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1.1金属切削加工原理
金 属切削加工是用刀具从工件上切除多余材料，从而获得形状、尺寸精度及表面质量等合乎要求的零件的加工过程。实现这一切削过程必须具备三个条件：工件与刀具 之间要有相对运动，即切削运动；刀具材料必须具备一定的切削性能；刀具必须具有适当的几何参数，即切削角度等。金属的切削加工过程是通过机床或手持工具来 进行切削加工的，其主要方法有车、铣、刨、磨、钻、镗、齿轮加工、划线、锯、锉、刮、研、铰孔、攻螺纹、套螺纹等。其形式虽然多种多样，但它们有很多方面 都有着共同的现象和规律，这些现象和规律是学习各种切削加工方法的共同基础。
1.1.1 切削运动及切削用量
1.零件表面的形成
各种切削加工的目的都是为了得到合乎要求的零件表面。因此，零件表面的形成问题是切削加工的基础问题。常见的零件表面有以下几种：
(1)圆柱面 是以直线为母线，以和它相垂直的平面上的圆为轨迹，作旋转运动所形成的表面。
(2)圆锥面 是以直线为母线，以圆为轨迹，且母线与轨迹平面相交成一定角度作旋转运动所形成的表面。
(3)平面 是以直线为母线，以另一直线为轨迹作平移运动所形成的表面，如图5.1(c)所示。
(4)成形面 是以曲线为母线，以圆为轨迹作旋转运动或以直线为轨迹作平移运动所形成的表面,此外，其它较为复杂的表面可以用上述各表面组合而成。
2.切削运动
在金属切削加工中，为了切除多余的金属，刀具和工件间必须有相对运动——切削运动。
外圆车削加工中常见的加工方法，如图5.2所示：工件旋转，车刀作连续纵向直线进给运动，于是形成工件的外圆柱表面。在其它切削加工方法中，刀具和工件也同样必须完成一定的切削运动。通常，切削运动包括主运动和进给运动。
(1） 主运动 主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，使刀具接近工件，产生切削。通常主运动的速度最高，消耗的功率最大。主运动可以 由工件完成，也可以由刀具完成，它是刀具与工件之间主要的相对运动。如图5.2所示，工件的回转运动是主运动。
(2）进给运动 进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可连续地或间断地切除多余材料，获得已加工表面。进给运动的速 度较低，消耗的功率较小。进给运动可以是步进的，也可以是连续进行的。车削时车刀的纵向移动和横向移动是进给运动。
在这两个运动的合成作用下，工件表面的一层金属不断地被刀具切下来并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在新表面的形成过程中，工件上有三个依次变化着的表面，即待加工表面、过渡表面和已加工表面。
3.切削用量
在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三个要素。
(1)切削速度（vc）切削速度指切削加工时，刀刃上选定点在工件的主运动方向上相对于工件的瞬时速度。大多数切削加工的主运动采用回转运动，车削时其切削速度为：
vc=πdn/1000(m/s或m/min) (5.1)
式中 d——工件或刀具上某一点的回转直径(mm)
n——工件或刀具的转速(r/s或r/min)
由于切削刃上各点相对于工件的旋转半径不同，因而刀刃上各点的切削速度也不同，在计算时应取最大的切削速度。外圆车削时计算待加工表面上的速度，内孔车削时计算已加工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。
(2)进给量（f） 进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r。进给速度(vf)是单位时间内的进给量，单位是mm/s(mm/min)。进给量的大小反映了进给速度的大小。车削时进给速度vf为：
vf=n·f(mm/min) (5.2)
(3)背吃刀量（ap）背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm.
外圆柱表面车削的背吃刀量为：
ap=（dw-dm)/2(mm) (5.3)
钻孔加工的背吃刀量为：
ap=dm/2(mm) (5.4)
式中dm——已加工表面直径(mm);
dw——待加工表面直径(mm)。
4.切削层参数
切削层是指工件上正被切削刃切削的一层材料，即两个相邻加工表面之间的那层材料。仍以外圆车削为例，切削层就是工件每转一周，切削刃所切下的一层材料。切削层参数一般在垂直于切削速度的平面内观察和度量，它们包括切削厚度、切削宽度和切削面积。
(1）切削厚度垂直于加工表面度量的切削层尺寸，称为切削厚度，以hD表示。它是刀具或工件每移动一个进给量f，刀具主切削刃相邻两个位置间的垂直距离。在外圆纵车时：
hD=f·sinkr (5.5)
式中kr——车刀主切削刃与工件轴线之间的夹角。
(2）切削宽度沿加工表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度，以bD表示。它是刀具主切削刃与工件实际接触的长度。在外圆纵车时：
bD=ap/sinkr (5.6)
(3) 切削面积工件被切下的金属层在垂直于主运动方向上的截面面积，称为切削面积，以AD表示。对于车削来说，它是背吃刀量和进给量的乘积或是切削宽度和切削 厚度的乘积： AD=ap·f= bD·hD (5.7)
1.1.2 刀具材料及刀具结构
1.刀具材料
在切削过程中，刀具直接完成切除余量和完成已加工表面的任务。刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。通常情况下，刀具材料的重要性居于首位，它对刀具耐用度、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。
1）对刀具材料的基本要求
(1)高硬度，常温硬度应在60HRC以上；
(2)足够的强度和韧性，以承受切削力、冲击和振动；
(3)高耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间；
(4)较高的耐热性(又称为红硬性或热硬性)，即在高温下仍能保持较高硬度的性能；
(5)较好的工艺性，以便于制造各种刀具。
实际上在选择刀具材料时，很难找到上述几方面性能都是最佳的，因为材料性能之间往往相互矛盾。如硬度高，韧性就低；耐磨性好，则可磨削性就差等。
2）常用的刀具材料
目前常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢因耐热性较差，仅用于手工工具及切削速度较低的刀具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼等仅用于特殊场合。用得最多的材料是高速钢和硬质合金。
(1)高速钢 高速钢是在碳素工具钢中加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素所构成的高合金工具钢。其强度和冲击韧度较好，具有一定的硬度和耐磨性，刃磨后切削刃锋利， 耐热性在600～700℃。按照用途的不同，高速钢可分为通用型高速钢和高性能高速钢。在工厂中，高速钢亦被称为“风钢”或“锋钢”，磨光的高速钢亦被称 为“白钢”。我国最常用的高速钢牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、9W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3等。
(2)硬质 合金 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物的粉末和金属粘结剂在高压下成形后，在高温下烧结而成的粉末冶金材料。其硬度、耐磨性、耐热性都很高，许用的切削 速度远远超过高速钢，加工效率高，能切削诸如淬火钢一类的硬材料，因而被广泛用做刀具材料。ISO标准将切削用硬质合金分为P、K、M三类。
2.刀具结构
1）刀具切削部分的结构要素
金属切削刀具的种类很多，各种刀具的结构大不相同。不论刀具结构如何复杂，但它们切削部分的几何形状大致相同，都是以普通外圆车刀切削部分的几何形状为基本形状，如图5.4所示。
刀具切削部分的结构要素定义如下：
(1)前刀面 切削时直接作用于被切金属层且切屑沿其排出的刀面；
(2)后刀面 同工件上的过渡表面相互作用和相对着的刀面。与过渡表面相对的刀面是主后刀面，与工件上已加工表面相对的刀面是副后刀面；
(3)切削刃 切削刃是前刀面上直接进行切削的边锋，有主切削刃和副切削刃之分；
(4)刀尖 刀尖可以是主、副切削刃的实际交点，也可以是主、副两条切削刃连接起来的一小段过渡刃，它可以是圆弧，也可以是直线。
2）刀具的结构形式
刀 具的结构形式对刀具的切削性能、切削加工的生产率和经济效益有着重要的影响。切削刀具的种类很多，形状多种多样，但其结构有共性。外圆车刀是最基本、最典 型的刀具，由刀头和刀体组成，如图5.4所示。车刀常用的结构形式有焊接式、整体式、机械夹固式。 3）刀具角度
刀具的角度可分为标注角度和工作角度两类。
(1)刀具的标注角度 在设计和制造刀具时，图样上标注的角度、刃磨刀具时测量的角度统称为刀具的标注角度。
这里我们仅以外圆车刀的标注角度为例作一下介绍。
为了确定上述刀面和切削刃的空间位置，首先要建立起由三个辅助平面组成的坐标参考系，如图5.5(a)所示。并以它为基准，用角度值来反映刀面和切削刃的空间位置。
①辅助平面包括基面、切削平面和正交平面。
基面 通过主切削刃上某一点，垂直于假定主运动方向的平面；
切削平面 通过主切削刃上某一点，也与该点所在的过渡表面相切并垂直于基面的平面；
正交平面 通过主切削刃上某一点，同时垂直于基面和切削平面的平面。
这三个辅助平面互相垂直。
②标注角度 如图5.5(b)所示。
前角γ0 在正交平面中，前刀面与基面之夹角；
后角α0 在正交平面中，主后刀面与切削平面之夹角；
主偏角κr 在基面上，主切削刃的投影与进给方向之夹角；
副偏角κ′r 在基面上，副切削刃的投影与进给反方向之夹角；
刃倾角λs 在切削平面中，主切削刃与基面之夹角。
(2)刀具的工作角度 在实际切削加工时，由于车刀装夹位置和进给运动的影响，确定刀具角度坐标平面的位置将发生变化，使得刀具实际切削时的角度值与其标注角度值不同。这里我们就不再详细介绍了。
1.1.3 金属切削过程
金属切削过程就是刀具从工件表面上切除多余金属，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整过程。要提高切削加工生产率，保证零件的加工质量，降低生产成本，必须研究金属切削过程的物理本质及金属变形规律。
通过实验发现，切削过程中的各种物理现象都以切屑形成过程为基础，都与金属变形规律有关，所以切屑形成过程及其变化规律是研究金属切削过程的基础。
1.切屑形成过程及种类
1）切屑的形成
切 屑的形成过程如图5.6所示。当刀具和被切金属开始接触的最初瞬间，切削刃在与被切金属的接触线下挤压被切金属，使之产生弹性变形。随着切削运动的继续， 刀具对被切金属的挤压作用加强，使被切金属的弹性变形及其应力逐渐增大，当应力达到被切金属材料的屈服强度σs时，被切金属在前刀面和切削刃的挤压作用下 开始发生塑性变形，这种塑性变形也称为剪切滑移。随着切削运动的继续，被切金属的应力不断增大，当应力达到其强度极限时，被切金属(平行四边形CDEF) 与基体分开成为一个切屑单元(平行四边形C′D′E′F′)。随着切削运动的继续，前刀面又挤压另一部分金属(BCFG)，使这部分金属重复上述过程成为 一个切屑单元(B′C′F′G′)。若切削运动继续下去，被切金属就变成由若干个金属单元组成的一条完整的切屑了。
2）切屑的种类
由于切削条件不同，切屑的变形程度也不同，从而切屑形状也不同。归纳起来，可分为以下四种类型(图5.7)。
(1) 带状切屑 它的内表面是光滑的，外表面是毛糙的，若在显微镜下观察其侧表面，可以看到许多剪切面的条纹，其内部应力还没有达到材料的强度极限，所以切屑延续很长呈带 状。一般在加工塑性金属、切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，易得到这种刀屑。形成带状切屑时，切削过程平稳，切削力波动很小，工件已加工表面 粗糙度值小。
(2)节状切屑 这类切屑的外形与带状切屑的不同之处在于外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。一般在加工塑性金属、切削厚度较大、切削速度较低、刀具前角较小时，易得到这 种切屑。形成挤裂切屑时，由于切屑局部断裂，切削力波动较大，切削过程欠平稳，工件已加工表面粗糙度值也较大。
(3)单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被分离，于是形成了大致为梯形的单元切屑。一般在切削塑性金属、切削厚度大、切削速度低、刀具 前角小时，易得到这种切屑。形成单元切屑时，切削力波动很大，切削过程不平稳，工件已加工表面粗糙度值大。在生产中应避免出现此种切屑。
以上三种切屑中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状刀屑，有时得到挤裂切屑。
(4) 崩碎切屑 切削脆性材料时，由于材料的塑性很差且抗拉强度低，切削时，切削刃前方金属在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状态下脆断，形成不规则的碎块状切屑，它与 工件母体分离的表面很不规则，已加工表面粗糙度值很大，切削力变化很大。工件材料越是硬脆，刀具前角越小，切削厚度越大时，越容易产生这种切屑。
2.积屑瘤现象
在一定的切削速度下切削诸如钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，常发现在刀具的前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是切削过程所产生的积屑瘤，或称刀瘤，如图5.8所示。
1）积屑瘤的形成
当 切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流 层”。当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时，就会有一部分金属粘附在切削刃附近，形成积屑瘤。积屑瘤形成后不断长大，达到一定高度就会 破裂而被切屑带走或嵌附在工件表面上。上述过程是反复进行的。
