第 3章 常用金属切削加工
3.1 车削加工
3.2 铣削加工
3.3 钻削和镗削加工
3.4 刨削和拉削加工
3.5 磨削加工
3.1 车削加工
? 3.1.1 工件的安装
? 3.1.2 车削的工艺特点
? 3.1.3 车削的应用
3.1.1 工件的安装
? 在车床上加工外圆面时, 主要有以下几种安装方法,
? 1,三爪卡盘安装
? 三爪卡盘上的卡爪是联动的, 能以工件的外圆面自动定心, 故安装工件一般不需找正 。 但由于卡盘的制造误差及使用后磨损的影响, 定位精度一般为 0.01~0.1mm。 三爪卡盘最适宜安装
形状规则的圆柱形工件 。 三爪自定心卡盘如图 3-1如示 。
? 2,四爪卡盘安装
? 四个爪可以分别调整, 故安装时需要花费较多的时间对工件进行找正 。 当使用百分表找正时,
定位精度可达 0.005mm,此时的定位基准是安装找正的表面 。 四爪卡盘夹紧力大, 适合于三
爪卡盘不能安装的工件, 如矩形的, 不对称或较大的工件 。 四爪单动盘如图 3-2所示 。
? 3,花盘安装
? 适用于外形复杂以不能使用卡盘安装的工件 。 如图 3-3所示的弯管, 需加工外圆面 A及端面 B，
要求端面 B与端面 C垂直 。 安装工件时, 先将角铁用螺栓固装在花盘上, 并校正角铁平面与主
轴轴线平行, 再将工件安装到角铁上, 找正后用压板压紧 。 为了使花盘转动平稳, 在花盘上装有平衡用的配重块 。
? 4,在两顶尖间安装
? 用于长径比为 4~10的轴类工件。
? 前顶尖（与主轴相连）可旋转，后顶尖（装在尾座上）不转，它们用于支承工件。拨
盘和卡箍用以带动工件旋转。用顶尖安装时，工件两端面先用中心钻钻上中心孔。见
图 3-4、图 3-5。
图 3－ 1 图 3－ 3 图 3－ 2
图 3－ 4 图 3－ 5
? 5,心轴上安装
? 适用于已加工内孔的工件 。 利用内孔定位, 安装在心轴上, 然后再把心轴安装在
车床前后顶尖之间 。
? 图 3-6 a） 所示为带锥度 （ 一般为 1/1000~1/2000） 的心轴, 工件从小端压紧到心
轴上, 不需夹紧装臵, 定位精度较高 。 当工件内孔的长度与内径之比小于 1~1.5时,
由于孔短, 套装在带锥度的心轴上容易歪斜, 不能保证定位的可靠性, 此时可采
用圆柱面心轴, 图 b） 所示, 工件的左端靠紧在心轴的台阶上, 用螺母压紧 。 这种
心轴与工件内孔常用间隙配合, 因此定位精度较差 。
? 图 3-7所示为可胀开心轴示意图。当
拧紧螺杆时，便带动锥度套筒向左
移动，使具有开口的弹性心轴胀开
而夹紧工件。采用这种安装方式，
装卸工件方便，可缩短夹紧时间，
且不易损伤工件的被夹紧表面，但
对工件的定位表面有一定的尺寸、
形状精度和表面粗糙度要求。在成
批、大量生产中，常用于加工小型
零件。其定位精度与心轴制造质量
有关，通常为 0.01~0.02mm。
3.1.2 车削的工艺特点
? 1,易于保证加工面间的位臵精度
? 从工件安装方法可知, 回转体工件各加工面具有同一回转轴线, 因此一次装夹可
车削出外圆面, 内孔及端面, 依靠机床的精度保证回转面间的同轴度及轴线与端
面间的垂直度 。 另外, 对于以中心孔定位的轴类零件, 虽经多次装夹与调头, 但
所加工的表面其回转轴线始终是两中心孔的连线, 因而能够保证相应表面间的位
臵精度 。
? 2,切削过程比较平稳
? 除了车削断续表面之外, 一般情况下车削过程是连续进行的, 不像铣削和刨削,
在一次走刀过程中, 刀齿有多次切入和切出, 产生冲击 。 并且当刀具几何形状,
切削深度 ap和进给量 f 一定时, 切削层的截面尺寸 ac和 aww是不变的 。
? 3,适用于有色金属零件的精加工
? 某些有色金属零件, 因材料本身的硬度较低, 塑性较好, 用砂轮磨削时, 软的磨
屑易堵塞砂轮, 难以得到很光洁的表面 。 因此, 当有色金属零件表面粗糙度 Ra值
要求较小时, 不宜采用磨削加工, 而要用车削或铣削等切削加工 。 用金刚石刀具
在车床上以很小的切削深度 （ ap<0.15mm） 和进给量 （ f<0.1mm/r） 以及很高的切
削速度 （ υ ≈ 300m/min）, 进行精细车削, 加工精度可达 IT6~IT5,表面粗糙度 Ra
值达 0.1~0.4μ m。
? 4,刀具简单
? 车刀是刀具中最简单的一种, 制造, 刃磨和安装均较方便, 这就便于根据具体加
工要求, 选用合理的角度 。 因此, 车削的适应性较广, 并且有利于加工质量和生
产效率的提高 。
3.1.3 车削的应用
? 车削常用于车外圆、车端面、车槽、切断及孔加工，还可用于车螺纹、车锥面及
回转体成形面等，如图 3-8所示。
图 3－ 8
? 车削一般用来加工单一轴线的零件，如直线和一般盘、套零件等。若改变工件的
安装位置或将车床适当改装，还可以加工多轴线的零件（如曲轴、偏心轮等）或
盘形凸轮。图 3-9 为车削曲轴和偏心轮工件安装的示意图。
图 3－ 9
? 单件小批生产中, 各种轴, 盘, 套等零件, 多选用适应性广的卧式车床或数控车
床进行加工 。 对于直径大而长度短 （ 长径比 L / D≈ 0.3~0.8） 的重型零件, 多用立
式车床加工 。
? 成批生产外形较复杂, 且具有内孔及螺纹的中小型轴, 套类零配件, 应选用转塔
车床进行加工 。 图 3-10所示为适于在转塔车床上加工的典型零件 。
图 3－ 10
? 大批、大量生产形状不太复杂的小型零件（如螺钉、螺母、管接头、轴套类等），
多选用半自动和自动车床进行加工。它的生产率很高但精度较低。图 3-11所示为
适于在单轴自动车床上加工的典型零件。
图 3－ 11
3.2 铣削加工
? 3.2.1 铣刀
? 3.2.2 铣削方式
? 3.2.3 铣削的工艺特点
? 3.2.4 铣削的应用
3.2.1 铣刀
? 铣刀屑多刃刀具, 它由刀齿和刀体两部分组成 。 铣刀的种类种较多, 加工平
面的铣刀有圆柱铣刀和端铣刀两种 。 刀齿分布在圆周上的铣刀为圆柱铣刀,
又分为直齿和螺旋齿两种 （ 图 3-12）, 生产中广泛使用螺旋齿圆柱铣刀 。 刀
齿分布在端面上的铣刀为端铣刀, 又分为整体式和镶齿式两种 （ 图 3-13） 。
镶齿式端铣刀刀盘上镶有硬质合金刀片, 应用较为广泛 。
? 除平面铣刀外, 还有加工各种沟槽的铣刀, 如立铣刀, 圆盘铣刀, T形槽铣刀
等, 另外还有加工成形面的铣刀 。
图 3－ 12 图 3－ 13
3.2.2 铣削方式
? 平面是铣削加工的主要表面之一 。 铣削平面的方式有周铣和端铣两种 。
? 1,周铣法
? 用圆柱铣刀铣削平面称为周铣 。 周铣有两种方式, 如图 3-14所示 。
? （ 1） 逆铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相反 。 铣削时每齿切削厚度 ac从零逐渐
到最大而后切出 。
? （ 2） 顺铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相同 。 铣削时每齿切削厚度 ac从最大逐
渐减小到零 。
图 3－ 14
? 逆铣时, 每个刀齿的切削厚度是从零增大到最大值 。 由于铣刀刃口处总有圆弧存
在, 而不是绝对尖锐的, 所以在刀齿接触工件的初期, 不能切入工件, 而是在工
件表面上挤压, 滑行, 使刀齿与工件之间的摩擦加大, 加速刀具磨损, 同时也使
表面质量下降 。 顺铣时, 每个刀齿的切削厚度是由最大减小到零, 从而避免了上
述缺点 。
? 逆铣时, 铣削力上抬工件, 而顺铣时, 铣削力将工件压向工作台, 减少了工件振
动的可能性, 尤其铣削薄而长的工件时, 更为有利 。
? 由上述分析可知, 从提高刀具耐用度和工件表面质量, 以及增加工件夹持的稳定
性等观点出发, 一般以采用顺铣法为宜 。 但是, 顺铣时忽大忽小的水平分力 FH与
工件的进给方向是相同的, 工作台进给丝杠与固定螺母之间一般都存在间隙 （ 图3-15）, 间隙在进给方向的前方 。 由于 F
H的作用, 就会使工件连同工作台和丝杠一起, 向前窜动, 造成进给量突然增大, 甚至引起打刀 。 而逆铣时, 水平分为 F
H与进给方向相反, 铣削过程中工作台丝杠始终压向螺母, 不致因为间隙的存在而
引起工件窜动 。 目前, 一般铣床尚没有消除工件台丝杠与螺母之间间隙的机构,所以, 在生产中仍多采用逆铣法 。
? 另外, 当铣削带有黑皮的表面时, 例如铸件或锻件表面的粗加工, 若用顺铣法,因刀齿首先接触黑皮, 将加剧刀齿的磨损, 所以也应采用逆铣法 。
图 3－ 15
? 2,端铣法
? 用端铣刀的端面刀齿加工平面, 称为端铣法 。 根据铣刀玫工件相对位臵的不同,
端铣法可以分为对称铣削法和不对称铣削法 （ 图 3-16） 。
? 端铣法可以通过调整铣刀和工件的相对位置, 调节刀齿切入和切出时的切削厚度,
从而达到改善铣削过程的目的 。
图 3－ 16
? 3,周铣法与端铣法的比较
? 如图 3-17所示 。
? （ 1） 端铣的加工质量比周铣高 。 端铣同周铣相比, 同时工作的刀齿数多, 铣削过
程平稳；端铣的切削厚度虽小, 但不像周铣时切削厚度最小时为零, 改善了刀具
后刀面与工件的摩擦状况, 提高了刀具耐用度, 减小表面粗糙度 Ra值, 端铣刀的
修光刃可修光已加工表面, 使表面粗糙度 Ra值减小 。
? （ 2） 端铣的生产率比周铣高 。 端铣的面铣刀直接安装在铣床主轴端部, 刀具系统
刚性好, 同时刀齿可镶硬质合金刀片, 易于采用大的切削用量进行强力切削和高
速切削, 使生产率得到提高, 而且工件已加工表面质量也得到提高 。
? （ 3） 端铣的适应性比周铣差, 端铣一般只用于铣平面, 而周铣可采用多种形式的
铣刀加工平面, 沟槽和成形面等, 因此周铣的适应性强, 生产中仍常用 。
3.2.3 铣削的工艺特点
? 1,生产率高
? 铣削属多齿切削, 没有空行程, 可采用较高的切削速度, 故生产率比刨削等方法
高得多 。
? 2,切削过程不平稳
? 铣削是断续切削过程, 刀齿切入切出时受到的机械冲击很大, 易引起振动；铣削
时总切削面部是一个变量, 因而铣削力也不断变化, 造成机床和刀具的振动 。 以
上原因使铣削总处于不平稳的工作状态 。
? 3,刀齿冷却条件较好
? 由于刀齿间断切削，工作时间短，在空气中冷却时间长，故散热条件好。但是，
切入和切出时热和力的冲击，将加速刀具磨损，甚至可能引起硬质合金刀片的碎
裂。
3.2.4 铣削的应用
? 铣削的形式很多, 铣刀的类型和形状更是多种多样, 再加工附件, 分度头,,
,圆形工作台, 等的应用, 铣削加工范围较广 。 主要用来加工平面 （ 包括水平面,
垂直面和斜面 ）, 沟槽, 成形面和切断等 。 加工精度一般可达 IT8~IT7,表面粗糙
度 Ra值为 1.6~6.3μ m。
? 单件, 小批生产中, 加工小, 中型工件 。 多用升降台式铣床 （ 卧式和立式两种 ） 。
加工中, 大型工件时, 可以用工作台不升降式铣床, 这类铣床与升降式铣床相近,
只不过垂直方向的进给运动不是由工作台升降来实现, 而是由装在立柱上的铣削
头来完成 。
? 龙门铣床的结构与龙门刨床相似, 在立柱和横梁上装有 3 ~ 4个铣头, 适于加工大
型工件或同时加工多个中小型工件 。 由于它的生产率较高, 广泛应用于成批和大
量生产中 。
图 3-18 为铣削各种沟槽的示意图，
直角沟槽可以在卧式铣床用三面刃
盘形铣刀加工，也可以在立式铣床
上用立铣刀铣削。角度沟槽用相应
的角度铣刀在卧式铣床上加工。 T
型槽和燕尾槽常用带柄的专用槽铣
刀在立式铣床上铣削。在卧式铣床
上，还可以用成形铣刀加工成形面
和用锯片铣刀切断。 图 3－ 18
? 有些盘状成形零件，单件小批生
产中，也可用立铣刀在立式铣床
上加工。如图 3-19所示，先在欲
加工的工件上按所要的轮廓划线，
然后根据所划的线，用手动进给
进行铣削。
由几段圆弧和直线组成的曲线外形、
圆弧外形或圆弧槽等，可以利用圆形
工作台在立式铣床上加工（图 -20）。
在铣床上利用分度头，可以加工需要
等分的工件，例如铣削离合器和齿轮
等。
图 3－ 19
图 3－ 20
? 在万能铣床（工作台能在水平面内转动一定角度）上，利用分度头及其工作台进
给丝杠间的交换齿轮，可以加工螺旋槽（图 3-21）。
图 3－ 21
3.3 钻削和镗削加工
? 3.3.1 钻削加工
? 3.3.2 钻孔
? 3.3.3 扩孔
? 3.3.4 铰孔
? 3.3.5 镗孔（或在车床上车孔）
3.3.1 钻削加工
? 钻削加工孔时常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等。
台式钻床适宜加工小型零件上的孔，钻孔最大直径 13mm；立式钻
床适应加工中小型零件上的孔，钻孔最大直径 50mm；摇臂钻床适
