金工实习基本知识

目录

前言

3.2.1 车刀的结构………………………44 3.2.2 刀具材料…………………………45 第1章 金工实习基本知识 … ………3 3.2.3 车刀组成及车刀角度 ………… 45

1.1 金工实习课程简 ........................................3 1.1.1 金工实习的目的和要求………………...3 1.1.2 实习安全技术 .…………………………3 1.2 金属材料的性能……………………………4 1.2.1 工艺性能和使用性能……………………4 1.2.2 金属材料机械性能

（或力学性能）…………………………4

1.2.3 常用金属材料……………………………5 1.3 常用量具……………………………………7 1.3.1 常用量具及其使用方法…………………7 1.3.2 量具的维护与保养………………………13

第2章 钳工…………………………………14

2.1 钳工概述…………………………………….14 2.1.1 钳工的加工特点………………………..14 2.1.2 钳工常用的设备和工具………………. 14 2.2 划线、锯削和锉削………………………….16 2.2.1 划线………………………………………16 2.2.2 锯削………………………………………20 2.2.3 锉削………………………………………21 2.3 钻孔、扩孔和铰孔………………………….24 2.3.1 钻孔………………………………………25 2.3.2 扩孔和铰孔………………………………27 2.4 攻螺纹和套螺纹……………………………28 2.4.1 攻螺纹…………………………………...28 2.4.2 套螺纹…………………………………...30 2.5 装配…………………………………………31 2.5.1 装配概述………………………………...31 2.5.2 典型联接件装配方法…………………...32 2.5.3 部件装配和总装配……………………...34 复习思考题………………………………………...36

第3章 车削加工37

3.1 卧式车床…………………………….…..37 3.1.1 机床的型号…………………………..38 3.1.2 卧式车床的结构…………………..…39 3.1.3 卧式车床的传动系统………………..41 3.1.4 卧式车床的各种手柄

和基本操作………………………….43

3.2 车刀44

3.2.4 车刀的刃磨……………………48 3.2.5 车刀的安装……………………49 3.3 车外圆、端面和台阶………………50 3.3.1 三爪自定心卡盘安装工件……50 3.3.2 车外圆 ………………..………51 3.3.3 车端面………………………....53 3.3.4 车台阶 ………………………..54 3.4 切槽、切断、车成型面和滚花 ….55 3.4.1 切槽………………………...….55 3.4.2 切断………………………..…..56 3.4.3 车成型面……………………....57 3.4.4 滚花…………………………....58 3.5 车圆锥面…………………………...59 3.5.1 宽刀法…………………………59 3.5.2 转动小刀架法……………..…..59 3.5.3 尾座偏移法……………………60 3.5.4 靠模法………………………....60 3.6 孔加工……………………………....61 3.6.1 钻孔……………………………61 3.6.2 镗孔……………………………62 3.6.3 车内孔时的质量分析…………62 3.7 车螺纹 …………………….…….…62 3.7.1 普通三角螺纹的基本牙型……63 3.7.2 车削外螺纹的方法与步骤……63 3.7.3 螺纹车削注意事项……………64 3.7.4 车外螺纹的质量分析…………65 3.8 车床附件及其使用方法 ………….66 3.8.1 用四爪卡盘安装工件…………66 3.8.2 用顶尖安装工件………………66 3.8.3 用心轴安装工件………………67 3.8.4 中心架和跟刀架的使用………67 3.8.5 用花盘、穹板及压板、螺栓

安装工件………………………69

3.9 典型零件的车削工艺…………..… 69 3.9.1 轴类零件车削工艺 ……..……69 3.9.2 盘套类零件车削工艺 ……..…71 3.9.3 车削加工对零件结构工艺性的要求

举例………………………….….72

复习思考题……………………………..…….73

6.3 砂轮的安装、平衡及修整…………….102 复习思考题………………………………….107

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第4章 铣削加工………………………75

4.1 铣工概述…………………………...….75 第7章 焊接…………………………….108

4.1.1 铣床安全操作规程……………..…75 4.1.2 铣削加工简介……………………..75 4.2 铣床…………………………………....78 4.2.1 万能卧式铣床…………………….78 4.2.2 升降台铣床及龙门铣床………….79 4.3 铣刀及其安装………………………...80 4.3.1 铣刀………………………………80

4.3.2 铣刀的安装……………………..80. 4.4 铣床附件及工件安装…………..……82 4.4.1 铣床附件及其应用…………..….82 4.4.2 工件的安装…………………...…84 4.5 铣削的基本操作……………………..85 4.5.1 铣平面………………………...…..85 4.5.2 铣斜面…………………...………..87 4.5.3铣键槽……………………………..87 4.5.4铣成形面………………………..…88 4.5.5铣齿形………………………….….88 复习思考题……………………………..…90

第5章 刨削加工……………..……..91

5.1 刨工概述……………………….……..91 5.1.1 刨削加工的特点…………….….…91 5.1.2 刨削加工范围………………..……91

5.2 刨床…………………………….……92

5.2.1 牛头刨床……………………….…92 5.2.2 龙门刨床………………………….95 5.3 刨刀及其安装……………………….96 5.3.1 刨刀………………………………96 5.3.2 刨刀的安装……………………..96 5.3.3 工件的安装………………………97 5.4 刨削的基本操作………………….....97 5.4.1. 刨平面…………………………….97 5.4.2. 刨沟槽………………………….…98 5.4.3. 刨成形面……………………….…99 复习思考题………………………………...100

第6章 磨削加工……..…………….101

6.1 磨工概述…………………………....101 6.1.1 磨削加工简介…………………....101 6.2 磨床……………………………….....102 6.2.1 外圆磨床………………………....102 6.2.2 平面磨床…………………………102

7.1 焊 接 概 述……………………………108 7.1.1定义……………………………...…….108 7.1.2焊接方法分类及发展现状…………....108 7.2 电 弧 焊…………………………..…109 7.2.1 焊接电弧 …………………………...109 7.2.2 焊条电弧焊 ………………………....110 7.2.3焊接设备……………………………….115 7.2.4 常用电弧焊方法 ……………………117 7.3 其他焊接方法 …………………………...120 7.3.1 气焊…………………………………..120 7.3.2 电阻焊 ………………………………121 7.3.3 电渣焊 ………………………………123 7.3.4 螺柱焊………………………..………123 7.3.5 摩擦焊…………………………..……124 7.3.6 电子束焊 ……………………………124 7.3.7 激光焊 ………………………………125 7.3.8 高频焊………………………..………126. 7.3.9 扩散焊…………………………..……126 7.3.10钎焊 …………………………….……127 7.4 焊接检验………………………...………127 7.4.1 常见焊接缺陷…………………………127 7.4.2 焊接质量检验………………..………129 复习思考题……………………………..………130

第8章 特种加工技术……..…………131

8.1 数控电火花线切割加工…………………131 8.1.1 数控电火花线切割加工机床

的分类与组成……………………..…..131 8.1.2 数控电火花线切割

的加工工艺与工装………………..…..132 8.1.3 数控电火花线切割机床

的操作…………………………………134 8.1.4 数控电火花线切割加工实例……..…..142 8．2电火花成型加工………………….………144 8.2.1 电火花成型加工的原理…………..…..144 8.2.2 电火花成型加工的特点

及应用范围……………………………146 8.2.3 电火花加工的局限性 ………….……146 8.2.4 电火花成型加工在模具

制造业中的应用………………………147

参考文献………………………………………148

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第1章 金工实习基本知识

1.1《金工实习》课程简介

1.1.1 金工实习的目的和要求 《金工实习》（也称基本工艺训练）是学生进行工程训练、培养工程意识、学习工艺知识、提高工程实践能力的重要的实践性教学环节。技术基础课；是学生学习机械制造系列课程必不可少的先修课程，也是建立机械制造生产过程的概念，获得机械制造基础知识的奠基课程和必修课程。其目的是：

1、建立起对机械制造生产基本过程的感性认识，学习机械制造的基础工艺知识，了解机械制造生产的主要设备。

在实训中，学生要学习机械制造的各种主要加工方法及其所用主要设备的基本结构、工作原理和操作方法，并正确使用各类工具、夹具、量具，熟悉各种加工方法、工艺技术、图纸文件和安全技术，了解加工工艺过程和工程术语，使学生对工程问题从感性认识上升到理性认识。这些实践知识将为以后学习有关专业技术基础课、专业课及毕业设计等打下良好的基础。

2、培养实践动手能力，进行的基本训练。

学生通过直接参加生产实践，操作各种设备，使用各类工具、夹具、量具，独立完成简单零件的加工制造全过程，以培养学生对简单零件具有初步选择加工方法和分析工艺过程的能力，并具有操作主要设备和加工作业的技能，初步奠定技能型应用型人才应具备的基础知识和基本技能。

3、全面开展素质教育，树立实践观点、劳动观点和团队协作观点，培养高质量人才。 工程实践与训练一般在学校工程培训中心的现场进行。实训现场不同于教室，它是生产、教学、科研三结合的基地，教学内容丰富，实习环境多变，接触面宽广。这样一个特定的教学环境正是对学生进行思想作风教育的好场所、好时机。

金工实习对学好后续课程有着重要意义，特别是技术基础课和专业课，都与金工实习有着重要联系。金工实习场地是校内的工业环境，学生在实习时置身于工业环境中，接受实习指导人员思想品德教育，培养工程技术人员的全面素质。因此，金工实习是强化学生工程意识教育的良好教学手段。

本课程的主要要求是：1、使学生掌握现代制造的一般过程和基本知识，熟悉机械零件的常用加工方法及其所用的主要设备和工具，了解新工艺、新技术、新材料在现代机械制造中的应用。2、使学生对简单零件初步具有选择加工方法和进行工艺分析的能力，在主要工种方面应能独立完成简单零件的加工制造并培养一定的工艺实验和工程实践能力。3、培养学生生产质量和经济观念，理论联系实际，一丝不苟的科学作风，热爱劳动、热爱公物的基本素质。

金工实习的基本内容分为车、铣、刨、磨、钻、钳工、焊接、电火花线切割等工种。通过实际操作、现场教学、专题讲座、电化教学、综合训练、实验、参观、演示、实习报告或作业以及考核等方式和手段，丰富教学内容，完成实践教学任务。

1.1.2实习安全技术

在实习劳动中要进行各种操作，制作各种不同规格的零件，因此，常要开动各种生产设备，接触到焊机、机床、砂轮机等。为了避免触电、机械伤害、爆炸、烫伤和中毒等工伤事故，实习人员必须严格遵守工艺操作规程。只有施行文明生产实习，才能确保实习人员的安全和保障：

一、实习中做到专心听讲，仔细观察，做好笔记，尊重各位指导老师，独立操作，努力

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完成各项实习作业。

二、严格执行安全制度，进车间必须穿好工作服。女生戴好工作帽，将长发放入帽内，不得穿高跟鞋、凉鞋。

三、机床操作时不准带手套，严禁身体、衣袖与转动部位接触；正确使用砂轮机，严格按安全规程操作，注意人身安全。

四、遵守设备操作规程，爱护设备，未经教师允许不得随意乱动车间设备，更不准乱动开关和按钮。

五、遵守劳动纪律，不迟到，不早退，不打闹，不串车间，不随地而坐，不擅离工作岗位，更不能到车间外玩，有事请假。

六、交接班时认真清点工、卡、量具，做好保养保管，如有损坏、丢失按价赔偿。 七、实习时，要不怕苦、不怕累、不怕脏，热爱劳动。

八、每天下班擦拭机床，清整用具、工件，打扫工作场地，保持环境卫生。 九、爱护公物，节约材料、水、电，不践踏花木、绿地。

十、爱护劳动保护品，实习结束时即使交还工作服，损坏、丢失按价赔偿。

1.2金属材料的性能

1.2.1工艺性能与使用性能

金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。

所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。

所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。

1.2.2金属材料机械性能（或称为力学性能）

在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。

金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。

1．强度

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。

2．塑性

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。

3．硬度

硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，

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它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。

4．疲劳

前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。

5．冲击韧性

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

1.2.3 常用金属材料

工业上将碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢.钢具有良好的使用性能和工艺性能,因此获得了广泛的应用.

