ〈35m/s的各种成形易保持轮廓、弹性差 磨削、磨齿轮、磨螺纹等 树脂 B 强度高、弹性大、耐冲击、坚固性适用于υ〉50m/s的高速磨削，可制成薄和耐热性差、气孔率小 片砂轮，用于磨槽、切割等 橡胶 R 强度和弹性更高、气孔率小、耐热适用于无心磨的砂轮和导轮、开槽和切割性差、磨粒易脱落 的薄片砂轮、抛光砂轮等 金属 M 韧性和成形性好、强度大、但自锐可制造各种金刚石磨具 性差 (4)硬度 砂轮硬度是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下脱落的难易程度。砂轮硬，表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。砂轮的硬度等级见表8.2.7。

表8.2.7砂轮的硬度等级及代号 硬度等级 大级 超软 软 中软 中中中 中硬 中中硬 超硬 小级 超软 软1 软2 软3 软软中1 中2 中硬1 硬硬硬1 硬2 超硬 1 2 2 3 P Q R S T Y 代号 D E F G H J K L M N 砂轮的硬度与磨料的硬度是两个完全不同的概念。硬度相同的磨料可以制硬度成不同的砂轮，砂轮的硬度主要决定于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺。例如，结合剂与磨粒粘固程度越高，砂轮硬度越高。

砂轮硬度的选用原则是：工件材料硬，砂轮硬度应选用软一些，以便砂轮磨钝磨粒及时脱落，露出锋利的新磨粒继续正常磨削；工件材料软，因易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬一些。但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时，由于切屑容易堵塞砂轮，应选用较软砂轮。粗磨时，应选用较软砂轮；而精磨、成形磨削时，应选用硬一些砂轮，以保持砂轮的必要形状精度。机械加工中常用砂轮硬度等级为H至N（软2-中2）。

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(5)组织 砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级。砂轮有三种组织状态：紧密、中等、疏松；细分成0~14中间，共15级。组织号越小，磨粒所占比例越大，砂轮越紧密；反之，组织号越大，磨粒比例越小。砂轮越疏松。见表8.2.8。

表8.2.8 砂轮组织分类 组织号 磨粒率/% 类别 应用

0 62 1 60 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 40 梳松 12 38 13 14 36 34 58 56 54 52 50 48 46 44 42 中等 淬火工件、刀具 紧密 精磨、成形磨 韧性大和硬度低的金属 （6）形状与尺寸 砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、加工方法及工件的加工要求来确定的。常用砂轮名称、形状简图、代号和主要用途见表8.2.9。

砂轮的特性均标记在砂轮的侧面上，其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。例如：外径300mm，厚度50mm，孔径75mm，棕刚玉，粒度60，硬度L，5号组织，陶瓷结合剂，最高工作线速度35 m/s的平行砂轮，其标记为：砂轮1-300×55×75-A60L5V-35m/s GB2484-94。

2.外圆磨床的磨削方法

外圆表面磨削一般在外圆磨床或无心外圆磨床上进行，也可采用砂带磨床磨削。在外圆磨床上磨削工件外圆时，轴类零件常用顶尖装夹，其方法与车削时基本相同，但磨床所用顶尖不随工件一起转动。这样，主轴与轴承的制造误差、轴承间隙、顶尖的同轴度误差等就不会反映到工件上，可提高加工精度。盘套类工件则用心轴和顶尖装夹，所用心轴和车削心轴基本相同，只是形状和位置精度以及表面粗糙度要求较严格。磨削短又无中心孔的轴类工件时，可用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹。

表8.2.9 常用砂轮形状、代号和用途 砂轮名称 代号 简图 主要用途 外圆磨、内圆磨、平面磨、无平行砂轮 1 心磨、工具 薄片砂轮 41 切断及切槽 313

筒形砂轮 2 碗形砂轮 11 蝶形1号砂轮 12a 双斜边砂轮 4 杯形砂轮

在外圆磨床上上常用的磨削方法有：

(1)纵磨法 如图8.2.7(a)，砂轮高速旋转起切削作用，工件旋转作圆周进给运动，并和工作台一起作纵向往复直线进给运动。工作台每往复一次，砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给，每次进给（吃刀深度）都很小，全部磨削余量是在多次往复行程中完成的。当工件磨削接近最终尺寸时（尚有余量0.005~0.01mm），应无横向进给光磨几次，直到火花消失为止。纵磨法加工精度和表面质量较高，适应性强，用同一砂轮可磨削直径和长度不同的工件，但生产率低。在单件、小批量生产及精磨中，应用广泛，特别适用于磨削细长轴等刚性差的工件。