2）积屑瘤对切削加工的影响
积屑瘤在形成过程中，金属 材料因塑性变形而被强化。因此，积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行切削，起到保护切削刃的作用。同时，由于积屑瘤的存在，增大了刀具实际 工作前角，使切削轻快。所以，粗加工时，希望产生一定的积屑瘤。但是，积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且在不断的产生和脱落，使实际背吃刀量和切削厚度不 断变化，影响尺寸精度，并会导致切削力的变化，引起振动；还会有一些积屑瘤碎片粘附在工件已加工表面上，使表面变得粗糙。因此，精加工时，应尽量避免积屑 瘤产生。
3）积屑瘤的控制
根据积屑瘤的变化规律，可以通过控制切削速度，即尽量使用很低或很高的切削速度，来避开产 生积屑瘤的速度范围，这是降低表面粗糙度值的好方法。减少切削厚度，即采用少的进给量，一般可以减小刀屑接触的面积，从而能减少积屑瘤。使用高效率切削 剂、降低刀具表面粗糙度值、减少磨擦，或增大前角、减少刀屑接触面积和减少变形，这些都可以减少或消除积屑瘤。工件材料硬度太低、塑性过高时，可进行预处 理或进行热处理提高硬度，以减少积屑瘤。
1.2 常用切削加工方法
常用的切削加工方法有车削、钻削、镗削、刨削、拉削、铣削、磨削和齿形加工等。由于各种加工方法所用机床和刀具不同，切削运动方式各异，所以每种加工方法都有其各自的工艺特点及应用范围。
1.2.1常用机床的分类及型号编制
1. 机床的分类
金 属切削机床的品种和规格繁多，为了便于区别、使用和管理，须对机床加以分类。机床的传统分类方法，主要是按加工性质和所用的刀具进行分类。根据我国制定的 机床型号编制方法，目前将机床共分为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、锯床及其它机 床。
除了上述分类方法以外，还有许多其它分类的方法。
机床按应用范围(通用性程度)又可分为：
(1)通用机床 它可用于加工多种零件的不同工序，加工范围较广，通用性较大，但结构比较复杂。这种机床主要适用于单件小批生产。
(2)专门化机床 它的工艺范围较窄，专门用于加工某一类(或几类)零件的某一道(或几道)特定工序。
(3)专用机床 它的工艺范围最窄，只能用于加工某一种零件的某一道特定工序，适用于大批量生产。
机床按工作精度又可分为：普通机床、精密机床和高精度机床。
机床还可按自动化程度分为：手动、机动、半自动和自动机床。
机床还可按重量与尺寸分为：仪表机床、中型机床(一般机床)、大型机床(重量大于10t)、重型机床(大于30t)和超重型机床(大于100t)。
按机床主要工作部件的数目，可分为单轴的、多轴的，或单刀的、多刀的机床等。
通常，机床根据加工性质进行分类，再根据其某些特点进一步描述，如多刀半自动车床、高精度外圆磨床等。
2.机床型号的编制
机床的型号是赋予每种机床的一个代号，用以简明地表示机床的类型、通用特性和结构特性、主要技术参数等。国标规定，机床型号由汉语拼音字母和数字按一定的规律组合而成。
1)机床的类别代号
机床的类别用汉语拼音大写字母表示。如“磨床”的汉语拼音是“Mo”，所以用“M”表示。其它常见的机床类别代号：C——车床；Z——钻床；T——镗床；X——铣床；刨插床——B；拉床——L。
2)机床的特性代号
它 表示机床所具有的特殊性能，包括通用特性和结构特性。它也用汉语拼音字母表示。 （1）通用特性代号 当某类机床除了有普通形式外，还具有其它通用特性时，则在类别代号之后加上相应的特性代号。常见的通用特性及其代号：高精度——G；精密——M；自动—— Z；半自动——B；数控——K；仿形——F；轻型——Q；加重型——C。
（2）结构特性代号 为了区分主参数相同而结构不同的机床，在型号中用结构特性代号表示。结构特性代号为汉语拼音字母。例如，CA6140A型卧式车床型号中的“A”，可理解 为这种型号车床在结构上区别于C6140型车床。结构特性的代号字母是根据各类机床的情况分别规定的，在不同型号中的意义可不一样。
3)机床的组别和系别代号
组别和系别代号用二位数字表示。每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，用数字0～9表示。每组中又分为10个系，也用数字0～9表示。
4)机床主参数和第二主参数
（1）主参数 机床主参数代表机床规格的大小，用主参数的折算值(主参数乘以折算系数)来表示。
（2）第二主参数 机床第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作面长度等等。第二主参数也用折算值表示。
5)机床的重大改进顺序号
当机床的性能和结构有重大改进时，按设计改进的顺序分别用汉语拼音字母“A、B、C……”表示(其中“I、O”除外)。
6)同一型号机床的变型代号
某些机床根据不同的加工需要，在基本型号机床的基础上，仅改变机床的部分性能结构时，则在基本型机床型号之后加1，2，3……等变型代号。
1.2.2 车削工艺
1.车床简述
车 床类机床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、圆锥表面、成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于大多数机器零件都具有回转表 面，因此在一般机器制造厂中，车床的应用极为广泛。车床上使用的刀具，主要是各种车刀，有些车床还可以采用各种孔加工刀具(如钻头、扩孔钻、铰刀等)和螺 纹刀具(丝锥、板牙等)进行加工。车床的运动特征是：主运动是主轴的回转运动，刀具的移动为进给运动。
车床的种类很多，按结构和用途的不同有：卧式车床、立式车床、回轮与转塔车床、自动和半自动车床以及专门化车床等。
2.CA6140型卧式车床
该 机床在我国机械制造厂中使用极为广泛。其经济加工精度为IT7，精车的表面粗糙度可达Ra为1.6μm。CA6140型卧式车床的外形如图5.9所示。主 轴箱1固定在床身4的左端，内部装有主轴和变速传动机构。工件通过卡盘等夹具装夹在主轴的前端。主电动机安放在左床腿9的内部，通过V带传到主轴箱。刀架 2安装在床身4的中部，刀架部件由几层组成，它能装夹车刀，并实现纵向、横向和斜向进给运动。刀架2的机动纵、横向进给动力，是由主轴箱经过挂轮、进给箱 10(进行变速)、溜板箱8(换向)带动刀架2移动来完成的。为节省空行程的辅助时间，在溜板箱8上设置有快速移动电动机和快速移动机构。尾座3安装在床 身4右边的尾座导轨上，可沿尾座导轨纵向调整其位移和锁定，可用顶尖支承长工件，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。
3.其它车床简介
1）立式车床
立 式车床上利用工作台带动工件回转来完成工件的主切削运动，其回转中心线与地面垂直(而卧式车床主轴的回转中心线与地面相平行)，故称为立式车床。立式车床 适合于加工直径大而高度小于直径的大型工件，按其结构形式可分为单柱式和双柱式两种。由于立式车床的工作台平台处于水平位置，对于笨重工件的装卸和找正都 比较方便，工件和工作台的重量比较均匀地分布在导轨和推力轴承上，有利于保持机床的精度和提高其生产效率。
2）回轮与转塔车床
回 轮、转塔车床可以说是卧式车床的一种变异，其结构上的明显特点是没有尾座和丝杠，卧式车床的尾座由转塔车床的转塔刀架代替。利用转塔车床加工时，可根据工 件的加工工艺情况将所需要的刀具全部安装在刀架和转塔上并预先调整好，在加工过程中这些刀具顺序使用，轮流进行切削。转塔车床多为自动和半自动车床。自动 和半自动机床在机床调整好以后都能自动进行加工，它们的区别在于机床上装卸工件是否由人工进行，不需人工进行装卸工件的机床称为自动机床，否则称为半自动 机床。
3）经济型数控车床
用经济型数控系统装备的车床称为经济型数控车床（如图5.10）。该类车床的数控系统主要采用 性能较佳而价格低廉的单板、单片微型计算机进行控制，其结构一般较简单，且功能简化、针对性强、加工的基本功能齐备、精度适中、整台机床的价格仅为同类全 功能数控车床的1/10-1/8。这类机床特别适合我国的国情。
4.车削加工的工艺特点及其应用
1）车削的工艺特点
(1) 易于保证工件各加工表面之间具有较高的位置精度在车床上加工工件时，工件绕某一固定的轴线作旋转运动，各回转表面具有同一个回转轴线，以利于保证各个加工 表面间同轴度的要求。比如，利用前、后顶尖或心轴安装工件，用拨盘拨动工件回转，其回转轴线是两顶尖中心的连线，在一次安装中加工的各个圆柱表面之间的位 置精度很高，工件端面与轴线的垂直度要求，则主要由车床本身的精度来保证。
(2)适于有色金属零件的精加工 对于一些有色金属零件，由于材料本身的塑性好，硬度低，如果采用磨削加工，则砂轮容易被磨屑堵塞，使已加工表面的质量下降。因此，当有色金属零件加工表面 的粗糙度Ra值要求较小时，可以采用车削方法进行加工。如用金刚石刀具，以很少的背吃刀量和进给量，以及很高的切削速度，进行精细车削，表面粗糙度值Ra 可达0.1～0.4μm。
(3)切削过程比较平稳 车削加工时，刀具几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削面积就基本不变。因此切削力基本上不发生变化。除了加工断续表面以外，切削过程要比铣削、刨削平稳。
(4)刀具简单 车刀是比较简单的刀具之一，制造、刃磨和安装都比较方便。加工时，可以根据工件的具体加工要求，选择合理的刀具角度，以利于保证加工质量。
(5)生产效率较高 车削加工在一般情况下切削过程是连续的，主运动是连续的旋转运动，可以避免惯性力和冲击力的影响，所以车削允许采用较大的切削用量，进行高速切削或强力切削，使车削加工具有较高的生产率。
2）车削的应用
由 车削加工的工艺特点可知，各种回转体表面都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等。表面粗糙度Ra值可达 1.6～6.3μm.可以加工的工件材料有钢、铸铁、有色金属和某些非金属材料，加工材料的硬度一般在30HRC以下。车削一般用来加工单一轴线的零件， 如台阶轴和盘套类零件等。采用四爪卡盘或花盘等装置改变工件的安装位置，也可以加工曲轴、偏心轮或盘形凸轮等多轴线的零件。
1.2.3 钻削工艺
1.钻床简述
用 钻头在实体材料上加工出孔的工艺过程，称为钻孔，是孔加工的一种基本方法。钻床是孔加工的主要机床，在钻床上主要用钻头进行钻孔。在钻床上加工时，工件不 动，刀具作旋转主运动，同时沿轴向移动作进给运动。故钻床适用于加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔，尤其是多孔加工，除钻孔外在钻床上还可完 成扩孔、铰孔、锪平面以及攻螺纹等工作。
根据用途和结构的不同，钻床可分为立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床以及中心孔钻床等。
2.摇臂钻床
摇 臂钻床是一种摇臂可绕立柱回转和升降，主轴箱又可在摇臂上作水平移动的钻床。图5.12为摇臂钻床外形图。工件固定在底座1的工作台8上，主轴7的旋转和 轴向进给运动是由电动机通过主轴箱6来实现的。主轴箱可在摇臂的导轨上移动，摇臂借助电动机及丝杠4的传动，可沿立柱3上下移动。立柱3由内立柱和外立柱 组成，外立柱可绕内立柱在±180°范围内回转。由此主轴很容易地被调整到所需的加工位置上，这就为在单件、小批生产中，加工大而重的工件上的孔带来了很 大的方便。
3.立式钻床
加工时工件直接或通过夹具安装在工作台上，主轴的旋转运动由电动机经变速箱传动。加工时主轴既 作旋转的主运动，又作轴向的进给运动。工作台和进给箱可沿立柱上的导轨调整其上下位置，以适应在不同高度的工件上进行钻削加工。由于在立式钻床上是通过移 动工件位置的方法，使被加工孔的中心与主轴中心对中，因而操作很不方便，不适于加工大型零件，生产率也不高，常用于单件、小批生产中，加工中、小型工件。
4.钻削加工的工艺特点及其应用
1）钻削的工艺特点
(1) 孔的轴线容易偏斜 所谓偏斜是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔轴线歪斜，如图5.14(a)所示。麻花钻受加工孔的限制，其直径较小而长度较长，刚性较差。两条较深的螺旋槽 又使钻心变细，进一步削弱了钻头的刚度。为了减少钻头与孔壁之间的摩擦，钻头的两条导向棱边加工得很窄，因而其导向作用较差。钻头横刃具有很大的负前角， 钻削时横刃处发生严重的挤压从而产生了很大的轴向力，稍有偏斜，就会产生较大的附加力矩，使钻头弯曲。因此可以看出，钻头的刚性和导向作用差，切削时钻头 容易弯曲，钻头横刃定心不准，钻头开始切入时仅由横刃进行切削容易造成引偏，使孔的轴线容易偏斜。在钻床上钻孔时，容易产生这种缺陷。
(2)孔径容易扩大 孔径扩大是指工件上孔的直径大于钻头直径的现象。引起孔径扩大的主要原因是钻头在刃磨时顶角与轴线不对称，两个主切削刃难以磨得完全对称、工件材料的不均匀性，使钻削过程中的径向力不能完全抵消。在车床上钻孔时，孔径容易扩大。
为了减少孔的轴线偏斜及孔径扩大现象，在工艺上可采取下列措施：
①预钻锥形定心坑；
②采用钻模钻孔;
③提高钻头的刃磨质量。
④为了防止孔径扩大，在选用钻头时，所选用的钻头直径一般应略小于所需孔径。
(3)排屑困难 孔壁表面粗糙钻孔时，由于切屑较宽，受容屑槽尺寸的限制，切屑在孔内被迫卷成螺旋状，在排屑时与孔壁发生强烈摩擦而划伤已加工表面，使孔壁质量下降。若切屑阻塞在钻头的容屑槽里，会卡死钻头，严重时会使钻头扭断。
(4) 切削热不易传散 钻削是一种半封闭式的加工，钻削过程中所产生的切削热量，虽然也由切屑、工件、刀具和周围介质传出，但它们之间的比例都和车削大不相同。比如用麻花钻，不 加切削液钻钢料时，工件吸收的热量约占52.5%，钻头约占14.5%，切屑约占28%，而介质仅占5%左右，使产生的切削热不易传散。钻削时，大量高温 切屑不能及时排出，切削液难以注入到切削区，切屑、刀具与工件之间的摩擦很大。因此，切削温度较高，致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生产效率的提 高。
2）钻削的应用