1、钢的分类

钢的分类方法很多,常用的分类方法有以下几种: 1）按化学成分 碳素钢可以分为：低碳钢（含碳量<0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%～0．6%）、高碳钢（含碳量>0.6%）；合金钢可以分为：低合金钢（合金元素总含量<5%）、中合金钢（合金元素总含量5%～10%）、高合金钢（合金元素总含量>10%）；

2）按用途分 结构钢（主要用于制造各种机械零件和工程构件）、工具钢（主要用于制造各种刀具、量具和模具等）、特殊性能钢（具有特殊的物理、化学性能的钢，可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）

3）按品质分 普通碳素钢（P≤0.045% S≤0.05%）、优质碳素钢（P≤0.035% S≤0.035%）、高级优质碳素钢（P≤0.025% S≤0.025%）

2、碳素钢的牌号、性能及用途

常见碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服点的“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。若牌号后标注字母，则表示钢材质量等级不同。

优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢的平均含碳量的质量分数的万分数，例如，20钢的平均碳质量分数为0.2%。

表1—1常见碳素结构钢的牌号、机械性能及其用途

机械性能 类别 常用牌号 屈服点σs / MPa Q195 Q215 Q235A 碳素结构钢 Q235B Q235C Q235D Q255 Q275 08F 优质碳素结构钢 10 20 255 275 175 205 245 410~510 490~610 295 335 410 24 20 35 31 25 235 375~460 26 195 215 抗拉强度 σb / MPa 315~390 335~410 伸长率δ/ % 33 31 塑性较好，有一定的强度，通常轧制heng 钢筋、钢板、钢管等。可作为桥梁、建筑物等的构件，也可用做螺钉、螺帽、铆钉等 可用于重要的焊接件 强度较高，可轧制成型钢、钢板，作构件用 塑性好，可制造冷冲压零件 冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理也可以制造轴、销等零件 用途 6

35 40 45 50 60 65 315 335 355 375 400 410 530 570 600 630 675 695 20 19 16 14 12 10 经调质处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件 主要用来制造弹簧

3、合金钢的牌号、性能及用途

为了提高钢的性能，在碳素钢基础上特意加入合金元素所获得的钢种称为合金钢。 合金结构钢的牌号用“两位数（平均碳质量分数的万分之几）+元素符号+数字（该合金元素质量分数，小于1.5%不标出；1.5%～2.5%标2；2.5%～3.5%标3,依次类推）”表示。

对合金工具钢的牌号而言，当碳的质量分数小于1%，用“一位数（表示碳质量分数的千分之几）+元素符号+数字”表示；当碳的质量分数大于1%时，用“元素符号+数字”表示。（注：高速钢碳的质量分数小于1%，其含碳量也不标出）

表1—2常见合金钢的牌号、机械性能及其用途

机械性能 类别 常用牌号 屈服点σs / MPa Q295 Q345 低合金高强度结构钢 Q390 Q420 Q460 20Cr 合金渗碳钢 20CrMnTi 20Cr2Ni4 40Cr 合金调质钢 30CrMnTi 38CrMoAl

≥295 ≥345 ≥390 ≥420 ≥460 540 835 1080 785 — 835 抗拉强度 σb / MPa 390~570 470~630 490~650 520~680 550~720 835 1080 1175 980 1470 980 伸长率δ/ % 23 21~22 19~20 18~19 17 10 10 10 9 9 14 具有高强度、高韧性、良好的焊接性能和冷成型性能。主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件 主要用于汽车和机床上的轴、齿轮等 用途 4、铸钢的牌号、性能及用途

铸钢主要用于制造形状复杂，具有一定强度、塑性和韧性的零件。碳是影响铸钢性能的主要元素，随着碳质量分数的增加，屈服强度和抗拉强度均增加，而且抗拉强度比屈服强度增加得更快，但当碳的质量分数大于0.45%时，屈服强度很少增加，而塑性、韧性却显著下降。所以，在生产中使用最多的是ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570三种。

表1—3常见碳素铸钢的成分、机械性能及其用途

钢号 化学成分 C Mn Si σs 机械性能 σb δ ψ ak 应用举例 机座、变速箱壳 机座、锤轮、箱体 飞轮、机架、蒸汽锤、水压机、工作缸、横梁 ZG200-400 0.20 0.80 0.50 200 400 25 40 600 ZG230-450 0.30 0.90 0.50 230 450 22 32 450 ZG270-500 0.40 0.90 0.50 270 500 18 25 350 7

ZG310-570 0.50 0.90 0.60 310 570 15 21 300 ZG340-640 0.60 0.90 0.60 340 640 10 18 200 联轴器、汽缸、齿轮、齿轮圈 起重运输机中齿轮、连轴器等

5、铸铁的牌号、性能及用途

铸铁是碳质量分数大于2.11%，并含有较多Si、Mn、S、P等元素的铁碳合金。铸铁的生产工艺和生产设备简单，价格便宜，具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属材料之一。

铸铁按照碳存在的形式可以分为：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁；按铸铁中石墨的形态可以分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。

表1—4常见灰铸铁的牌号及其用途 牌号 铸件壁厚 2.5~10 HT100 10~20 20~30 2.5~10 HT150 10~20 20~30 2.5~10 HT200 10~20 20~30 4.0~10 HT250 10~20 20~30 10~20 HT300 20~30 30~50 10~20 HT350 20~30 30~50

力学性能 σb/ MPa 130 100 90 175 145 130 220 195 170 270 240 220 290 250 230 340 290+ 260 HBS 110~166 93~140 87~131 137~205 119~179 110~166 157~236 148~222 134~200 175~262 164~247 157~236 182~272 168~251 适用于承受高载荷、耐磨和高气密性的重要零件，如重型机床、161~241 剪床、压力机、自动机床的床身、机座、机架、高压液压件、活199~298 塞环、齿轮、凸轮、车床卡盘、衬套、大型发动机的汽缸体、缸182~272 171~257 套、汽缸改等 适用于承受较大载荷和要求一定气密性或耐腐蚀性等较重要的零件、如汽缸、齿轮、机座、飞轮、床身、汽缸体、活塞、齿轮箱、刹车轮、联轴器盘、中等压力阀体、泵体、液压缸、阀门等 用途举例 适用于载荷小、对摩擦和磨损无特殊要求的不重要的零件，如防护罩、盖、油盘、手轮、支架、底板、重锤等 适用于承受中等载荷的零件，如机座、支架、箱体、刀架、床身、轴承座、工作台、带轮、阀体、飞轮、电动机座等 1.3 常用量具

在工艺过程中，必须应用一定精度的量具来测量和检验各种零件尺寸、形状和位置精度。 1.3.1常用量具及其使用方法 1．钢直尺

钢直尺是最简单的长度量具，用不锈钢片制成，可直接用来测工件尺寸，如图1-1所示。它的测量长度规格有150、200、300、500mm几种。测量工件的外径和内径尺寸时，常与卡钳配合使用。测量精度一般只能达到0.2mm～0.5mm。

图1-1

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2．卡钳

卡钳是一种间接度量工具，常与钢直尺配合使用，用来测量工件的外径和内径。卡钳分内卡钳和外卡钳两种，如图1-2所示，其使用方法如图1-3所示。

3．游标卡尺

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游标卡尺是一种中等精度的量具，可直接测量工件的外径、内径、长度、宽度和深度等尺寸。按用途不同，游标卡尺可分为：普通游标卡尺、游标深度尺、游标高度尺等几种。游标卡尺的测量精度有0.1、0.05、0.2mm三种，测量范围有0～125mm、0～150mm、0～200mm、0～300mm等。

图1-4所示为一普通游标卡尺，它主要由尺身和游标组成，尺身上刻有以1mm为一格间距的刻度，并刻有尺寸数字，其刻度全长即为游标卡尺的规格。

游标上的刻度间距，随测量精度而定。现以精度值为0.02mm的游标卡尺的刻线原理和读数方法为例简介如下：

尺身一格为1mm，游标一格为0.98mm，共50格。尺身和游标每格之差为1-0.90=0.02mm，如图1-5所示。读数方法是游标零位指示的尺身整数，加上游标刻线与尺身线重合处的游标刻线乘以精度值之和，如图1-6所示。

用游标卡尺测量工件的方法如图1-7所示，使用时应注意下列事项：

（1）检查零线 使用前应首先检查量具是否在检定周期内，然后擦净卡尺，使量爪闭合，检查尺身与游标的零线是否对齐。若未对其，则在测量后应根据原始误差修正读书值。 （2）放正卡尺 测量内外圆直径时，尺身应垂直于轴线；测量内外孔直径时，应使两量爪处于直径处

（3）用力适当 测量时应使量爪逐渐与工件被测量表面靠近，最后达到轻微接触，不能把量爪用力抵紧工件，以免变形和磨损，影响测量精度。读数时为防止游标移动，可锁紧游标；视线应垂直于尺身。

（4）勿测毛坯面 游标卡尺仅用于测量仪加工的表面，表面粗糙的毛坯件不能用游标卡尺测量。图1-8所示为游标深度尺和游标高度尺，分别用于测量深度和高度。游标高度尺还可以用作精密划线。

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4.千分尺

千分尺（又称分厘卡）是一种比游标卡尺更精密的量具，测量精度为0.01mm，测量范围有0～25mm、25mm～50mm、50mm～75mm„„等规格。常用的千分尺分为外径千分尺和内径千分尺。

外径千分尺的构造如图1-9所示。

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千分尺的测量螺杆3和微分筒7连在一起，当转动微分筒时，测量螺杆和微分筒一起沿轴向移动。内部的测力装置是使测微螺杆与被测工件接触时保持恒定的测量力，以便测出正确尺寸。当转动测力装置时，千分尺两测量面接触工件。超过一定的压力时。棘轮10沿着内部棘爪的斜面滑动，发出嗒嗒的响声，这就可读出工件尺寸。测量时为防止尺寸变动，可转动锁紧装置4通过偏心锁测微螺杆3。

千分尺的读数机构由固定套管和微分筒组成（图1-10），固定套管在轴线方向上有一条中线，中线上、下方都有刻线，相互错开0.5mm；在微分筒左侧锥形圆周上有50等份的刻度线。因测微螺杆的螺距为0.5mm，即螺杆转一周，同时轴向移动0.5mm，故微分筒上每一小格的读数为0.5/50=0.01mm，所以千分尺的测量精度为0.01mm。测量时，读数方法分三步。

1）先读出固定套管上露出刻线的的整毫米数和半毫米数(0.5mm)，注意看清露出的是上方刻线还是下方刻线，以免错读0.5mm。

2）看准微分筒上哪一格与固定套管纵向刻线对准，将刻线的序号乘以0.01mm，即为小数部分的数值。

3）上述两部分读数相加，即为被测工件的尺寸。

使用千分尺应注意以下事项：

1）校对零点。将砧座与螺杆接触，看圆周刻度零线是否与纵向中线对齐，且微分筒左侧棱边与尺身的零线重合，如有误差修正读数。

2）合理操作。手握尺架，先转动微分筒，当测量螺杆快要接触工件时，必须使用端部棘轮，严禁再拧微分筒。当棘轮发出嗒嗒声时应停止转动。

3）擦净工件测量面。测量前应将工件测量表面擦净，以免影响测量精度。

4）不偏不斜。测量时应使千分尺的砧座与测微螺杆两侧面准确放在被测工件的直径处，不能偏斜。

图1-11所示是用来测量内孔直径及槽宽等尺寸的内径千分尺。其内部结构与外径千分尺相同。

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5.百分表

百分表是一种指示量具，主要用于校正工件的装夹位置、检查工件的形状和位置误差几测量工件内径等。百分表的刻度值为0.01mm，刻度值为0.001mm的叫千分表。

钟式百分表的结构原理如图1—12所示。当测量杆1向上或向下移动1 mm时，通过齿轮传动系统带动大指针5转一圈，小指针7转一格。刻度盘在圆周上有100个等分格，每格的读数值为0.01mm，小指针每格读数为1 mm。测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。小指针处的刻度范围为百分表的测量范围。钟式百分表装在专用的表架上使用。（图1—13）