应加工大型零件上的孔，钻孔最大直径 80mm。在钻床上能进行的
工作有钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪孔和锪凸台等。下面我们主
要介绍钻孔、扩孔、铰孔。
3.3.2 钻孔
? 钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法 。 在钻床上钻孔, 工件固定不动, 钻头
既旋转作主运动, 又同时向下轴向移动完成进给运动, 见图 3-22。
? 钻孔加工精度低, 尺寸精度一般为 IT4~IT11,表面粗糙度 值为 Ra 50μ m ~12.5μ m。
1,钻头
钻头是最常用的孔加工刀具，由高
速钢制成。其结构如图 3-23所示，
它由柄部和工作部件组成，柄部的
作用是被夹持并传递扭矩，直径小
于 12mm的做成直柄；大于 12mm
的为锥柄。
图 2－ 22
1－钻头 2－工件
? 工作部分由导向部分和切削部分组成，导向部分包括两条对称的螺旋槽和较窄的
刃带（图 3-24），螺旋槽的作用是形成切削刃和排屑；刃带与工件孔壁接触，起
导向和减少钻头与孔壁摩擦的作用。切削部分有两个对称的切削刃和一个横刃，
切削刃承担切削工作，其夹角为 118o；横刃起辅助切削和定心作用，但会大大增
加钻削时的轴向力。
图 3－ 23 图 3－ 24
? 2,钻孔的工艺特点
? 钻孔与车削外圆相比，工作条件要困难得多。因为钻孔时，钻头工作部分大都处
在已加工表面的包围中，因而引起一些特殊问题。例如，钻头的刚度和强度、容
屑和排屑、导向和冷却润滑等。因此，其特点可概括如下,
? （ 1）容易产生“引偏”。“引偏”是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、
孔不圆（见图 3-25（ a））或孔的轴线歪斜（见图 3-25（ b））等。钻孔时产生
“引偏”,
? 主要是因为,
? ① 麻花钻直径和长度受所加工孔的限制，一般呈细长状，刚性较差。为形成切削
刃和容纳切屑，必须作出两条较深的螺旋槽，致使钻心变细，进一步削弱了钻头
的刚性。
图 3－ 25
? ② 为减少导向部分与已加孔壁的摩擦, 钻头仅有两条很窄的棱边与孔壁接触, 接
触刚度和导向作用也很差 。
? ③ 钻头横刃处的前角具有很大的负值, 切削条件极差, 实际上不是在切削, 而是
挤刮金属, 加工由钻头横刃产生的轴向力很大, 稍有偏斜, 将产生较大的附加力
矩, 使钻头弯曲 。
? ④ 钻头的两个主切削刃, 很难磨得安全对称, 加上工件材料的不均匀性, 钻孔时
的径向力不可能完全抵消 。
? 因此, 在钻削力的作用下, 刚性很差且导向性不好的钻头, 很容易弯曲, 致使钻
出的孔产生, 引偏,, 降低了孔的加工精度, 甚至造成废品 。 在实际加工中, 常
采用如下措施来减少引偏,① 预钻锥形定心坑 （ 见图 3-26（ a）） 。 首先用小顶
角 （ 2φ =90o ~100o） 大直径短麻花钻, 预先钻一个锥形坑, 然后再用所需的钻头
钻孔 。 由于预钻时钻头刚性好, 锥形坑不易偏, 以后再用所需的钻头钻孔时, 这
个坑就可以起定心作用 。
? ② 用钻套为钻头导向 （ 见图 3-26（ b） ）, 此可以减少钻孔开始时的, 引偏,,
特别是在斜面或曲面上钻孔时, 更为必要 。
? ③ 刃磨时, 尽量把钻头的两个主切削刃
? 磨得对称一致, 使两主切削刃的径向切削
? 力互相抵消, 从而减少钻头的, 引偏, 。
图 3－ 26
? （ 2） 排屑困难 。 钻孔时, 由于切屑较宽, 容屑槽尺寸又受
到限制, 因而在排屑过程中, 往往与孔壁发生较大的摩擦,
挤压, 拉毛和刮伤已加工表面, 降低表面质量 。 有时切屑
可能阻塞在钻头的容屑槽里, 卡死钻头, 甚至将钻头扭断 。
为了改善排屑条件, 钻钢料工件时, 在钻头上修磨出分屑
槽 （ 见图 3-27）, 将宽的切屑分成窄条, 以利于排屑 。 当钻深孔 （ L/D<5 ~10） 时, 应采用合适的深孔钻进行加工 。
? 3） 切削热不易传散 。 由于钻削是一种半封闭式的切削, 钻
削时所产生的热量, 虽然也由切屑, 工件, 刀具和周围介
质传出, 但它们之间的比例却和车削大不相同 。 如用标准
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 。
? 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
产率的提高 。
图 3－ 27
图 3－ 28
? 3,钻削的应用
? 钻孔属于孔的粗加工, 加工在精度 IT10以下, 表明粗糙度 Ra大于 12.5值 μ m。 主要
用于以下几类孔的加工,
? （ 1） 精度和表面质量要求不高的孔, 如螺栓联接孔, 油孔等 。
? （ 2） 精度和表面质量要求较高的孔, 或内表面形状特殊 （ 如锥形, 有沟槽等 ） 的
孔, 需用钻孔作为预加工工序 。
? （ 3） 内螺纹攻螺纹前所需底孔 。
? 单件, 小批生产中, 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<50 mm）, 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, 提高生产效率和降低加工成本, 广泛
使用钻模 （ 图 3-28）, 多轴钻 （ 图 3-29） 或组合机床 （ 图 3-30） 进行孔的加工 。
? 精度高, 粗糙度小的中小直径孔 （ D<50 mm）, 在钻削之后, 常常需要采用扩孔和
铰孔来进行半精加工和精加工 。
图 3－ 29 图 3－ 30
3.3.3 扩孔
? 扩孔是使已加工孔, 铸孔或锻孔直径扩大的加工过程 。 图 3-31所示 。 单件小批生
产可使用直径较大的麻花钻扩孔 。 但由于麻花钻刚度和强度较低, 扩孔特别是扩
铸孔或锻孔时, 背吃也量不均匀, 切削刃负荷变化大, 刀具磨损快, 易卡死或折
断钻头, 因此批量生产常采用钻孔钻扩孔 。
? 图 3-32 为扩孔钻的结构。与麻花钻相比有以下特点,
图 3－ 31 图 3－ 32
? 1,刚性较好
? 由于扩孔的吃刀量 ap小, 切屑少, 容屑槽可做得浅而窄, 使钻芯比较粗大, 增加
了工作部件的刚性 。
? 2,导向性较好
? 由于容屑槽浅而窄, 可在刀体上做出 3 ~ 4个刀齿, 这样一方面可生产率, 同时也
增加了刀齿的棱边数, 从而增强了扩孔时刀具的导向及修光作用, 切削比较平稳 。
? 3,切削条件较好
? 扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心, 避免了横刃和由横刃引起的不良影响 。
轴向力较小, 可采用较大的进给量, 生产率较高 。 此外, 切屑少, 排屑顺利, 不
易刮伤已加工表面 。
? 由于上述原因, 扩孔比钻孔的精度高, 表面粗糙度 Ra值小, 且在一定程度上可校
正原孔轴线的偏斜 。 扩孔常作为铰孔前的预加工, 对于质量要求不太高的孔, 扩
孔也可作终加工 。 当孔的精度和表面粗糙度要求再高时, 则要采用铰孔 。
3.3.4 铰孔
? 铰孔是在扩孔或半精镗的基础上进行的，是应用较普遍的孔的精加工方法之一。
铰孔的加工精度可达 IT8~IT6，表面粗糙度 Ra值为 1.6~0.4μm。
? 铰孔所用的刀具是铰刀，铰刀可分为手铰刀和机铰刀。手铰刀（见图 3-33（ a））
用于手工铰孔，柄部为直柄；机铰刀（见图 3-33（ b））多为锥柄，将在钻床上或
车床上进行铰孔。
? 铰刀由工作部分、颈部、柄部组成。工作部分包括切削部分和修光部分。切削部
分为锥形，担负主要切削工作。修光部分有窄的棱边和倒锥，以减小与孔壁的摩
擦和减小孔径扩张，同时校正孔径、修光孔壁和导向。手用铰刀修光部分较长，
以增强导向作用。
图 3－ 33
? 1,铰孔的工艺特点
? （ 1） 铰孔余量小 粗铰为 0.15~0.35m m；精铰为 0.05~0.15m m。
? （ 2） 切削速度低 比钻孔和扩孔的切削速度低得多, 以避免积屑瘤的产生和减少
切削热 。 一般粗铰 υ c=4m/min~10 m/min；精铰 υ c=1.5m/min~5m/min,
? （ 3） 适应性差 铰刀属定尺寸刀具, 一把铰刀只能加工一定尺寸和公差等级的孔,
不宜铰削梯形, 短孔, 不通孔和断续表面的孔 （ 如花键孔 ） 。
? （ 4） 需施加切削液 为减少摩擦, 利于排屑, 散热, 以保证加工质量, 就加注切
削液 。 一般铰钢件用乳化液；铰铸铁件用煤油 。
? 麻花钻, 扩孔钻和铰刀都是标准刀具, 市场上比较容易买到 。 对于中等尺寸以下
较精密的孔, 在单件小批乃至大批大量生产中, 钻 —— 扩 —— 铰都是经常采用的
典型工艺 。
? 钻, 扩, 铰只能保证孔本身的精度, 而不易保证孔与孔之间的尺寸精度及位置精
度 。 为了解决这一问题, 可以利用夹具 （ 如钻模 ） 进行加工, 或者采用镗孔 。
3.3.5 镗孔（或在车床上车孔）
? 镗孔是用镗削方法扩大工件孔的方法, 是常用的孔加工方法之一 。 对孔内环槽等内成形表面, 直径较大的孔 （ D>80 mm）, 镗削是唯一适宜的加工方法 。 一般镗
孔的尺寸公差等级为 IT8~IT7,表面粗糙度 Ra值为 1.6~0.8μ m；精细镗时, 尺寸公
差等级可达 IT7~IT6,表面粗糙度 Ra值为 0.8~0.1μ m。
? 镗孔多在车床或镗床上进行 。
? 1,在车床上车孔
? 回转体零件上的轴心孔适宜在车床上加工 （ 图 3-34） 。 主运动和进给运动分别是
工件的回转和车刀的移动 。
图 3－ 34
? 2,在镗床上镗孔
? 箱体类零件上的孔和孔系（有若干个相互间有平行度或垂直度要求的孔）适宜在
镗床上加工。
? （ 1）镗床 根据结构和用途不同，镗床分为卧式镗床、坐标镗床、立式镗床、精
镗床等。应用最广的是卧式镗床，见图 3-35。
图 3－ 35
? 镗孔时，镗刀刀杆随主轴一起旋转，完成主运动；进给运动可由工作台带动工件
纵向移动（图 3-36 a），也可由主轴带动镗刀刀杆轴向移动（图 3-36 b）来实现。
镗大而浅的孔时，可悬臂安装粗而短的镗杆（图 3-36 a,b）；镗深孔或距主轴端
面较远的孔时，不能悬臂安装镗杆，否则，会因镗杆过长刚性差，影响孔的加工
精度。此时，应将镗杆的远端支承在镗床后立柱的尾座衬套内，见图 3-36 c
（ 2） 镗刀及其镗孔的工艺特点
1） 单刃镗刀镗孔 单刃镗刀的刀头结构与车刀类似 。 使用时, 用紧固螺钉将其装夹在
镗杆上, 如图 3-37所示 。 其中图 a为不通孔镗刀, 刀头倾斜安装；图 b为通孔镗刀,
刀头垂直于镗杆轴线安装 。
图 3－ 36
? 单刃镗刀镗孔的工艺特点（与钻 — 扩 — 铰相比）如下,
? ① 适应性广。单刃镗刀结构简单、使用方便，一把镗刀可加工直径不同的孔（调
整刀头的伸出长度即可）；粗加工、精加工、半精加工均可适应。
? ② 可校正原有孔轴线歪斜。镗床本身精度较高，镗杆直线性好，靠多次进给即可
校正孔的轴线歪斜。
? ③ 制造、刃磨简单方便、费用较低。
? ④ 生产率低。镗杆受孔径（尤其是小孔径）的限制，一般刚性较差。为了减少镗
孔时引起镗杆振动，只能采用较小的切削用量；只一个切削刃参与切削；需花时 间调节镗刀头的伸出长度来控制孔径尺寸精度。
图 3－ 37
? 2）浮动镗刀镗孔
? 浮动镗刀（图 3-38a），在对角线的方位上有两个对称的切削刃（属多刃镗刀），
两个切削刃间的尺寸 D可以调整，以镗削不同直径的孔。调整时，先松开螺钉 1，
再旋动螺钉 2以改变刀块 3的径向位移尺寸，并用千分尺检验两切削刃间尺寸，使
之符合被镗孔的孔径尺寸，最后拧紧螺钉 1即可。
? 镗孔时, 浮动镗刀插在镗杆的长方孔中, 但不紧固, 因此, 它能沿镗杆径向自由
滑动 。 依靠作用在两个对称切削刃上的径向切削力, 自动平衡其切削位置 。
? 浮动镗刀镗孔的工艺特点如下,
? ① 加工质量较高 。 镗刀的浮动可自动补偿因刀具安装误差或镗杆偏摆所产生的不
良影响, 加工精度较高；较宽的修光刀, 可修光孔壁, 减小表面粗糙度 。
? ② 生产率较高, 有两个主切削刃参加切削, 且操作简单, 故生产率较高 。
? ③ 刀具成本较单刃镗刀高 。
? ④ 与铰孔相似，不校正原有孔的轴线歪斜。
图 3－ 38
? 镗床镗孔除适宜加工孔内环槽、大直径外，特别适于箱体类零件的孔系（指若干
个彼此有平行度或垂直度要求的孔）加工。原因是镗床的主轴箱和尾座均能上、
下移动，工作台能横向移动和转动，因此，放在工作台上的工件能在一次装夹中，
把若干个孔依次加工出来，避免了因工件多次装夹产生的安装误差。