在实体材料上加工孔，一般情况下都需要从钻孔开始，因而钻削的应用很广泛。但是，由于钻削的工艺 特点，用麻花钻加工孔，其孔的精度较低，表面较粗糙，生产效率也比较低。因此，钻削主要用于精度要求不高的螺钉孔、油孔等加工，及中、高精度孔的预加工。 钻孔可以在多种机床上进行，比如在钻床、车床、镗床、铣床、组合机床上等。单件、小批量生产中，对中小型工件上的小孔(一般D＜13mm)，常用台式钻床 加工；中小型工件上直径较大的孔(一般D＜50mm)，常用立式钻床加工；大中型工件上的孔，则应采用摇臂钻床加工；回转体工件上的孔，多在车床上加工。 在成批和大量生产中，为了保证加工精度，提高生产率和降低加工成本，广泛使用钻摸、多轴钻或组合机床进行孔的加工。精度高、粗糙度值小的中小孔(D ＜50mm），在钻削之后，经常需要采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。
5. 其它孔加工方法
1)扩孔
扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大的加工。扩孔和钻孔相比具有以下特点：
(1)由于是在已有钻孔的基础上扩孔，切削刃没有必要由外圆延续到中心，这样就消除了由横刃引起的不良影响。
(2)由于扩孔的背吃刀量大大小于钻孔的背吃刀量，切屑容易排出，不易擦伤已加工表面，容屑槽尺寸可大大减小，钻芯尺寸增大，使其刚度增加，对加大切削用量和改善加工质量有利。
(3)由于容屑槽较窄，可在刀体上增加刀齿数(一般为3～4齿)，可提高生产率，同时改善了扩孔时的导向作用，切削比较平稳。
扩孔常作为孔的半精加工，当孔的精度高，表面粗糙度值要求大时，则要采用铰孔。
2)铰孔
铰孔是中、小尺寸孔的精加工方法之一，一般加工精度为IT8～IT7，表面粗糙度Ra值为0.4～1.6μm。铰孔有两种加工方式——机铰和手铰， 铰孔加工具有如下的工艺特点：
(1)铰削的加工质量高 由于铰刀修光部分可校准孔径和修光孔壁，提高了孔的加工质量。铰孔的加工余量少、切削速度较低，使工件的受力和受热变形较小，可以避免积屑瘤的不利影响。如果采用手铰，则加工余量更小，切削速度更低，刀具修光部分更长，加工精度可以更高。
(2)铰刀是定尺寸精加工刀具，铰孔更容易保证孔的尺寸精度和形状精度，生产率较高，尤其是小孔和细长孔。
(3)铰孔的适应性较差 因为一定直径的铰刀只能加工一种直径和尺寸公差等级的孔，故限制了其适应性。
钻——扩——铰是加工中等尺寸以下较精密孔常用的连锁性典型工艺，常用于成批生产以及大批量生产中不适于拉削的孔。
1.2.4 镗削工艺
1.镗床简述
镗床是一种主要用镗刀加工有预制孔的工件的机床。镗床适合加工各种复杂的大型工件上的孔，尤其适合于加工直径较大的孔以及内成形表面或孔内环槽。镗孔的尺寸精度及位置精度均比钻孔高。
根据用途，镗床可分为卧式铣镗床、坐标镗床、立式镗床、精镗床及数控镗铣床等。
2.卧式铣镗床
卧 式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱可沿前立柱导轨垂直移动，工作台可旋转并可实现纵横向进给，其外形如图5.16所示。卧式镗床所适应的工艺范围 较广，除镗孔外，还可钻、扩、铰孔，车削内外螺纹、攻螺纹，车外圆柱面和端面以及用端铣刀或圆柱铣刀铣平面等。如再利用特殊附件和夹具，其工艺范围还可扩 大。工件在一次安装的情况下，即可完成多种表面的加工，这对于加工大而重的工件是特别有利的。卧式铣镗床结构复杂，生产率较低。
3.坐标镗床
坐 标镗床是指具有精密坐标定位装置的镗床，是一种用途较为广泛的精密机床。它主要用于镗削尺寸、形状及位置精度要求比较高的孔系，还能进行钻孔、扩孔、铰 孔、锪端面、切槽、铣削等工作。此外，在坐标镗床上还能进行精密刻度，样板的精密划线、孔间距及直线尺寸的精密测量等。它不仅适用于在工具车间加工精密钻 模、镗模及量具等，而且也适用于在生产车间成批地加工孔距精度要求较高的箱体及其它类零件。坐标镗床有立式和卧式之分。立式坐标镗床适于加工轴线与安装基 面(底面)垂直的孔系和铣削顶面；卧式坐标镗床适于加工与安装基面平行的孔系和铣削侧面。立式坐标镗床还有单柱和双柱两种形式。
4.镗削的工艺特点
镗 孔是在已有孔的基础上用镗刀使孔径扩大并达到精度、粗糙度要求的加工方法。镗孔是常用的孔加工方法之一，对于直径较大的孔(一般D＞80～100mm)， 内成形面或孔内环形槽等，镗削是最合适的加工方法。镗孔可分为粗镗、半精镗和精镗。一般镗孔的精度为IT8～IT7，表面粗糙度Ra值为 0.8～1.6μm，精细镗时，精度可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值达0.2～0.8μm。
镗刀有单刃镗刀和多刃镗刀之分，由于它们的结构和工作条件不同，它们的工艺特点和应用也有所不同。
1)单刃镗刀镗孔的工艺特点
(1)适应性强 单刃镗刀是结构最简单的刀具之一，使用和刃磨方便；一把刀具可以加工不同直径的孔，各种结构类型的孔均能镗削；镗削加工可在钻孔、铸孔和锻孔的基础上进行，既可以粗加工，又可以半精加工和精加工。
(2)可以有效地校正原有孔轴线的偏斜或位置误差 用单刃镗刀镗孔，孔的尺寸精度、形状精度和位置精度及表面粗糙度主要取决于机床的精度和操作者的技术水平，所以镗孔可以校正原有孔轴线的偏斜或位置误差。
(3) 生产率较低 镗刀的刀杆直径受被加工孔的限制，一般刚度差，为保证加工精度，常需用较小的背吃刀具和进给量，多次走刀以减少刀杆的弯曲变形和振动；调整镗刀头在刀杆上 的径向位置时，操作复杂，费时费力，加上只有一个主切削刃参加工作，所以生产效率比扩孔和铰孔低。
2)多刃镗刀镗孔的工艺特点
(1)加工质量高 由于镗刀片在加工过程中的浮动，可以补偿镗刀安装误差及镗刀刀杆偏摆所引起的不良影响，提高孔的精度。又由于镗刀的修光刃比较宽，因而对孔壁的修光效果好，减小了表面粗糙度值。但由于镗刀是浮动的，故不能校正原有孔的轴线偏斜或位置误差。
(2)生产率较高 浮动刀片有两个主切削刃同时切削，并且操作简便，所以可提高生产率。 (3)刀具成本较单刃镗刀高 由于浮动镗刀片结构比单刃镗刀复杂，且刃磨要求高，故成
本较高。
2)镗削的应用
基于以上特点，镗削加工主要用于批量生产、精加工箱体类零件上直径较大的孔。另外
在卧式镗床上利用不同的刀具和附件，还可以进行钻孔、车端面、铣平面或车螺纹等，如图
5.17所示。
1.2.5 刨削、插削、拉削工艺
1.刨床简述
刨床类机床主要用于加工各种平面和沟槽。机床的主运动和进给运动均为直线运动，刨床类机床可分为牛头刨床、插床(相当于立式牛头刨床)、龙门刨床等。
牛头刨床见图5.18所示。底座上装有床身4，滑枕3带着刀架2作往复直线运动（主运动）。工件装在工作台1上，工作台1在横梁8上作间歇的横向进给运动。横梁8可在床身上升降，以适应加工不同高度的工件。
1—工作台；2—刀架；3—滑枕；4—床身；5—摇杆机构；6—变速机构；7—进给机构；8—横梁
2.刨削的工艺特点及应用
1) 刨削加工的工艺特点
（1）成本低 机床结构比较简单，调整和操作较容易；刨刀为单刃，形状与车刀相似，制造、刃磨、安装比较方便，加工成本低。
（2） 生产率较低 刨削加工的主运动为往复直线运动，受惯性力的限制，并为了减少刨刀切入和切出工件时所产生的冲击振动，主运动的速度不能太高；刨刀通常是单刃切削，且刨刀 在返回的行程中，不进行切削，增加了辅助时间。因此，刨削加工的生产率一般比铣削低。但对于窄长平面的加工，刨削因工件较窄而减少了往复走刀的次数，生产 率可高于铣削。
（3）加工精度较低 刨削加工表面粗糙度Ra值为1.6～6.3μm。当在龙门刨床上用宽刃刨刀进行低速精刨时，其平面度可不大于0.02/1000，表面粗糙度Ra值可达0.4～0.8μm.
2) 刨削的应用
刨削的应用如图5.19所示，主要用来加工各种平面、直槽，也可以用来加工齿条、齿轮、花键及母线是直线的成形面等。
3.拉床简述
拉床是用拉刀加工各种内外成形表面的机床。拉刀上具有多排刀刃，拉削时可使被加工表面一次拉削成形，所以拉刀承受的切削力很大，通常采用液压驱动。
拉床的主参数是额定拉力，常见为50～400kN。拉床按加工表面种类不同可分为内拉床和外拉床，分别用于拉削工件的内表面和外表面。按着机床的布局又可以分为卧式和立式两类。
4.拉削的工艺特点与应用
在拉床上用拉刀加工的工艺过程叫做拉削加工。拉削被认为是刨削的进一步发展，它只有拉刀的主运动，而进给运动是由后一齿较前一齿递增一个齿升量的拉刀结构本身完成的（图5.20）。
拉削可以看作是按高低顺序排列的多把刨削刀进行的刨削。拉削的主要特点可概述如下：
(1)生产率高，加工范围广；
(2)加工精度较高、表面粗糙度值较小；
(3)拉床结构简单，拉刀寿命长；
拉削是一种高生产效率和高精度的加工方法，因拉刀结构复杂，制造、刃磨困难，成本高，所以一般只适用于大批大量生产。
拉削适用于各种中、小尺寸成型表面的加工，图5.21为拉削加工应用示例图。
另外插削也是直线运动加工方式的一种。插削所用的设备为插床。插削方式主要用来加工零件的内表面，比如花键槽、键槽(图5.22)等，也可用于加工多边形孔，比如四方孔、六方孔等。特别适于加工盲孔或有障碍台肩的内表面。
1.2.6 铣削工艺
1.铣床简述
铣床是用铣刀进行铣削加工的机床。铣削的主运动是铣刀的旋转运动，工件或铣刀的移动为进给运动。其生产率较高。铣床适应的工艺范围较广，可加工各种平面、台阶、沟槽、螺旋面等。如装上分度头还可进行分度加工。
铣床的主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、工具铣床、龙门铣床、仿形铣床、各种专门化铣床及数控铣床等。
2.升降台式铣床
升降台式铣床按主轴在铣床上布置方式的不同，分为卧式和立式两种类型。
卧 式升降台铣床又称卧铣，是一种主轴水平布置的升降台铣床，如图5.23所示。工件安装在工作台5上，工作台安装在床鞍6的水平导轨上，工件可沿垂直于主轴 3的轴线方向纵向移动。床鞍6装在升降台7的水平导轨上，可沿主轴的轴线方向横向移动，升降台7安装在床身1的垂直导轨上，可上下垂直移动。这样，工件便 可在三个方向上进行位置调整或作进给运动。床身1固定在底座8上，床身内部装有主传动机构，顶部导轨上装有悬臂2，悬臂上装有安装铣刀心轴3的挂架4，铣 刀安装在心轴上。在卧式升降台铣床上还可安装由主轴驱动的立铣头附件。
3.龙门铣床
龙门铣床主要用来加工大型工件上 的平面和沟槽，是一种大型高效通用铣床。机床主体结构呈龙门式框架，如图5.24所示。横梁5可以在立柱4上升降，以适应加工不同高度的工件。横梁上装有 两个铣削主轴箱(立铣头)3和6，两个立柱上分别安装卧铣头2和8。每个铣头是一个独立部件，内装主运动变速机构、主轴及操纵机构。工件装在工作台上，工 作台可在床身1上作水平的纵向运动，也可以是调整铣头与工件间相对位置的快速调位运动。铣刀的旋转为主运动。龙门铣床刚度高，可多刀同时加工多个工件或多 个表面，生产率高，适用于成批大量生产。
4.数控铣床
图5.25所示为XK5040A型立式数控铣床。该铣床总体结构先进、控制功能齐全、辅助功能完善、加工的自动化程度高，稳定性和可靠性比较好，适合于加工精度较高的零件。
5.铣削的工艺特点
(1)生产率较高 铣刀是典型的多齿刀具，在铣削时，同时参加切削的切削刃数量较多，总的切削宽度较大。铣削的主运动是旋转运动，因而有利于实现高速切削，所以铣削的生产率较高。
(2)铣削过程不平稳 易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出使同时参加工作的切削刃数量发生变化，致使切削面积变化较大，切削力产生很大的波动，所以容易引起较大的冲击和振动。
(3) 刀齿散热条件较好 刀齿在切离工件的时间内，可以得到一定的冷却，散热条件较好。但是，刀齿在切入和切出工件时，有冲击产生，会加速刀具的磨损，使刀具耐用度降低，甚至可能 引起硬质合金刀片的碎裂。因此，铣削时，若采用切削液对刀具进行冷却润滑，则切削液必须连续浇注，以免产生较大的热应力。
6.铣削方式
根 据铣刀与工件之间相对运动关系的不同，铣削可分为端铣和周铣两种方式。用端面铣刀加工平面，称为端铣；用圆柱铣刀加工平面，称为周铣。而周铣又分为逆铣和 顺铣两种方式。如图5.26所示，铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时，称为逆铣；铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同时，称为顺铣。逆铣比顺铣工作台 运动平稳。
7.铣削的应用
由于铣削方式、铣刀类型和形状的多样化，再加上“分度头”、“圆形工作台”等附件，扩大了铣削的加工范围，使应用更加广泛。铣削主要用来加工各种平面、各类沟槽、成形面和切断等。表面粗糙度Ra值为1.6～6.3μm。图5.27中例举了几种典型的铣削加工表面。
1.2.7磨削工艺
1.磨床简述
磨床是用磨料或磨具(如砂轮、砂带、油石、研磨料)为工具进行切削加工的机床。它们是由于精加工和硬表面加工的需要而发展起来的。
为 了适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求，磨床的种类很多，其中主要类型有：外圆磨床(包括普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床等)、内 圆磨床(包括内圆磨床、无心内圆磨床、行星式内圆磨床等)、平面磨床、工具磨床(包括工具曲线磨床、钻头沟背磨床等)、刀具刃磨磨床(包括万能工具磨床、 拉刀刃磨床、滚刀刃磨床等)、专门化磨床(专门用于磨削某一类零件的磨床，如曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等)，以 及研磨机、珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等。
2.M1432A型万能外圆磨床
M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削圆柱形或圆锥形的外圆和内孔，也能磨削台阶轴的轴肩和端平面。这种磨床属于普通精度级，通用性较大，但自动化程度不高，磨削效率较低，适用于工具车间、机修车间和单件、小批生产。
3.无心磨床
无 心磨床通常指无心外圆磨床。无心磨削的特点是：工件不用顶尖支承或卡盘夹持，置于磨削砂轮和导轮之间并用托板支承定位，工作中心略高于两轮中心的连线，并 在导轮摩擦力作用下带动旋转。导轮为刚玉砂轮，它以树脂或橡胶为结合剂，与工件间有较大的摩擦系数，线速度在10～50m/min左右，工件的线速度基本 上等于导轮的线速度。磨削砂轮采用一般的外圆磨砂轮，通常不变速，线速度很高。一般为35m/s左右，所以在磨削砂轮与工件之间有很大的相对速度，这就是 磨削工件的切削速度。
4.平面磨床