6 磨平面、内圆、刃磨刀具 磨齿轮及螺纹 磨铣刀、铰刀、拉刀、磨齿轮 刃磨刀具、磨导轨 端磨平面 314

图8.2.7外圆磨床的磨削方法

（2）横磨法（切入法） 如图8.2.7（b），磨削时，工件不作纵向往复运动，砂轮以缓慢的速度连续或间断地向工件作横向进给运动，直到磨去全部余量。横磨时，工件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热量大而集中，所以易发生工件变形、烧刀和退火。横磨法生产效率高，适用于成批或大量生产中，磨削长度短、刚性好、精度低的外圆表面及两侧都有台肩的轴颈。若将砂轮修整成形，也可直接磨削成形面。

（3）综合磨法 如图8.2.7（c），先用横磨法将工件分段进行粗磨，相邻之间有5~15mm的搭接，每段上留有0.01~0.03mm的精磨余量，精磨时采用纵磨法。这种磨削方法综合了纵磨和横磨法的优点，适用于磨削余量较大（余量0.7~0.6mm）的工件。

（4）深磨法 磨削时，采用较小的纵向进给量（1~2mm/r）和较大的吃刀深度（0.2~0.6mm）在一次走刀中磨去全部余量。为避免切削负荷集中和砂轮外圆棱角迅速磨钝，应将砂轮修整成锥形或台阶形，外径小的台阶起粗磨作用，可修粗些；外径大的起精磨作用，修细些。深磨法可获得较高精度和生产率，表面粗糙度值较小，适用于大批大量生产中，加工刚性好的短轴。

3． 无心外圆磨床的磨削方法

在无心磨床磨削工件外圆时，工件不用顶尖来定心和支承，而是直接将工件放在砂轮和导轮（用橡胶结合剂作的粒度较粗的砂轮）之间，由托板支承，工件被磨削的外圆面作定位面，见图8.2.8（a）。无心外圆磨床有两种磨削方式。

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（1）贯穿磨削法（纵磨法） 如图8.2.8（b），磨削时将工件从机床前面放到托板上，推入磨削区，由于导轮轴线在垂直平面内倾斜α角（α=1-6°），导轮与工件接触处的线速度v导可以分解成水平和垂直两个方向的分速度v导水平和v导垂直，v导垂直控制工件的圆周进给运动；

v导水平使工件作纵向进给。所以工件进入磨削区后，便既作旋转运动，又作轴向移动，穿过

磨削区，工件就磨削完毕。α角增大、生产率高，但表面粗糙度值增大；反之，情况相反。为保证导轮与工件呈线接触状态，需将导轮形状修整成回转双曲面形。这种磨削方法不适用带台阶的圆柱形工件。

图8.2.8 无心外圆磨削的加工示意图

（2）切入磨削法（横磨法） 光将工件放在托板和导轮之间，然后由工件（连同导轮）或磨削砂轮横向切入进给，磨削工件表面。这时导轮的中心线仅倾斜很小角度（约30＇），以便对工件产生一微小的轴向推力，使它靠住挡板，得到可靠轴向定位，见图8.2.10(C)。切入磨法适用于磨削有阶梯或成形回转表面的工件，但磨削表面长度不能大于磨削砂轮宽度。

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在磨床上磨削外圆表面时，应采用充足的切削液，一般磨钢件多用苏打水或乳化液；铝件采用加少量矿物油的煤油；铸铁、青铜件一般不用切削液，而用吸尘器清除尘屑。

4．M1432A型万能外圆磨床

M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削内外圆柱面、内外圆锥面、阶梯轴轴肩以及端面和简单的成形回转表面等。它属于普遍精度级机床，磨削精度可达IT7~IT6级，表面粗糙度Ra值在1.25~0.08μm之间。这种机床万能性强，但自动化程度较低，磨削效率不高，适用于工具车间，维修车间和单件小批生产类型。其主参数为：最大磨削直径为320mm。