? 此外，装上不同的刀具，在卧式镗床上还可以完成钻孔、车端面、铣端面、车螺
纹等多项工作，如图 3-39所示。
图 3－ 39
3.4 刨削和拉削加工
? 3.4.1 刨削
? 3.4.2 拉削
3.4.1 刨削
? 1,刨削的工艺特点
? 刨削指在刨床上用刨床加工工件的方法。刨刀结构与普通车刀相似。刨削的主运
动是往复直线运动，进给运动是间歇的，因此切削过程不连续。与其他加工方法
相比，刨削有如下工艺特点,
? (1) 生产率较低 刨削加工为单刃切削，切削时受惯性力的影响，且刃具切入切出
时会产生冲击，故切削速度较低。另外刨刀返程不切削，从而增加了辅助时间。
因此刨削加工生产率较低。对某些工件的狭长表面的加工，为提高生产率，可采
用多件同时刨削的方法，使生产率不低于铣削，且能保证较高的平面度。
? (2) 加工质量中等 刨削过程中由于惯性及冲击振动的影响使刨削加工质量不如车
削。一般刨削的精度为 IT9~IT7，表面粗糙度 Ra值为 6.3~1.6μm，可满足一般平面
加工的要求。
? (3) 通用性好，成本低 刨削加工除主要用于加工平面外，经适当的调整和增加某
些附件，还可加工齿轮、齿条、沟槽、母线为直线的成形面等。刨床结构简单且
价廉，调整操作方便。刨刀结构简单，制造刃磨及安装均较方便。故加工成本较 低。
? 由于上述特点，刨削常用于单件小批生产及修配中。
? 2,刨削的应用
? 由于刨削的特点，刨削主要用在单件、小批生产在维修车间应用较多。
? 如图 3-40所示，刨削主要用来加工平面（包括水平面、垂直面和斜面），也广泛
地用于加工直槽，如直角槽、燕尾槽和 T型槽等。如果进行适当的调整和增加某些
附件，还可用来加工齿条、齿轮、花键和母线为直线的成形面等。
图 3－ 40
? 图 3-41 插键槽
? 牛头刨床的最大刨削长度一般不超
过 1000mm，因此，只适于加工中、
小型工件。龙门刨床主要用来加工
大型工件，或同时加工多个中、小
型工件。例如济南第二机床厂生产
的 B236龙门刨床，最大刨削长度为
20m，最大刨削宽度为 6.3 m。由于
龙门刨床一般刚性较好，而且有 2 ~
4个刀架可同时工作，所以加工精度
和生产率均比牛头刨床高。
? 插床又称立式牛头刨床，主要用来
加工工件的内表面，如键槽（图 3-
41）、花键槽等；也可用加工多边
形孔，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。
图 3－ 41
3.4.2 拉削
? 在拉床上用拉刀加工工件称做拉削。
? 拉削可以认为是刨削的进一步发展。如
图 3-42 所示，它是利用多齿的拉刀，逐
齿依次从工件上切下很薄的金属层，使
表面达到较高的精度和粗糙度要求。拉
削加工的主要特点如下,图 3－ 42
（ 1）生产率较高 由于拉刀是多齿刀具，同时参加工作的刀齿数较多，总的切削
宽度大；并且拉刀的一次行程，就能够完成粗加工、半精加工和精加工，基本工
艺时间和辅助时间大大缩短，所以生产率很高。
（ 2）加工范围较广 拉削不但可以加工平面和没有障碍的外表面，还可以加工各
种形状的通孔（图 3-43）。所以，拉削加工范围较广。图 3-44为拉孔的示意图，
若加工时，刀具所受拉的力不是拉力而是推力（图 3-45），则称为推削，所用刀
具称为推刀。
? （ 3）加工精度较高、表面粗糙度较小 如
图 3-46所示，拉刀具有校准部分，其作用是
校准尺寸，修光表面，并可作为精切齿的后
备刀齿。校准齿的切削量很小，只切去工件
材料的弹性恢复量。另外，拉削的切削速度
一般较低（目前 υ<18m/min），每个切削齿
的切削厚度较小，因而切削过程比较平稳，
并可避免积屑瘤的不利影响。所以，拉削加
工可以达到较高的精度和较小的表面粗糙度。
一般拉孔的精度为 IT8~IT7，表面粗糙度 Ra
值为 0.4~0.8μm。
图 3－ 43
图 3－ 44 图 3－ 45
图 3－ 46
? （ 4）拉床简单 拉削只有一个主运动，即拉刀的直线运动。进给运动是靠拉刀的
后一个刀齿高出前一个刀齿来实现的，刀齿的高出量称为齿升量 af。所以拉床的
结构简单，操作也较方便。
? （ 5）拉刀寿命长 由于拉削时切削速度较低，刀具磨损慢，刃磨一次，可以加工
数以千计的工件；一把拉刀又可以重磨多次，故拉刀的寿命长。
? 虽然拉削具有以上优点，但是由于拉刀结构比一般孔加工刀具复杂，制造困难，
成本高，所以仅适用于成批或大量生产。在单件、小批生产中，对于某些精度要
求较高、形状特殊的成形表面，用其他方法加工困难时，也有采用拉削加工的。
但对于盲孔、深孔、阶梯和有障碍的外表面，则不能用拉削加工。
? 推削加工时，为避免推刀弯曲，其长度比较短（ L/D<12~15），总的金属切除量
较少。所以只适用于加工余量较小的各种形状的内表面，或者用来修整工件热处
理后（硬度低于 HRC 45）的变形量，其应用范围远不如拉削广泛。
3.5 磨削加工
? 3.5.1砂轮
? 3.5.2 磨削过程
? 3.5.3 磨削的工艺特点
? 3.5.4 磨削的应用
? 3.5.5 磨削技术新发展
3.5.1砂轮
? 作为切削工具的砂轮，是由磨料（砂粒）加结
合剂用烧结的方法而制成的多孔物体（图 3-
47）。由于磨料、结合剂及制造工艺等的不同，
砂轮特性可能差别很大，对磨削的加工质量、
生产效率和经济性有着重要影响。砂轮的特性
包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形
状和尺寸等。
图 3－ 47
3.5.2 磨削过程
? 图 3-48 磨粒切削过程
? 从本质上讲，磨削也是一种切削，砂轮表面
上的每个磨料，可以近似地看成一个微小刀
齿；突出的磨粒尖棱，可以认为是微小的切
削刃。因此，砂轮可以看做是具有极多微小
刀齿的铣刀，这些刀齿随机地排列在砂轮表
面上，它们的几何形状和切削角度有着很大
差异，各自的工作情况相差甚远。磨削时，
比较锋利且比较凸出的磨粒，可以获得较大
的切削硬度，从而切下切屑；不太凸出或磨
纯的磨粒，只是在工件表面上刻划出细小的
沟痕，工件材料则被挤向磨粒两旁，在沟痕两边形成隆起（图 3-48）；比较凹下的磨粒，
既不切削也不刻划工件，只是从勤俭持家表
面滑擦而过。即使比较锋利且突出的糜粒，
其切削过程大致也可分为三个阶段（图 3-
48）。在第一阶段，磨粒从工件表面滑擦而
过，只有弹性变形而无切屑。第二阶段，磨
粒切入工件表面，刻划出沟痕并形成隆起。
第三阶段，切削厚度增大到某一临界值，切下切屑。
图 3－ 48
? 由上述分析可知，砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划和滑擦三种作用的结
合。由于各磨粒的工作情况不同，所以磨削时除了产生正常的切屑外，还有金属 微尘等。
? 磨削过程中，磨粒在高速、高压和高温的作用下，将逐渐磨损而变得圆钝。圆钝
的磨粒，切削能力下降，作用于磨粒上的力不断增大。当此力超过磨粒强度极限
时，磨粒就会破碎，产生新的较锋利的棱角，代替旧的圆钝磨粒进行磨削；若此
力超过砂轮结合剂的粘结力时，圆钝的磨粒就会从砂轮表面脱落，露出一层新鲜
锋利的磨粒，继续进行磨削。砂轮的这种自行推陈出新、以保持自身锋锐的性能,称为“自锐性”。
? 砂轮本身虽有自锐性，但是，由于切屑和碎磨粒会把砂轮堵塞，使它失去切削能
力；磨粒随机脱落的不均匀性，会使砂轮失去外形精度。所以为了恢复砂轮的切
削能力和外形精度，在磨削一定时间后，仍需对砂轮进行修整。
3.5.3 磨削的工艺特点
? 1,精度高、表面粗糙度小
? 磨削时，砂轮表面有极多的切削刃，并且刃口圆弧半径 ρ较小。例如粒度为 46#的
白刚玉磨粒,ρ≈0.006~0.012mm，而一般车刀和铣刀的 ρ≈0.012~0.032mm。磨
粒上较锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可以小到数微米，这
是精密加工必须具备的条件之一。一般切削刀具的刃口圆弧半径虽虽也可磨得小
些，但不耐用，不能或难进行经济的、稳定的精密加工。
? 磨削所用的磨床，比一般切削加工机床精度高，刚性及稳定性较好，并且具有控
制小切削深度的微量进给出机构（表 3-1），可以进行微量切削，从而保证了精密
加工的实现。
? 磨削时, 切削速度很高, 如普通外圆磨削 υ ≈ 30~35m/s,高速磨削 υ >50m/s。 当
磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时, 同时有很多切削刃进行切削, 每个磨
刃仅从工件上切下极少量的金属, 残留面积高度很小, 有利于形成光洁的表面 。
? 因此, 磨削可以达到高的精度和小的粗糙度 。 一般磨削精度可达 IT7~IT6,表面粗
糙度为 Ra 0.2~0.8μ m,当采用小粗糙度磨削时, 粗糙度可以达 Ra 0.008~0.1μ m。
? 2,砂轮有自锐作用
? 磨削过程中，砂轮的自锐作用是其他切削刀具所没有的。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。而砂轮由于本身的自锐
性，使磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。实际生产中，有时就利用这一 原理，进行强力连续磨削，以提高磨削加工的生产效率。
? 图 3-49 磨削力
? 3,径向分力 Fy较大
? 磨削时的切削力的车削一样，也可以分解为三个互相垂直
? 的分力 Fx,Fy和 Fz。图 3-49所示，为纵磨外圆时的磨削力。
? 在一般切削加工中，主切削力 Fz较大，而磨削时，由于磨削
? 深度和切削厚度均较小，所以 Fz较小,Fx则更小。但是，因
? 为砂轮与工件的接触宽度较大，并且磨粒多以负前角进行切
? 削，致使 Fy较大，一般情况下,Fy=（ 1.5~3） Fz。
? 径向分力 Fy作用在工艺系统（机床 — 夹具 — 工件 — 刀具所组成的系统）刚性较差
的方向上，使工艺系统变形，影响工件的加工精度。例如纵磨细长轴的外圆时，
由于工件的弯曲而产生腰鼓形。另外，工艺系统的变形，会使实际磨削深度比名
义值小，这将增加磨削时的走刀次数。在最后几次光磨走刀中，要少吃刀或不吃
刀，即把磨削深度递减至零，以便逐步消除由于变形而产生的加工误差，但是，
这样将降低磨削加工的效率。
图 4－ 49
? 4,不宜加工较软的有色金属
? 对一般有色金属零件，由于材料塑性较好，砂轮会很快被有色金属碎屑堵塞，使
磨削无法进行，并划伤有色金属已加工表面。
? 5,磨削温度高
? 磨削时的切削速度为一般切削加工的 10~20倍。在这样高的切削速度下，加上磨
粒多为负前角切削，挤压和摩擦较严重，消耗功率大，产生的切削热多。又因为
砂轮本身的传热性很差，大量的磨削热在短时间内传散不出去，在磨削区形成瞬 时高温，有时高达 800~1000℃ 。
? 高的磨削容易烧伤工件表面，使淬火钢件表面退火，硬度降低。即使由于切削液
的浇注，可能发生二次淬火，也会在工件表层产生张应力及微裂纹，降低零件的 表面质量和使用寿命。
? 高温下，工件材料将变软而容易堵塞砂轮，这不仅影响砂轮的耐用度，也影响工
件的表面质量。
? 因此，在磨削过程中，应采用大量的切削液。磨削时加注切削液，除了冷却和润
滑作用之外，还可以起到冲洗砂轮的作用。切削液将细碎的切屑以及碎裂或脱落
的磨粒冲走，避免砂轮堵塞，可有效地提高工件的表面质量和砂轮的耐用度。
? 磨削钢件时，广泛应用的切削液是苏打水或乳化液。磨削铸铁、青铜等脆性材料
时，一般不加切削液，而用吸尘器清除尘屑。
3.5.4 磨削的应用
? 磨削加工的应用范围很广, 如图 3-50所示, 它可以加工各种外圆面, 内孔, 平面
和成形面 （ 如齿轮, 螺纹等 ） 。 此外还用于各种切削刀具的刃磨 。
图 4－ 50
? 1,外圆磨削
? 外圆磨削是对工件圆柱、圆锥、台阶轴外表面和旋转体外曲面进行的磨削。磨削
一般作为外圆车削后的精加工工序，尤其是能消除淬火等热处理后的氧化层和微
小变形。
? 外圆磨削常在外圆磨床和万能外圆磨床上进行。
? （ 1）在外圆磨床上磨外圆（图 3-51），磨削时，轴类工件常用顶尖装夹，其方法
与车削时基本相同，顶尖安装。磨削方法分为,
图 4－ 51
? a 纵磨法（图 3-51a）
? 磨削时，砂轮高速旋转为主运动，工件旋转为圆周进给，磨床工作台作往复直线
运动为纵向进给。每当工件一次往复行程终了时，砂轮作周期性的横向进给。每
次磨削吃刀量很小，磨削余量是在多次往复行程中磨去的。
? 纵磨法的磨削力小，磨削热少，散热条件好，砂轮沿进给方向的后半宽度，等于
是副偏角为零度的修光刃，光磨次数多，所以工件的精度高，表面粗糙度小。该
方法还可用一个砂轮磨削各种不同长度的工件，适应性强。纵磨法广泛用于单件