图1-14所示为杠杆式百分表，图1-15所示为测量内孔尺寸的内径百分表。

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1.3.2量具维护与保养

量具是用来测量工件尺寸的工具，在使用过程中应加以精心的维护与保养，才能保证零件测量精度，延长量具的使用寿命。因此，必须做到以下几点：

1、在使用前应擦干净，用完后必须拭洗干净、涂油并放入专用量具盒内。 2、不能随便乱放、乱扔，应放在规定的地方。

3、不能用精密量具去测量毛坯尺寸、运动着的工件或温度过高的工件，测量时用力适当，不能过猛、过大。

4、量具如有问题，不能私自拆卸修理，应实习指导教师处理。精密量具必须定期送计量部门鉴定。

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第2章 钳 工

2.1 钳 工 概 述

钳工基本操作包括划线、錾削、锯割、锉削、钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、攻螺纹、套 螺纹、装配、刮削、研磨、矫正和弯曲、铆接、粘接、测量以及作标记等。

钳工的工作范围主要有：

(1)用钳工工具进行修配及小批量零件的加工。 (2)精度较高的样板及模具的制作。 (3)整机产品的装配和调试。

(4)机器设备(或产品)使用中的调试和维修 2.1.1 钳工的加工特点

钳工是一个技术工艺比较复杂、加工程序细致、工艺要求高的工种。它具有使用工具简单、加工多样灵活、操纵方便和适应面广等特点。目前虽然有各种先进的加工方法，但很多工作仍然需要钳工来完成，钳工在保证产品质量中起重要作用。 2.1.2 钳工常用的设备和工具

钳工常用的设备有钳工工作台、台虎钳、砂轮机、钻床、手电钻等。常用的手用工具有划线盘、錾子、手锯、锉刀、刮刀、扳手、螺钉旋具、锤子等。 1. 钳工工作台

钳工工作台简称钳台，用于安装台虎钳，进行钳工操作。有单人使用和多人使用的两种，用硬质木材或钢材做成。工作台要求平稳、结实，台面高度一般以装上台虎钳后钳口高度恰好与人手肘齐平为宜。如图所示

2. 台虎钳

台虎钳是钳工最常用的一种夹持工具。凿切、锯割、锉削以及许多其他钳工操作都是在台虎钳上进行的。

钳工常用的台虎钳有固定式和回转式两种。如图 2.1 所示，为回转式台虎钳的结构图。台虎钳主体是用铸铁制成，由固定部分和活动部分组成。台虎钳固定部分由转盘锁紧螺钉固定在转盘座上，转盘座内装有夹紧盘，放松转盘锁紧手柄，固定部分就可以在转盘座上转动，

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以变更台虎钳方向。转盘座用螺钉固定在钳台上。连接手柄的螺杆穿过活动部分旋入固定部分上的螺母内。扳动手柄使螺杆从螺母中旋出或旋进，从而带动活动部分移动，使钳口张开或合拢，以放松或夹紧零件。

图2.1 回转式虎钳构造

为了延长台虎钳的使用寿命，台虎钳上端咬口处用螺钉紧固着两块经过淬硬的钢质钳口。钳口的工作面上有斜形齿纹，使零件夹紧时不致滑动。夹持零件的精加工表面时，应在钳口和零件间垫上纯铜皮或铝皮等软材料制成的护口片(俗称软钳口)，以免夹坏零件表面。

台虎钳规格以钳口的宽度来表示，一般为 100 mm～150 mm。 3. 钻床

钻床是用于孔加工的一种机械设备，它的规格用可加工孔的最大直径表示，其品种、规格颇多。其中最常用是台式钻床(台钻)，如图 2.2(a)所示。这类钻床小型轻便，安装在台面上使用，操作方便且转速高，适于加工中、小型零件上直径在 16 mm以下的小孔。 4. 手电钻

如图2.2(b)所示为两种手电钻的外形图。主要用于钻直径 12 mm以下的孔。常用于不便使用钻床钻孔的场合。手电钻的电源有单相(220V、36V)和三相(380V)两种。根据用电安全条例，手电钻额定电压只允许 36V。手电钻携带方便，操作简单，使用灵活，应用较广泛。

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(a) 台式钻床

1—工作台 2—进给手柄 3—主轴 4—带罩 5—电动机 6—主轴架 7—立柱 8—机座

(b) 手电钻 图2.2 孔加工设备

2.2 划线、锯削和锉削

划线、锯削及锉削是钳工中主要的工序，是机器维修装配时不可缺少的钳工基本操作。 2.2.1 划线

根据图样要求在毛坯或半成品上划出加工图形、加工界限或加工时找正用的辅助线称为划线。

划线分平面划线和立体划线两种，如图 2.3 所示。平面划线是在零件的一个平面或几个互相平行的平面上划线。立体划线是在工作的几个互相垂直或倾斜平面上划线。

划线多数用于单件、小批生产，新产品试制和工、夹、模具制造。划线的精度较低；用划针划线的精度为 0.25 mm～0.5 mm，用高度尺划线的精度为 0.1 mm左右。

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(a) 平面划线 (b) 立体划线

图2.3 划线的种类

划线的目的：

(1)划出清晰的尺寸界线以及尺寸与基准间的相互关系，既便于零件在机床上找正、定位，又使机械加工有明确的标志。

(2)检查毛坯的形状与尺寸，及时发现和剔除不合格的毛坯。

(3)通过对加工余量的合理调整分配(即划线“借料”的方法)，使零件加工符合要求。 1. 划线工具

1)划线平台

划线平台又称划线平板，用铸铁制成，它的上平面经过精刨或刮削，是划线的基准平面。

2)划针、划线盘与划规

划针是在零件上直接划出线条的工具。如图 2.4 所示，由工具钢淬硬后将尖端磨锐或焊上硬质合金尖头。弯头划针可用于直线划针划不到的地方和找正零件。使用划针划线时必须使针尖紧贴钢直尺或样板。

(a) 直头划针 (b) 弯头划针

(c) 划针划线 图2.4 划针

1—划针 2—划线方向 3—钢直尺 4—零件

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划线盘如图 2.5 所示，它的直针尖端焊上硬质合金，用来划与针盘平行的直线。另一端弯头针尖用来找正零件用。

常用划规如图 2.6 所示。它适合在毛坯或半成品上划圆。

图2.5 划线盘 图2.6 划规

3)量高尺、高度游标尺与直角尺

(1)量高尺 如图 2.7 所示，是用来校核划针盘划针高度的量具，其上的钢尺零线紧贴平台。

(2)高度游标尺 如图 2.8 所示，实际上是量高尺与划针盘的组合。划线脚与游标连成一体，前端镶有硬质合金，一般用于已加工面的划线。

图2.7 量高尺 图2.8 高度游标尺

1—底座 2—钢直尺 3—锁紧螺钉 4—零线

(3)直角尺(90°角尺) 简称角尺。它的两个工作面经精磨或研磨后呈精确的直角。90°角尺既是划线工具又是精密量具。90°角尺有扁 90°角尺和宽座 90°角尺两种。前者用于平面划线中在没有基准面的零件上划垂直线如图 2.9(a)所示；后者用于立体划线中，用它靠住零件基准面划垂直线，如图 2.9(b)所示，或用它找正零件的垂直线或垂直面。

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(a) (b)

图2.9 90°角尺划线

4)支承用的工具和样冲

(1)方箱 如图 2.10 所示，是用灰铸铁制成的空心长方体或立方体。它的 6 个面均经过精加工，相对的平面互相平行，相邻的平面互相垂直。方箱用于支承划线的零件。

(2)V形铁 如图 2.11 所示，主要用于安放轴、套筒等圆形零件。一般 V 形铁都是两块一副，即平面与 V形槽是在一次安装中加工的。V形槽夹角为 90°或 120°。V形铁也可当方箱使用。

图2.10 方箱 图2.11 V 形铁

(3)千斤顶 如图 2.12 所示，常用于支承毛坯或形状复杂的大零件划线。使用时，三个一组顶起零件，调整顶杆的高度便能方便地找正零件。

(4)样冲 如图 2.13 所示，用工具钢制成并经淬硬。样冲用于划好的线条上打出小而均匀的样冲眼，以免零件上已划好的线在搬运、装夹过程中因碰、擦而模糊不清，影响加工。

图2.12 千斤顶 图2.13 样冲及使用

1—底座 2—导向螺钉 3—锁紧螺母 1—对准位置 2—打样冲眼

4—圆螺母 5—顶杆

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2. 划线方法与步骤

1)平面划线方法与步骤 平面划线的实质是平面几何作图问题。平面划线是用划线工具将图样按实物大小 1∶1划到零件上去的。

(1)根据图样要求，选定划线基准。

(2)对零件进行划线前的准备(清理、检查、涂色，在零件孔中装中心塞块等)。在零件上划线部位涂上一层薄而均匀的涂料(即涂色)，使划出的线条清晰可见。零件不同，涂料也不同。一般在铸、锻毛坯件上涂石灰水，小的毛坯件上也可以涂粉笔，钢铁半成品上一般涂龙胆紫(也称“兰油”)或硫酸铜溶液，铝、铜等有色金属半成品上涂龙胆紫或墨汁。

(3)划出加工界限(直线、圆及连接圆弧)。 (4)在划出的线上打样冲眼。 2)立体划线方法与步骤

立体划线是平面划线的复合运用。它和平面划线有许多相同之处，如划线基准一经确定，其后的划线步骤大致相同。它们的不同之处在于一般平面划线应选择两个基准，而立体划线要选择三个基准。

2.2.2锯削

用手锯把原材料和零件割开，或在其上锯出沟槽的操作叫锯削。 1. 手锯

手锯由锯弓和锯条组成。

(1)锯弓 锯弓有固定式和可调式两种，如图 2.14 所示。

(a) 固定式锯弓 (b) 可调式锯弓

图2.14 手锯

(2)锯条 锯条一般用工具钢或合金钢制成，并经淬火和低温回火处理。锯条规格用锯条两端安装孔之间距离表示，并按锯齿齿距分为粗齿、中齿、细齿三种。粗齿锯条适用锯削软材料和截面较大的零件。细齿锯条适用于锯削硬材料和薄壁零件。锯齿在制造时按一定的规律错开排列形成锯路。 2. 锯削操作要领

(1)锯条安装 安装锯条时，锯齿方向必须朝前，如图2.14所示，锯条绷紧程度要适当。 (2)握锯及锯削操作 一般握锯方法是右手握稳锯柄，左手轻扶弓架前端。锯削时站立位置如图 2.15 所示。锯削时推力和压力由右手控制，左手压力不要过大，主要应配合右手扶正锯弓，锯弓向前推出时加压力，回程时不加压力，在零件上轻轻滑过。锯削往复运动速度应控制在 40 次/min 左右。

锯削时最好使锯条全部长度参加切削，一般锯弓的往返长度不应小于锯条长度的 2/3。 (3)起锯 锯条开始切入零件称为起锯。起锯方式有近起锯[如图 2.16(a)所示]和远起锯[如图 2.16(b)所示]。起锯时要用左手拇指指甲挡住锯条，起锯角约为 15°。锯弓往复行程要短，压力要轻，锯条要与零件表面垂直，当起锯到槽深 2 mm～3 mm 时，起锯可结束，应逐渐将锯弓改至水平方向进行正常锯削。