1— 床身 2—头架 3—内圆磨具 4—砂轮架 5—尾架 6—滑鞍 7—脚踏操纵板

图8.2.11 M1432A型万能外圆磨床

图8.2.11为M1432A型万能外圆磨床外形图。由图可见，在床身1的纵向导轨上装有工作台8，台面上装有头架2和尾架5，用以夹持不同长度的工件，头架带动工件旋转。工作台由液压传动沿床身导轨往复移动，使工件实现纵向进给运动。工作台由上下两层组成，其上部可相对下部在水平面内偏转一定的角度（一般不大于±10°），以便磨削锥度不大的圆锥面。砂轮架4安装在滑鞍6上，转动横向进给手轮7，通过横向进给机构带动滑鞍及砂轮架作快速进退或周期性自动切入进给。内圆磨具3放下时用以磨削内圆（图示处于抬起状态）。

图8.2.12为万能外圆磨床的典型加工方法：图（a）为用纵磨法磨削外圆柱

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面，图（b）为扳转工作台用纵磨法磨削长圆锥面，图（c）为扳动砂轮架用切入法磨削短圆锥面，图（d）为扳动头架用纵磨法磨削圆锥面，图(e)为用内圆磨具磨削圆柱孔。

分析M1432A型万能外圆磨床的典型加工方法可知，机床必须具备以下运动：外圆磨和内圆磨砂轮的旋转主运动；工件圆周进给运动；工件（工作台）往复纵向进给运动；砂轮横向进给运动。此外，机床还应有两个辅助运动：砂轮横向快速进退和尾架套筒缩回，以便装卸工件。

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图8.2.12万能外圆磨床典型加工示意图

8.3 内圆表面加工

8.3.1 内圆表面的加工方法

内圆表面（即内孔）也是组成零件的基本表面之一。零件上有多种多样的孔，如螺钉、螺栓的紧固孔；套筒、法兰盘及齿轮等回转体零件上的孔；箱体类零件上的主轴及传动轴的轴承孔；炮筒、空心轴内的深孔（一般l/d≥10）；以及常用于保证零件间配合准确性的圆锥孔等。

与外圆表面的加工相比，内圆表面的加工条件差，因为孔加工刀具或磨具的尺寸（直径、长度）受被加工孔本身尺寸的限制，刀具的刚性差，容易产生弯曲变形及振动；切削过程中，孔内排屑、散热、冷却、润滑条件差。因此，孔的加工精度和表面粗糙度都不容易控制。此外，大部分孔加工刀具为定尺寸刀具，刀具直径的制造误差和磨损，将直接影响孔的加工精度。故在一般情况下，加工孔比加工同样尺寸、精度的外圆表面要困难些。当一个零件要求内圆表面与外圆表面必须保持某种确定关系时，一般总是先加工内圆表面，然后再以内圆表面定位加工外圆表面。

内圆表面的可以在车、钻、镗、拉、磨床上进行。常用的加工方法有：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔和磨孔等。选择达加工法时，应考方虑孔径大小、深度、精度、工件形状、尺寸、重量、材料、生产批量及设备等具体条件。对于精度要求较高的孔，最后还须经珩磨或研磨及滚压等精密加工。

内圆表面的各种加工方案及其所能到的经济加工精度和表面粗糙度值，详见表8.3.1。

表8.3.1 内圆表面加工方案 序号 1 钻 加工方案 经济精度级 表面粗糙度Ra值/μm 适用范围 IT12～IT11 IT9 IT8～IT7 12.5 3.2～1.6 1.6～0.8 加工未淬火钢及铸铁实心毛坯，也可加工有色金属（但表面粗糙度稍粗糙，孔径小于15～20mm） 2 钻-铰 3 钻-铰-精铰 4 钻-扩 5 钻-扩-铰 6 钻-扩-粗铰-精铰 7 钻-扩-机铰-手铰 8 钻-扩-拉