小批生产，特别适用于细长轴的精磨。
? b 横磨法（图 3-51b）
? 工件不作纵向往复运动，而砂轮作慢速的横向进给，直到磨去全部磨削余量。砂
轮宽度上的全部磨粒都参加了磨削，生产率高，适用于成批大量加工刚度好的工
件，尤其适用于成形磨削。由于工件无纵向移动，砂轮的外形直接影响了工件的
精度。同时，由于磨削力大、磨削温度高，工件易发生变形和烧伤，加工的精度 和表面质量比纵磨法要差。
? c 综合磨法（图 3-51c）
? 先用横磨法将工件表面分段进行粗磨，相邻两段间有 5~10mm的搭接，工件上岛
国下 0.01~0.03mm的余量，然后用纵磨法进行精磨。此法综合了横磨法和纵磨法
的优点，生产率比纵磨法高，精度和表面质量比横磨法高。
? d 深磨法（图 3-51d）
? 磨削时用较小的纵向进给量（一般取 1~2mm/r），较大的切深（一般为 0.3mm左
右），在一次行程中切除全部余量，因此，生产率较高。需要把砂轮前端修整成
锥形，砂轮锥面进行粗磨。直径大的圆柱部分起精磨和修光作用，应修整得精细
一些。深磨法只适用于大批大量生产中，加工刚度较大的工件，且被加工表面两
端要有较大的距离，允许砂轮切入和切出。
? （ 2）在无心外圆磨床上磨外圆（图 3-51e）磨削时，工件放在两个砂轮之间，下
方用托板托住，不用顶尖支持，所以称为无心磨。两个砂轮中较小的一个是用橡
胶结合剂做的，磨粒较粗，称为导轮，另一个是用来磨削工件的砂轮，称为磨削
轮。导轮轴线相对于砂轮轴线倾斜一角度 α（ 1~5o），以比磨削轮低得多的速度
转动，靠摩擦力带动工件旋转。导轮与工件接触点的线速度 υ导，可以分解为两个
分速度，一个是沿工件圆周切线方向的 υ工，另一个是沿工件轴线方向的 υ进，因
此，工件一方面旋转作圆周进给，另一方面作轴向进给运动。为了使工件与导轮
能保持线接触，应当将导轮修整成双曲面形。
? 无心外圆磨时，工件两端不需预先打中心孔，安装也比较方便；并且机床调整好
之后，可连续进行加工，易于实现自动化，所以生产效率较高。工件被夹持在在
个砂轮之间，不会因磨削力而被顶弯，有利于保证工件的直线性，尤其是对于细
长轴类零件的磨削，优点更为突出。但是，无心外圆磨要求工件的外圆面在圆周
上必须是连续的，如果圆柱表面上有较长的键槽或平面等，导轮将无法带动工件
连续旋转，故不能磨削。又因为工件被托在托板上，依靠本身的外圆面定位，若
磨削带孔的工件，不能保证外圆面与孔的同轴度。另外，无心外圆磨床的调整比
较复杂。因此，无心外圆磨削主要适用于大批大量生产销轴类零件。特别适合于 磨削细长的光轴。如果采用切入磨法，也可以加工阶梯轴、锥面和成形面（图 3-
52）等。
图 3－ 52
? 2,内圆磨削
? 前述的铰孔、拉孔、镗孔是孔的精加工方法。磨孔亦是孔的精加工方法。对于淬
火钢等硬材料，磨孔是唯一的精加工方法。
? 孔的磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行。目前应用的内
圆磨床多是卡盘式的，它可以加工圆柱孔、圆锥孔和成形内圆面等。纵磨圆柱孔
时，工件安装在
? 图 3-53 磨圆柱孔
? 卡盘上（图 3-53），在其旋转的同时，沿轴向作往复直线运动（即纵向进给运
动）。装在砂轮架上的砂轮高速旋转，并在工件往复行程终了时，作周期性的横 向进给。若磨圆锥孔，只需将磨床的头架在水平方向偏转半个锥角即可。
? 与外圆磨削类似，内圆磨削也可以分为纵磨法和横磨法。鉴于砂轮轴的刚性较差，
横磨法仅适用于磨削短孔及内成形面。更难以采用深磨法，所以，多数情况下是
采用纵磨法。
? 磨孔与铰孔或拉孔比较，有如下特点,
? （ 1）可以加工淬硬的工件孔；
? （ 2）不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量,
? 还可提高孔的位置精度和轴线的直线度；
? （ 3）用同一个砂轮，可以磨削不同直径的孔,
? 灵活性较大；
? （ 4）生产率比铰孔低，比拉孔更低。
图 3－ 53
? 磨孔与磨外圆比较，存在如下主要问题,
? （ 1）表面粗糙度较大 由于磨孔时砂轮直径受工件
孔径限制，一般较小，磨头转速又不可能太高（一
般低于 20000r/min），故磨削速度较磨外圆时低。
加上砂轮与工件接触面积大，切削液不易进入磨削
区，所以磨孔的表面粗糙度较磨外圆时大。
? 图 3-54 无心磨轴承环内孔的示意图
? （ 2）生产率较低 磨孔时，砂轮轴细、悬伸长，刚
性很差，不宜采用较大的磨削深度和进给量，故生
产率较低。由于砂轮直径小，为维持一定的磨削速
度，转速要高，增加了单位时间内磨粒的切削次数，
磨损快；磨削力小，降低了砂轮的自锐性，且易堵
塞。因此，需要经常修整砂轮和更换砂轮，增加了
辅助时间，使磨孔的生产率进一步降低。
? 由于以上的原因，磨孔一般仅适用于淬硬工件孔的
精加工，如滑移齿轮、轴承环以及刀具上的孔等。
但是，磨孔的适应性较好，不仅可以磨通孔，还可
以磨削阶梯孔和盲孔等，因而在单件小批生产中应
用较多，特别是对于非标准尺寸的孔，其精加工用
磨削更为合适。
? 大批大量生产中，精加工短工件上要求与外圆面同
轴的孔时，也可以采用无心磨法。（如图 3-54）。
图 3－ 54
? 3,平面磨削
? 平面磨削可作为车、铣、刨削平面之后的精加工，也可代替铣削和刨削。
? （ 1）平面磨削方法
? 根据磨削时工作表面的差异，平面磨削有周磨和端磨两种方式。
? 1）周磨。周磨是利用砂轮的圆周面进行磨削，常用矩台卧轴平面磨床（见图 3-
55）。磨削时砂轮与工件的接触面积小，磨削热少，排屑和冷却条件好，工件不
易变形，砂轮磨损均匀，因此可获得较高的精度和较小的表面粗糙度 Ra 值，适用
于批量生产中磨削精度较高的中小型零件，但生产率低。相同的小型零件可多件
同时磨削，以提高生产率。
? 周磨达到的尺寸公差等级为 IT6~IT7，表面粗糙度 Ra 值为 0.8~0.2μm。
? 2）端磨。端磨是利用砂轮的端面进行磨削，常用矩台立轴平面磨床（见图 3-56）。
磨削时砂轮与工件的接触面积大，磨削热多，排屑和冷却条件差，砂轮各点圆周
速度不同，磨损不均匀，因此磨削精度低，表面粗糙度 Ra 值大，但端磨时砂轮轴
刚性好，可采用较大的磨削用量，生产率较高，故端磨常用于大批大量生产中。
对支架、箱体及板块状零件的平面进行粗磨，以代替铣削和刨削。
图 3－ 55 图 3－ 56
? （ 2）平面磨削的工艺特点
? 1）平面磨床的结构简单，机床、砂轮和工件系统刚性较好，故加工质量和生产率
比内、外圆磨削高。
? 2）平面磨床利用电磁吸盘装夹工件，有利于保证工件的平行度。此外电磁吸盘装
卸工件方便迅速，可同时装夹多个工件，生产率高。但电磁吸盘只能适用于安装
钢、铸铁等铁磁性材料制成的零件，对于铜、铜合金、铝等非铁磁性材料制成的 零件应在电磁吸盘上安放一精密虎钳或简易夹具来装夹。
? 3）大批大量生产中，可用磨削来代替铣、刨削加工精确毛坯表面上的硬皮，既可
提高生产率，又可有效地保证加工质量。
3.5.5 磨削技术新发展
? 磨削加工是机械制造中重要的加工工艺, 随着机械产品精度, 可靠性和寿命要求的
不断提高, 高硬度, 高强度, 高耐磨性的新型材料不断增多, 对磨削加工提出了许
多新的要求, 当前磨削加工技术的发展方向是扩大使用超硬磨料磨具, 开发精密和
超精密磨削及高速, 高效磨削工艺, 研制高精度, 高刚度的自动化磨床 。
? 1,高效磨削工艺
? （ 1） 高速磨削
? 一般砂轮线速度 υ s大于 45m/s的磨削称为高速磨削 。 当前高速磨削的线速度 υ s 已达
250m/s,并已成功在进行了 υ s 达 500m/s的超高速磨削试验 。 一般认为高速磨削主
要用于沟槽和缺口件的磨削及切入磨削, 不知于加工大平面或圆柱形表面的精加工 。
? 采用高速磨削后, 一方面生产率大大提高, 如 υ s =60~120m/s时, 使用普通砂轮,
磨除率可提高到 500~1000mm3/s； υ s =120~250m/s时, 使用立方碳化硼 （ CBN） 砂
轮, 磨除率可达 2000mm3/s。 同时还可以减少或避免产生烧伤和裂纹, 提高砂轮耐
用度和使用寿命, 实现工件大余量切除, 使有些零件毛坯不经粗切而直接磨成成品 。
因此高速磨削不但是提高磨削效率的有效方法, 也是提高磨削精度和表面质量的有效方法 。
? （ 2） 缓进给磨削
? 采用很大的切深 （ 1~3mm） 和缓慢的进给速度 （ 5~300mm/min） 进行的磨削称为
缓进给磨削, 亦称深切缓进给强力磨削或蠕动磨削, 其加工精度达 2~5μ m,粗糙
度 Ra 为 0.4~0.1μ m。 缓进给磨削适宜加工韧性材料 （ 如镍基合金 ） 和淬硬材料,
能加工各种型面及沟槽, 可部分取代车削, 铣削加工 。
? 缓进给磨削的切深很大, 因而砂轮与工件的接触长度比普通磨削要大几倍到几十
倍, 单位时间内同时参加磨削的磨粒数量随切深的增加而增多, 使生产效率得以
提高 。 同时, 由于进给速度缓慢, 减少了砂轮与工件的冲击, 使振动和加工波纹
减小, 因而能获得较高的加工精度, 且精度稳定性好 。 缓进给磨削的磨削区温度很低, 残余应力小, 故它亦称为无应力磨削 。
?当把 υ s 提高到 80~200m/s,工件进给速
度 υ w 为 0.5~10m/min时, 就成了高效深切
磨削 （ HEDG）,它被认为是, 现代磨削技
术的高峰,, 其磨除率比普通磨削高
100~1000倍 。
图 3－ 57
? （ 3） 砂带磨削
? 砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮, 张紧轮, 驱动轮等组成的磨头组件
对工件进行加工的一种磨削方法, 见图 3-57。 砂带是用粘结剂将磨粒粘结在纸,
布等挠性材料上制成的带状工具, 其基本组成有基材, 磨料和粘结剂 。
? 与砂轮磨削相比, 砂带磨削具有下列主要特点 。
? 1） 磨削效率高 。 主要表现在材料切除率高和机床功率利用率高 。 如钢材切除率已
能达到 700mm3/s,达到甚至超过了常规车削, 铣削的生产效率, 是砂轮磨削的 4倍
以上 。
? 2） 加工质量好 。 一般情况下, 砂带磨削的加工精度比砂轮磨削略低, 尺寸精度
可达 3μ m,表面粗糙度 Ra 达 1μ m。 但近年来, 由于砂带制造技术的进步 （ 如采
用静电植砂等 ） 和砂带机床制造水平的提高, 砂带磨削已跨入了精密, 超精密磨
削的行列, 尺寸精度最高可达 0.1μ m,工件表面粗糙度 Ra最高可 达 0.01μ m,即达
镜面效果 。
? 3） 磨削热小 。 工件表面冷硬程度与残余应力仅为砂轮磨削的十分之一, 即使干磨
也不易烧伤工件, 而且无微裂纹或金相组织的改变, 具有, 冷态磨削, 之美称 。
? 4） 工艺灵活性大, 适应性强 。 砂带磨削可以很方便地用于平面, 外圆, 内圆和异
型曲面等的加工 。
? 5） 综合成本低 。 砂带磨床结构简单, 投资少, 操作简便, 生产辅助时间少 （ 如换
新砂带不到 1分钟即可 ）, 对工人技术要求不高, 工作时安全可靠 。
? 砂带磨削的诸多优点决定了其广泛的应用范围, 并有万能磨削工艺之称 。 砂带磨
削当前已几乎遍及了所有的加工领域, 它不但能加工金属材料, 还可加工皮革,
木材, 橡胶, 尼龙和塑料等非金属材料, 特别对不锈钢, 钛合金, 镍合金等难加
工材料更显示出其独特的优势 。 在加工尺寸方面, 砂带磨削也远远超出砂轮磨削,
据介绍, 当前砂轮磨削的最大宽度仅为 1m,而宽达 4.9m的砂带磨床已经投入使用 。
在加工复杂曲面 （ 如发动机汽轮机叶片, 聚光镜灯碗, 反射镜等 ） 方面, 砂带磨削的优势也是其他加工方法无法比拟的 。
? 2,超精密磨床和磨削加工中心的发展
? 精密加工必须由高精度, 高刚度的机床作保证 。 超精密磨床广泛采用油轴承, 空
气轴承和磁轴承实现磨床主轴的高速化和高精密化；利用静动压导轨, 直线导轨,
静动压丝杠实现导轨及进给机构的高速化和高精密化 。 同时在结构材料上, 采用
热稳定性, 抗振动性强, 耐磨性高的花岗岩, 人造花岗岩, 陶瓷, 微晶玻璃等替
代传统的铁系材料, 极大地增加了机床的刚度, 由日本丰田工机和中部大学共同
研制的加工硬脆材料的超精密磨床, 其定位精度为 0.01μ m,加工工件直径达到
500mm,机床总重达 34T,被认为是当今世界上最大级别的超精密磨床之一 。
? 磨削加工中心 （ GC） 与一般的 NC,CNC磨床不同, 它具备自动交换, 自动修整磨削
工具的机能, 一次装夹即能完成各种磨削加工, 实现了磨削加工的复合化与集约
化, 甚至可实现无人化连续自动生产, 不但大大缩短加工时间, 节约工装费用,