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图2.15 锯削时站立位置

(a) 近起锯 (b) 远起锯

图2.16 起锯

2.2.3 锉削

用锉刀从零件表面锉掉多余的金属，使零件达到图样要求的尺寸、形状和表面粗糙度的操作叫锉削。锉削加工范围包括平面、台阶面、角度面、曲面、沟槽和各种形状的孔等。

1. 锉刀

锉刀是锉削的主要工具，锉刀用高碳钢(T12、T13)制成，并经热处理淬硬至 62HRC～67HRC。锉刀的构造及各部分名称如图 2.17 所示。

锉刀分类如下：

(1)按锉齿的大小分为粗齿锉、中齿锉、细齿锉和油光锉等。 (2)按齿纹分为单齿纹和双齿纹。单齿纹锉刀的齿纹只有一个方向，与锉刀中心线成70°，一般用于锉软金属，如铜、锡、铅等。双齿纹锉刀的齿纹有两个互相交错的排列方向，先剁

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上去的齿纹叫底齿纹，后剁上去的齿纹叫面齿纹。底齿纹与锉刀中心线成 45°，齿纹间距较疏；面齿纹与锉刀中心线成 65°，间距较密。由于底齿纹和面齿纹的角度不同，间距疏密不同，所以，锉削时锉痕不重叠，锉出来的表面平整而且光滑。

图2.17 锉刀

(3) 按断面形状(如图 2.18(a)所示)可分成：板锉(平锉)，用于锉平面、外圆面和凸圆弧面；方锉，用于锉平面和方孔；三角锉，用于锉平面、方孔及 60°以上的锐角；圆锉，用于锉圆和内弧面；半圆锉，用于锉平面、内弧面和大的圆孔。如图 2.18(b)所示为特种锉刀，用于加工各种零件的特殊表面。

另外，由多把各种形状的特种锉刀所组成的“什锦”锉刀，用于修锉小型零件及模具上难以机械加工的部位。普通锉刀的规格一般是用锉刀的长度，齿纹类别和锉刀断面形状表示的。

(a) 普通锉刀断面形状 (b) 特种锉刀断面形状

图2.18 锉刀断面形状

2. 锉削操作要领

1)握锉

锉刀的种类较多，规格、大小不一，使用场合也不同，故锉刀握法也应随之改变。如图 2.19(a)所示为大锉刀的握法。如图 2.19(b)所示为中、小锉刀的握法。

(a) 大锉刀的握法 (b) 中、小锉刀的握法

图2.19 握锉

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2)锉削姿势

锉削时人的站立位置与锯削相似，参阅图 2.15。锉削操作姿势如图 2.20 所示，身体重量放在左脚，右膝要伸直，双脚始终站稳不移动，靠左膝的屈伸而作往复运动。开始时，身体向前倾斜 10°左右，右肘尽可能向后收缩如图 2.20(a)所示。在最初三分之一行程时，身体逐渐前倾至 15°左右，左膝稍弯曲如图 2.20(b)所示。其次三分之一行程，右肘向前推进，同时身体也逐渐前倾到 18°左右，如图 2.20(c)所示。最后三分之一行程，用右手腕将锉刀推进，身体随锉刀向前推的同时自然后退到 15°左右的位置上，如图 2.20(d)所示，锉削行程结束后，把锉刀略提起一些，身体姿势恢复到起始位置。

锉削过程中，两手用力也时刻在变化。开始时，左手压力大推力小，右手压力小推力大。随着推锉过程，左手压力逐渐减小，右手压力逐渐增大。锉刀回程时不加压力，以减少锉齿的磨损。锉刀往复运动速度一般为 30 次/min～40 次/min，推出时慢，回程时可快些。

(a) (b) (c) (d)

图2.20 锉削姿势

3. 锉削方法

1)平面锉削

锉削平面的方法有 3 种。顺向锉法如图 2.21(a)所示。交叉锉法如图 2.21(b)所示。推锉法如图 2.21(c)所示。锉削平面时，锉刀要按一定方向进行锉削，并在锉削回程时稍作平移，这样逐步将整个面锉平。

(a) 顺向 (b) 交叉锉 (c) 推锉

图2.21 平面锉削方法

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2)弧面锉削

外圆弧面一般可采用平锉进行锉削，常用的锉削方法有两种。顺锉法如图 2.22(a)所示，是横着圆弧方向锉，可锉成接近圆弧的多棱形(适用于曲面的粗加工)。滚锉法如图 2.22(b)所示，锉刀向前锉削时右手下压，左手随着上提，使锉刀在零件圆弧上作转动。

(a) 顺锉法 (b) 滚锉法

图2.22 圆弧面锉削方法

3)检验工具及其使用

检验工具有刀口形直尺、90°角尺、游标角度尺等。刀口形直尺、90°角尺可检验零件的直线度、平面度及垂直度。下面介绍用刀口形直尺检验零件平面度的方法。

(1) 将刀口形直尺垂直紧靠在零件表面，并在纵向、横向和对角线方向逐次检查，如图 2.23 所示。

(2) 检验时，如果刀口形直尺与零件平面透光微弱而均匀，则该零件平面度合格；如果透光强弱不一，则说明该零件平面凹凸不平。可在刀口形直尺与零件紧靠处用塞尺插入，根据塞尺的厚度即可确定平面度的误差，如图 2.24 所示。

图2.23 用刀口形直尺检验平面度 图2.24 用塞尺测量平面度误差值

2.3 钻孔、扩孔和铰孔

零件上孔的加工，除去一部分由车、镗、铣和磨等机床完成外，很大一部分是由钳工利用各种钻床和钻孔工具完成的。钳工加工孔的方法一般指钻孔、扩孔和铰孔。

一般情况下，孔加工刀具都应同时完成两个运动，如图 2.25 所示。主运动，即刀具绕轴线的旋转运动(箭头 1所指方向)；进给运动，即刀具沿着轴线方向对着零件的直线运动(箭头 2 所指方向)。

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图2.25 孔加工切削运动 1—主运动 2—进给运动

2.3.1 钻孔

用钻头在实心零件上加工孔叫钻孔。钻孔的尺寸公差等级低，为 IT12～IT11；表面粗糙度大，Ra值为 50 μm～12.5 μm。

1. 标准麻花钻组成

麻花钻如图 2.26 所示，是钻孔的主要刀具。麻花钻用高速钢制成，工作部分经热处理淬硬至 62HRC～65HRC。麻花钻由钻柄、颈部和工作部分组成。

(1)钻柄 供装夹和传递动力用，钻柄形状有两种：柱柄传递扭矩较小，用于直径13 mm以下的钻头。锥柄对中性好，传递扭矩较大，用于直径大于 13 mm的钻头。

(2)颈部 是磨削工作部分和钻柄时的退刀槽。钻头直径、材料、商标一般刻印在颈部。 (3)工作部分 它分成导向部分与切削部分。

导向部分如图 2.26 所示，依靠两条狭长的螺旋形的高出齿背约 0.5 mm～1 mm的棱边(刃带)起导向作用。它的直径前大后小，略有倒锥度。倒锥量为(0.03～0.12) mm/100 mm，可以减少钻头与孔壁间的摩擦。导向部分经铣、磨或轧制形成两条对称的螺旋槽，用以排除切屑和输送切削液。

2. 零件装夹 如图 2.27 所示，钻孔时零件夹持方法与零件生产批量及孔的加工要求有关。生产批量较大或精度要求较高时，零件一般是用钻模来装夹的，单件小批生产或加工要求较低时，零件经划线确定孔中心位置后，多数装夹在通用夹具或工作台上钻孔。常用的附件有手虎钳、平口虎钳、V形铁和压板螺钉等，这些工具的使用和零件形状及孔径大小有关。

图2.26 标准麻花钻头组成

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(a) 手虎钳夹持零件 (b) 平口虎钳夹持零件

(c) V形铁夹持零件 (d) 压板螺钉夹紧零件

图2.27 零件夹持方法

3. 钻头的装夹

钻头的装夹方法，按其柄部的形状不同而异。锥柄钻头可以直接装入钻床主轴锥孔内，较小的钻头可用过渡套筒安装，如图 2.28(a)所示。直柄钻头用钻夹头安装，如图 2.28(b)所示。钻夹头(或过渡套筒)的拆卸方法是将楔铁插入钻床主轴侧边的扁孔内，左手握住钻夹头，右手用锤子敲击楔铁卸下钻夹头，如图 2.28(c)所示。

(a) 安装锥柄钻头 (b) 钻夹头 (c) 拆卸钻夹头 1—过渡锥度套筒 2—锥孔 1—锥柄 2—紧固扳手 3—钻床主轴 4—安装时将钻头向上推压 3—自动定心夹爪

图2.28 安装拆卸钻头

4. 钻削用量

钻孔钻削用量包括钻头的钻削速度(m/min)或转速(r/min)和进给量(钻头每转一周沿轴向移动的距离)。钻削用量受到钻床功率、钻头强度、钻头耐用度和零件精度等许多因素的限制。因此，如何合理选择钻削用量直接关系到钻孔生产率、钻孔质量和钻头的寿命。 选择钻削用量可以用查表方法，也可以考虑零件材料的软硬、孔径大小及精度要求，凭经验选定一个进给量。

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5. 钻孔方法

钻孔前先用样冲在孔中心线上打出样冲眼，用钻尖对准样冲眼锪一个小坑，检查小坑与所划孔的圆周线是否同心(称试钻)。如稍有偏离，可移动零件找正，若偏离较多，可用尖凿或样冲在偏离的相反方向凿几条槽，如图 2.29 所示。对较小直径的孔也可在偏离的方向用垫铁垫高些再钻。直到钻出的小坑完整，与所划孔的圆周线同心或重合时才可正式钻孔。

图2.29 钻孔方法

2.3.2 扩孔与铰孔

用扩孔钻或钻头扩大零件上原有的孔叫扩孔。孔径经钻孔、扩孔后，用铰刀对孔进行提高尺寸精度和表面质量的加工叫铰孔。

1. 扩孔

一般用麻花钻作扩孔钻扩孔。在扩孔精度要求较高或生产批量较大时，还采用专用扩孔钻(如图 2.30 所示)扩孔。专用扩孔钻一般有 3～4 条切削刃，故导向性好，不易偏斜，没有横刃，轴向切削力小，扩孔能得到较高的尺寸精度(可达 IT10～IT9)和较小的表面粗糙度(Ra值为 6.3 μm～3.2 μm)。

(a) 整体式扩孔钻 (b) 套装式扩孔钻

图2.30 专用扩孔钻

由于扩孔的工作条件比钻孔时好得多，故在相同直径情况下扩孔的进给量可比钻孔大1.5～2 倍。扩孔钻削用量可查表，也可按经验选取。

2. 铰孔

钳工常用手用铰刀进行铰孔，铰孔精度高(可达 IT8～IT6)，表面粗糙度小(Ra 值为 1.6 μm～0.4 μm)。铰孔的加工余量较小，粗较 0.15 mm～0.5 mm，精铰 0.05 mm～0.25 mm。 钻孔、扩孔、铰孔时，要根据工作性质、零件材料，选用适当的切削液，以降低切削温度，提高加工质量。

(1) 铰刀 铰刀是孔的精加工刀具。铰刀分为机铰刀和手铰刀两种，机铰刀为锥柄，手铰刀为直柄。如图 2.31 所示为手铰刀。铰刀一般是制成两支一套的，其中一支为粗铰刀(它的刃上开有螺旋形分布的分屑槽)，一支为精铰刀。

(2) 手铰孔方法 将铰刀插入孔内，两手握铰杠手柄，顺时针转动并稍加压力，使铰刀慢慢向孔内进给，注意两手用力要平衡，使铰刀铰削时始终保持与零件垂直。铰刀退出时，也应边顺时针转动边向外拔出。