平面磨床用于磨削各种零件的平面。根据砂轮的工作面不同，平面磨床可分为用砂轮轮缘 (圆周)进行磨削和用砂轮端面进行磨削两类。用砂轮轮缘磨削的平面磨床，砂轮主轴常处于水平位置(卧式)；而用砂轮端面磨削的平面磨床，砂轮主轴常为立 式。根据工作台的形状不同，平面磨床又可分为矩形工作台和圆形工作台两类。根据砂轮工作面和工作台形状的不同，平面磨床主要有四种类型：卧轴矩台平面磨 床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床。
卧轴矩台平面磨床主要采用周磨法磨削平面，磨削时工件放在工作台上，由电 磁吸盘吸住，机床运动有：砂轮的旋转运动、工件的纵向往复运动、砂轮的间歇横向进给 (手动或液压传动)和砂轮的间歇垂直进给 (手动)。这种磨床的工艺范围较宽，除了用周磨法磨削水平面外，还可用砂轮端面磨削沟槽及台阶等垂直侧平面。
5.磨削过程
砂 轮是磨削的主要工具，如图5.29所示，它是由磨粒加结合剂用烧结的方法而制成的多孔物体。磨削过程是砂轮表面上的无数磨粒，通过砂轮与工件间的相对运 动，从工件加工表面去除细微切屑的过程。砂轮上的每个磨粒单独工作时都可以看成是一把车刀在切削，而整个砂轮可以看成是一把具有无数个不同几何形状的车 刀，因磨粒形状不一，分布也不规则，其切削刃口差别很大。锋利较为突出的磨粒，可以像车刀那样正常切削，而锋利不太突出且磨钝或者其工作前角为负值时，实 际上只是在工件表面上刻划出细小的沟纹。因此，磨削过程实质上是切削、刻划与滑擦三种方式的综合作用。
6.磨削的工艺特点
(1) 加工精度高 表面粗糙度值小磨削时，砂轮表面有数量众多的锋利磨粒，每个磨粒只能切下很薄的一层金属。因此，磨削加工可以达到很高的加工精度。由于磨削时具有很高的切 削速度，加之磨粒切过后，残留面积的高度很小，能使已加工表面获得很小的表面粗糙度值。磨床的精度比一般的切削加工机床精度高，刚性及稳定性好，磨床的进 给机构可以实现微量进给、微量切削，从而保证了精密加工的顺利进行，磨削加工精度一般可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为0.2～0.8μm,当采用 高精度磨削时，粗糙度Ra值可达0.008～0.1μm。
(2)砂轮具有自锐性 一般刀具的切削刃，如果磨钝或损坏，则切削不能继续进行，必须换刀或重磨。磨削中，磨钝的磨粒切削能力下降，作用在磨粒上的切削力却不断增大，如果砂轮硬 度选择得比较合适，磨钝的磨粒便会在切削力的作用下自动脱落而露出新鲜锋利的磨粒，可继续进行磨削，砂轮的这种性质称为“自锐性”。砂轮的这种自锐作用是 其它切削刀具所没有的。
(3)可加工高硬度材料 磨削加工时起切削作用的磨粒硬度很高，所以磨削可以加工一些用一般的金属切削刀具很难加工甚至是无法加工的高硬度材料，如淬火钢、高强度合金、陶瓷等。
(4) 磨削温度高 磨削时的切削速度为一般切削加工的10～20倍。磨粒对工件产生严重的挤压和摩擦，使磨削区产生大量的磨削热，而砂轮本身的导热性却较差，磨削热在短时间 内传不出去，因此在磨削区形成瞬时高温，一般可达800～1000℃。如此高的温度容易烧伤工件表面，使淬火钢件表面退火，硬度降低。因此，在磨削过程 中，应采用大量的切削液。
(5)径向切削分力较大 由于砂轮与工件的接触宽度较大，而且磨粒大多以负前角切削，所以切削力在径向方向上的分力较大，当工艺系统的刚性也较差时，会使工件产生较大的变形，影响工件的加工质量。
7.磨削的应用
磨削加工应用范围广泛，它不但对内、外圆柱面，内、外圆锥面，平面，各种沟槽，螺纹，齿轮，花键以及各种成形表面进行精加工，也可以对一般加工方法难于加工的各种高硬
度材料进行精加工。随着精密磨削、高速磨削、强力磨削等新技术的发展，磨削加工的应用领域也在不断扩大，比如精加工中以磨代刮、粗加工中以磨代刨等。目前，磨削加工主要分为：外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削、螺纹磨削、齿轮磨削和花键磨削等，如图5.30所示。
1.2.8齿形加工工艺
1.齿轮加工机床简述
齿 轮加工机床的种类繁多，分类的方法也很多，一般是按所能加工齿轮的类型进行分类的。通常分为圆柱齿轮加工机床和圆锥齿轮加工机床。圆柱齿轮加工机床主要有 滚齿机、插齿机等；锥齿轮加工机床主要有直齿锥齿轮刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工孤齿锥齿轮的铣齿机等。用于精加工齿轮齿面的机床有研齿机、剃齿机、磨齿 机等。
2.滚齿机
滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿外啮合圆柱齿轮及蜗轮。
滚刀在滚齿机上滚切齿轮的过程，与一对斜齿轮的啮合过程相似。滚刀相当于一个单齿(或双齿)大螺旋角齿轮，只是齿轮齿面上有容屑槽和切削刃。当它与齿坯作强迫啮合运动时，即切去齿坯上的多余材料，齿坯上将留下滚刀切削刃的包络面，形成齿轮。
图5.31 所示是滚齿机外型图。立柱2在床身1上，滚刀架可沿立柱导轨上下移动，滚刀安装在刀杆4上，齿坯装在工作台9的中心轴7上随工作台旋转，后立柱8和工作台 装在同一溜板上，可沿床身1的导轨作水平方向移动。根据工件的直径，调整其径向位置。当用径向进给法切削蜗轮时，这个水平移动是径向进给。3.插齿机
插齿机主要用于加工内外啮合的圆柱齿轮、扇形齿轮、齿条等，尤其适于加工内齿轮和多联齿轮，这是其它机床无法加工的。但插齿机不能加工蜗轮。
图5.32是Y5132型插齿机的外形图。插齿刀装在刀架的刀具主轴上，作上下往复切削运
动并旋转；工件装在工作台上作旋转运动，并随同工作台直线移动，实现径向切入运动；调整支架上的径向切入挡块位置，可使整个加工过程自动进行。
4.磨齿机
磨 齿机多用于淬硬齿轮的齿面精加工。有的磨齿机可直接用来在齿坯上磨制小模数齿轮。磨齿能消除淬火后的变形，加工精度较高。磨齿后齿轮精度最低为6-4级。 磨齿机有两大类，即成形法磨齿和展成法磨齿。成形法磨齿机应用较少，多数磨齿机为展成法。展成法磨齿机有连续磨齿和分度磨齿两类。
(1)连续磨齿 展成法连续磨齿机的工作原理与滚齿机相似，砂轮为蜗杆形，相当于滚刀，它相对工件作展成运动，磨出渐开线，加上进给运动就可磨出全齿。
(2) 分度磨齿 这类磨齿机根据砂轮形状又可分为碟形砂轮型、大平面砂轮型以及锥形砂轮型三种。其工作原理基本相同，都是利用了齿条与齿轮的啮合原理，用砂轮代替齿条与齿 轮啮合，从而磨出齿轮齿面。齿条的齿廓是直线，形状简单，易于修整砂轮廓形。加工时，被磨齿轮在假想齿条上滚动，每往复滚动一次，可完成一个或两个齿的磨 削。因此需多次分度，才能磨完全部齿面。
5.齿轮成型方式
齿轮是传递运动和动力的重要零件，广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中。常用的有圆柱齿轮、圆锥齿轮以及蜗轮等，其中圆柱齿轮应用最广泛。
齿形加工是齿轮加工的核心和关键，目前制造齿轮主要是用切削加工，也可以用铸造、辗压(热轧、冷轧)等方法。用切削加工的方法加工齿轮齿形，按加工原理的不同，可以分为如下两大类。
(1)成形法 是指采用与被切齿轮齿间形状相符的成形刀具，直接切出齿形的加工方法，比如铣齿和磨齿。
(2)展成法 是指利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，切出齿形的加工方法，比如插齿、滚齿、剃齿等。
6.铣齿加工工艺特点及应用
一般是在铣床上应用成形法进行加工。铣削时，工件安装在分度头上，用一定模数的盘状(或指状)铣刀对齿轮的齿间铣削，如图5.33所示。当加工完成一个齿间后，进行分度，再铣下一个齿间。其特点如下：
(1)成本较低 铣齿可以在一般的铣床上进行，刀具比其它齿轮刀具简单，因而加工成本较低。
(2)加工精度低 由于铣齿刀具一个刀号要加工一定范围内齿数的齿形。因此，实际齿形与理论上存在误差。此外，分齿用的分度头，其分度精度较低。
(3)生产率较低 铣刀每切一个齿间，都要重复消耗切入、切出、退刀以及分度等辅助时间，故生产率较低。
基于上述特点，铣齿仅适用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮。
7.插齿的工艺特点及其应用
插齿是在专用的插齿机上利用插齿刀根据展成法进行齿轮加工。
如图5.34所示，插齿过程相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。插齿时，插齿刀与齿轮坯之间严格按照一对齿轮的啮合速比关系强制转动，即插齿刀转过一个 齿，齿轮坯也转过相当一个齿的角度。在该过程中，插齿刀一边转动，一边作上下往复运动，以便进行切削。其刀齿侧面运动轨迹所形成的包络线，即为渐开线齿 形。其工艺特点如下：
(1)齿形误差小，只要选用与被切齿轮的模数和压力角相同的插齿刀进行加工，则不论工
件的齿数多少，都可加工出正确的齿形。齿形精度可达8-7级。
(2)表面粗糙度值小，插齿时，由于插齿刀沿齿宽连续地切下切屑，啮合时载荷分布的均匀性好。在插齿过程中，包络齿形的切线数量比较多，所以插齿的齿面粗糙度值较小，Ra值可达1.6μm。
(3)加工范围大，同一模数的插齿刀可以加工模数相同而齿数不同的齿轮。
(4)生产率较，低插齿加工时有空行程存在，插齿刀是作直线往复运动，冲击较大，所以切削速度较低，但高于铣齿。
应用：插齿可加工内、外直齿圆柱齿轮以及相距很近的双联或多联齿轮，还可加工内、外螺旋齿轮。
8.滚齿的工艺特点及其应用
滚齿是在滚齿机上利用齿轮滚刀根据展成法进行齿轮加工。
如图5.35所示，它实质上也是按照一对斜齿轮相啮合的原理进行加工的。在滚切过程中，强制滚刀与齿轮坯按速比关系保持一对斜齿轮的啮合运动，滚刀刀齿侧面运动轨迹的包络线，即为渐开线齿形。其工艺特点如下：
(1) 齿形误差小，滚齿加工的齿形曲线同样不存在理论误差，其齿形精度略低于插齿加
工，可达8-7级。
(2)表面粗糙度值大，滚齿加工时，轮齿齿宽是由刀具多次断续切削而成的，并且由于受
到滚刀开槽数的限制，形成齿形包络线的切线数目少于插齿，所以齿面粗糙度Ra值大于插齿，
可达3.2μm-1.6μm。
(3)加工范围大，滚齿加工用一把滚刀可以加工模数和压力角相同而齿数不同的圆柱齿轮。
(4)生产率高，滚齿加工为多刀连续切削，切削速度快，所以生产率高于插齿和铣齿。
应用：滚齿可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，但不能加工内齿轮和相距很近的多联齿轮。滚齿和插齿一样，同样适用于单件小批生产和大批大量生产。铣齿、插齿和滚齿属于齿形的
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1.1金属切削加工原理
金 属切削加工是用刀具从工件上切除多余材料，从而获得形状、尺寸精度及表面质量等合乎要求的零件的加工过程。实现这一切削过程必须具备三个条件：工件与刀具 之间要有相对运动，即切削运动；刀具材料必须具备一定的切削性能；刀具必须具有适当的几何参数，即切削角度等。金属的切削加工过程是通过机床或手持工具来 进行切削加工的，其主要方法有车、铣、刨、磨、钻、镗、齿轮加工、划线、锯、锉、刮、研、铰孔、攻螺纹、套螺纹等。其形式虽然多种多样，但它们有很多方面 都有着共同的现象和规律，这些现象和规律是学习各种切削加工方法的共同基础。
1.1.1 切削运动及切削用量
1.零件表面的形成
各种切削加工的目的都是为了得到合乎要求的零件表面。因此，零件表面的形成问题是切削加工的基础问题。常见的零件表面有以下几种：
(1)圆柱面 是以直线为母线，以和它相垂直的平面上的圆为轨迹，作旋转运动所形成的表面。
(2)圆锥面 是以直线为母线，以圆为轨迹，且母线与轨迹平面相交成一定角度作旋转运动所形成的表面。
(3)平面 是以直线为母线，以另一直线为轨迹作平移运动所形成的表面，如图5.1(c)所示。
(4)成形面 是以曲线为母线，以圆为轨迹作旋转运动或以直线为轨迹作平移运动所形成的表面,此外，其它较为复杂的表面可以用上述各表面组合而成。
2.切削运动
在金属切削加工中，为了切除多余的金属，刀具和工件间必须有相对运动——切削运动。
外圆车削加工中常见的加工方法，如图5.2所示：工件旋转，车刀作连续纵向直线进给运动，于是形成工件的外圆柱表面。在其它切削加工方法中，刀具和工件也同样必须完成一定的切削运动。通常，切削运动包括主运动和进给运动。
(1） 主运动 主运动是由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，使刀具接近工件，产生切削。通常主运动的速度最高，消耗的功率最大。主运动可以 由工件完成，也可以由刀具完成，它是刀具与工件之间主要的相对运动。如图5.2所示，工件的回转运动是主运动。
(2）进给运动 进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可连续地或间断地切除多余材料，获得已加工表面。进给运动的速 度较低，消耗的功率较小。进给运动可以是步进的，也可以是连续进行的。车削时车刀的纵向移动和横向移动是进给运动。
在这两个运动的合成作用下，工件表面的一层金属不断地被刀具切下来并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在新表面的形成过程中，工件上有三个依次变化着的表面，即待加工表面、过渡表面和已加工表面。
3.切削用量
在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三个要素。
(1)切削速度（vc）切削速度指切削加工时，刀刃上选定点在工件的主运动方向上相对于工件的瞬时速度。大多数切削加工的主运动采用回转运动，车削时其切削速度为：
vc=πdn/1000(m/s或m/min) (5.1)
式中 d——工件或刀具上某一点的回转直径(mm)
n——工件或刀具的转速(r/s或r/min)
由于切削刃上各点相对于工件的旋转半径不同，因而刀刃上各点的切削速度也不同，在计算时应取最大的切削速度。外圆车削时计算待加工表面上的速度，内孔车削时计算已加工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。
(2)进给量（f） 进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r。进给速度(vf)是单位时间内的进给量，单位是mm/s(mm/min)。进给量的大小反映了进给速度的大小。车削时进给速度vf为：
vf=n·f(mm/min) (5.2)
(3)背吃刀量（ap）背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm.