而且机床肯有更高的刚度, 能更好地防止热变形, 进一步提高加工精度 。 磨削加
工是中心当今磨削技术进步的主要标志, 也是今后磨床技术的发展方向 。
3.1 车削加工
3.2 铣削加工
3.3 钻削和镗削加工
3.4 刨削和拉削加工
3.5 磨削加工
3.1 车削加工
? 3.1.1 工件的安装
? 3.1.2 车削的工艺特点
? 3.1.3 车削的应用
3.1.1 工件的安装
? 在车床上加工外圆面时, 主要有以下几种安装方法,
? 1,三爪卡盘安装
? 三爪卡盘上的卡爪是联动的, 能以工件的外圆面自动定心, 故安装工件一般不需找正 。 但由于卡盘的制造误差及使用后磨损的影响, 定位精度一般为 0.01~0.1mm。 三爪卡盘最适宜安装
形状规则的圆柱形工件 。 三爪自定心卡盘如图 3-1如示 。
? 2,四爪卡盘安装
? 四个爪可以分别调整, 故安装时需要花费较多的时间对工件进行找正 。 当使用百分表找正时,
定位精度可达 0.005mm,此时的定位基准是安装找正的表面 。 四爪卡盘夹紧力大, 适合于三
爪卡盘不能安装的工件, 如矩形的, 不对称或较大的工件 。 四爪单动盘如图 3-2所示 。
? 3,花盘安装
? 适用于外形复杂以不能使用卡盘安装的工件 。 如图 3-3所示的弯管, 需加工外圆面 A及端面 B，
要求端面 B与端面 C垂直 。 安装工件时, 先将角铁用螺栓固装在花盘上, 并校正角铁平面与主
轴轴线平行, 再将工件安装到角铁上, 找正后用压板压紧 。 为了使花盘转动平稳, 在花盘上装有平衡用的配重块 。
? 4,在两顶尖间安装
? 用于长径比为 4~10的轴类工件。
? 前顶尖（与主轴相连）可旋转，后顶尖（装在尾座上）不转，它们用于支承工件。拨
盘和卡箍用以带动工件旋转。用顶尖安装时，工件两端面先用中心钻钻上中心孔。见
图 3-4、图 3-5。
图 3－ 1 图 3－ 3 图 3－ 2
图 3－ 4 图 3－ 5
? 5,心轴上安装
? 适用于已加工内孔的工件 。 利用内孔定位, 安装在心轴上, 然后再把心轴安装在
车床前后顶尖之间 。
? 图 3-6 a） 所示为带锥度 （ 一般为 1/1000~1/2000） 的心轴, 工件从小端压紧到心
轴上, 不需夹紧装臵, 定位精度较高 。 当工件内孔的长度与内径之比小于 1~1.5时,
由于孔短, 套装在带锥度的心轴上容易歪斜, 不能保证定位的可靠性, 此时可采
用圆柱面心轴, 图 b） 所示, 工件的左端靠紧在心轴的台阶上, 用螺母压紧 。 这种
心轴与工件内孔常用间隙配合, 因此定位精度较差 。
? 图 3-7所示为可胀开心轴示意图。当
拧紧螺杆时，便带动锥度套筒向左
移动，使具有开口的弹性心轴胀开
而夹紧工件。采用这种安装方式，
装卸工件方便，可缩短夹紧时间，
且不易损伤工件的被夹紧表面，但
对工件的定位表面有一定的尺寸、
形状精度和表面粗糙度要求。在成
批、大量生产中，常用于加工小型
零件。其定位精度与心轴制造质量
有关，通常为 0.01~0.02mm。
3.1.2 车削的工艺特点
? 1,易于保证加工面间的位臵精度
? 从工件安装方法可知, 回转体工件各加工面具有同一回转轴线, 因此一次装夹可
车削出外圆面, 内孔及端面, 依靠机床的精度保证回转面间的同轴度及轴线与端
面间的垂直度 。 另外, 对于以中心孔定位的轴类零件, 虽经多次装夹与调头, 但
所加工的表面其回转轴线始终是两中心孔的连线, 因而能够保证相应表面间的位
臵精度 。
? 2,切削过程比较平稳
? 除了车削断续表面之外, 一般情况下车削过程是连续进行的, 不像铣削和刨削,
在一次走刀过程中, 刀齿有多次切入和切出, 产生冲击 。 并且当刀具几何形状,
切削深度 ap和进给量 f 一定时, 切削层的截面尺寸 ac和 aww是不变的 。
? 3,适用于有色金属零件的精加工
? 某些有色金属零件, 因材料本身的硬度较低, 塑性较好, 用砂轮磨削时, 软的磨
屑易堵塞砂轮, 难以得到很光洁的表面 。 因此, 当有色金属零件表面粗糙度 Ra值
要求较小时, 不宜采用磨削加工, 而要用车削或铣削等切削加工 。 用金刚石刀具
在车床上以很小的切削深度 （ ap<0.15mm） 和进给量 （ f<0.1mm/r） 以及很高的切
削速度 （ υ ≈ 300m/min）, 进行精细车削, 加工精度可达 IT6~IT5,表面粗糙度 Ra
值达 0.1~0.4μ m。
? 4,刀具简单
? 车刀是刀具中最简单的一种, 制造, 刃磨和安装均较方便, 这就便于根据具体加
工要求, 选用合理的角度 。 因此, 车削的适应性较广, 并且有利于加工质量和生
产效率的提高 。
3.1.3 车削的应用
? 车削常用于车外圆、车端面、车槽、切断及孔加工，还可用于车螺纹、车锥面及
回转体成形面等，如图 3-8所示。
图 3－ 8
? 车削一般用来加工单一轴线的零件，如直线和一般盘、套零件等。若改变工件的
安装位置或将车床适当改装，还可以加工多轴线的零件（如曲轴、偏心轮等）或
盘形凸轮。图 3-9 为车削曲轴和偏心轮工件安装的示意图。
图 3－ 9
? 单件小批生产中, 各种轴, 盘, 套等零件, 多选用适应性广的卧式车床或数控车
床进行加工 。 对于直径大而长度短 （ 长径比 L / D≈ 0.3~0.8） 的重型零件, 多用立
式车床加工 。
? 成批生产外形较复杂, 且具有内孔及螺纹的中小型轴, 套类零配件, 应选用转塔
车床进行加工 。 图 3-10所示为适于在转塔车床上加工的典型零件 。
图 3－ 10
? 大批、大量生产形状不太复杂的小型零件（如螺钉、螺母、管接头、轴套类等），
多选用半自动和自动车床进行加工。它的生产率很高但精度较低。图 3-11所示为
适于在单轴自动车床上加工的典型零件。
图 3－ 11
3.2 铣削加工
? 3.2.1 铣刀
? 3.2.2 铣削方式
? 3.2.3 铣削的工艺特点
? 3.2.4 铣削的应用
3.2.1 铣刀
? 铣刀屑多刃刀具, 它由刀齿和刀体两部分组成 。 铣刀的种类种较多, 加工平
面的铣刀有圆柱铣刀和端铣刀两种 。 刀齿分布在圆周上的铣刀为圆柱铣刀,
又分为直齿和螺旋齿两种 （ 图 3-12）, 生产中广泛使用螺旋齿圆柱铣刀 。 刀
齿分布在端面上的铣刀为端铣刀, 又分为整体式和镶齿式两种 （ 图 3-13） 。
镶齿式端铣刀刀盘上镶有硬质合金刀片, 应用较为广泛 。
? 除平面铣刀外, 还有加工各种沟槽的铣刀, 如立铣刀, 圆盘铣刀, T形槽铣刀
等, 另外还有加工成形面的铣刀 。
图 3－ 12 图 3－ 13
3.2.2 铣削方式
? 平面是铣削加工的主要表面之一 。 铣削平面的方式有周铣和端铣两种 。
? 1,周铣法
? 用圆柱铣刀铣削平面称为周铣 。 周铣有两种方式, 如图 3-14所示 。
? （ 1） 逆铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相反 。 铣削时每齿切削厚度 ac从零逐渐
到最大而后切出 。
? （ 2） 顺铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相同 。 铣削时每齿切削厚度 ac从最大逐
渐减小到零 。
图 3－ 14
? 逆铣时, 每个刀齿的切削厚度是从零增大到最大值 。 由于铣刀刃口处总有圆弧存
在, 而不是绝对尖锐的, 所以在刀齿接触工件的初期, 不能切入工件, 而是在工
件表面上挤压, 滑行, 使刀齿与工件之间的摩擦加大, 加速刀具磨损, 同时也使
表面质量下降 。 顺铣时, 每个刀齿的切削厚度是由最大减小到零, 从而避免了上
述缺点 。
? 逆铣时, 铣削力上抬工件, 而顺铣时, 铣削力将工件压向工作台, 减少了工件振
动的可能性, 尤其铣削薄而长的工件时, 更为有利 。
? 由上述分析可知, 从提高刀具耐用度和工件表面质量, 以及增加工件夹持的稳定
性等观点出发, 一般以采用顺铣法为宜 。 但是, 顺铣时忽大忽小的水平分力 FH与
工件的进给方向是相同的, 工作台进给丝杠与固定螺母之间一般都存在间隙 （ 图3-15）, 间隙在进给方向的前方 。 由于 F
H的作用, 就会使工件连同工作台和丝杠一起, 向前窜动, 造成进给量突然增大, 甚至引起打刀 。 而逆铣时, 水平分为 F
H与进给方向相反, 铣削过程中工作台丝杠始终压向螺母, 不致因为间隙的存在而
引起工件窜动 。 目前, 一般铣床尚没有消除工件台丝杠与螺母之间间隙的机构,所以, 在生产中仍多采用逆铣法 。
? 另外, 当铣削带有黑皮的表面时, 例如铸件或锻件表面的粗加工, 若用顺铣法,因刀齿首先接触黑皮, 将加剧刀齿的磨损, 所以也应采用逆铣法 。
图 3－ 15
? 2,端铣法
? 用端铣刀的端面刀齿加工平面, 称为端铣法 。 根据铣刀玫工件相对位臵的不同,
端铣法可以分为对称铣削法和不对称铣削法 （ 图 3-16） 。
? 端铣法可以通过调整铣刀和工件的相对位置, 调节刀齿切入和切出时的切削厚度,
从而达到改善铣削过程的目的 。
图 3－ 16
? 3,周铣法与端铣法的比较
? 如图 3-17所示 。
? （ 1） 端铣的加工质量比周铣高 。 端铣同周铣相比, 同时工作的刀齿数多, 铣削过
程平稳；端铣的切削厚度虽小, 但不像周铣时切削厚度最小时为零, 改善了刀具
后刀面与工件的摩擦状况, 提高了刀具耐用度, 减小表面粗糙度 Ra值, 端铣刀的
修光刃可修光已加工表面, 使表面粗糙度 Ra值减小 。
? （ 2） 端铣的生产率比周铣高 。 端铣的面铣刀直接安装在铣床主轴端部, 刀具系统
刚性好, 同时刀齿可镶硬质合金刀片, 易于采用大的切削用量进行强力切削和高
速切削, 使生产率得到提高, 而且工件已加工表面质量也得到提高 。
? （ 3） 端铣的适应性比周铣差, 端铣一般只用于铣平面, 而周铣可采用多种形式的
铣刀加工平面, 沟槽和成形面等, 因此周铣的适应性强, 生产中仍常用 。
3.2.3 铣削的工艺特点
? 1,生产率高
? 铣削属多齿切削, 没有空行程, 可采用较高的切削速度, 故生产率比刨削等方法
高得多 。
? 2,切削过程不平稳
? 铣削是断续切削过程, 刀齿切入切出时受到的机械冲击很大, 易引起振动；铣削
时总切削面部是一个变量, 因而铣削力也不断变化, 造成机床和刀具的振动 。 以
上原因使铣削总处于不平稳的工作状态 。
? 3,刀齿冷却条件较好
? 由于刀齿间断切削，工作时间短，在空气中冷却时间长，故散热条件好。但是，
切入和切出时热和力的冲击，将加速刀具磨损，甚至可能引起硬质合金刀片的碎
裂。
3.2.4 铣削的应用
? 铣削的形式很多, 铣刀的类型和形状更是多种多样, 再加工附件, 分度头,,
,圆形工作台, 等的应用, 铣削加工范围较广 。 主要用来加工平面 （ 包括水平面,
垂直面和斜面 ）, 沟槽, 成形面和切断等 。 加工精度一般可达 IT8~IT7,表面粗糙
度 Ra值为 1.6~6.3μ m。
? 单件, 小批生产中, 加工小, 中型工件 。 多用升降台式铣床 （ 卧式和立式两种 ） 。
加工中, 大型工件时, 可以用工作台不升降式铣床, 这类铣床与升降式铣床相近,
只不过垂直方向的进给运动不是由工作台升降来实现, 而是由装在立柱上的铣削
头来完成 。
? 龙门铣床的结构与龙门刨床相似, 在立柱和横梁上装有 3 ~ 4个铣头, 适于加工大
型工件或同时加工多个中小型工件 。 由于它的生产率较高, 广泛应用于成批和大
量生产中 。
图 3-18 为铣削各种沟槽的示意图，
直角沟槽可以在卧式铣床用三面刃
盘形铣刀加工，也可以在立式铣床
上用立铣刀铣削。角度沟槽用相应
的角度铣刀在卧式铣床上加工。 T
型槽和燕尾槽常用带柄的专用槽铣
刀在立式铣床上铣削。在卧式铣床
上，还可以用成形铣刀加工成形面
和用锯片铣刀切断。 图 3－ 18
? 有些盘状成形零件，单件小批生
产中，也可用立铣刀在立式铣床
上加工。如图 3-19所示，先在欲
加工的工件上按所要的轮廓划线，
然后根据所划的线，用手动进给
进行铣削。
由几段圆弧和直线组成的曲线外形、
圆弧外形或圆弧槽等，可以利用圆形
工作台在立式铣床上加工（图 -20）。
在铣床上利用分度头，可以加工需要
等分的工件，例如铣削离合器和齿轮
等。
图 3－ 19
图 3－ 20
? 在万能铣床（工作台能在水平面内转动一定角度）上，利用分度头及其工作台进
给丝杠间的交换齿轮，可以加工螺旋槽（图 3-21）。
图 3－ 21
3.3 钻削和镗削加工
? 3.3.1 钻削加工
? 3.3.2 钻孔
? 3.3.3 扩孔
? 3.3.4 铰孔
? 3.3.5 镗孔（或在车床上车孔）
3.3.1 钻削加工
? 钻削加工孔时常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等。