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(a) 圆柱铰刀

(b) 可调节圆柱铰刀

(c) 圆锥铰刀 图2.31 手铰刀

2.4 攻螺纹和套螺纹

常用的三角螺纹零件，除采用机械加工外，还可以用钳工攻螺纹和套螺纹的方法获得。 2.4.1 攻螺纹

攻螺纹是用丝锥加工出内螺纹。 1. 丝锥

1) 丝锥的结构

丝锥是加工小直径内螺纹的成形工具，如图 2.32 所示。它由切削部分，校准部分和柄部组成。切削部分磨出锥角，以便将切削负荷分配在几个刀齿上，校准部分有完整的齿形，用于校准已切出的螺纹，并引导丝锥沿轴向运动。柄部有方榫，便于装在铰手内传递扭矩。 丝锥切削部分和校准部分一般沿轴向开有 3～4条容屑槽以容纳切屑，并形成切削刃和前角γ 切削部分的锥面上铲磨出后角α 为了减少丝锥的校准部对零件材料的摩擦和挤压，它的外、中径均有倒锥度。

图2.32 丝锥的构造

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2) 成组丝锥

由于螺纹的精度、螺距大小不同，丝锥一般为 1 支、2 支、3 支成组使用。使用成组丝锥攻螺纹孔时，要顺序使用来完成螺纹孔的加工。

3) 丝锥的材料

常用高碳优质工具钢或高速钢制造，手用丝锥一般用 T12A或 9SiCr制造。 2. 手用丝锥铰手

丝锥铰手是扳转丝锥的工具，如图 2.33 所示。常用的铰手有固定式和可调节式，以便夹持各种不同尺寸的丝锥。

图2.33 手用丝锥铰手

3. 攻螺纹方法

(1) 攻螺纹前的孔径 d(钻头直径)略大于螺纹底径。其选用丝锥尺寸可查表，也可按经验公式计算：

对于攻普通螺纹，

加工钢料及塑性金属时： d=D–p 加工铸铁及脆性金属时： d=D–1.1p 式中：D——螺纹基本尺寸；

p——螺距。

若孔为盲孔，由于丝锥不能攻到底，所以钻孔深度要大于螺纹长度，其尺寸按下式计算：

孔的深度=螺纹长度+0.7D

(2) 手工攻螺纹的方法，如图 2.34 所示。

双手转动铰手，并轴向加压力，当丝锥切入零件 1～2 牙时，用 90°角尺检查丝锥是否歪斜，如丝锥歪斜，要纠正后再往下攻。当丝锥位置与螺纹底孔端面垂直后，轴向就不再加压力。两手均匀用力，为避免切屑堵塞，要经常倒转 1/2 圈～1/4 圈，以达到断屑。头锥、二锥应依次攻入。攻铸铁材料螺纹时加煤油而不加切削液，钢件材料加切削液，以保证铰孔表面的粗糙度要求。

(a) 攻入孔内前的操作 (b) 检查垂直度 (c) 攻入螺纹时的方法

图2.34 手工攻螺纹的方法

30

2.4.2 套螺纹

套螺纹是用板牙在圆杆上加工出外螺纹。 1. 套螺纹的工具 1) 圆板牙

板牙是加工外螺纹的工具。圆板牙如图 2.35 所示，就像一个圆螺母，不过上面钻有几个屑孔并形成切削刃。板牙两端带 2φ 的锥角部分是切削部分。它是铲磨出来的阿基米德螺旋面，有一定的后角。当中一段是校准部分，也是套螺纹时的导向部分。板牙一端的切削部分磨损后可调头使用。

用圆板牙套螺纹的精度比较低，可用它加工 8h 级(请核对螺纹精度的表示方法)、表面粗糙度Ra值为6.3 μm～3.2 μm的螺纹。圆板牙一般用合金工具钢9SiCr或高速钢W18Cr4V制造。

2) 圆锥管螺纹板牙

圆锥管螺纹板牙的基本结构与普通圆板牙一样，因为管螺纹有锥度，所以只在单面制成切削锥。这种板牙所有切削刃都参加切削，板牙在零件上的切削长度影响管子与相配件的配合尺寸，套螺纹时要用相配件旋入管子来检查是否满足配合要求。

3) 铰手

手工套螺纹时需要用圆板牙铰手，如图 2.36 所示。

图2.35 板牙

图2.36 铰手

2. 套螺纹方法

1) 套螺纹前零件直径的确定

确定螺杆的直径可直接查表，也可按零件直径 d=D－0.13p 的经验公式计算。

2) 套螺纹操作

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套螺纹的方法如图 2.37所示，将板牙套在圆杆头部倒角处，并保持板牙与圆杆垂直，右手握住铰手的中间部分，加适当压力，左手将铰手的手柄顺时针方向转动，在板牙切入圆杆 2～3 牙时，应检查板牙是否歪斜，发现歪斜，应纠正后再套，当板牙位置正确后，再往下套就不加压力。套螺纹和攻螺纹一样，应经常倒转以切断切屑。套螺纹应加切削液， 以保证螺纹的表面粗糙度要求。

图2.37 套螺纹方法

2.5 装 配

装配是机器制造中的最后一道工序，因此，它是保证机器达到各项技术要求的关键。装配工作的好坏，对产品质量起着决定性的作用。装配是钳工一项非常重要的工作。

2.5.1 装配概述

按照规定的技术要求，将零件组装成机器，并经过调整、试验，使之成为合格产品的 工艺过程称为装配。

1.装配的类型与装配过程 1) 装配类型

装配类型一般可分为组件装配、部件装配和总装配。

组件装配是将两个以上的零件连接组合成为组件的过程。例如曲轴、齿轮等零件组成的一根传动轴系的装配。

部件装配是将组件、零件连接组合成独立机构(部件)的过程。例如车床主轴箱、进给箱等的装配。

总装配是将部件、组件和零件连接组合成为整台机器的过程。 2) 装配过程

机器的装配过程一般由三个阶段组成：一是装配前的准备阶段，二是装配阶段(部件装配和总装配)，三是调整、检验和试车阶段。

装配过程一般是先下后上，先内后外，先难后易，先装配保证机器精度的部分，后装配一般部分。

2. 零、部件连接类型

组成机器的零、部件的连接形式很多，基本上可归纳成两类：固定连接和活动连接。每一类的连接中，按照零件结合后能否拆卸又分为可拆连接和不可拆连接，见表 2-1。

表2-1 机器零、部件连接形式

固定连接 可拆 不可拆 可拆 活动连接 不可拆 32

螺纹、键、销等 铆接、焊接、压合、胶结等 轴与轴承、丝杠与螺母、柱塞与套筒等 活动连接的铆合头 3. 装配方法 1) 完全互换法

装配时，在各类零件中任意取出要装配的零件，不需任何修配就可以装配，并能完全符合质量要求。装配精度由零件的制造精度保证。

2) 选配法(不完全互换法)

按选配法装配的零件，在设计时其制造公差可适当放大。装配前，按照严格的尺寸范围将零件分成若干组，然后将对应的各组配合件装配在一起，以达到所要求的装配精度。

3) 修配法

当装配精度要求较高，采用完全互换不够经济时，常用修正某个配合零件的方法来达到规定的装配精度。如车床两顶尖不等高，装配时可刮尾架底座来达到精度要求等。

4) 调整法

调整法比修配法方便，也能达到很高的装配精度，在大批生产或单件生产中都可采用此法。但由于增设了调整用的零件，使部件结构显得复杂，而且刚性降低。

4. 装配前的准备工作

装配是机器制造的重要阶段。装配质量的好坏对机器的性能和使用寿命影响很大。装配不良的机器，将会使其性能降低，消耗的功率增加，使用寿命减短。因此，装配前必须认真做好以下几点准备工作：

(1) 研究和熟悉产品图样，了解产品结构以及零件作用和相互连接关系，掌握其技术要求。 (2) 确定装配方法、程序和所需的工具。 (3) 备齐零件，进行清洗、涂防护润滑油。 2.5.2 典型联接件装配方法

装配的形式很多，下面着重介绍螺纹联接、滚动轴承、齿轮等几种典型联接件的装配方法。

1. 螺纹联接

如图 2.38 所示，螺纹联接常用零件有螺钉、螺母、双头螺栓及各种专用螺纹等。螺纹联接是现代机械制造中用得最广泛的一种联接形式。它具有紧固可靠、装拆简便、调整和更换方便、宜于多次拆装等优点。

(a)螺栓联接 (b)双头螺栓联接 (c)螺钉联接 (d)螺钉固定 (e)圆螺母固定

图2.38 常见的螺纹连接类型

对于一般的螺纹联接可用普通扳手拧紧。而对于有规定预紧力要求的螺纹联接，为了保证规定的预紧力，常用测力扳手或其他限力扳手以控制扭矩，如图 2.39 所示。

在紧固成组螺钉、螺母时，为使固紧件的配合面上受力均匀，应按一定的顺序来拧紧。如图 2.40 所示为两种拧紧顺序的实例。按图中数字顺序拧紧，可避免被联接件的偏斜、翘曲和受力不均。而且每个螺钉或螺母不能一次就完全拧紧，应按顺序分 2～3 次才全部拧紧。

33

图2.39 测力扳手 图2.40 拧紧成组螺母顺序

1—扳手头 2—指示针 3—读数板

零件与螺母的贴合面应平整光洁，否则螺纹容易松动。为提高贴合面质量，可加垫圈。在交变载荷和振动条件下工作的螺纹联接，有逐渐自动松开的可能，为防止螺纹联接的松动，可用弹簧垫圈、止退垫圈、开口销和止动螺钉等防松装置，如图 2.41 所示。

(a) 弹簧垫圈 (b) 止退垫圈

(c) 开口销 (d) 止动螺钉

图2.41 各种螺母防松装置

2. 滚动轴承的装配

滚动轴承的配合多数为较小的过盈配合，常用手锤或压力机采用压入法装配，为了使轴承圈受力均匀，采用垫套加压。轴承压到轴颈上时应施力于内圈端面，如图 2.42(a)所示；轴承压到座孔中时，要施力于外环端面上，如图 2.42(b)所示；若同时压到轴颈和座孔中时，整套应能同时对轴承内外端面施力，如图 2.42(c)所示。

(a) 施力于内圈端面 (b) 施力于外环端面 (c) 施力于内外环端面

图2.42 滚动轴承的装配

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当轴承的装配是较大的过盈配合时，应采用加热装配，即将轴承吊在 80℃～90℃的热油中加热，使轴承膨胀，然后趁热装入。注意轴承不能与油槽底接触，以防过热。如果是装入座孔的轴承，需将轴承冷却后装入。轴承安装后要检查滚珠是否被咬住，是否有合理的间隙。 3. 齿轮的装配

齿轮装配的主要技术要求是保证齿轮传递运动的准确性、平稳性、轮齿表面接触斑点和齿侧间隙合乎要求等。

轮齿表面接触斑点可用涂色法检验。先在主动轮的工作齿面上涂上红丹，使相啮合的齿轮在轻微制动下运转，然后看从动轮啮合齿面上接触斑点的位置和大小，如图 2.43 所示。

齿侧间隙一般可用塞尺插入齿侧间隙中检查。塞尺是由一套厚薄不同的钢片组成，每片的厚度都标在它的表面上。

图2.43 用涂色法检验啮合情况

2.5.3 部件装配和总装配

完成整台机器装配，必须经过部件装配和总装配过程。 1. 部件的装配

部件的装配通常是在装配车间的各个工段(或小组)进行的。部件装配是总装配的基础，这一工序进行得好与坏，会直接影响到总装配和产品的质量。

部件装配的过程包括以下四个阶段：

(1) 装配前按图样检查零件的加工情况，根据需要进行补充加工。

(2) 组合件的装配和零件相互试配。在这阶段内可用选配法或修配法来消除各种配合缺陷。组合件装好后不再分开，以便一起装入部件内。互相试配的零件，当缺陷消除后，仍要加以分开(因为它们不是属于同—个组合件)，但分开后必须做好标记，以便重新装配时不会调错。

(3) 部件的装配及调整，即按一定的次序将所有的组合件及零件互相连接起来，同时对某些零件通过调整正确地加以定位。通过这一阶段，对部件所提出的技术要求都应达到。

(4)部件的检验，即根据部件的专门用途作工作检验。如水泵要检验每分钟出水量及水头高度；齿轮箱要进行空载检验及负荷检验；有密封性要求的部件要进行水压(或气压)检验：高速转动部件还要进行动平衡检验等。只有通过检验确定合格的部件，才可以进入总装配。

