切削加工

【编者按】任何切削加工都必须具备3个基本条件:切削工具、工件和切削运动。切削工具应有刃口，其材质必须比工件坚硬。不同的刀具结构和切削运动形式构成不同的切削方法。用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削和锯切等；用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。

切削加工是机械制造中最主要的加工方法。虽然毛坯制造精度不断提高，精铸、精锻、挤压、粉末冶金等加工工艺应用日广，但由于切削加工的适应范围广，且能达到很高的精度和很低的表面粗糙度，在机械制造工艺中仍占有重要地位。

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金属材料的切削加工有许多分类方法。常见的有以下3种：

按工艺特征区分

切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构以及切削工具与工件的相对运动形式。按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。

按切除率和精度分

可分为：①粗加工：用大的切削深度，经一次或少数几次走刀从工件上切去大部分或全部加工余量，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工加工效率高而加工精度较低，一般用作预先加工，有时也可作最终加工。②半精加工：一般作为粗加工与精加工之间的中间工序，但对工件上精度和表面粗糙度要求不高的部位，也可以作为最终加工。③精加工：用精细切削的方式使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等。精加工一般是最终加工。④精整加工：在精加工后

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进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。精整加工的加工余量小，如珩磨、研磨、超精磨削和超精加工等。⑤修饰加工：目的是为了减小表面粗糙度，以提高防蚀、防尘性能和改善外观,而并不要求提高精度,如抛光、砂光等。⑥超精密加工：航天、激光、电子、核能等尖端技术领域中需要某些特别精密的零件，其精度高达IT4以上，表面粗糙度不大于 Ra 0.01微米。这就需要采取特殊措施进行超精密加工，如镜面车削、镜面磨削、软磨粒机械化学抛光等。

按表面形成方法区分

切削加工时，工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。按表面形成方法，切削加工可分为 3类。①刀尖轨迹法：依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹来获得工件所要求的表面几何形状，如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等。刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动。②成形刀具法：简称成形法，用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具或成形砂轮等加工出成形面。此时机床的部分成形运动被刀刃的几何形状所代替，如成形车削、成形铣削和成形磨削等。由于成形刀具的制造比较困难,机床-夹具-工件-刀具所形成的工艺系统所能承受的切削力有限，成形法一般只用于加工短的成形面。③展成法：又称滚切法，加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具（或砂轮）和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面。齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿（不包括成形磨齿）等均属展成法加工。

简介

有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点，如螺纹车削。

加工精度和表面粗糙度

各类切削加工方法所能达到的精度和表面粗糙度等级见表。

提高切削质量的途径

切削加工质量主要是指工件的加工精度（包括尺寸、几何形状和各表面间相互位置）和表面质量（包括表面粗糙度、残余应力和表面硬化）。随着技术的进步，切削加工的质量不断提高。18世纪后期，切削加工精度以毫米计；20世纪初，切削加工精度最高已达0.01毫米；至50年代，切削加工精度最高已达微米级；70年代,切削加工精度又提高到0.1微米。影响切削加工质量的主要因素有机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法和加工环境等方面。要提高切削加工质量，必须对上述各方面采取适当措施，如减小机床工作误差、正确选用切削工具、提高毛坯质量、合理安排工艺、改善环境条件等。

减小机床工作误差

通常采用的方法有：①选用具有足够精度和刚度的机床。②必要时可以采取补偿校正的方法，如在螺纹磨床或滚齿机上，根据事先测得的机床传动链误差加装误差校正装置，以校正机床的传动系统误差。③采用机床夹具来保证加工精度，如利用镗模加工箱体上的孔系，使孔距精度由镗模决定而不受机床定位误差的影响。④防止机床热变形对加工精度的影响。⑤消除机床内部振源和采取隔振措施，以减少振动对加工精度和粗糙度的影响。⑥提高机床自动化程度，如采用主动测量或自动控制系统，以减少加工过程中的人为误差。

正确选用切削工具

应采用耐磨性好的刀具，合理选用刀具几何参数，并仔细地研磨刃口，使其光滑而锋利。例如用磨具加工，一般选用较细、较硬磨粒的磨具，砂轮要正确和及时地修整。

提高毛坯质量

工件毛坯要具有均匀的材质和加工余量，同时采用适当的热处理，如时效处理、退火、正火、调质等措施以消减内应力，并改善材料的切削加工性。

合理安排工艺

采用合理的工艺程序；正确选用切削用量，以减小切削力和切削热的影响，并防止产生自激振动；选用合适的切削液对切削区进行充分冷却和润滑；选择工件的安装定位基准和夹紧方式时，注意减小安装误差和工件变形。

改善环境条件

保持加工环境清洁；对外部振源和热源采取隔离措施；精密加工在恒温、恒湿和防尘的条件下进行。

提高切削用量以提高材料切除率，是提高切削加工效率的基本途径。常用的高效切削加工方法有高速切削、强力切削、等离子弧加热切削和振动切削。

高速切削

一般指采用硬质合金刀具所能达到的切削速度的切削加工。磨削速度在45米/秒以上的切削称为高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可提高效率，又可减小表面粗糙度。用硬质合金刀具高

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速车削普通钢材的切削速度可达200米/分；用陶瓷刀具可达500米/分；用金刚石刀具车削有色金属的切削速度可达 900米/分。实验室中试验的超高速切削的速度可达4000米/分以上。60年代以来， 磨削速度已从 30米/秒左右逐步提高到45、60、80以至 100米/秒；实验室中的磨削速度已达200米/秒。 高速切削（或磨削）要求机床具有高转速、高刚度、大功率和抗振性好的工艺系统；要求刀具有合理的几何参数和方便的紧固方式，还需考虑安全可靠的断屑方法。

强力切削

指大进给或大切深的切削加工，一般用于车削和磨削（见缓进给磨削）。强力车削的主要特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面的副切削刃同时参与切削，故可把进给量比一般车削提高几倍甚至十几倍。在一般机床上，只要功率足够和工艺系统刚度好就可实行强力切削。与高速切削比较，强力切削的切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高；缺点是加工表面较粗糙。强力切削时，径向切削力很大，故不适于加工细长工件。

等离子弧加热切削

利用等离子弧的高温把工件切削区的局部瞬时加热到800～900℃的切削方法，常采用陶瓷刀具，适用于加工大件。切削时要根据工件的材质、尺寸以及切削速度、切削深度和进给量来调整等离子弧的加热强度。适当调整后，可使工件已加工表面的温度保持在 150℃以下而不致发生金相组织变化。这种方法适于加工淬硬工件和难加工金属材料的切削。材料切除率可提高2～20倍，成本降低30～85%。

振动切削

沿刀具进给方向附加低频或高频振动的切削加工，可以提高切削效率。低频振动切削具有很好的断屑效果，可不用断屑装置，使刀刃强度增加，切削时的总功率消耗比带有断屑装置的普通切削降低40%左右。高频振动切削也称超声波振动切削，有助于减小刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减小刀具的粘着磨损，从而提高切削效率和加工表面质量，刀具寿命约可提高40%。

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