台式钻床适宜加工小型零件上的孔，钻孔最大直径 13mm；立式钻
床适应加工中小型零件上的孔，钻孔最大直径 50mm；摇臂钻床适
应加工大型零件上的孔，钻孔最大直径 80mm。在钻床上能进行的
工作有钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪孔和锪凸台等。下面我们主
要介绍钻孔、扩孔、铰孔。
3.3.2 钻孔
? 钻孔是用钻头在实体材料上加工孔的方法 。 在钻床上钻孔, 工件固定不动, 钻头
既旋转作主运动, 又同时向下轴向移动完成进给运动, 见图 3-22。
? 钻孔加工精度低, 尺寸精度一般为 IT4~IT11,表面粗糙度 值为 Ra 50μ m ~12.5μ m。
1,钻头
钻头是最常用的孔加工刀具，由高
速钢制成。其结构如图 3-23所示，
它由柄部和工作部件组成，柄部的
作用是被夹持并传递扭矩，直径小
于 12mm的做成直柄；大于 12mm
的为锥柄。
图 2－ 22
1－钻头 2－工件
? 工作部分由导向部分和切削部分组成，导向部分包括两条对称的螺旋槽和较窄的
刃带（图 3-24），螺旋槽的作用是形成切削刃和排屑；刃带与工件孔壁接触，起
导向和减少钻头与孔壁摩擦的作用。切削部分有两个对称的切削刃和一个横刃，
切削刃承担切削工作，其夹角为 118o；横刃起辅助切削和定心作用，但会大大增
加钻削时的轴向力。
图 3－ 23 图 3－ 24
? 2,钻孔的工艺特点
? 钻孔与车削外圆相比，工作条件要困难得多。因为钻孔时，钻头工作部分大都处
在已加工表面的包围中，因而引起一些特殊问题。例如，钻头的刚度和强度、容
屑和排屑、导向和冷却润滑等。因此，其特点可概括如下,
? （ 1）容易产生“引偏”。“引偏”是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、
孔不圆（见图 3-25（ a））或孔的轴线歪斜（见图 3-25（ b））等。钻孔时产生
“引偏”,
? 主要是因为,
? ① 麻花钻直径和长度受所加工孔的限制，一般呈细长状，刚性较差。为形成切削
刃和容纳切屑，必须作出两条较深的螺旋槽，致使钻心变细，进一步削弱了钻头
的刚性。
图 3－ 25
? ② 为减少导向部分与已加孔壁的摩擦, 钻头仅有两条很窄的棱边与孔壁接触, 接
触刚度和导向作用也很差 。
? ③ 钻头横刃处的前角具有很大的负值, 切削条件极差, 实际上不是在切削, 而是
挤刮金属, 加工由钻头横刃产生的轴向力很大, 稍有偏斜, 将产生较大的附加力
矩, 使钻头弯曲 。
? ④ 钻头的两个主切削刃, 很难磨得安全对称, 加上工件材料的不均匀性, 钻孔时
的径向力不可能完全抵消 。
? 因此, 在钻削力的作用下, 刚性很差且导向性不好的钻头, 很容易弯曲, 致使钻
出的孔产生, 引偏,, 降低了孔的加工精度, 甚至造成废品 。 在实际加工中, 常
采用如下措施来减少引偏,① 预钻锥形定心坑 （ 见图 3-26（ a）） 。 首先用小顶
角 （ 2φ =90o ~100o） 大直径短麻花钻, 预先钻一个锥形坑, 然后再用所需的钻头
钻孔 。 由于预钻时钻头刚性好, 锥形坑不易偏, 以后再用所需的钻头钻孔时, 这
个坑就可以起定心作用 。
? ② 用钻套为钻头导向 （ 见图 3-26（ b） ）, 此可以减少钻孔开始时的, 引偏,,
特别是在斜面或曲面上钻孔时, 更为必要 。
? ③ 刃磨时, 尽量把钻头的两个主切削刃
? 磨得对称一致, 使两主切削刃的径向切削
? 力互相抵消, 从而减少钻头的, 引偏, 。
图 3－ 26
? （ 2） 排屑困难 。 钻孔时, 由于切屑较宽, 容屑槽尺寸又受
到限制, 因而在排屑过程中, 往往与孔壁发生较大的摩擦,
挤压, 拉毛和刮伤已加工表面, 降低表面质量 。 有时切屑
可能阻塞在钻头的容屑槽里, 卡死钻头, 甚至将钻头扭断 。
为了改善排屑条件, 钻钢料工件时, 在钻头上修磨出分屑
槽 （ 见图 3-27）, 将宽的切屑分成窄条, 以利于排屑 。 当钻深孔 （ L/D<5 ~10） 时, 应采用合适的深孔钻进行加工 。
? 3） 切削热不易传散 。 由于钻削是一种半封闭式的切削, 钻
削时所产生的热量, 虽然也由切屑, 工件, 刀具和周围介
质传出, 但它们之间的比例却和车削大不相同 。 如用标准
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 。
? 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
产率的提高 。
图 3－ 27
图 3－ 28
? 3,钻削的应用
? 钻孔属于孔的粗加工, 加工在精度 IT10以下, 表明粗糙度 Ra大于 12.5值 μ m。 主要
用于以下几类孔的加工,
? （ 1） 精度和表面质量要求不高的孔, 如螺栓联接孔, 油孔等 。
? （ 2） 精度和表面质量要求较高的孔, 或内表面形状特殊 （ 如锥形, 有沟槽等 ） 的
孔, 需用钻孔作为预加工工序 。
? （ 3） 内螺纹攻螺纹前所需底孔 。
? 单件, 小批生产中, 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<50 mm）, 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, 提高生产效率和降低加工成本, 广泛
使用钻模 （ 图 3-28）, 多轴钻 （ 图 3-29） 或组合机床 （ 图 3-30） 进行孔的加工 。
? 精度高, 粗糙度小的中小直径孔 （ D<50 mm）, 在钻削之后, 常常需要采用扩孔和
铰孔来进行半精加工和精加工 。
图 3－ 29 图 3－ 30
3.3.3 扩孔
? 扩孔是使已加工孔, 铸孔或锻孔直径扩大的加工过程 。 图 3-31所示 。 单件小批生
产可使用直径较大的麻花钻扩孔 。 但由于麻花钻刚度和强度较低, 扩孔特别是扩
铸孔或锻孔时, 背吃也量不均匀, 切削刃负荷变化大, 刀具磨损快, 易卡死或折
断钻头, 因此批量生产常采用钻孔钻扩孔 。
? 图 3-32 为扩孔钻的结构。与麻花钻相比有以下特点,
图 3－ 31 图 3－ 32
? 1,刚性较好
? 由于扩孔的吃刀量 ap小, 切屑少, 容屑槽可做得浅而窄, 使钻芯比较粗大, 增加
了工作部件的刚性 。
? 2,导向性较好
? 由于容屑槽浅而窄, 可在刀体上做出 3 ~ 4个刀齿, 这样一方面可生产率, 同时也
增加了刀齿的棱边数, 从而增强了扩孔时刀具的导向及修光作用, 切削比较平稳 。
? 3,切削条件较好
? 扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心, 避免了横刃和由横刃引起的不良影响 。
轴向力较小, 可采用较大的进给量, 生产率较高 。 此外, 切屑少, 排屑顺利, 不
易刮伤已加工表面 。
? 由于上述原因, 扩孔比钻孔的精度高, 表面粗糙度 Ra值小, 且在一定程度上可校
正原孔轴线的偏斜 。 扩孔常作为铰孔前的预加工, 对于质量要求不太高的孔, 扩
孔也可作终加工 。 当孔的精度和表面粗糙度要求再高时, 则要采用铰孔 。
3.3.4 铰孔
? 铰孔是在扩孔或半精镗的基础上进行的，是应用较普遍的孔的精加工方法之一。
铰孔的加工精度可达 IT8~IT6，表面粗糙度 Ra值为 1.6~0.4μm。
? 铰孔所用的刀具是铰刀，铰刀可分为手铰刀和机铰刀。手铰刀（见图 3-33（ a））
用于手工铰孔，柄部为直柄；机铰刀（见图 3-33（ b））多为锥柄，将在钻床上或
车床上进行铰孔。
? 铰刀由工作部分、颈部、柄部组成。工作部分包括切削部分和修光部分。切削部
分为锥形，担负主要切削工作。修光部分有窄的棱边和倒锥，以减小与孔壁的摩
擦和减小孔径扩张，同时校正孔径、修光孔壁和导向。手用铰刀修光部分较长，
以增强导向作用。
图 3－ 33
? 1,铰孔的工艺特点
? （ 1） 铰孔余量小 粗铰为 0.15~0.35m m；精铰为 0.05~0.15m m。
? （ 2） 切削速度低 比钻孔和扩孔的切削速度低得多, 以避免积屑瘤的产生和减少
切削热 。 一般粗铰 υ c=4m/min~10 m/min；精铰 υ c=1.5m/min~5m/min,
? （ 3） 适应性差 铰刀属定尺寸刀具, 一把铰刀只能加工一定尺寸和公差等级的孔,
不宜铰削梯形, 短孔, 不通孔和断续表面的孔 （ 如花键孔 ） 。
? （ 4） 需施加切削液 为减少摩擦, 利于排屑, 散热, 以保证加工质量, 就加注切
削液 。 一般铰钢件用乳化液；铰铸铁件用煤油 。
? 麻花钻, 扩孔钻和铰刀都是标准刀具, 市场上比较容易买到 。 对于中等尺寸以下
较精密的孔, 在单件小批乃至大批大量生产中, 钻 —— 扩 —— 铰都是经常采用的
典型工艺 。
? 钻, 扩, 铰只能保证孔本身的精度, 而不易保证孔与孔之间的尺寸精度及位置精
度 。 为了解决这一问题, 可以利用夹具 （ 如钻模 ） 进行加工, 或者采用镗孔 。
3.3.5 镗孔（或在车床上车孔）
? 镗孔是用镗削方法扩大工件孔的方法, 是常用的孔加工方法之一 。 对孔内环槽等内成形表面, 直径较大的孔 （ D>80 mm）, 镗削是唯一适宜的加工方法 。 一般镗
孔的尺寸公差等级为 IT8~IT7,表面粗糙度 Ra值为 1.6~0.8μ m；精细镗时, 尺寸公
差等级可达 IT7~IT6,表面粗糙度 Ra值为 0.8~0.1μ m。
? 镗孔多在车床或镗床上进行 。
? 1,在车床上车孔
? 回转体零件上的轴心孔适宜在车床上加工 （ 图 3-34） 。 主运动和进给运动分别是
工件的回转和车刀的移动 。
图 3－ 34
? 2,在镗床上镗孔
? 箱体类零件上的孔和孔系（有若干个相互间有平行度或垂直度要求的孔）适宜在
镗床上加工。
? （ 1）镗床 根据结构和用途不同，镗床分为卧式镗床、坐标镗床、立式镗床、精
镗床等。应用最广的是卧式镗床，见图 3-35。
图 3－ 35
? 镗孔时，镗刀刀杆随主轴一起旋转，完成主运动；进给运动可由工作台带动工件
纵向移动（图 3-36 a），也可由主轴带动镗刀刀杆轴向移动（图 3-36 b）来实现。
镗大而浅的孔时，可悬臂安装粗而短的镗杆（图 3-36 a,b）；镗深孔或距主轴端
面较远的孔时，不能悬臂安装镗杆，否则，会因镗杆过长刚性差，影响孔的加工
精度。此时，应将镗杆的远端支承在镗床后立柱的尾座衬套内，见图 3-36 c
（ 2） 镗刀及其镗孔的工艺特点
1） 单刃镗刀镗孔 单刃镗刀的刀头结构与车刀类似 。 使用时, 用紧固螺钉将其装夹在
镗杆上, 如图 3-37所示 。 其中图 a为不通孔镗刀, 刀头倾斜安装；图 b为通孔镗刀,
刀头垂直于镗杆轴线安装 。
图 3－ 36
? 单刃镗刀镗孔的工艺特点（与钻 — 扩 — 铰相比）如下,
? ① 适应性广。单刃镗刀结构简单、使用方便，一把镗刀可加工直径不同的孔（调
整刀头的伸出长度即可）；粗加工、精加工、半精加工均可适应。
? ② 可校正原有孔轴线歪斜。镗床本身精度较高，镗杆直线性好，靠多次进给即可
校正孔的轴线歪斜。
? ③ 制造、刃磨简单方便、费用较低。
? ④ 生产率低。镗杆受孔径（尤其是小孔径）的限制，一般刚性较差。为了减少镗
孔时引起镗杆振动，只能采用较小的切削用量；只一个切削刃参与切削；需花时 间调节镗刀头的伸出长度来控制孔径尺寸精度。
图 3－ 37
? 2）浮动镗刀镗孔
? 浮动镗刀（图 3-38a），在对角线的方位上有两个对称的切削刃（属多刃镗刀），
两个切削刃间的尺寸 D可以调整，以镗削不同直径的孔。调整时，先松开螺钉 1，
再旋动螺钉 2以改变刀块 3的径向位移尺寸，并用千分尺检验两切削刃间尺寸，使
之符合被镗孔的孔径尺寸，最后拧紧螺钉 1即可。
? 镗孔时, 浮动镗刀插在镗杆的长方孔中, 但不紧固, 因此, 它能沿镗杆径向自由
滑动 。 依靠作用在两个对称切削刃上的径向切削力, 自动平衡其切削位置 。
? 浮动镗刀镗孔的工艺特点如下,
? ① 加工质量较高 。 镗刀的浮动可自动补偿因刀具安装误差或镗杆偏摆所产生的不
良影响, 加工精度较高；较宽的修光刀, 可修光孔壁, 减小表面粗糙度 。
? ② 生产率较高, 有两个主切削刃参加切削, 且操作简单, 故生产率较高 。
? ③ 刀具成本较单刃镗刀高 。
? ④ 与铰孔相似，不校正原有孔的轴线歪斜。
图 3－ 38
? 镗床镗孔除适宜加工孔内环槽、大直径外，特别适于箱体类零件的孔系（指若干
个彼此有平行度或垂直度要求的孔）加工。原因是镗床的主轴箱和尾座均能上、
下移动，工作台能横向移动和转动，因此，放在工作台上的工件能在一次装夹中，