2. 总装配

总装配就是把预先装好的部件、组合件、其他零件，以及从市场采购来的配套装置或功能部件装配成机器。总装配过程及注意事项如下：

(1) 总装前，必须了解所装机器的用途、构造、工作原理以及与此有关的技术要求。接着确定它的装配程序和必须检查的项目，最后对总装好的机器进行检查、调整、试验、直至机器合格。

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(2) 总装配执行装配工艺规程所规定的操作步骤，采用工艺规程所规定的装配工具。应按从里到外，从下到上，以不影响下道装配为原则的次序进行。操作中不能损伤零件的精度和表面粗糙度，对重要的复杂的部分要反复检查，以免搞错或多装、漏装零件。在任何情况下应保证污物不进入机器的部件、组合件或零件内。机器总装后，要在滑动和旋转部分加润滑油，以防运转时出现拉毛、咬住或烧损现象。最后要严格按照技术要求，逐项进行检查。

(3) 装配好的机器必须加以调整和检验。调整的目的在于查明机器各部分的相互作用及各个机构工作的协调性。检验的目的是确定机器工作的正确性和可靠性，发现由于零件制造的质量、装配或调整的质量问题所造成的缺陷。小的缺陷可以在检验台上加以消除；大的缺陷应将机器送到原装配处返修。修理后再进行第二次检验，直至检验合格为止。

(4) 检验结束后应对机器进行清洗，随后送修饰部门上防锈漆、涂漆。

小 结

钳工是机械制造中重要的工种之一，在机械生产过程中起着重要的作用。

钳工是手持工具对金属表面进行切削加工的一种方法。钳工的工作特点是灵活、机动、不受进刀方面位置的限制。钳工在机械制造中的作用是：生产前的准备；单件小批生产中的部分加工；生产工具的调整；设备的维修和产品的装配等。作业一般分为划线、锯削、錾削、锉削、刮削、钻孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹、研磨、矫正、弯曲、铆接和装配等。

钳工按照专业性质分为普通钳工、划线钳工、模具钳工、刮研钳工、装配钳工、机修钳工和管子钳工等。

钳工主要是手工作业，所以作业的质量和效率在很大程度上依赖于操作者的技艺和熟练程度。

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复习思考题

1. 选择题

(1) 攻螺纹时造成螺孔攻歪的原因之一是丝锥( )。 A. 深度不够 B. 强度不够 C. 位置不正 D. 方向不一致

(2) 锯削软材料和厚材料选用锯条的锯齿是( )。 A. 粗齿 B. 细齿 C. 硬齿 D. 软齿

(3) 钻头直径大于 13 mm时，柄部一般做成( )。 A. 直柄 B. 莫氏锥柄 C. 方柄 D. 直柄或锥柄

(4) 将零件的制造公差适当放宽，然后把尺寸相当的零件进行装配以保证装配精度称为( )。

A. 调整法 B. 修配法 C. 选配法 D. 互换法

(5) 将两个以上的零件组合在一起，或将零件与几个组件结合在一起成为一个装配单元的装配工作叫( )。

A. 部件装配 B. 总装配 C. 零件装配 D. 间隙调整 2. 简述题

(1) 钳工主要工作包括哪些？

(2) 划线工具有几类？如何正确使用？

(3) 有哪几种起锯方式？起锯时应注意哪些问题？ (4) 什么是锉削？其加工范围包括哪些？

(5) 怎样正确采用顺向锉法、交叉锉法和推锉法？ (6) 钻孔、扩孔与铰孔各有什么区别 (7) 什么是攻螺纹？什么是套螺纹？ (8) 什么是装配？装配方法有几种？

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第3章 车削加工

概述

图3-1 车削运动

车削是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来改变毛坯形状和尺寸，将其加工成所需零件的一种切削加工方法。其中工件的旋转为主运动，刀具的移动为进给运动（图3－1）。

车床主要用于加工各种回转体表面（图3－2），加工的尺寸公差等级为IT11～IT6，表

面粗糙度Ra值为12．5～0．8μm。车床的种类很多，其中应用最广泛是卧式车床。

图3-2 普通车床所能加工的典型表面

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a） 车外园 b）车端面 C）车锥面 d）切槽、切断 e）切内槽 f）钻中心孔 g）钻孔 h）镗孔 i）

铰孔 j）车成形面 k）车外螺纹 l）滚花

车削加工的尺寸精度较宽，一般可达IT12～IT7，精车时可达IT6～IT5。表面粗糙度Ra

 m（轮廓算术平均高度）数值的范围一般是6.3～0.8 见表3-1。

表3-1常用车削精度与相应表面粗糙度 加工精度 表面粗糙度值Ra/ m标注代号 IT12 IT11 IT10 IT9 IT8 IT7 IT6 IT5 25～50 12.5 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 加工类别 表面特征 粗车 可见明显刀痕 可见刀痕 可见加工痕迹 微见加工痕迹 不见加工痕迹 可辨加工痕迹方向 微辨加工痕迹方向 不辨加工痕迹 半精车 精车 精细车 3.1 卧式车床

3.1.1 机床的型号

为便于管理和使用，都赋予每种机床一个型号，表示机床的名称、特性、主要规格和结构 特点。按照1986年颁布的金属切削机床型号编制方法 (JB1838-85)。其编制的基本方法如 图6-3 所示. 机床的类代号，用大写的汉语拼音字母表示，当需要时，每类可分为若干分类，用阿拉伯数字写在类代号之前，作为型号的首位(第一分类不予表示)。机床的特性代号，用大写的汉语拼音字母表示。机床的组、系代号用两位阿拉伯数字表示。 机床的主参数用折算值表示，当折算数值大于1时，则取整数，前面不加\" 0”，当折算数值小于1 时，则以主参数值表示，并 在前面加“O ”，某些通用机床，当无法用一个主参数表示寸，则在型号中用设计顺序号表示，顺序号由1 起始，当设计顺序号少于十位数时，则在设计顺序号之前加“0 ”。机床的第二主 参数列入型号的后部，并用“x”(读作“乘”)分开. 凡属长度(包括跨距，行程等) 的采用“1/100”的折算系数，凡属直径、深度、宽度的则采用“1/10”的折算系数，属于厚度等，则以实际数值列入型号) ；当需要以轴数和最大模数作为第二主参数列入型号时，其表示方法与以 长度单位表示的第二主参数相同，并以实际的数借列入型号。 机床的重大改进顺序号是用汉语拼音字母大写表示的，按A、B、C···等汉语拼音字母的顺序选用(但“I 、O”两个字母 不得选用)，以区别原机床型号。 同一型号机床的变型代号是指某些类型机床，根据不同加工的需要，在基本型号机床的基础上，仅改变机床的都分性能给构时，加变型代号以便与原机床 型号区分，这种变型代号是在原机床型号之后，加1 、2、3···等阿拉伯数字的顺序号，并用 、(读作“之”) 分开。

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C 6 1 32 主参数代号（最大车削直径的1/10，即320mm） 机床型别代号（普通车床型） 机床组别代号（普通车床组） 机床类别代号（车床类）

C 6 16 主参数的1/10，即车床主轴轴线到导轨面的尺寸为160mm， （其车削工件最大直径为320mm）。 组别（普通车床） 类别（车床类）

图3－3机床型号编制方法简图

3.1.2卧式车床的结构 1．卧式车床的型号 卧式车床用C61×××来表示，其中C为机床分类号，表示车床类机床；61为组系代号，表示卧式。其它表示车床的有关参数和改进号。

2．卧式车床各部分的名称和用途 C6132普通车床的外形如图3-4所示。

图3-4 C6132普通车床

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1-床头箱；2-进给箱；3-变速箱；4-前床脚；5-溜板箱；6-刀架；7 -尾架；8-丝杠；9-光杠；10-床身；11-后床脚；12-中刀架；13-方刀架；14-转盘；15-小刀架；16-大刀架

1.主轴箱 又称床头箱，内装主轴和变速机构。变速是通过改变设在床头箱外面的手柄位置，可使主轴获得12种不同的转速（45～1980 r/min）。主轴是空心结构，能通过长棒料，棒料能通过主轴孔的最大直径是29mm。主轴的右端有外螺纹，用以连接卡盘、拨盘等附件。主轴右端的内表面是莫氏5号的锥孔，可插入锥套和顶尖，当采用顶尖并与尾架中的顶尖同时使用安装轴类工件时，其两顶尖之间的最大距离为750mm。床头箱的另一重要作用是将运动传给进给箱，并可改变进给方向。

2.进给箱 又称走刀箱，它是进给运动的变速机构。它固定在床头箱下部的床身前侧面。变换进给箱外面的手柄位置，可将床头箱内主轴传递下来的运动，转为进给箱输出的光杆或丝杆获得不同的转速，以改变进给量的大小或车削不同螺距的螺纹。其纵向进给量为0.06～0.83mm/r；横向进给量为0.04～0.78mm/r；可车削17种公制螺纹（螺距为0.5～9mm）和32种英制螺纹（每英寸2～38牙）。

3.变速箱 安装在车床前床脚的内腔中，并由电动机（4.5kw,1440r/min）通过联轴器直接驱动变速箱中齿轮传动轴。变速箱外设有两个长的手柄，是分别移动传动轴上的双联滑移齿轮和三联滑移齿轮，可共获6种转速，通过皮带传动至床头箱。

4.溜板箱 又称拖板箱，溜板箱是进给运动的操纵机构。它使光杠或丝杠的旋转运动，通过齿轮和齿条或丝杠和开合螺母，推动车刀作进给运动。溜板箱上有三层滑板，当接通光杠时，可使床鞍带动中滑板、小滑板及刀架沿床身导轨作纵向移动；中滑板可带动小滑板及刀架沿床鞍上的导轨作横向移动。故刀架可作纵向或横向直线进给运动。当接通丝杠并闭合开合螺母时可车削螺纹。溜板箱内设有互锁机构，使光杠、丝杠两者不能同时使用。

5.刀架 它是用来装夹车刀，并可作纵向、横向及斜向运动。刀架是多层结构，它由下列组成。（见图3-5）

⑴床鞍 它与溜板箱牢固相连，可沿床身导轨作纵向移动。 ⑵中滑板 它装置在床鞍顶面的横向导轨上，可作横向移动。

⑶转盘 它固定在中滑板上，松开紧固螺母后，可转动转盘，使它和床身导轨成一个所需要的角度，而后再拧紧螺母，以加工圆锥面等。

⑷小滑板 它装在转盘上面的燕尾槽内，可作短距离的进给移动。

⑸方刀架 它固定在小滑板上，可同时装夹四把车刀。松开锁紧手柄，即可转动方刀架，把所需要的车刀更换到工作位置上。

6.尾座 它用于安装后顶尖，以支持较长工件进行加工，或安装钻头、铰刀等刀具进行孔加工。偏移尾架可以车出长工件的锥体。尾架的结构由下列部分组成。（见图3-6）

⑴套筒 其左端有锥孔，用以安装顶尖或锥柄刀具。套筒在尾架体内的轴向位置可用手轮调节，并可用锁紧手柄固定。将套筒退至极右位置时，即可卸出顶尖或刀具。

⑵尾座体 它与底座相连，当松开固定螺钉，拧动螺杆可使尾架体在底板上作微量横向移动，以便使前后顶尖对准中心或偏移一定距离车削长锥面。

⑶底座 它直接安装于床身导轨上，用以支承尾座体。

7.光杠与丝杠 将进给箱的运动传至溜板箱。光杠用于一般车削，丝杠用于车螺纹。 8.床身 它是车床的基础件，用来连接各主要部件并保证各部件在运动时有正确的相对位置。在床身上有供溜板箱和尾座移动用的导轨。

9.操纵杆 操纵杆是车床的控制机构，在操纵杆左端和拖板箱右侧各装有一个手柄，操作

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工人可以很方便地操纵手柄以控制车床主轴正转、反转或停车。