IT11～IT10 IT9～IT8 IT7 IT7～IT6 IT9～IT7 319

12.5～6.3 3.2～1.6 1.6～0.8 0.4～0.1 1.6～0.1 同上，但孔径大于15～20mm 大批大量生产（精度由拉刀精度决定） 9 粗镗（或扩孔） 10 粗镗（粗扩）-半精镗（精扩） 11 粗镗（扩）-半精镗（精扩）-精镗（铰） 12 粗镗（扩）-半精镗（精扩）-精镗-浮动镗刀精镗 13 粗镗（扩）-半精镗-磨孔 14 粗镗（扩）-半精镗-粗磨-精磨 15 粗镗-半精镗-精镗-金刚镗 16 钻-（扩）-粗铰-精铰-珩磨； 钻-（扩）-拉-珩磨； 粗镗-半精镗-精镗-珩磨； 17 以研磨代替上述方案中珩磨

8.3.2 钻削加工

用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔；用扩孔钻对已有孔进行扩大再加工方法称为扩孔。它们统称为钻削加工。钻削加工主要在钻床上进行。钻削加工操作简便，适应性强，应用很广。 １． 钻孔

钻孔最常用的刀具是麻花钻，用麻花钻钻孔的尺寸精度为IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为50～12.5μm，属于粗加工。钻孔主要用于质量要求不高的孔的终加工，例如螺栓孔、油孔等，也可作为质量要求较高孔的预加工。

麻花钻由工具厂专业生产，其常备规格为φ0.1～φ80mm。麻花钻的结构主要由柄部、颈部及工作部分组成，见图8.3.1

IT6级以上 IT7～IT6 IT7～IT6 0.4～0.05 IT8～IT7 IT7～IT6 0.8～0.2 0.2～0.1 主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜用于有色金属 主要用于精度要求高的有色金属加工 0.2～0.025 精度要求很高的孔 IT7～IT6 0.8～0.4 IT8～IT7 1.6～0.8 IT12～IT11 IT9～IT8 12.5～6.3 3.2～1.6 除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔 320

a)锥柄麻花钻 b）直柄麻花钻 c）麻花钻切削部分

图8.3.1 麻花钻的结构

柄部是钻头的夹持部分，用以传递扭矩和轴向力。柄部有直柄和锥柄两种形式，钻头直径小于12mm时制成直柄，见图（b）；钻头直径大于12mm时制成莫氏锥度的圆锥柄，见图（a）。锥柄后端的扁尾可插入钻床主轴的长方孔中，以传递较大的扭矩。

颈部是柄部和工作部分的连接部分，是磨削柄部时砂轮的退刀槽，也是打印商标和钻头规格的地方。直柄钻头一般不制有颈部。

钻头的工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分担负主要切削工作，如图（c）所示，切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃及两个前刀面和两个后刀面组成。螺旋槽的一部分为前刀面，钻头的顶锥面为主后刀面。导向部分的作用是当切削部分切入工件后起导向作用，也是切削部分的后备部分。导向部分有两条螺旋槽和两条棱边，螺旋槽起排屑和输送切削液作用，棱边起导向、修光孔壁作用。导向部分有微小的倒锥度，即从切削部分向柄部每100mm长度上钻头直径do减少0.03～0.12mm，以减少与孔壁的摩擦。

麻花钻的主要几何角度有顶角2φ，螺旋角β，前角γo，后角αo和横刃斜角ψ等。这些几何角度对钻削加工的性能、切削力大小，排屑情况等都有直接的影响，使用时要根据不同加工材料和切削要求来选取。

麻花钻虽然是孔加工的主要刀具，长期以来一直被广泛使用，但是由于麻花钻在结构上存在着比较严重的缺陷，致使钻孔的质量和生产率受到很大影响，这主要表现在：

（1）钻头主切削刃上各点的前角变化很大，钻孔时，外缘处的切削速度最大，而该处的前角最大，刀刃强度最薄弱，因此钻头在外缘处的磨损特别严重。

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（2）钻头横刃较长，横刃及其附近的前角为负值，达-55°～-60°。钻孔时，横刃处于挤刮状态，轴向抗力较大。同时横刃过长，不利于钻头定心，易产生引偏，致使加工孔的孔径增大，孔不圆或孔的轴线歪斜等。

（3）钻削加工过程是半封闭加工。钻孔时，主切削刃全长同时参加切削，切削刃长，切屑宽，而各点切屑的流出方向和速度各异，切屑呈螺卷状，而容屑槽又受钻头本身尺寸的限制，因而排屑困难，切削液也不易注入切削区域，冷却和散热不良，大大降低了钻头的使用寿命。