把若干个孔依次加工出来，避免了因工件多次装夹产生的安装误差。
? 此外，装上不同的刀具，在卧式镗床上还可以完成钻孔、车端面、铣端面、车螺
纹等多项工作，如图 3-39所示。
图 3－ 39
3.4 刨削和拉削加工
? 3.4.1 刨削
? 3.4.2 拉削
3.4.1 刨削
? 1,刨削的工艺特点
? 刨削指在刨床上用刨床加工工件的方法。刨刀结构与普通车刀相似。刨削的主运
动是往复直线运动，进给运动是间歇的，因此切削过程不连续。与其他加工方法
相比，刨削有如下工艺特点,
? (1) 生产率较低 刨削加工为单刃切削，切削时受惯性力的影响，且刃具切入切出
时会产生冲击，故切削速度较低。另外刨刀返程不切削，从而增加了辅助时间。
因此刨削加工生产率较低。对某些工件的狭长表面的加工，为提高生产率，可采
用多件同时刨削的方法，使生产率不低于铣削，且能保证较高的平面度。
? (2) 加工质量中等 刨削过程中由于惯性及冲击振动的影响使刨削加工质量不如车
削。一般刨削的精度为 IT9~IT7，表面粗糙度 Ra值为 6.3~1.6μm，可满足一般平面
加工的要求。
? (3) 通用性好，成本低 刨削加工除主要用于加工平面外，经适当的调整和增加某
些附件，还可加工齿轮、齿条、沟槽、母线为直线的成形面等。刨床结构简单且
价廉，调整操作方便。刨刀结构简单，制造刃磨及安装均较方便。故加工成本较 低。
? 由于上述特点，刨削常用于单件小批生产及修配中。
? 2,刨削的应用
? 由于刨削的特点，刨削主要用在单件、小批生产在维修车间应用较多。
? 如图 3-40所示，刨削主要用来加工平面（包括水平面、垂直面和斜面），也广泛
地用于加工直槽，如直角槽、燕尾槽和 T型槽等。如果进行适当的调整和增加某些
附件，还可用来加工齿条、齿轮、花键和母线为直线的成形面等。
图 3－ 40
? 图 3-41 插键槽
? 牛头刨床的最大刨削长度一般不超
过 1000mm，因此，只适于加工中、
小型工件。龙门刨床主要用来加工
大型工件，或同时加工多个中、小
型工件。例如济南第二机床厂生产
的 B236龙门刨床，最大刨削长度为
20m，最大刨削宽度为 6.3 m。由于
龙门刨床一般刚性较好，而且有 2 ~
4个刀架可同时工作，所以加工精度
和生产率均比牛头刨床高。
? 插床又称立式牛头刨床，主要用来
加工工件的内表面，如键槽（图 3-
41）、花键槽等；也可用加工多边
形孔，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。
图 3－ 41
3.4.2 拉削
? 在拉床上用拉刀加工工件称做拉削。
? 拉削可以认为是刨削的进一步发展。如
图 3-42 所示，它是利用多齿的拉刀，逐
齿依次从工件上切下很薄的金属层，使
表面达到较高的精度和粗糙度要求。拉
削加工的主要特点如下,图 3－ 42
（ 1）生产率较高 由于拉刀是多齿刀具，同时参加工作的刀齿数较多，总的切削
宽度大；并且拉刀的一次行程，就能够完成粗加工、半精加工和精加工，基本工
艺时间和辅助时间大大缩短，所以生产率很高。
（ 2）加工范围较广 拉削不但可以加工平面和没有障碍的外表面，还可以加工各
种形状的通孔（图 3-43）。所以，拉削加工范围较广。图 3-44为拉孔的示意图，
若加工时，刀具所受拉的力不是拉力而是推力（图 3-45），则称为推削，所用刀
具称为推刀。
? （ 3）加工精度较高、表面粗糙度较小 如
图 3-46所示，拉刀具有校准部分，其作用是
校准尺寸，修光表面，并可作为精切齿的后
备刀齿。校准齿的切削量很小，只切去工件
材料的弹性恢复量。另外，拉削的切削速度
一般较低（目前 υ<18m/min），每个切削齿
的切削厚度较小，因而切削过程比较平稳，
并可避免积屑瘤的不利影响。所以，拉削加
工可以达到较高的精度和较小的表面粗糙度。
一般拉孔的精度为 IT8~IT7，表面粗糙度 Ra
值为 0.4~0.8μm。
图 3－ 43
图 3－ 44 图 3－ 45
图 3－ 46
? （ 4）拉床简单 拉削只有一个主运动，即拉刀的直线运动。进给运动是靠拉刀的
后一个刀齿高出前一个刀齿来实现的，刀齿的高出量称为齿升量 af。所以拉床的
结构简单，操作也较方便。
? （ 5）拉刀寿命长 由于拉削时切削速度较低，刀具磨损慢，刃磨一次，可以加工
数以千计的工件；一把拉刀又可以重磨多次，故拉刀的寿命长。
? 虽然拉削具有以上优点，但是由于拉刀结构比一般孔加工刀具复杂，制造困难，
成本高，所以仅适用于成批或大量生产。在单件、小批生产中，对于某些精度要
求较高、形状特殊的成形表面，用其他方法加工困难时，也有采用拉削加工的。
但对于盲孔、深孔、阶梯和有障碍的外表面，则不能用拉削加工。
? 推削加工时，为避免推刀弯曲，其长度比较短（ L/D<12~15），总的金属切除量
较少。所以只适用于加工余量较小的各种形状的内表面，或者用来修整工件热处
理后（硬度低于 HRC 45）的变形量，其应用范围远不如拉削广泛。
3.5 磨削加工
? 3.5.1砂轮
? 3.5.2 磨削过程
? 3.5.3 磨削的工艺特点
? 3.5.4 磨削的应用
? 3.5.5 磨削技术新发展
3.5.1砂轮
? 作为切削工具的砂轮，是由磨料（砂粒）加结
合剂用烧结的方法而制成的多孔物体（图 3-
47）。由于磨料、结合剂及制造工艺等的不同，
砂轮特性可能差别很大，对磨削的加工质量、
生产效率和经济性有着重要影响。砂轮的特性
包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织以及形
状和尺寸等。
图 3－ 47
3.5.2 磨削过程
? 图 3-48 磨粒切削过程
? 从本质上讲，磨削也是一种切削，砂轮表面
上的每个磨料，可以近似地看成一个微小刀
齿；突出的磨粒尖棱，可以认为是微小的切
削刃。因此，砂轮可以看做是具有极多微小
刀齿的铣刀，这些刀齿随机地排列在砂轮表
面上，它们的几何形状和切削角度有着很大
差异，各自的工作情况相差甚远。磨削时，
比较锋利且比较凸出的磨粒，可以获得较大
的切削硬度，从而切下切屑；不太凸出或磨
纯的磨粒，只是在工件表面上刻划出细小的
沟痕，工件材料则被挤向磨粒两旁，在沟痕两边形成隆起（图 3-48）；比较凹下的磨粒，
既不切削也不刻划工件，只是从勤俭持家表
面滑擦而过。即使比较锋利且突出的糜粒，
其切削过程大致也可分为三个阶段（图 3-
48）。在第一阶段，磨粒从工件表面滑擦而
过，只有弹性变形而无切屑。第二阶段，磨
粒切入工件表面，刻划出沟痕并形成隆起。
第三阶段，切削厚度增大到某一临界值，切下切屑。
图 3－ 48
? 由上述分析可知，砂轮的磨削过程，实际上就是切削、刻划和滑擦三种作用的结
合。由于各磨粒的工作情况不同，所以磨削时除了产生正常的切屑外，还有金属 微尘等。
? 磨削过程中，磨粒在高速、高压和高温的作用下，将逐渐磨损而变得圆钝。圆钝
的磨粒，切削能力下降，作用于磨粒上的力不断增大。当此力超过磨粒强度极限
时，磨粒就会破碎，产生新的较锋利的棱角，代替旧的圆钝磨粒进行磨削；若此
力超过砂轮结合剂的粘结力时，圆钝的磨粒就会从砂轮表面脱落，露出一层新鲜
锋利的磨粒，继续进行磨削。砂轮的这种自行推陈出新、以保持自身锋锐的性能,称为“自锐性”。
? 砂轮本身虽有自锐性，但是，由于切屑和碎磨粒会把砂轮堵塞，使它失去切削能
力；磨粒随机脱落的不均匀性，会使砂轮失去外形精度。所以为了恢复砂轮的切
削能力和外形精度，在磨削一定时间后，仍需对砂轮进行修整。
3.5.3 磨削的工艺特点
? 1,精度高、表面粗糙度小
? 磨削时，砂轮表面有极多的切削刃，并且刃口圆弧半径 ρ较小。例如粒度为 46#的
白刚玉磨粒,ρ≈0.006~0.012mm，而一般车刀和铣刀的 ρ≈0.012~0.032mm。磨
粒上较锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可以小到数微米，这
是精密加工必须具备的条件之一。一般切削刀具的刃口圆弧半径虽虽也可磨得小
些，但不耐用，不能或难进行经济的、稳定的精密加工。
? 磨削所用的磨床，比一般切削加工机床精度高，刚性及稳定性较好，并且具有控
制小切削深度的微量进给出机构（表 3-1），可以进行微量切削，从而保证了精密
加工的实现。
? 磨削时, 切削速度很高, 如普通外圆磨削 υ ≈ 30~35m/s,高速磨削 υ >50m/s。 当
磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时, 同时有很多切削刃进行切削, 每个磨
刃仅从工件上切下极少量的金属, 残留面积高度很小, 有利于形成光洁的表面 。
? 因此, 磨削可以达到高的精度和小的粗糙度 。 一般磨削精度可达 IT7~IT6,表面粗
糙度为 Ra 0.2~0.8μ m,当采用小粗糙度磨削时, 粗糙度可以达 Ra 0.008~0.1μ m。
? 2,砂轮有自锐作用
? 磨削过程中，砂轮的自锐作用是其他切削刀具所没有的。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。而砂轮由于本身的自锐
性，使磨粒能够以较锋利的刃口对工件进行切削。实际生产中，有时就利用这一 原理，进行强力连续磨削，以提高磨削加工的生产效率。
? 图 3-49 磨削力
? 3,径向分力 Fy较大
? 磨削时的切削力的车削一样，也可以分解为三个互相垂直
? 的分力 Fx,Fy和 Fz。图 3-49所示，为纵磨外圆时的磨削力。
? 在一般切削加工中，主切削力 Fz较大，而磨削时，由于磨削
? 深度和切削厚度均较小，所以 Fz较小,Fx则更小。但是，因
? 为砂轮与工件的接触宽度较大，并且磨粒多以负前角进行切
? 削，致使 Fy较大，一般情况下,Fy=（ 1.5~3） Fz。
? 径向分力 Fy作用在工艺系统（机床 — 夹具 — 工件 — 刀具所组成的系统）刚性较差
的方向上，使工艺系统变形，影响工件的加工精度。例如纵磨细长轴的外圆时，
由于工件的弯曲而产生腰鼓形。另外，工艺系统的变形，会使实际磨削深度比名
义值小，这将增加磨削时的走刀次数。在最后几次光磨走刀中，要少吃刀或不吃
刀，即把磨削深度递减至零，以便逐步消除由于变形而产生的加工误差，但是，
这样将降低磨削加工的效率。
图 4－ 49
? 4,不宜加工较软的有色金属
? 对一般有色金属零件，由于材料塑性较好，砂轮会很快被有色金属碎屑堵塞，使
磨削无法进行，并划伤有色金属已加工表面。
? 5,磨削温度高
? 磨削时的切削速度为一般切削加工的 10~20倍。在这样高的切削速度下，加上磨
粒多为负前角切削，挤压和摩擦较严重，消耗功率大，产生的切削热多。又因为
砂轮本身的传热性很差，大量的磨削热在短时间内传散不出去，在磨削区形成瞬 时高温，有时高达 800~1000℃ 。
? 高的磨削容易烧伤工件表面，使淬火钢件表面退火，硬度降低。即使由于切削液
的浇注，可能发生二次淬火，也会在工件表层产生张应力及微裂纹，降低零件的 表面质量和使用寿命。
? 高温下，工件材料将变软而容易堵塞砂轮，这不仅影响砂轮的耐用度，也影响工
件的表面质量。
? 因此，在磨削过程中，应采用大量的切削液。磨削时加注切削液，除了冷却和润
滑作用之外，还可以起到冲洗砂轮的作用。切削液将细碎的切屑以及碎裂或脱落
的磨粒冲走，避免砂轮堵塞，可有效地提高工件的表面质量和砂轮的耐用度。
? 磨削钢件时，广泛应用的切削液是苏打水或乳化液。磨削铸铁、青铜等脆性材料
时，一般不加切削液，而用吸尘器清除尘屑。
3.5.4 磨削的应用
? 磨削加工的应用范围很广, 如图 3-50所示, 它可以加工各种外圆面, 内孔, 平面
和成形面 （ 如齿轮, 螺纹等 ） 。 此外还用于各种切削刀具的刃磨 。
图 4－ 50
? 1,外圆磨削
? 外圆磨削是对工件圆柱、圆锥、台阶轴外表面和旋转体外曲面进行的磨削。磨削
一般作为外圆车削后的精加工工序，尤其是能消除淬火等热处理后的氧化层和微
小变形。
? 外圆磨削常在外圆磨床和万能外圆磨床上进行。
? （ 1）在外圆磨床上磨外圆（图 3-51），磨削时，轴类工件常用顶尖装夹，其方法
与车削时基本相同，顶尖安装。磨削方法分为,
图 4－ 51
? a 纵磨法（图 3-51a）
? 磨削时，砂轮高速旋转为主运动，工件旋转为圆周进给，磨床工作台作往复直线
运动为纵向进给。每当工件一次往复行程终了时，砂轮作周期性的横向进给。每
次磨削吃刀量很小，磨削余量是在多次往复行程中磨去的。
? 纵磨法的磨削力小，磨削热少，散热条件好，砂轮沿进给方向的后半宽度，等于
是副偏角为零度的修光刃，光磨次数多，所以工件的精度高，表面粗糙度小。该
方法还可用一个砂轮磨削各种不同长度的工件，适应性强。纵磨法广泛用于单件
小批生产，特别适用于细长轴的精磨。
? b 横磨法（图 3-51b）