10.操纵杆 操纵杆是车床的控制机构，在操纵杆左端和拖板箱右侧各装有一个手柄，操作工人可以很方便地操纵手柄以控制车床主轴正转、反转或停车。

图3-5 刀架

图3-6 尾座

1—顶尖 2—套筒锁紧手柄 3—顶尖套筒 4—丝杆 5—螺母 6—尾座锁紧手柄 7—手轮 8—尾座体 9—底座

3.1.3卧式车床的传动系统

如图3-7是C6132卧式车床传动系统图。电动机输出的动力，经变速箱通过带传 动传给主轴，更换变速箱和主轴箱外的手柄位置，得到不同的齿轮组啮合，从而得到不同的主轴转速。主轴通过卡盘带动工件作旋转运动。同时，主轴的旋转运动通 过换向机构、交换齿轮、进给箱、光杠（或丝杠）传给溜板箱，使溜板箱带动刀架沿床身作直线进给运动。框图如下：

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图3-7 C6132卧式车床传动系统图

主轴的多种转速，是用改变传动比来达到变速的目的。传动比(i)是传动轴之间的转速之比。若主动轴的转速为 n1 ，被动轴的转速为n2 ，则机床传动比的规定为(与机械零件设计中的传动比规定相反)：

n

i2 n1这样规定，是因为机床传动件多且传动路线长，并且写出传动链和计算的方便。机床中传动轴之间，可以通过胶带和各种齿轮等来传递运动。现设主动轴上的齿轮齿数为z1、被动轴上齿轮齿数为z2，则机床传动比可转换为主动齿轮齿数与被动齿轮齿数之比，即： n2z1i nz12

若使被动轴获得多种不同的转速，可在传动轴上设置几个固定齿轮或采用双联滑移齿轮

等，使两轴之间有多种不同的齿数比来达到。

车床电动机一般为单速电机，并用联轴器使第一根传动轴(主动轴)同步旋转，若知被动轴的转速，则可方便求出：

n2n1in1z1z2依此类推，可计算出任一轴的转速直至最后一根轴，即主轴的转速。当只求主轴最高或最低转速，则可用各传动轴的最大传动比(取齿数之比为最大)的连乘积(总传动比n2 )或最小传动比(取齿数之比为最小)的连乘积(总传动比n2 )来加以计算。即：

nmaxn1imaxnminn1imin 43

要求主轴全部12种转速，可将各传动轴之间的传动比分别都用上式加以计算得出。在计算主轴转速时，必须先列出主运动传动路线(或称传动系统或称传动链)：

3432273327222839176 电动机-Ⅰ-  19  -Ⅱ-   -Ⅲ-   -IV-  27  V  17  -VI主轴

22200n1440r/min345863 45

按上述齿轮啮合的情况，主轴最高与最低转速为：

两式中的0.98为皮带的滑动系数。

3.1.4 卧式车床的各种手柄和基本操作 1．卧式车床的调整及手柄的使用

C6132车床的调整主要是通过变换各自相应的手柄位置进行的，详见图3-8。

nmax1440nmin33341760.981980(r/min)22322001922176271714400.9845(r/min)34452006358

图3-8 C6132车床的调整手柄

1、2、6—主运动变速手柄 3、4—进给运动变速手柄 5—刀架左右移动的换向手柄 7—刀架横向

手动手柄 8—方刀架锁紧手柄 9—小刀架移动手柄 10—尾座套筒锁紧手柄 11—尾座锁紧手柄 12—尾座套筒移动手轮 13—主轴正反转及停止手柄 14—“开合螺母”开合手柄 15—刀架横向自动手柄

16—刀架纵向自动手柄 17—刀架纵向手动手轮 18—光杠、丝杠更换使用的离合器

44

2．卧式车床的基本操作

（1）停车练习(主轴正反转及停止手柄13在停止位置）

1）正确变换主轴转速。变动变速箱和主轴箱外面的变速手柄1、2或6，可得到各种相对应的主轴转速。当手柄拨动不顺利时，可用手稍转动卡盘即可。

2）正确变换进给量。按所选的进给量查看进给箱上的标牌，再按标牌上进给变换手柄位置来变换手柄3和4的位置，即得到所选定的进给量。

3）熟悉掌握纵向和横向手动进给手柄的转动方向。左手握纵向进给手动手轮17，右手握横向进给手动手柄7。分别顺时针和逆时针旋转手轮，操纵刀架和溜板箱的移动方向。

4）熟悉掌握纵向或横向机动进给的操作。光杠或丝杠接通手柄18位于光杠接通位置上，将纵向机动进给手柄16提起即可纵向进给，如将横向机动进给手柄15向上提起即可横向机动进给。分别向下扳动则可停止纵、横机动进给。

5）尾座的操作。尾座靠手动移动，其固定靠紧固螺栓螺母。转动尾座移动套筒手轮12，可使套筒在尾架内移动，转动尾座锁紧手柄11，可将套筒固定在尾座内。

（2）低速开车练习 练习前应先检查各手柄位置是否处于正确的位置，无误后进行开车练习。

1）主轴启动 —— 电动机启动——操纵主轴转动——停止主轴转动——关闭电动机 2）机动进给——电动机启动——操纵主轴转动——手动纵横进给——机动纵横进给——手动退回——机动横向进给——手动退回——停止主轴转动——关闭电动机 特别注意：

1） 机床未完全停止严禁变换主轴转速，否则发生严重的主轴箱内齿轮打齿现象甚至发生机床事故。开车前要检查各手柄是否处于正确位置。

2）纵向和横向手柄进退方向不能摇错，尤其是快速进退刀时要千万注意，否则会发生工件报废和安全事故。

3）横向进给手动手柄每转一格时，刀具横向吃刀为0.02mm，其圆柱体直径方向切削量为0.04mm。

3.2 车刀

3.2.1车刀的结构

车刀是由刀头和刀杆两部分所组成，刀头是车刀的切削部分，刀杆是车刀的夹持部分。车刀从结构上分为四种形式，即整体式、焊接式、机夹式、可转位式车刀，。其结构特点及适用场合见表3－2。

表3－2车刀结构类型特点及用 名 称 整体式 焊接式 特 点 用整体高速钢制造，刃口可磨得较锋利 焊接硬质合金或高速钢刀片，结构紧凑，使用灵活 避免了焊接产生的应力、裂纹等缺陷，刀杆利用率高。刀片可集中刃磨获得所需参数；使用灵活方便 避免了焊接刀的缺点，刀片可快换转位；生产率高；断可转位式 屑稳定；可使用涂层刀片 适 用 场 合 小型车床或加工非铁金属 各类车刀特别是小刀具 外圆、端面、镗孔、切断、螺纹车刀等 大中型车床加工外圆、端面、镗孔，特别适用于自动线、数控机床 机夹式 45

3.2.2刀具材料

1、刀具材料应具备的性能 (1) 高硬度和好的耐磨性

刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属。一般刀具材料的硬度应在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性就越好。

(2) 足够的强度与冲击韧度

强度是指在切削力的作用下，不致于发生刀刃崩碎与刀杆折断所具备的性能。冲击韧度是指刀具材料在有冲击或间断切削的工作条件下，保证不崩刃的能力。

(3) 高的耐热性

耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标，它综合反映了刀具材料在高温下仍能保持高硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 (4)良好的工艺性和经济性 2、常用刀具材料

目前，车刀广泛应用硬质合金刀具材料，在某些情况下也应用高速钢刀具材料。 (1) 高速钢

高速钢是一种高合金钢，俗称白钢、锋钢、风钢等。其强度、冲击韧度、工艺性很好，是制造复杂形状刀具的主要材料。如：成形车刀、麻花钻头、铣刀、齿轮刀具等。高速钢的耐热性不高，约在640℃左右其硬度下降，不能进行高速切削。

(2) 硬质合金

以耐热高和耐磨性好的碳化物，钴为粘结剂，采用粉末冶金的方法压制成各种形状的刀片，然后用铜钎焊的方法焊在刀头上作为切削刀具的材料。硬质合金的耐磨性和硬度比高速钢高得多，但塑性和冲击韧度不及高速钢。

按GB2075—87(参照采用ISO标准)，可将硬质合金分为P、M、K三类。

1) P类硬质合金：主要成分为Wc+Tic+Co，用蓝色作标志，相当于原钨钛钴类(YT)。主要用于加工长切屑的黑色金属，如钢类等塑性材料。此类硬质合金的耐热性为900℃。

2) M类硬质合金：主要成分为Wc+Tic+Tac(Nbc)+Co，用黄色作标志，又称通用硬质合金，相当于原钨钛钽类通用合金(YW)。主要用于加工黑色金属和有色金属。此类硬质合金的耐热性为1000—1100℃。

3) K类硬质合金：主要成分为Wc+Co，用红色作标志，又称通用硬质合金，相当于原钨钴(YG)。主要用于加工短切屑的黑色金属(如铸铁)、有色金属和非金属材料。此类硬质合金的耐热性为800℃。

3.2.3车刀组成及车刀角度

车刀是形状最简单的单刃刀具，其它各种复杂刀具都可以看作是车刀的组合和演变，有关车刀角度的定义，均适用于其它刀具。

1、车刀的组成

车刀是由刀头(切削部分)和刀体(夹持部分)所组成。车刀的切削部分是由三面、二刃、一尖所组成，即一点二线三面。(图3-9) 前刀面：切削时，切屑流出所经过的表面。

主后刀面：切削时，与工件加工表面相对的表面。 副后刀面：切削时，与工件已加工表面相对的表面。

主切削刃：前刀面与主后刀面的交线。它可以是直线或曲线，担负着主要的切削工。 副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。一般只担负少量的切削工作。

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刀尖：主切削刃与副切削刃的相交部分。为了强化刀尖，常磨成圆弧形或成一小段直线称过渡刃。(图6-10)

(a) (b) (c)

图3-9 车刀的组成 1-副切削刃 2-前刀面 3-刀头 4-刀体 6-主后刀面 7-副后刀面 5-主切削刃8-刀尖 图3-10 刀尖的形成 a)切削刃的实际交点 b)圆弧过渡刃 c)直线过渡刃 2、车刀角度

车刀的主要角度有前角 、后角 、主偏角 、副偏角 和刃倾角 (图3-11)。 车刀的角度是在切削过程中形成的，它们对加工质量和生产率等起着重要作用。在切削时，与工件加工表面相切的假想平面称为切削平面，与切削平面相垂直的假想平面称为基面,另外采用机械制图的假想剖面(主剖面)， 由这些假想的平面再与刀头上存在的三面二刃就可构成实际起作用的刀具角度(图3-12)。对车刀而言，基面呈水平面，并与车刀底面平行。切削平面、主剖面与基面是相互垂直的。

图3-11 车刀的主要角度 图3-12 确定车刀角度的辅助平面

1）前角

前刀面与基面之间的夹角，表示前刀面的倾斜程度。前角可分为正、负、零，前刀面在基面之下则前角为正值，反之为负值，相重合为零。一般所说的前角是指正前角而言。图3-6为前角与后角的剖视图。

前角的作用：增大前角，可使刀刃锋利、切削力降低、切削温度低、刀具磨损小、表面加工质量高。但过大的前角会使刃口强度降低，容易造成刃口损坏。

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选择原则：用硬质合金车刀加工钢件(塑性材料等)，一般选取 =10º～20°；加工灰口铸铁(脆性材料等)，一般选取 =5°～15°。精加工时，可取较大的前角，粗加工应取较小的前角。工件材料的强度和硬度大时，前角取较小值，有时甚至取负值。