外圆柱表面车削的背吃刀量为：
ap=（dw-dm)/2(mm) (5.3)
钻孔加工的背吃刀量为：
ap=dm/2(mm) (5.4)
式中dm——已加工表面直径(mm);
dw——待加工表面直径(mm)。
4.切削层参数
切削层是指工件上正被切削刃切削的一层材料，即两个相邻加工表面之间的那层材料。仍以外圆车削为例，切削层就是工件每转一周，切削刃所切下的一层材料。切削层参数一般在垂直于切削速度的平面内观察和度量，它们包括切削厚度、切削宽度和切削面积。
(1）切削厚度垂直于加工表面度量的切削层尺寸，称为切削厚度，以hD表示。它是刀具或工件每移动一个进给量f，刀具主切削刃相邻两个位置间的垂直距离。在外圆纵车时：
hD=f·sinkr (5.5)
式中kr——车刀主切削刃与工件轴线之间的夹角。
(2）切削宽度沿加工表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度，以bD表示。它是刀具主切削刃与工件实际接触的长度。在外圆纵车时：
bD=ap/sinkr (5.6)
(3) 切削面积工件被切下的金属层在垂直于主运动方向上的截面面积，称为切削面积，以AD表示。对于车削来说，它是背吃刀量和进给量的乘积或是切削宽度和切削 厚度的乘积： AD=ap·f= bD·hD (5.7)
1.1.2 刀具材料及刀具结构
1.刀具材料
在切削过程中，刀具直接完成切除余量和完成已加工表面的任务。刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。通常情况下，刀具材料的重要性居于首位，它对刀具耐用度、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。
1）对刀具材料的基本要求
(1)高硬度，常温硬度应在60HRC以上；
(2)足够的强度和韧性，以承受切削力、冲击和振动；
(3)高耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间；
(4)较高的耐热性(又称为红硬性或热硬性)，即在高温下仍能保持较高硬度的性能；
(5)较好的工艺性，以便于制造各种刀具。
实际上在选择刀具材料时，很难找到上述几方面性能都是最佳的，因为材料性能之间往往相互矛盾。如硬度高，韧性就低；耐磨性好，则可磨削性就差等。
2）常用的刀具材料
目前常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢因耐热性较差，仅用于手工工具及切削速度较低的刀具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼等仅用于特殊场合。用得最多的材料是高速钢和硬质合金。
(1)高速钢 高速钢是在碳素工具钢中加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素所构成的高合金工具钢。其强度和冲击韧度较好，具有一定的硬度和耐磨性，刃磨后切削刃锋利， 耐热性在600～700℃。按照用途的不同，高速钢可分为通用型高速钢和高性能高速钢。在工厂中，高速钢亦被称为“风钢”或“锋钢”，磨光的高速钢亦被称 为“白钢”。我国最常用的高速钢牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、9W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3等。
(2)硬质 合金 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物的粉末和金属粘结剂在高压下成形后，在高温下烧结而成的粉末冶金材料。其硬度、耐磨性、耐热性都很高，许用的切削 速度远远超过高速钢，加工效率高，能切削诸如淬火钢一类的硬材料，因而被广泛用做刀具材料。ISO标准将切削用硬质合金分为P、K、M三类。
2.刀具结构
1）刀具切削部分的结构要素
金属切削刀具的种类很多，各种刀具的结构大不相同。不论刀具结构如何复杂，但它们切削部分的几何形状大致相同，都是以普通外圆车刀切削部分的几何形状为基本形状，如图5.4所示。
刀具切削部分的结构要素定义如下：
(1)前刀面 切削时直接作用于被切金属层且切屑沿其排出的刀面；
(2)后刀面 同工件上的过渡表面相互作用和相对着的刀面。与过渡表面相对的刀面是主后刀面，与工件上已加工表面相对的刀面是副后刀面；
(3)切削刃 切削刃是前刀面上直接进行切削的边锋，有主切削刃和副切削刃之分；
(4)刀尖 刀尖可以是主、副切削刃的实际交点，也可以是主、副两条切削刃连接起来的一小段过渡刃，它可以是圆弧，也可以是直线。
2）刀具的结构形式
刀 具的结构形式对刀具的切削性能、切削加工的生产率和经济效益有着重要的影响。切削刀具的种类很多，形状多种多样，但其结构有共性。外圆车刀是最基本、最典 型的刀具，由刀头和刀体组成，如图5.4所示。车刀常用的结构形式有焊接式、整体式、机械夹固式。 3）刀具角度
刀具的角度可分为标注角度和工作角度两类。
(1)刀具的标注角度 在设计和制造刀具时，图样上标注的角度、刃磨刀具时测量的角度统称为刀具的标注角度。
这里我们仅以外圆车刀的标注角度为例作一下介绍。
为了确定上述刀面和切削刃的空间位置，首先要建立起由三个辅助平面组成的坐标参考系，如图5.5(a)所示。并以它为基准，用角度值来反映刀面和切削刃的空间位置。
①辅助平面包括基面、切削平面和正交平面。
基面 通过主切削刃上某一点，垂直于假定主运动方向的平面；
切削平面 通过主切削刃上某一点，也与该点所在的过渡表面相切并垂直于基面的平面；
正交平面 通过主切削刃上某一点，同时垂直于基面和切削平面的平面。
这三个辅助平面互相垂直。
②标注角度 如图5.5(b)所示。
前角γ0 在正交平面中，前刀面与基面之夹角；
后角α0 在正交平面中，主后刀面与切削平面之夹角；
主偏角κr 在基面上，主切削刃的投影与进给方向之夹角；
副偏角κ′r 在基面上，副切削刃的投影与进给反方向之夹角；
刃倾角λs 在切削平面中，主切削刃与基面之夹角。
(2)刀具的工作角度 在实际切削加工时，由于车刀装夹位置和进给运动的影响，确定刀具角度坐标平面的位置将发生变化，使得刀具实际切削时的角度值与其标注角度值不同。这里我们就不再详细介绍了。
1.1.3 金属切削过程
金属切削过程就是刀具从工件表面上切除多余金属，从切屑形成开始到已加工表面形成为止的完整过程。要提高切削加工生产率，保证零件的加工质量，降低生产成本，必须研究金属切削过程的物理本质及金属变形规律。
通过实验发现，切削过程中的各种物理现象都以切屑形成过程为基础，都与金属变形规律有关，所以切屑形成过程及其变化规律是研究金属切削过程的基础。
1.切屑形成过程及种类
1）切屑的形成
切 屑的形成过程如图5.6所示。当刀具和被切金属开始接触的最初瞬间，切削刃在与被切金属的接触线下挤压被切金属，使之产生弹性变形。随着切削运动的继续， 刀具对被切金属的挤压作用加强，使被切金属的弹性变形及其应力逐渐增大，当应力达到被切金属材料的屈服强度σs时，被切金属在前刀面和切削刃的挤压作用下 开始发生塑性变形，这种塑性变形也称为剪切滑移。随着切削运动的继续，被切金属的应力不断增大，当应力达到其强度极限时，被切金属(平行四边形CDEF) 与基体分开成为一个切屑单元(平行四边形C′D′E′F′)。随着切削运动的继续，前刀面又挤压另一部分金属(BCFG)，使这部分金属重复上述过程成为 一个切屑单元(B′C′F′G′)。若切削运动继续下去，被切金属就变成由若干个金属单元组成的一条完整的切屑了。
2）切屑的种类
由于切削条件不同，切屑的变形程度也不同，从而切屑形状也不同。归纳起来，可分为以下四种类型(图5.7)。
(1) 带状切屑 它的内表面是光滑的，外表面是毛糙的，若在显微镜下观察其侧表面，可以看到许多剪切面的条纹，其内部应力还没有达到材料的强度极限，所以切屑延续很长呈带 状。一般在加工塑性金属、切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，易得到这种刀屑。形成带状切屑时，切削过程平稳，切削力波动很小，工件已加工表面 粗糙度值小。
(2)节状切屑 这类切屑的外形与带状切屑的不同之处在于外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。一般在加工塑性金属、切削厚度较大、切削速度较低、刀具前角较小时，易得到这 种切屑。形成挤裂切屑时，由于切屑局部断裂，切削力波动较大，切削过程欠平稳，工件已加工表面粗糙度值也较大。
(3)单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被分离，于是形成了大致为梯形的单元切屑。一般在切削塑性金属、切削厚度大、切削速度低、刀具 前角小时，易得到这种切屑。形成单元切屑时，切削力波动很大，切削过程不平稳，工件已加工表面粗糙度值大。在生产中应避免出现此种切屑。
以上三种切屑中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状刀屑，有时得到挤裂切屑。
(4) 崩碎切屑 切削脆性材料时，由于材料的塑性很差且抗拉强度低，切削时，切削刃前方金属在塑性变形很小时就被挤裂或在拉应力状态下脆断，形成不规则的碎块状切屑，它与 工件母体分离的表面很不规则，已加工表面粗糙度值很大，切削力变化很大。工件材料越是硬脆，刀具前角越小，切削厚度越大时，越容易产生这种切屑。
2.积屑瘤现象
在一定的切削速度下切削诸如钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，常发现在刀具的前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是切削过程所产生的积屑瘤，或称刀瘤，如图5.8所示。
1）积屑瘤的形成
当 切屑沿刀具的前刀面流出时，在一定的温度与压力作用下，与前刀面接触的切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使这一层金属的流出速度减慢，形成一层很薄的“滞流 层”。当前刀面对滞流层的摩擦阻力超过切屑材料的内部结合力时，就会有一部分金属粘附在切削刃附近，形成积屑瘤。积屑瘤形成后不断长大，达到一定高度就会 破裂而被切屑带走或嵌附在工件表面上。上述过程是反复进行的。
2）积屑瘤对切削加工的影响
积屑瘤在形成过程中，金属 材料因塑性变形而被强化。因此，积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行切削，起到保护切削刃的作用。同时，由于积屑瘤的存在，增大了刀具实际 工作前角，使切削轻快。所以，粗加工时，希望产生一定的积屑瘤。但是，积屑瘤的顶端伸出切削刃之外，而且在不断的产生和脱落，使实际背吃刀量和切削厚度不 断变化，影响尺寸精度，并会导致切削力的变化，引起振动；还会有一些积屑瘤碎片粘附在工件已加工表面上，使表面变得粗糙。因此，精加工时，应尽量避免积屑 瘤产生。
3）积屑瘤的控制
根据积屑瘤的变化规律，可以通过控制切削速度，即尽量使用很低或很高的切削速度，来避开产 生积屑瘤的速度范围，这是降低表面粗糙度值的好方法。减少切削厚度，即采用少的进给量，一般可以减小刀屑接触的面积，从而能减少积屑瘤。使用高效率切削 剂、降低刀具表面粗糙度值、减少磨擦，或增大前角、减少刀屑接触面积和减少变形，这些都可以减少或消除积屑瘤。工件材料硬度太低、塑性过高时，可进行预处 理或进行热处理提高硬度，以减少积屑瘤。
1.2 常用切削加工方法
常用的切削加工方法有车削、钻削、镗削、刨削、拉削、铣削、磨削和齿形加工等。由于各种加工方法所用机床和刀具不同，切削运动方式各异，所以每种加工方法都有其各自的工艺特点及应用范围。
1.2.1常用机床的分类及型号编制
1. 机床的分类
金 属切削机床的品种和规格繁多，为了便于区别、使用和管理，须对机床加以分类。机床的传统分类方法，主要是按加工性质和所用的刀具进行分类。根据我国制定的 机床型号编制方法，目前将机床共分为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、锯床及其它机 床。
除了上述分类方法以外，还有许多其它分类的方法。
机床按应用范围(通用性程度)又可分为：
(1)通用机床 它可用于加工多种零件的不同工序，加工范围较广，通用性较大，但结构比较复杂。这种机床主要适用于单件小批生产。