针对标准高速钢麻花钻存在的缺陷，在实践中采取多种措施修磨麻花钻的结构。如修磨横刃，减少横刃长度，增大横刃前角，减小轴向受力状况；修磨前刀面，增大钻芯处前角；修磨主切削刃，改善散热条件；在主切削刃后面磨出分屑槽，利于排屑和切削液注入，改善切削条件；等等。用麻花钻综合修磨而成的新型钻头，即“群钻”。

图8.3.2是标准型群钻结构，适合于钻削碳素钢和低合金钢。其修磨主要特征为：

（1）将横刃磨短、磨低，改善横刃处切削条件。

（2）将靠近钻心附近主刃修磨成一段顶角较大的内直刃和一段圆弧刃,以增大该段切削刃前角。同时，对称的圆弧刃在钻削过程中起到定心及分屑作用。

（3）在外直刃上磨出分屑槽，改善断屑、排屑情况。

经过综合修磨而成的群钻，切削性能显著改善。钻削轴向力比标准麻花钻下降35％～

50%，转矩降低10％～30％，切削轻快省力；改善了散热、断屑及冷却润滑条件，耐用度比标准麻花钻提高了3～5倍；另外，生产率、加工精度、表面质量都有所提高。 2. 钻深孔

对于孔的深度与直径之比l/d=5～10的普通深孔，可以用接长麻花钻加工；对于孔的深度与直径之比l/d>5～10的深孔，必须采用特殊结构的深孔钻才能加工。

深孔加工难度大，技术要求高，这是深孔加工的特点所决定的。因此，设计和使用深孔钻时时应注意钻头的导向，防止偏斜；保证可靠的断屑和排屑；采取有效的冷却和润滑措施。下面介绍几种常见深孔钻的工作原理与结构特点。

（1）单刃外排屑深孔钻 单刃外排屑深孔钻又称枪钻。主要用于加工直径d=3～20mm，孔深与直径之比l/d>100的小深孔。其工作原理见图8.3.3。切削时高压切削液（约为3.5～

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图8.3.2 标准型群钻

10ΜΡa）从钻杆和切削部分的进液孔注入切削区域，以冷却、润滑钻头，切屑经钻杆与切削部分的V形槽冲出，因此称之为外排屑。

枪钻的特点是结构较简单，钻头背部圆弧支承面在切削过程起导向定位作用，切削稳定，孔加工直线性好。

1-工件 2-切削部分 3-钻杆 图8.3.3单刃外排屑深孔钻工作原理

（2）错齿内排屑深孔钻 错齿内排屑深孔钻适于加工直径d>20mm，孔深与直径 比l/d<100的直径较大的深孔。其工作原理见图8.3.4。切削时高压切削液（约2～6ΜΡa）由工件孔壁与钻杆的表面之间的间隙进入切削区，以冷却、润滑钻头切削部分，并利用高压切削液把切屑从钻头和钻管的内孔中冲出。

错齿内排屑深孔钻的切削部分由数块硬质合金刀片交错排列焊接在钻体上，实现了分屑，便于切屑排出；切屑是从钻杆内部排出而不与工件已加工表面接触，所以可获得好的加工表面质量；分布在钻头前端的硬质合金导向条，使钻头支承在孔壁上，实现了切削过程中的导向，增大了切削过程的稳定性。

（

1-工件 2-钻头 3-钻杆

323 图8.3.4错齿内排屑深孔钻工作原理

(3）喷吸钻 喷吸钻适用于加工直径d=16～65mm，孔深与直径比l/d<100的中等直径一般深孔。喷吸钻主要由钻头、内钻管、外钻管三部分组成，钻头部分的结构与错齿内排屑深孔钻基本相同。其工作原理见图8.3.5。工作时，切削液以一定的压力（一般为0.98～1.96ΜΡa）从内外钻管之间输入，其中2/3的切削液通过钻头上的小孔压向切削区，对钻头切削部分及导向部分进行冷却与润滑；另外1/3切削液则通过内钻管上月牙形槽喷嘴喷入内钻管，由于月牙形槽缝隙很窄，喷入的切削液流速增大而形成一个低压区，切削区的高压与内钻管内的低压形成压力差，使切削液和切屑一起被迅速“吸”出，提高了冷却和排屑效果，所以喷吸钻是一种效率高，加工质量好的内排屑深孔钻。