? 工件不作纵向往复运动，而砂轮作慢速的横向进给，直到磨去全部磨削余量。砂
轮宽度上的全部磨粒都参加了磨削，生产率高，适用于成批大量加工刚度好的工
件，尤其适用于成形磨削。由于工件无纵向移动，砂轮的外形直接影响了工件的
精度。同时，由于磨削力大、磨削温度高，工件易发生变形和烧伤，加工的精度 和表面质量比纵磨法要差。
? c 综合磨法（图 3-51c）
? 先用横磨法将工件表面分段进行粗磨，相邻两段间有 5~10mm的搭接，工件上岛
国下 0.01~0.03mm的余量，然后用纵磨法进行精磨。此法综合了横磨法和纵磨法
的优点，生产率比纵磨法高，精度和表面质量比横磨法高。
? d 深磨法（图 3-51d）
? 磨削时用较小的纵向进给量（一般取 1~2mm/r），较大的切深（一般为 0.3mm左
右），在一次行程中切除全部余量，因此，生产率较高。需要把砂轮前端修整成
锥形，砂轮锥面进行粗磨。直径大的圆柱部分起精磨和修光作用，应修整得精细
一些。深磨法只适用于大批大量生产中，加工刚度较大的工件，且被加工表面两
端要有较大的距离，允许砂轮切入和切出。
? （ 2）在无心外圆磨床上磨外圆（图 3-51e）磨削时，工件放在两个砂轮之间，下
方用托板托住，不用顶尖支持，所以称为无心磨。两个砂轮中较小的一个是用橡
胶结合剂做的，磨粒较粗，称为导轮，另一个是用来磨削工件的砂轮，称为磨削
轮。导轮轴线相对于砂轮轴线倾斜一角度 α（ 1~5o），以比磨削轮低得多的速度
转动，靠摩擦力带动工件旋转。导轮与工件接触点的线速度 υ导，可以分解为两个
分速度，一个是沿工件圆周切线方向的 υ工，另一个是沿工件轴线方向的 υ进，因
此，工件一方面旋转作圆周进给，另一方面作轴向进给运动。为了使工件与导轮
能保持线接触，应当将导轮修整成双曲面形。
? 无心外圆磨时，工件两端不需预先打中心孔，安装也比较方便；并且机床调整好
之后，可连续进行加工，易于实现自动化，所以生产效率较高。工件被夹持在在
个砂轮之间，不会因磨削力而被顶弯，有利于保证工件的直线性，尤其是对于细
长轴类零件的磨削，优点更为突出。但是，无心外圆磨要求工件的外圆面在圆周
上必须是连续的，如果圆柱表面上有较长的键槽或平面等，导轮将无法带动工件
连续旋转，故不能磨削。又因为工件被托在托板上，依靠本身的外圆面定位，若
磨削带孔的工件，不能保证外圆面与孔的同轴度。另外，无心外圆磨床的调整比
较复杂。因此，无心外圆磨削主要适用于大批大量生产销轴类零件。特别适合于 磨削细长的光轴。如果采用切入磨法，也可以加工阶梯轴、锥面和成形面（图 3-
52）等。
图 3－ 52
? 2,内圆磨削
? 前述的铰孔、拉孔、镗孔是孔的精加工方法。磨孔亦是孔的精加工方法。对于淬
火钢等硬材料，磨孔是唯一的精加工方法。
? 孔的磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外圆磨床上进行。目前应用的内
圆磨床多是卡盘式的，它可以加工圆柱孔、圆锥孔和成形内圆面等。纵磨圆柱孔
时，工件安装在
? 图 3-53 磨圆柱孔
? 卡盘上（图 3-53），在其旋转的同时，沿轴向作往复直线运动（即纵向进给运
动）。装在砂轮架上的砂轮高速旋转，并在工件往复行程终了时，作周期性的横 向进给。若磨圆锥孔，只需将磨床的头架在水平方向偏转半个锥角即可。
? 与外圆磨削类似，内圆磨削也可以分为纵磨法和横磨法。鉴于砂轮轴的刚性较差，
横磨法仅适用于磨削短孔及内成形面。更难以采用深磨法，所以，多数情况下是
采用纵磨法。
? 磨孔与铰孔或拉孔比较，有如下特点,
? （ 1）可以加工淬硬的工件孔；
? （ 2）不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量,
? 还可提高孔的位置精度和轴线的直线度；
? （ 3）用同一个砂轮，可以磨削不同直径的孔,
? 灵活性较大；
? （ 4）生产率比铰孔低，比拉孔更低。
图 3－ 53
? 磨孔与磨外圆比较，存在如下主要问题,
? （ 1）表面粗糙度较大 由于磨孔时砂轮直径受工件
孔径限制，一般较小，磨头转速又不可能太高（一
般低于 20000r/min），故磨削速度较磨外圆时低。
加上砂轮与工件接触面积大，切削液不易进入磨削
区，所以磨孔的表面粗糙度较磨外圆时大。
? 图 3-54 无心磨轴承环内孔的示意图
? （ 2）生产率较低 磨孔时，砂轮轴细、悬伸长，刚
性很差，不宜采用较大的磨削深度和进给量，故生
产率较低。由于砂轮直径小，为维持一定的磨削速
度，转速要高，增加了单位时间内磨粒的切削次数，
磨损快；磨削力小，降低了砂轮的自锐性，且易堵
塞。因此，需要经常修整砂轮和更换砂轮，增加了
辅助时间，使磨孔的生产率进一步降低。
? 由于以上的原因，磨孔一般仅适用于淬硬工件孔的
精加工，如滑移齿轮、轴承环以及刀具上的孔等。
但是，磨孔的适应性较好，不仅可以磨通孔，还可
以磨削阶梯孔和盲孔等，因而在单件小批生产中应
用较多，特别是对于非标准尺寸的孔，其精加工用
磨削更为合适。
? 大批大量生产中，精加工短工件上要求与外圆面同
轴的孔时，也可以采用无心磨法。（如图 3-54）。
图 3－ 54
? 3,平面磨削
? 平面磨削可作为车、铣、刨削平面之后的精加工，也可代替铣削和刨削。
? （ 1）平面磨削方法
? 根据磨削时工作表面的差异，平面磨削有周磨和端磨两种方式。
? 1）周磨。周磨是利用砂轮的圆周面进行磨削，常用矩台卧轴平面磨床（见图 3-
55）。磨削时砂轮与工件的接触面积小，磨削热少，排屑和冷却条件好，工件不
易变形，砂轮磨损均匀，因此可获得较高的精度和较小的表面粗糙度 Ra 值，适用
于批量生产中磨削精度较高的中小型零件，但生产率低。相同的小型零件可多件
同时磨削，以提高生产率。
? 周磨达到的尺寸公差等级为 IT6~IT7，表面粗糙度 Ra 值为 0.8~0.2μm。
? 2）端磨。端磨是利用砂轮的端面进行磨削，常用矩台立轴平面磨床（见图 3-56）。
磨削时砂轮与工件的接触面积大，磨削热多，排屑和冷却条件差，砂轮各点圆周
速度不同，磨损不均匀，因此磨削精度低，表面粗糙度 Ra 值大，但端磨时砂轮轴
刚性好，可采用较大的磨削用量，生产率较高，故端磨常用于大批大量生产中。
对支架、箱体及板块状零件的平面进行粗磨，以代替铣削和刨削。
图 3－ 55 图 3－ 56
? （ 2）平面磨削的工艺特点
? 1）平面磨床的结构简单，机床、砂轮和工件系统刚性较好，故加工质量和生产率
比内、外圆磨削高。
? 2）平面磨床利用电磁吸盘装夹工件，有利于保证工件的平行度。此外电磁吸盘装
卸工件方便迅速，可同时装夹多个工件，生产率高。但电磁吸盘只能适用于安装
钢、铸铁等铁磁性材料制成的零件，对于铜、铜合金、铝等非铁磁性材料制成的 零件应在电磁吸盘上安放一精密虎钳或简易夹具来装夹。
? 3）大批大量生产中，可用磨削来代替铣、刨削加工精确毛坯表面上的硬皮，既可
提高生产率，又可有效地保证加工质量。
3.5.5 磨削技术新发展
? 磨削加工是机械制造中重要的加工工艺, 随着机械产品精度, 可靠性和寿命要求的
不断提高, 高硬度, 高强度, 高耐磨性的新型材料不断增多, 对磨削加工提出了许
多新的要求, 当前磨削加工技术的发展方向是扩大使用超硬磨料磨具, 开发精密和
超精密磨削及高速, 高效磨削工艺, 研制高精度, 高刚度的自动化磨床 。
? 1,高效磨削工艺
? （ 1） 高速磨削
? 一般砂轮线速度 υ s大于 45m/s的磨削称为高速磨削 。 当前高速磨削的线速度 υ s 已达
250m/s,并已成功在进行了 υ s 达 500m/s的超高速磨削试验 。 一般认为高速磨削主
要用于沟槽和缺口件的磨削及切入磨削, 不知于加工大平面或圆柱形表面的精加工 。
? 采用高速磨削后, 一方面生产率大大提高, 如 υ s =60~120m/s时, 使用普通砂轮,
磨除率可提高到 500~1000mm3/s； υ s =120~250m/s时, 使用立方碳化硼 （ CBN） 砂
轮, 磨除率可达 2000mm3/s。 同时还可以减少或避免产生烧伤和裂纹, 提高砂轮耐
用度和使用寿命, 实现工件大余量切除, 使有些零件毛坯不经粗切而直接磨成成品 。
因此高速磨削不但是提高磨削效率的有效方法, 也是提高磨削精度和表面质量的有效方法 。
? （ 2） 缓进给磨削
? 采用很大的切深 （ 1~3mm） 和缓慢的进给速度 （ 5~300mm/min） 进行的磨削称为
缓进给磨削, 亦称深切缓进给强力磨削或蠕动磨削, 其加工精度达 2~5μ m,粗糙
度 Ra 为 0.4~0.1μ m。 缓进给磨削适宜加工韧性材料 （ 如镍基合金 ） 和淬硬材料,
能加工各种型面及沟槽, 可部分取代车削, 铣削加工 。
? 缓进给磨削的切深很大, 因而砂轮与工件的接触长度比普通磨削要大几倍到几十
倍, 单位时间内同时参加磨削的磨粒数量随切深的增加而增多, 使生产效率得以
提高 。 同时, 由于进给速度缓慢, 减少了砂轮与工件的冲击, 使振动和加工波纹
减小, 因而能获得较高的加工精度, 且精度稳定性好 。 缓进给磨削的磨削区温度很低, 残余应力小, 故它亦称为无应力磨削 。
?当把 υ s 提高到 80~200m/s,工件进给速
度 υ w 为 0.5~10m/min时, 就成了高效深切
磨削 （ HEDG）,它被认为是, 现代磨削技
术的高峰,, 其磨除率比普通磨削高
100~1000倍 。
图 3－ 57
? （ 3） 砂带磨削
? 砂带磨削是以砂带作为磨具并辅之以接触轮, 张紧轮, 驱动轮等组成的磨头组件
对工件进行加工的一种磨削方法, 见图 3-57。 砂带是用粘结剂将磨粒粘结在纸,
布等挠性材料上制成的带状工具, 其基本组成有基材, 磨料和粘结剂 。
? 与砂轮磨削相比, 砂带磨削具有下列主要特点 。
? 1） 磨削效率高 。 主要表现在材料切除率高和机床功率利用率高 。 如钢材切除率已
能达到 700mm3/s,达到甚至超过了常规车削, 铣削的生产效率, 是砂轮磨削的 4倍
以上 。
? 2） 加工质量好 。 一般情况下, 砂带磨削的加工精度比砂轮磨削略低, 尺寸精度
可达 3μ m,表面粗糙度 Ra 达 1μ m。 但近年来, 由于砂带制造技术的进步 （ 如采
用静电植砂等 ） 和砂带机床制造水平的提高, 砂带磨削已跨入了精密, 超精密磨
削的行列, 尺寸精度最高可达 0.1μ m,工件表面粗糙度 Ra最高可 达 0.01μ m,即达
镜面效果 。
? 3） 磨削热小 。 工件表面冷硬程度与残余应力仅为砂轮磨削的十分之一, 即使干磨
也不易烧伤工件, 而且无微裂纹或金相组织的改变, 具有, 冷态磨削, 之美称 。
? 4） 工艺灵活性大, 适应性强 。 砂带磨削可以很方便地用于平面, 外圆, 内圆和异
型曲面等的加工 。
? 5） 综合成本低 。 砂带磨床结构简单, 投资少, 操作简便, 生产辅助时间少 （ 如换
新砂带不到 1分钟即可 ）, 对工人技术要求不高, 工作时安全可靠 。
? 砂带磨削的诸多优点决定了其广泛的应用范围, 并有万能磨削工艺之称 。 砂带磨
削当前已几乎遍及了所有的加工领域, 它不但能加工金属材料, 还可加工皮革,
木材, 橡胶, 尼龙和塑料等非金属材料, 特别对不锈钢, 钛合金, 镍合金等难加
工材料更显示出其独特的优势 。 在加工尺寸方面, 砂带磨削也远远超出砂轮磨削,
据介绍, 当前砂轮磨削的最大宽度仅为 1m,而宽达 4.9m的砂带磨床已经投入使用 。
在加工复杂曲面 （ 如发动机汽轮机叶片, 聚光镜灯碗, 反射镜等 ） 方面, 砂带磨削的优势也是其他加工方法无法比拟的 。
? 2,超精密磨床和磨削加工中心的发展
? 精密加工必须由高精度, 高刚度的机床作保证 。 超精密磨床广泛采用油轴承, 空
气轴承和磁轴承实现磨床主轴的高速化和高精密化；利用静动压导轨, 直线导轨,
静动压丝杠实现导轨及进给机构的高速化和高精密化 。 同时在结构材料上, 采用
热稳定性, 抗振动性强, 耐磨性高的花岗岩, 人造花岗岩, 陶瓷, 微晶玻璃等替
代传统的铁系材料, 极大地增加了机床的刚度, 由日本丰田工机和中部大学共同
研制的加工硬脆材料的超精密磨床, 其定位精度为 0.01μ m,加工工件直径达到
500mm,机床总重达 34T,被认为是当今世界上最大级别的超精密磨床之一 。
? 磨削加工中心 （ GC） 与一般的 NC,CNC磨床不同, 它具备自动交换, 自动修整磨削
工具的机能, 一次装夹即能完成各种磨削加工, 实现了磨削加工的复合化与集约
化, 甚至可实现无人化连续自动生产, 不但大大缩短加工时间, 节约工装费用,
而且机床肯有更高的刚度, 能更好地防止热变形, 进一步提高加工精度 。 磨削加
工是中心当今磨削技术进步的主要标志, 也是今后磨床技术的发展方向 。