(2)专门化机床 它的工艺范围较窄，专门用于加工某一类(或几类)零件的某一道(或几道)特定工序。
(3)专用机床 它的工艺范围最窄，只能用于加工某一种零件的某一道特定工序，适用于大批量生产。
机床按工作精度又可分为：普通机床、精密机床和高精度机床。
机床还可按自动化程度分为：手动、机动、半自动和自动机床。
机床还可按重量与尺寸分为：仪表机床、中型机床(一般机床)、大型机床(重量大于10t)、重型机床(大于30t)和超重型机床(大于100t)。
按机床主要工作部件的数目，可分为单轴的、多轴的，或单刀的、多刀的机床等。
通常，机床根据加工性质进行分类，再根据其某些特点进一步描述，如多刀半自动车床、高精度外圆磨床等。
2.机床型号的编制
机床的型号是赋予每种机床的一个代号，用以简明地表示机床的类型、通用特性和结构特性、主要技术参数等。国标规定，机床型号由汉语拼音字母和数字按一定的规律组合而成。
1)机床的类别代号
机床的类别用汉语拼音大写字母表示。如“磨床”的汉语拼音是“Mo”，所以用“M”表示。其它常见的机床类别代号：C——车床；Z——钻床；T——镗床；X——铣床；刨插床——B；拉床——L。
2)机床的特性代号
它 表示机床所具有的特殊性能，包括通用特性和结构特性。它也用汉语拼音字母表示。 （1）通用特性代号 当某类机床除了有普通形式外，还具有其它通用特性时，则在类别代号之后加上相应的特性代号。常见的通用特性及其代号：高精度——G；精密——M；自动—— Z；半自动——B；数控——K；仿形——F；轻型——Q；加重型——C。
（2）结构特性代号 为了区分主参数相同而结构不同的机床，在型号中用结构特性代号表示。结构特性代号为汉语拼音字母。例如，CA6140A型卧式车床型号中的“A”，可理解 为这种型号车床在结构上区别于C6140型车床。结构特性的代号字母是根据各类机床的情况分别规定的，在不同型号中的意义可不一样。
3)机床的组别和系别代号
组别和系别代号用二位数字表示。每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，用数字0～9表示。每组中又分为10个系，也用数字0～9表示。
4)机床主参数和第二主参数
（1）主参数 机床主参数代表机床规格的大小，用主参数的折算值(主参数乘以折算系数)来表示。
（2）第二主参数 机床第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作面长度等等。第二主参数也用折算值表示。
5)机床的重大改进顺序号
当机床的性能和结构有重大改进时，按设计改进的顺序分别用汉语拼音字母“A、B、C……”表示(其中“I、O”除外)。
6)同一型号机床的变型代号
某些机床根据不同的加工需要，在基本型号机床的基础上，仅改变机床的部分性能结构时，则在基本型机床型号之后加1，2，3……等变型代号。
1.2.2 车削工艺
1.车床简述
车 床类机床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、圆锥表面、成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于大多数机器零件都具有回转表 面，因此在一般机器制造厂中，车床的应用极为广泛。车床上使用的刀具，主要是各种车刀，有些车床还可以采用各种孔加工刀具(如钻头、扩孔钻、铰刀等)和螺 纹刀具(丝锥、板牙等)进行加工。车床的运动特征是：主运动是主轴的回转运动，刀具的移动为进给运动。
车床的种类很多，按结构和用途的不同有：卧式车床、立式车床、回轮与转塔车床、自动和半自动车床以及专门化车床等。
2.CA6140型卧式车床
该 机床在我国机械制造厂中使用极为广泛。其经济加工精度为IT7，精车的表面粗糙度可达Ra为1.6μm。CA6140型卧式车床的外形如图5.9所示。主 轴箱1固定在床身4的左端，内部装有主轴和变速传动机构。工件通过卡盘等夹具装夹在主轴的前端。主电动机安放在左床腿9的内部，通过V带传到主轴箱。刀架 2安装在床身4的中部，刀架部件由几层组成，它能装夹车刀，并实现纵向、横向和斜向进给运动。刀架2的机动纵、横向进给动力，是由主轴箱经过挂轮、进给箱 10(进行变速)、溜板箱8(换向)带动刀架2移动来完成的。为节省空行程的辅助时间，在溜板箱8上设置有快速移动电动机和快速移动机构。尾座3安装在床 身4右边的尾座导轨上，可沿尾座导轨纵向调整其位移和锁定，可用顶尖支承长工件，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。
3.其它车床简介
1）立式车床
立 式车床上利用工作台带动工件回转来完成工件的主切削运动，其回转中心线与地面垂直(而卧式车床主轴的回转中心线与地面相平行)，故称为立式车床。立式车床 适合于加工直径大而高度小于直径的大型工件，按其结构形式可分为单柱式和双柱式两种。由于立式车床的工作台平台处于水平位置，对于笨重工件的装卸和找正都 比较方便，工件和工作台的重量比较均匀地分布在导轨和推力轴承上，有利于保持机床的精度和提高其生产效率。
2）回轮与转塔车床
回 轮、转塔车床可以说是卧式车床的一种变异，其结构上的明显特点是没有尾座和丝杠，卧式车床的尾座由转塔车床的转塔刀架代替。利用转塔车床加工时，可根据工 件的加工工艺情况将所需要的刀具全部安装在刀架和转塔上并预先调整好，在加工过程中这些刀具顺序使用，轮流进行切削。转塔车床多为自动和半自动车床。自动 和半自动机床在机床调整好以后都能自动进行加工，它们的区别在于机床上装卸工件是否由人工进行，不需人工进行装卸工件的机床称为自动机床，否则称为半自动 机床。
3）经济型数控车床
用经济型数控系统装备的车床称为经济型数控车床（如图5.10）。该类车床的数控系统主要采用 性能较佳而价格低廉的单板、单片微型计算机进行控制，其结构一般较简单，且功能简化、针对性强、加工的基本功能齐备、精度适中、整台机床的价格仅为同类全 功能数控车床的1/10-1/8。这类机床特别适合我国的国情。
4.车削加工的工艺特点及其应用
1）车削的工艺特点
(1) 易于保证工件各加工表面之间具有较高的位置精度在车床上加工工件时，工件绕某一固定的轴线作旋转运动，各回转表面具有同一个回转轴线，以利于保证各个加工 表面间同轴度的要求。比如，利用前、后顶尖或心轴安装工件，用拨盘拨动工件回转，其回转轴线是两顶尖中心的连线，在一次安装中加工的各个圆柱表面之间的位 置精度很高，工件端面与轴线的垂直度要求，则主要由车床本身的精度来保证。
(2)适于有色金属零件的精加工 对于一些有色金属零件，由于材料本身的塑性好，硬度低，如果采用磨削加工，则砂轮容易被磨屑堵塞，使已加工表面的质量下降。因此，当有色金属零件加工表面 的粗糙度Ra值要求较小时，可以采用车削方法进行加工。如用金刚石刀具，以很少的背吃刀量和进给量，以及很高的切削速度，进行精细车削，表面粗糙度值Ra 可达0.1～0.4μm。
(3)切削过程比较平稳 车削加工时，刀具几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削面积就基本不变。因此切削力基本上不发生变化。除了加工断续表面以外，切削过程要比铣削、刨削平稳。
(4)刀具简单 车刀是比较简单的刀具之一，制造、刃磨和安装都比较方便。加工时，可以根据工件的具体加工要求，选择合理的刀具角度，以利于保证加工质量。
(5)生产效率较高 车削加工在一般情况下切削过程是连续的，主运动是连续的旋转运动，可以避免惯性力和冲击力的影响，所以车削允许采用较大的切削用量，进行高速切削或强力切削，使车削加工具有较高的生产率。
2）车削的应用
由 车削加工的工艺特点可知，各种回转体表面都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等。表面粗糙度Ra值可达 1.6～6.3μm.可以加工的工件材料有钢、铸铁、有色金属和某些非金属材料，加工材料的硬度一般在30HRC以下。车削一般用来加工单一轴线的零件， 如台阶轴和盘套类零件等。采用四爪卡盘或花盘等装置改变工件的安装位置，也可以加工曲轴、偏心轮或盘形凸轮等多轴线的零件。
1.2.3 钻削工艺
1.钻床简述
用 钻头在实体材料上加工出孔的工艺过程，称为钻孔，是孔加工的一种基本方法。钻床是孔加工的主要机床，在钻床上主要用钻头进行钻孔。在钻床上加工时，工件不 动，刀具作旋转主运动，同时沿轴向移动作进给运动。故钻床适用于加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔，尤其是多孔加工，除钻孔外在钻床上还可完 成扩孔、铰孔、锪平面以及攻螺纹等工作。
根据用途和结构的不同，钻床可分为立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床以及中心孔钻床等。
2.摇臂钻床
摇 臂钻床是一种摇臂可绕立柱回转和升降，主轴箱又可在摇臂上作水平移动的钻床。图5.12为摇臂钻床外形图。工件固定在底座1的工作台8上，主轴7的旋转和 轴向进给运动是由电动机通过主轴箱6来实现的。主轴箱可在摇臂的导轨上移动，摇臂借助电动机及丝杠4的传动，可沿立柱3上下移动。立柱3由内立柱和外立柱 组成，外立柱可绕内立柱在±180°范围内回转。由此主轴很容易地被调整到所需的加工位置上，这就为在单件、小批生产中，加工大而重的工件上的孔带来了很 大的方便。
3.立式钻床
加工时工件直接或通过夹具安装在工作台上，主轴的旋转运动由电动机经变速箱传动。加工时主轴既 作旋转的主运动，又作轴向的进给运动。工作台和进给箱可沿立柱上的导轨调整其上下位置，以适应在不同高度的工件上进行钻削加工。由于在立式钻床上是通过移 动工件位置的方法，使被加工孔的中心与主轴中心对中，因而操作很不方便，不适于加工大型零件，生产率也不高，常用于单件、小批生产中，加工中、小型工件。
4.钻削加工的工艺特点及其应用
1）钻削的工艺特点
(1) 孔的轴线容易偏斜 所谓偏斜是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔轴线歪斜，如图5.14(a)所示。麻花钻受加工孔的限制，其直径较小而长度较长，刚性较差。两条较深的螺旋槽 又使钻心变细，进一步削弱了钻头的刚度。为了减少钻头与孔壁之间的摩擦，钻头的两条导向棱边加工得很窄，因而其导向作用较差。钻头横刃具有很大的负前角， 钻削时横刃处发生严重的挤压从而产生了很大的轴向力，稍有偏斜，就会产生较大的附加力矩，使钻头弯曲。因此可以看出，钻头的刚性和导向作用差，切削时钻头 容易弯曲，钻头横刃定心不准，钻头开始切入时仅由横刃进行切削容易造成引偏，使孔的轴线容易偏斜。在钻床上钻孔时，容易产生这种缺陷。
(2)孔径容易扩大 孔径扩大是指工件上孔的直径大于钻头直径的现象。引起孔径扩大的主要原因是钻头在刃磨时顶角与轴线不对称，两个主切削刃难以磨得完全对称、工件材料的不均匀性，使钻削过程中的径向力不能完全抵消。在车床上钻孔时，孔径容易扩大。
为了减少孔的轴线偏斜及孔径扩大现象，在工艺上可采取下列措施：
①预钻锥形定心坑；
②采用钻模钻孔;
③提高钻头的刃磨质量。
④为了防止孔径扩大，在选用钻头时，所选用的钻头直径一般应略小于所需孔径。
(3)排屑困难 孔壁表面粗糙钻孔时，由于切屑较宽，受容屑槽尺寸的限制，切屑在孔内被迫卷成螺旋状，在排屑时与孔壁发生强烈摩擦而划伤已加工表面，使孔壁质量下降。若切屑阻塞在钻头的容屑槽里，会卡死钻头，严重时会使钻头扭断。
(4) 切削热不易传散 钻削是一种半封闭式的加工，钻削过程中所产生的切削热量，虽然也由切屑、工件、刀具和周围介质传出，但它们之间的比例都和车削大不相同。比如用麻花钻，不 加切削液钻钢料时，工件吸收的热量约占52.5%，钻头约占14.5%，切屑约占28%，而介质仅占5%左右，使产生的切削热不易传散。钻削时，大量高温 切屑不能及时排出，切削液难以注入到切削区，切屑、刀具与工件之间的摩擦很大。因此，切削温度较高，致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生产效率的提 高。
2）钻削的应用
在实体材料上加工孔，一般情况下都需要从钻孔开始，因而钻削的应用很广泛。但是，由于钻削的工艺 特点，用麻花钻加工孔，其孔的精度较低，表面较粗糙，生产效率也比较低。因此，钻削主要用于精度要求不高的螺钉孔、油孔等加工，及中、高精度孔的预加工。 钻孔可以在多种机床上进行，比如在钻床、车床、镗床、铣床、组合机床上等。单件、小批量生产中，对中小型工件上的小孔(一般D＜13mm)，常用台式钻床 加工；中小型工件上直径较大的孔(一般D＜50mm)，常用立式钻床加工；大中型工件上的孔，则应采用摇臂钻床加工；回转体工件上的孔，多在车床上加工。 在成批和大量生产中，为了保证加工精度，提高生产率和降低加工成本，广泛使用钻摸、多轴钻或组合机床进行孔的加工。精度高、粗糙度值小的中小孔(D ＜50mm），在钻削之后，经常需要采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。