1-钻头 2-工件 3-钻套 4-外钻管 5-月牙形槽喷嘴 6-内钻管

图8.3.5喷吸钻工作原理

3.扩孔

扩孔是用扩孔钻对工件上已钻出、铸出或锻出的孔进行扩大加工。扩孔可在一定程度上校正原孔轴线的偏斜，扩孔的精度可达IT10～IT9，表面粗糙的Ra值可达6.3～3.2μm，属于半精加工。扩孔常用作铰孔前的预加工，对于质量要求不高的孔，扩孔也可作孔加工的最终工序。

扩孔用的扩孔钻结构型式分为带柄和套式两类。如图8.3.6所示，带柄的扩孔钻由工作部分及柄部组成；套式扩孔钻由工作部分及1:30锥孔组成。

扩孔钻与麻花钻相比，容屑槽浅窄，可在刀体上做出3～4个切削刃，所以可提高生产率。同时，切削刃增多，棱带也增多，使扩孔钻的导向作用提高了，切削较稳定。此外，扩孔钻没有横刃，钻芯粗大，轴向力小，刚性较好，可采用较大的进给量。

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a）直柄式 b）锥柄式 c）套式

图8.3.6扩孔钻类型

选用扩孔钻时应根据被加工孔及机床夹持部分的型式，选用相应直径及型式的扩孔钻。通常直柄扩孔钻与适用范围为d=3～20mm；锥柄扩孔钻适用范围为d=7.5～50mm，套式扩孔钻主要用于大直径及较深孔的扩孔加工，其适用范围为d=20～100mm。扩孔余量一般为0.5～4mm(直径值)。

4. 铰孔

用铰刀从被加工孔的孔壁上切除微量金属，使孔的精度和表面质量得到提高的加工方法，称为铰孔。铰孔是应用较普遍的对中小直径孔进行精加工的方法之一，它是在扩孔或半精镗孔的基础上进行的。根据铰刀的结构不同，铰孔可以加工圆柱孔、圆锥孔；可以用于操作，也可以在机床上进行。铰孔后孔的精度可达IT9～IT7，表面粗糙度Ra值达1.6～0.4μm。

铰刀的结构如图8.3.7所示，铰刀由柄部、颈部和工作部分组成。工作部分包括切削部分和修光部分（标准部分）。切削部分为锥形，担负主要切削工作。修光部分起校正孔径、修光孔壁和导向作用。为减少修光部分刀齿与已加工孔壁的摩擦，并防止孔径扩大，修光部分的后端为倒锥形状。

铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀两种。手用铰刀为直柄（见图（a）），其工作部分较长，导向性好，可防止铰孔时铰刀歪斜。机用铰刀又分为直柄、锥柄和套式三种（见图（b）（c））。

选用铰刀时，应该据被加工孔的特点及铰刀的特点正确选用。一般手用铰刀用于小批生产或修配工作中，对未淬硬孔进行手工操作的精加工。手用铰刀适用范围为d=1～71mm。

机用铰刀适用于在车床、钻床、数控机床等机床上使用。主要对钢、合金钢、铸铁、铜、铝等工件的孔进行半精加工和精加工。一般机用铰刀的适用范围为d=1～50mm，套式机用铰刀适合于较大孔径的加工，其范围为d=23.6～100mm。

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另外，铰刀分为三个精度等级，分别用于不同精度孔的加工（H7、H8、H9）。在选用时，应根据被加工孔的直径、精度和机床夹持部分的型式来选用相应的铰刀。

铰孔生产率高，容易保证孔的精度和表面粗糙度，但铰刀是定值刀具，一种规格的铰刀只能加工一种尺寸和精度的孔，且不宜铰削非标准孔、台阶孔和盲孔。对于中等尺寸以下较精密的孔，钻—扩—铰是生产中经常采用的典型工艺方案。

５．钻床

钻床主要是用钻头钻削直径不大，精度要求较低的孔，此外还可以进行扩孔、铰孔、攻螺纹等加工。加工时，工件固定不动，刀具旋转形成主运动，同时沿轴向移动完成进给运动。钻床的应用很广，其主要加工方法见图8.3.8。

钻床的主要类型有台式钻床、主式钻床、摇臂钻床以及深孔钻床等。

326 图8.3.7铰刀结构

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