5. 其它孔加工方法
1)扩孔
扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大的加工。扩孔和钻孔相比具有以下特点：
(1)由于是在已有钻孔的基础上扩孔，切削刃没有必要由外圆延续到中心，这样就消除了由横刃引起的不良影响。
(2)由于扩孔的背吃刀量大大小于钻孔的背吃刀量，切屑容易排出，不易擦伤已加工表面，容屑槽尺寸可大大减小，钻芯尺寸增大，使其刚度增加，对加大切削用量和改善加工质量有利。
(3)由于容屑槽较窄，可在刀体上增加刀齿数(一般为3～4齿)，可提高生产率，同时改善了扩孔时的导向作用，切削比较平稳。
扩孔常作为孔的半精加工，当孔的精度高，表面粗糙度值要求大时，则要采用铰孔。
2)铰孔
铰孔是中、小尺寸孔的精加工方法之一，一般加工精度为IT8～IT7，表面粗糙度Ra值为0.4～1.6μm。铰孔有两种加工方式——机铰和手铰， 铰孔加工具有如下的工艺特点：
(1)铰削的加工质量高 由于铰刀修光部分可校准孔径和修光孔壁，提高了孔的加工质量。铰孔的加工余量少、切削速度较低，使工件的受力和受热变形较小，可以避免积屑瘤的不利影响。如果采用手铰，则加工余量更小，切削速度更低，刀具修光部分更长，加工精度可以更高。
(2)铰刀是定尺寸精加工刀具，铰孔更容易保证孔的尺寸精度和形状精度，生产率较高，尤其是小孔和细长孔。
(3)铰孔的适应性较差 因为一定直径的铰刀只能加工一种直径和尺寸公差等级的孔，故限制了其适应性。
钻——扩——铰是加工中等尺寸以下较精密孔常用的连锁性典型工艺，常用于成批生产以及大批量生产中不适于拉削的孔。
1.2.4 镗削工艺
1.镗床简述
镗床是一种主要用镗刀加工有预制孔的工件的机床。镗床适合加工各种复杂的大型工件上的孔，尤其适合于加工直径较大的孔以及内成形表面或孔内环槽。镗孔的尺寸精度及位置精度均比钻孔高。
根据用途，镗床可分为卧式铣镗床、坐标镗床、立式镗床、精镗床及数控镗铣床等。
2.卧式铣镗床
卧 式镗床的主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱可沿前立柱导轨垂直移动，工作台可旋转并可实现纵横向进给，其外形如图5.16所示。卧式镗床所适应的工艺范围 较广，除镗孔外，还可钻、扩、铰孔，车削内外螺纹、攻螺纹，车外圆柱面和端面以及用端铣刀或圆柱铣刀铣平面等。如再利用特殊附件和夹具，其工艺范围还可扩 大。工件在一次安装的情况下，即可完成多种表面的加工，这对于加工大而重的工件是特别有利的。卧式铣镗床结构复杂，生产率较低。
3.坐标镗床
坐 标镗床是指具有精密坐标定位装置的镗床，是一种用途较为广泛的精密机床。它主要用于镗削尺寸、形状及位置精度要求比较高的孔系，还能进行钻孔、扩孔、铰 孔、锪端面、切槽、铣削等工作。此外，在坐标镗床上还能进行精密刻度，样板的精密划线、孔间距及直线尺寸的精密测量等。它不仅适用于在工具车间加工精密钻 模、镗模及量具等，而且也适用于在生产车间成批地加工孔距精度要求较高的箱体及其它类零件。坐标镗床有立式和卧式之分。立式坐标镗床适于加工轴线与安装基 面(底面)垂直的孔系和铣削顶面；卧式坐标镗床适于加工与安装基面平行的孔系和铣削侧面。立式坐标镗床还有单柱和双柱两种形式。
4.镗削的工艺特点
镗 孔是在已有孔的基础上用镗刀使孔径扩大并达到精度、粗糙度要求的加工方法。镗孔是常用的孔加工方法之一，对于直径较大的孔(一般D＞80～100mm)， 内成形面或孔内环形槽等，镗削是最合适的加工方法。镗孔可分为粗镗、半精镗和精镗。一般镗孔的精度为IT8～IT7，表面粗糙度Ra值为 0.8～1.6μm，精细镗时，精度可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值达0.2～0.8μm。
镗刀有单刃镗刀和多刃镗刀之分，由于它们的结构和工作条件不同，它们的工艺特点和应用也有所不同。
1)单刃镗刀镗孔的工艺特点
(1)适应性强 单刃镗刀是结构最简单的刀具之一，使用和刃磨方便；一把刀具可以加工不同直径的孔，各种结构类型的孔均能镗削；镗削加工可在钻孔、铸孔和锻孔的基础上进行，既可以粗加工，又可以半精加工和精加工。
(2)可以有效地校正原有孔轴线的偏斜或位置误差 用单刃镗刀镗孔，孔的尺寸精度、形状精度和位置精度及表面粗糙度主要取决于机床的精度和操作者的技术水平，所以镗孔可以校正原有孔轴线的偏斜或位置误差。
(3) 生产率较低 镗刀的刀杆直径受被加工孔的限制，一般刚度差，为保证加工精度，常需用较小的背吃刀具和进给量，多次走刀以减少刀杆的弯曲变形和振动；调整镗刀头在刀杆上 的径向位置时，操作复杂，费时费力，加上只有一个主切削刃参加工作，所以生产效率比扩孔和铰孔低。
2)多刃镗刀镗孔的工艺特点
(1)加工质量高 由于镗刀片在加工过程中的浮动，可以补偿镗刀安装误差及镗刀刀杆偏摆所引起的不良影响，提高孔的精度。又由于镗刀的修光刃比较宽，因而对孔壁的修光效果好，减小了表面粗糙度值。但由于镗刀是浮动的，故不能校正原有孔的轴线偏斜或位置误差。
(2)生产率较高 浮动刀片有两个主切削刃同时切削，并且操作简便，所以可提高生产率。 (3)刀具成本较单刃镗刀高 由于浮动镗刀片结构比单刃镗刀复杂，且刃磨要求高，故成
本较高。
2)镗削的应用
基于以上特点，镗削加工主要用于批量生产、精加工箱体类零件上直径较大的孔。另外
在卧式镗床上利用不同的刀具和附件，还可以进行钻孔、车端面、铣平面或车螺纹等，如图
5.17所示。
1.2.5 刨削、插削、拉削工艺
1.刨床简述
刨床类机床主要用于加工各种平面和沟槽。机床的主运动和进给运动均为直线运动，刨床类机床可分为牛头刨床、插床(相当于立式牛头刨床)、龙门刨床等。
牛头刨床见图5.18所示。底座上装有床身4，滑枕3带着刀架2作往复直线运动（主运动）。工件装在工作台1上，工作台1在横梁8上作间歇的横向进给运动。横梁8可在床身上升降，以适应加工不同高度的工件。
1—工作台；2—刀架；3—滑枕；4—床身；5—摇杆机构；6—变速机构；7—进给机构；8—横梁
2.刨削的工艺特点及应用
1) 刨削加工的工艺特点
（1）成本低 机床结构比较简单，调整和操作较容易；刨刀为单刃，形状与车刀相似，制造、刃磨、安装比较方便，加工成本低。
（2） 生产率较低 刨削加工的主运动为往复直线运动，受惯性力的限制，并为了减少刨刀切入和切出工件时所产生的冲击振动，主运动的速度不能太高；刨刀通常是单刃切削，且刨刀 在返回的行程中，不进行切削，增加了辅助时间。因此，刨削加工的生产率一般比铣削低。但对于窄长平面的加工，刨削因工件较窄而减少了往复走刀的次数，生产 率可高于铣削。
（3）加工精度较低 刨削加工表面粗糙度Ra值为1.6～6.3μm。当在龙门刨床上用宽刃刨刀进行低速精刨时，其平面度可不大于0.02/1000，表面粗糙度Ra值可达0.4～0.8μm.
2) 刨削的应用
刨削的应用如图5.19所示，主要用来加工各种平面、直槽，也可以用来加工齿条、齿轮、花键及母线是直线的成形面等。
3.拉床简述
拉床是用拉刀加工各种内外成形表面的机床。拉刀上具有多排刀刃，拉削时可使被加工表面一次拉削成形，所以拉刀承受的切削力很大，通常采用液压驱动。
拉床的主参数是额定拉力，常见为50～400kN。拉床按加工表面种类不同可分为内拉床和外拉床，分别用于拉削工件的内表面和外表面。按着机床的布局又可以分为卧式和立式两类。
4.拉削的工艺特点与应用
在拉床上用拉刀加工的工艺过程叫做拉削加工。拉削被认为是刨削的进一步发展，它只有拉刀的主运动，而进给运动是由后一齿较前一齿递增一个齿升量的拉刀结构本身完成的（图5.20）。
拉削可以看作是按高低顺序排列的多把刨削刀进行的刨削。拉削的主要特点可概述如下：
(1)生产率高，加工范围广；
(2)加工精度较高、表面粗糙度值较小；
(3)拉床结构简单，拉刀寿命长；
拉削是一种高生产效率和高精度的加工方法，因拉刀结构复杂，制造、刃磨困难，成本高，所以一般只适用于大批大量生产。
拉削适用于各种中、小尺寸成型表面的加工，图5.21为拉削加工应用示例图。
另外插削也是直线运动加工方式的一种。插削所用的设备为插床。插削方式主要用来加工零件的内表面，比如花键槽、键槽(图5.22)等，也可用于加工多边形孔，比如四方孔、六方孔等。特别适于加工盲孔或有障碍台肩的内表面。
1.2.6 铣削工艺
1.铣床简述
铣床是用铣刀进行铣削加工的机床。铣削的主运动是铣刀的旋转运动，工件或铣刀的移动为进给运动。其生产率较高。铣床适应的工艺范围较广，可加工各种平面、台阶、沟槽、螺旋面等。如装上分度头还可进行分度加工。
铣床的主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、工具铣床、龙门铣床、仿形铣床、各种专门化铣床及数控铣床等。
2.升降台式铣床
升降台式铣床按主轴在铣床上布置方式的不同，分为卧式和立式两种类型。
卧 式升降台铣床又称卧铣，是一种主轴水平布置的升降台铣床，如图5.23所示。工件安装在工作台5上，工作台安装在床鞍6的水平导轨上，工件可沿垂直于主轴 3的轴线方向纵向移动。床鞍6装在升降台7的水平导轨上，可沿主轴的轴线方向横向移动，升降台7安装在床身1的垂直导轨上，可上下垂直移动。这样，工件便 可在三个方向上进行位置调整或作进给运动。床身1固定在底座8上，床身内部装有主传动机构，顶部导轨上装有悬臂2，悬臂上装有安装铣刀心轴3的挂架4，铣 刀安装在心轴上。在卧式升降台铣床上还可安装由主轴驱动的立铣头附件。
3.龙门铣床
龙门铣床主要用来加工大型工件上 的平面和沟槽，是一种大型高效通用铣床。机床主体结构呈龙门式框架，如图5.24所示。横梁5可以在立柱4上升降，以适应加工不同高度的工件。横梁上装有 两个铣削主轴箱(立铣头)3和6，两个立柱上分别安装卧铣头2和8。每个铣头是一个独立部件，内装主运动变速机构、主轴及操纵机构。工件装在工作台上，工 作台可在床身1上作水平的纵向运动，也可以是调整铣头与工件间相对位置的快速调位运动。铣刀的旋转为主运动。龙门铣床刚度高，可多刀同时加工多个工件或多 个表面，生产率高，适用于成批大量生产。
4.数控铣床
图5.25所示为XK5040A型立式数控铣床。该铣床总体结构先进、控制功能齐全、辅助功能完善、加工的自动化程度高，稳定性和可靠性比较好，适合于加工精度较高的零件。
5.铣削的工艺特点
(1)生产率较高 铣刀是典型的多齿刀具，在铣削时，同时参加切削的切削刃数量较多，总的切削宽度较大。铣削的主运动是旋转运动，因而有利于实现高速切削，所以铣削的生产率较高。
(2)铣削过程不平稳 易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出使同时参加工作的切削刃数量发生变化，致使切削面积变化较大，切削力产生很大的波动，所以容易引起较大的冲击和振动。
(3) 刀齿散热条件较好 刀齿在切离工件的时间内，可以得到一定的冷却，散热条件较好。但是，刀齿在切入和切出工件时，有冲击产生，会加速刀具的磨损，使刀具耐用度降低，甚至可能 引起硬质合金刀片的碎裂。因此，铣削时，若采用切削液对刀具进行冷却润滑，则切削液必须连续浇注，以免产生较大的热应力。
6.铣削方式
根 据铣刀与工件之间相对运动关系的不同，铣削可分为端铣和周铣两种方式。用端面铣刀加工平面，称为端铣；用圆柱铣刀加工平面，称为周铣。而周铣又分为逆铣和 顺铣两种方式。如图5.26所示，铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时，称为逆铣；铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同时，称为顺铣。逆铣比顺铣工作台 运动平稳。
7.铣削的应用
由于铣削方式、铣刀类型和形状的多样化，再加上“分度头”、“圆形工作台”等附件，扩大了铣削的加工范围，使应用更加广泛。铣削主要用来加工各种平面、各类沟槽、成形面和切断等。表面粗糙度Ra值为1.6～6.3μm。图5.27中例举了几种典型的铣削加工表面。
1.2.7磨削工艺
1.磨床简述
磨床是用磨料或磨具(如砂轮、砂带、油石、研磨料)为工具进行切削加工的机床。它们是由于精加工和硬表面加工的需要而发展起来的。
为 了适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求，磨床的种类很多，其中主要类型有：外圆磨床(包括普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床等)、内 圆磨床(包括内圆磨床、无心内圆磨床、行星式内圆磨床等)、平面磨床、工具磨床(包括工具曲线磨床、钻头沟背磨床等)、刀具刃磨磨床(包括万能工具磨床、 拉刀刃磨床、滚刀刃磨床等)、专门化磨床(专门用于磨削某一类零件的磨床，如曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等)，以 及研磨机、珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等。
2.M1432A型万能外圆磨床
M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削圆柱形或圆锥形的外圆和内孔，也能磨削台阶轴的轴肩和端平面。这种磨床属于普通精度级，通用性较大，但自动化程度不高，磨削效率较低，适用于工具车间、机修车间和单件、小批生产。
3.无心磨床
无 心磨床通常指无心外圆磨床。无心磨削的特点是：工件不用顶尖支承或卡盘夹持，置于磨削砂轮和导轮之间并用托板支承定位，工作中心略高于两轮中心的连线，并 在导轮摩擦力作用下带动旋转。导轮为刚玉砂轮，它以树脂或橡胶为结合剂，与工件间有较大的摩擦系数，线速度在10～50m/min左右，工件的线速度基本 上等于导轮的线速度。磨削砂轮采用一般的外圆磨砂轮，通常不变速，线速度很高。一般为35m/s左右，所以在磨削砂轮与工件之间有很大的相对速度，这就是 磨削工件的切削速度。
4.平面磨床
平面磨床用于磨削各种零件的平面。根据砂轮的工作面不同，平面磨床可分为用砂轮轮缘 (圆周)进行磨削和用砂轮端面进行磨削两类。用砂轮轮缘磨削的平面磨床，砂轮主轴常处于水平位置(卧式)；而用砂轮端面磨削的平面磨床，砂轮主轴常为立 式。根据工作台的形状不同，平面磨床又可分为矩形工作台和圆形工作台两类。根据砂轮工作面和工作台形状的不同，平面磨床主要有四种类型：卧轴矩台平面磨 床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床。
卧轴矩台平面磨床主要采用周磨法磨削平面，磨削时工件放在工作台上，由电 磁吸盘吸住，机床运动有：砂轮的旋转运动、工件的纵向往复运动、砂轮的间歇横向进给 (手动或液压传动)和砂轮的间歇垂直进给 (手动)。这种磨床的工艺范围较宽，除了用周磨法磨削水平面外，还可用砂轮端面磨削沟槽及台阶等垂直侧平面。
5.磨削过程
砂 轮是磨削的主要工具，如图5.29所示，它是由磨粒加结合剂用烧结的方法而制成的多孔物体。磨削过程是砂轮表面上的无数磨粒，通过砂轮与工件间的相对运 动，从工件加工表面去除细微切屑的过程。砂轮上的每个磨粒单独工作时都可以看成是一把车刀在切削，而整个砂轮可以看成是一把具有无数个不同几何形状的车 刀，因磨粒形状不一，分布也不规则，其切削刃口差别很大。锋利较为突出的磨粒，可以像车刀那样正常切削，而锋利不太突出且磨钝或者其工作前角为负值时，实 际上只是在工件表面上刻划出细小的沟纹。因此，磨削过程实质上是切削、刻划与滑擦三种方式的综合作用。
6.磨削的工艺特点
(1) 加工精度高 表面粗糙度值小磨削时，砂轮表面有数量众多的锋利磨粒，每个磨粒只能切下很薄的一层金属。因此，磨削加工可以达到很高的加工精度。由于磨削时具有很高的切 削速度，加之磨粒切过后，残留面积的高度很小，能使已加工表面获得很小的表面粗糙度值。磨床的精度比一般的切削加工机床精度高，刚性及稳定性好，磨床的进 给机构可以实现微量进给、微量切削，从而保证了精密加工的顺利进行，磨削加工精度一般可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为0.2～0.8μm,当采用 高精度磨削时，粗糙度Ra值可达0.008～0.1μm。
(2)砂轮具有自锐性 一般刀具的切削刃，如果磨钝或损坏，则切削不能继续进行，必须换刀或重磨。磨削中，磨钝的磨粒切削能力下降，作用在磨粒上的切削力却不断增大，如果砂轮硬 度选择得比较合适，磨钝的磨粒便会在切削力的作用下自动脱落而露出新鲜锋利的磨粒，可继续进行磨削，砂轮的这种性质称为“自锐性”。砂轮的这种自锐作用是 其它切削刀具所没有的。
(3)可加工高硬度材料 磨削加工时起切削作用的磨粒硬度很高，所以磨削可以加工一些用一般的金属切削刀具很难加工甚至是无法加工的高硬度材料，如淬火钢、高强度合金、陶瓷等。
(4) 磨削温度高 磨削时的切削速度为一般切削加工的10～20倍。磨粒对工件产生严重的挤压和摩擦，使磨削区产生大量的磨削热，而砂轮本身的导热性却较差，磨削热在短时间 内传不出去，因此在磨削区形成瞬时高温，一般可达800～1000℃。如此高的温度容易烧伤工件表面，使淬火钢件表面退火，硬度降低。因此，在磨削过程 中，应采用大量的切削液。
(5)径向切削分力较大 由于砂轮与工件的接触宽度较大，而且磨粒大多以负前角切削，所以切削力在径向方向上的分力较大，当工艺系统的刚性也较差时，会使工件产生较大的变形，影响工件的加工质量。
7.磨削的应用
磨削加工应用范围广泛，它不但对内、外圆柱面，内、外圆锥面，平面，各种沟槽，螺纹，齿轮，花键以及各种成形表面进行精加工，也可以对一般加工方法难于加工的各种高硬
度材料进行精加工。随着精密磨削、高速磨削、强力磨削等新技术的发展，磨削加工的应用领域也在不断扩大，比如精加工中以磨代刮、粗加工中以磨代刨等。目前，磨削加工主要分为：外圆磨削、内圆磨削、平面磨削、无心磨削、螺纹磨削、齿轮磨削和花键磨削等，如图5.30所示。
1.2.8齿形加工工艺
1.齿轮加工机床简述
齿 轮加工机床的种类繁多，分类的方法也很多，一般是按所能加工齿轮的类型进行分类的。通常分为圆柱齿轮加工机床和圆锥齿轮加工机床。圆柱齿轮加工机床主要有 滚齿机、插齿机等；锥齿轮加工机床主要有直齿锥齿轮刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工孤齿锥齿轮的铣齿机等。用于精加工齿轮齿面的机床有研齿机、剃齿机、磨齿 机等。
2.滚齿机
滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿外啮合圆柱齿轮及蜗轮。
滚刀在滚齿机上滚切齿轮的过程，与一对斜齿轮的啮合过程相似。滚刀相当于一个单齿(或双齿)大螺旋角齿轮，只是齿轮齿面上有容屑槽和切削刃。当它与齿坯作强迫啮合运动时，即切去齿坯上的多余材料，齿坯上将留下滚刀切削刃的包络面，形成齿轮。
图5.31 所示是滚齿机外型图。立柱2在床身1上，滚刀架可沿立柱导轨上下移动，滚刀安装在刀杆4上，齿坯装在工作台9的中心轴7上随工作台旋转，后立柱8和工作台 装在同一溜板上，可沿床身1的导轨作水平方向移动。根据工件的直径，调整其径向位置。当用径向进给法切削蜗轮时，这个水平移动是径向进给。3.插齿机
插齿机主要用于加工内外啮合的圆柱齿轮、扇形齿轮、齿条等，尤其适于加工内齿轮和多联齿轮，这是其它机床无法加工的。但插齿机不能加工蜗轮。
图5.32是Y5132型插齿机的外形图。插齿刀装在刀架的刀具主轴上，作上下往复切削运
动并旋转；工件装在工作台上作旋转运动，并随同工作台直线移动，实现径向切入运动；调整支架上的径向切入挡块位置，可使整个加工过程自动进行。
4.磨齿机
磨 齿机多用于淬硬齿轮的齿面精加工。有的磨齿机可直接用来在齿坯上磨制小模数齿轮。磨齿能消除淬火后的变形，加工精度较高。磨齿后齿轮精度最低为6-4级。 磨齿机有两大类，即成形法磨齿和展成法磨齿。成形法磨齿机应用较少，多数磨齿机为展成法。展成法磨齿机有连续磨齿和分度磨齿两类。
(1)连续磨齿 展成法连续磨齿机的工作原理与滚齿机相似，砂轮为蜗杆形，相当于滚刀，它相对工件作展成运动，磨出渐开线，加上进给运动就可磨出全齿。
(2) 分度磨齿 这类磨齿机根据砂轮形状又可分为碟形砂轮型、大平面砂轮型以及锥形砂轮型三种。其工作原理基本相同，都是利用了齿条与齿轮的啮合原理，用砂轮代替齿条与齿 轮啮合，从而磨出齿轮齿面。齿条的齿廓是直线，形状简单，易于修整砂轮廓形。加工时，被磨齿轮在假想齿条上滚动，每往复滚动一次，可完成一个或两个齿的磨 削。因此需多次分度，才能磨完全部齿面。
5.齿轮成型方式
齿轮是传递运动和动力的重要零件，广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中。常用的有圆柱齿轮、圆锥齿轮以及蜗轮等，其中圆柱齿轮应用最广泛。
齿形加工是齿轮加工的核心和关键，目前制造齿轮主要是用切削加工，也可以用铸造、辗压(热轧、冷轧)等方法。用切削加工的方法加工齿轮齿形，按加工原理的不同，可以分为如下两大类。
(1)成形法 是指采用与被切齿轮齿间形状相符的成形刀具，直接切出齿形的加工方法，比如铣齿和磨齿。
(2)展成法 是指利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，切出齿形的加工方法，比如插齿、滚齿、剃齿等。
6.铣齿加工工艺特点及应用
一般是在铣床上应用成形法进行加工。铣削时，工件安装在分度头上，用一定模数的盘状(或指状)铣刀对齿轮的齿间铣削，如图5.33所示。当加工完成一个齿间后，进行分度，再铣下一个齿间。其特点如下：
(1)成本较低 铣齿可以在一般的铣床上进行，刀具比其它齿轮刀具简单，因而加工成本较低。
(2)加工精度低 由于铣齿刀具一个刀号要加工一定范围内齿数的齿形。因此，实际齿形与理论上存在误差。此外，分齿用的分度头，其分度精度较低。
(3)生产率较低 铣刀每切一个齿间，都要重复消耗切入、切出、退刀以及分度等辅助时间，故生产率较低。
基于上述特点，铣齿仅适用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮。
7.插齿的工艺特点及其应用
插齿是在专用的插齿机上利用插齿刀根据展成法进行齿轮加工。
如图5.34所示，插齿过程相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。插齿时，插齿刀与齿轮坯之间严格按照一对齿轮的啮合速比关系强制转动，即插齿刀转过一个 齿，齿轮坯也转过相当一个齿的角度。在该过程中，插齿刀一边转动，一边作上下往复运动，以便进行切削。其刀齿侧面运动轨迹所形成的包络线，即为渐开线齿 形。其工艺特点如下：
(1)齿形误差小，只要选用与被切齿轮的模数和压力角相同的插齿刀进行加工，则不论工
件的齿数多少，都可加工出正确的齿形。齿形精度可达8-7级。
(2)表面粗糙度值小，插齿时，由于插齿刀沿齿宽连续地切下切屑，啮合时载荷分布的均匀性好。在插齿过程中，包络齿形的切线数量比较多，所以插齿的齿面粗糙度值较小，Ra值可达1.6μm。
(3)加工范围大，同一模数的插齿刀可以加工模数相同而齿数不同的齿轮。
(4)生产率较，低插齿加工时有空行程存在，插齿刀是作直线往复运动，冲击较大，所以切削速度较低，但高于铣齿。
应用：插齿可加工内、外直齿圆柱齿轮以及相距很近的双联或多联齿轮，还可加工内、外螺旋齿轮。
8.滚齿的工艺特点及其应用
滚齿是在滚齿机上利用齿轮滚刀根据展成法进行齿轮加工。
如图5.35所示，它实质上也是按照一对斜齿轮相啮合的原理进行加工的。在滚切过程中，强制滚刀与齿轮坯按速比关系保持一对斜齿轮的啮合运动，滚刀刀齿侧面运动轨迹的包络线，即为渐开线齿形。其工艺特点如下：
(1) 齿形误差小，滚齿加工的齿形曲线同样不存在理论误差，其齿形精度略低于插齿加
工，可达8-7级。
(2)表面粗糙度值大，滚齿加工时，轮齿齿宽是由刀具多次断续切削而成的，并且由于受
到滚刀开槽数的限制，形成齿形包络线的切线数目少于插齿，所以齿面粗糙度Ra值大于插齿，
可达3.2μm-1.6μm。
(3)加工范围大，滚齿加工用一把滚刀可以加工模数和压力角相同而齿数不同的圆柱齿轮。
(4)生产率高，滚齿加工为多刀连续切削，切削速度快，所以生产率高于插齿和铣齿。
应用：滚齿可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，但不能加工内齿轮和相距很近的多联齿轮。滚齿和插齿一样，同样适用于单件小批生产和大批大量生产。铣齿、插齿和滚齿属于齿形的
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