图3-13 前角与后角

2）后角

主后刀面与切削平面之间的夹角，表示主后刀面的倾斜程度。

后角的作用：减少主后刀面与工件之间的磨擦，并影响刃口的强度和锋利程度。 选择原则：一般后角 可取=6º～8º。

3）主偏角

主切削刃与进给方向在基面上投影间的夹角。

主偏角的作用：影响切削刃的工作长度、切深抗力、刀尖强度和散热条件。主偏角越小，则切削刃工作长度越长，散热条件越好，但切深抗力越大。

选择原则：车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。工件粗大、刚性好时，可取较小值。车细长轴时，为了减少径向力而引起工件弯曲变形，宜选取较大值。

4) 副偏角

副切削刃与进给方向在基面上投影间的夹角。 副偏角的作用：影响已加工表面的表面粗糙度，

减小副偏角可使已加工表面光洁。 3-14 车刀的主偏角与副偏角

选择原则：一般选取 =5o～15°，精车时可取5o～10°，粗车时取10o～15°。

5) 刃倾角

主切削刃与基面间的夹角,刀尖为切削刃最高点时为正值，反之为负值。

刃倾角的作用：主要影响主切削刃的强度和控制切屑流出的方向。以刀杆底面为基准，当刀尖为主切削刃最高点时， 为正值，切屑流向待加工表面，如图3-15a所示；当主切削刃与刀杆底面平行时， =0°，切屑沿着垂直于主切削刃的方向流出，如图3-15b所示；当刀尖为主切削刃最低点时， 为负值，切屑流向已加工表面，如图3-15c所示。

选择原则：一般 在0°～±5°之间选择。粗加工时， 常取负值，虽切屑流向已加工表面无妨，但保证了主切削刃的强度好。精加工常取正值，使切屑流向待加工表面，从而不

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会划伤己加工表面的质量。

图3-15 刃倾角对切屑流向的影响

3.2.4车刀的刃磨

车刀（指整体车刀与焊接车刀）用钝后重新刃磨是在砂轮机上刃磨的。磨高速钢车刀用氧化铝砂轮（白色），磨硬质合金刀头用碳化硅砂轮（绿色）。

1.砂轮的选择

砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂和组织5个因素决定。 1) 磨料

常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系3种。船上和工厂常用的是氧化铝砂轮和碳化硅砂轮。氧化铝砂轮磨粒硬度低(HV2000-HV2400)、韧性大，适用刃磨高速钢车刀，其中白色的叫做白刚玉，灰褐色的叫做棕刚玉。碳化硅砂轮的磨粒硬度比氧化铝砂轮的磨粒高(Hv2800以上) 。性脆而锋利，并且具有良好的导热性和导电性，适用刃磨硬质合金。 其中常用的是黑色和绿色的碳化硅砂轮。而绿色的碳化硅砂轮更适合刃磨硬质合金车刀。 2)粒度：粒度表示磨粒大小的程度。以磨粒能通过每英寸长度上多少个孔眼的数字作为表示符号。例如60粒度是指磨粒刚可通过每英寸长度上有60个孔眼的筛网。因此，数字越大则表示磨粒越细。 粗磨车刀应选磨粒号数小的砂轮，精磨车刀应选号数大( 即磨粒细) 的砂轮。船上常用的粒度为46 号—台0 号的中软或中硬的砂轮。

3) 硬度

砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。 砂轮硬，即表面磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。 砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念，必须区分清楚。 刃磨高速钢车刀和硬质合金车刀时应选软或中软的砂轮.

综上所述，我们应根据刀具材料正确选用砂轮。刃磨高速钢车刀时，应选用粒度为46号到60号的软或中软的氧化铝砂轮。刃磨硬质合金车刀时，应选用粒度为60号到80号的软或中软的碳化硅砂轮，两者不能搞错。

2.车刀刃磨的步骤如下：

磨主后刀面，同时磨出主偏角及主后角，如图3－16a)所示；

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磨副后刀面，同时磨出副偏角及副后角, 如图3－16b)所示； 磨前面，同时磨出前角, 如图3－16c)所示； 修磨各刀面及刀尖, 如图3－16d)所示。

图3-16 外圆车刀刃磨的步骤

3.刃磨车刀的姿势及方法是：

1）人站立在砂轮机的侧面，以防砂轮碎裂时，碎片飞出伤人。 2）两手握刀的距离放开，两肘夹紧腰部，以减小磨刀时的抖动。 3）磨刀时，车刀要放在砂轮的水平中心，刀尖略向上翘约3°~8°，车刀接触砂轮后应作左右方向水平移动；当车刀离开砂轮时，车刀需向上抬起，以防磨好的刀刃被砂轮碰伤。

4）磨后刀面时，刀杆尾部向左偏过一个主偏角的角度；磨副后刀面时，刀杆尾部向右偏过一个副偏角的角度。

5）修磨刀尖圆弧时，通常以左手握车刀前端为支点，用右手转动车刀的尾部。 4.磨刀安全知识

1）刃磨刀具前，应首先检查砂轮有无裂纹，砂轮轴螺母是否拧紧，并经试转后使用，以免砂轮碎裂或飞出伤人。

2）刃磨刀具不能用力过大，否则会使手打滑而触及砂轮面，造成工伤事故。 3) 磨刀时应戴防护眼镜，以免砂砾和铁屑飞入眼中。 4）磨刀时不要正对砂轮的旋转方向站立，以防意外。 5）磨小刀头时，必须把小刀头装入刀杆上。

6）砂轮支架与砂轮的间隙不得大于3mm，入发现过大，应调整适当。

3.2.5车刀的安装

车刀必须正确牢固地安装在刀架上，如图3－17所示。 安装车刀应注意下列几点：

1）刀头不宜伸出太长，否则切削时容易产生振动，影响工件加工精度和表面粗糙度。一般刀头伸出长度不超过刀杆厚度的两倍,能看见刀尖车削即可。

2）刀尖应与车床主轴中心线等高。车刀装得太高，后角减小，则车刀的主后面会与工件产生强烈的磨擦；如果装得太低,前角减少，切削不顺利，会使刀尖崩碎。刀尖的高低，可根据尾架顶尖高低来调整。车刀的安装如图6-17a）所示。

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图3－17 车刀的安装 a)正确 b)错误

3）车刀底面的垫片要平整，并尽可能用厚垫片，以减少垫片数量。调整好刀尖高低后，至少要用两个螺钉交替将车刀拧紧。

3.3 车外圆、端面和台阶

3.3.1 三爪自定心卡盘安装工件

1．用三爪自定心卡盘安装工件

图3-18 三爪自定心卡盘结构和工件安装

三爪自定心卡盘的结构如图3-18a）所示，当用卡盘扳手转动小锥齿轮时，大锥齿轮也

随之转动，在大锥齿轮背面平面螺纹的作用下，使三个爪同时向心移动或 退出，以夹紧或松开工件。它的特点是对中性好，自动定心精度可达到0.05~0.15㎜。可以装夹直径较小的工件，如图3-18b所示。当装夹直径较大的 外圆工件时可用三个反爪进行，如图3-18c所示。但三

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爪自定心卡盘由于夹紧力不大，所以一般只适宜于重量较轻的工件，当重量较重的工件进行装夹时，宜用 四爪单动卡盘或其它专用夹具。

2．用一夹一顶安装工件

对于一般较短的回转体类工件，较适用于用三爪自定心卡盘装夹，但对于较长的回转体类工件，用此方法则刚性较差。所以，对一般较长的工件，尤其是较重要的工件，不能直接用三爪自定心卡盘装夹，而要用一端夹住，另一端用后顶尖顶住的装夹方法。这种装夹方法能承受较大的轴向切削力，且刚性大大提高，同时可提高切削用量。

3.3.2车外圆

1．安装工件和校正工件

安装工件的方法主要有用三爪自定心卡盘或者四爪卡盘、心轴等。校正工件的方法有划针或者百分表校正

2．选择车刀

车外圆可用所示的各种车刀。直头车刀(尖刀)的形状简单，主要用于粗车外圆；弯头车刀不但可以车外圆，还可以车端面，加工台阶轴和细长轴则常用偏刀。 图3-12 车外圆的几种情况

3．调整车床

车床的调整包括主轴转速和车刀的进给量。

主轴的转速是根据切削速度计算选取的。而切削速度的选择则和工件材料、刀具材料以及工件加工精度有关。用高速钢车刀车削时，V=0.3～1m/s，用硬质合金刀时，V=1～3m/s。车硬度高钢比车硬度低钢的转速低一些。根据选定的切削速度计算出车床主轴的转速，再对照车床主轴转速铭牌，选取车床上最近似计算值而偏小的一档，然后如表3－3所示的手柄要求，扳动手柄即可。但特别要注意的是，必须在停车状态下扳动手柄。

表3－3 C6132型车床主轴转数铭牌

I 长 手 柄 长 手 柄 Ⅱ 手柄位置 ↖ ↖ 短手柄 ↗ 120 45 ↑ 66 173 ↗ 94 248 ↖ 360 958 ↑ 530 ↗ 750 1380 1980 例如用硬质合金车刀加工直径D＝200毫米的铸铁带轮，选取的切削速度V＝0．9米／秒，计算主轴的转速为：

（转／分）

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从主轴转速铭牌中选取偏小一档的近似值为94转／分，即短手柄扳向左方，长手柄扳向右方，主轴箱手柄放在低速挡位置I。

进给量是根据工件加工要求确定。粗车时，一般取 0.2～0.3毫米／转；精车时，随所需要的表面粗糙度而定。例如表面粗糙度为Ra3.2时，选用0.1～0.2毫米／转；Ra1.6时，选用 0.06～0.12毫米／转，等等。进给量的调整可对照车床进给量表扳动手柄位置，具体方法与调整主轴转速相似。

4．粗车和精车 车削前要试刀

粗车的目的是尽快地切去多余的金属层，使工件接近于最后的形状和尺寸。粗车后应留下0．5～1毫米的加工余量。

精车是切去余下少量的金属层以获得零件所求的精度和表面粗糙度，因此背吃刀量较小，约0.1～0.2毫米，切削速度则可用较高或较低速，初学者可用较低速。为了提高工件表面粗糙度，用于精车的车刀的前、后刀面应采用油石加机油磨光，有时刀尖磨成一个小圆弧。 为了保证加工的尺寸精度，应采用试切法车削。试切法的步骤如图3－19所示。

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

图3－19试切步骤

a) 开车对刀，使车刀和工件表面轻微接触 b) 向右退出车刀

c) 按要求横向进给ap1 d) 试切1～3毫米

e) 向右退出，停车，测量

f) 调整切深至ap2后，自动进给车外圆 5．刻度盘的原理和应用

车削工件时，为了正确迅速地控制背吃刀量，可以利用中拖板上的刻度盘。中拖板刻度盘安装在中拖板丝杠上。当摇动中拖板手柄带动刻度盘转一周时，中拖板丝杠 也转了一周。这时，固定在中拖板上与丝杠配合的螺母沿丝杠轴线方向移动了一个螺距。因此，安装在中拖板上的刀架也移动了一个螺距。如果中拖板丝杠螺距为 4mm，当手柄转一周时，刀架就横向移动4mm。若刻度盘圆周上等分200格，则当刻度盘转过一格时，刀架就移动了0.02mm。 使用中拖板刻度盘控制背吃刀量时应注意的事项：

（1）由于丝杠和螺母之间有间隙存在，因此会产生空行程（即刻度盘转动，而刀架并未移

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动）。使用时必须慢慢地把刻度盘转到所需要的位置（图3－20a）。 若不慎多转过几格，不能简单地退回几格（图3－20b），必须向相反方向退回全部空行程，再转到所需位置（图3－20C）。

图3－20 手柄摇过头后的纠正方法

（2）由于工件是旋转的，使用中拖板刻度盘时，车刀横向进给后的切除量刚好是背吃刀量的两倍，因此要注意，当工件外圆余量测得后，中拖板刻度盘控制的背吃刀量是外圆余量的二分之一，而小拖板的刻度值，则直接表示工件长度方向的切除量。

6．纵向进给

纵向进给到所需长度时，关停自动进给手柄，退出车刀，然后停车，检验。 7. 车外圆时的质量分析

1）尺寸不正确：原因时车削时粗心大意，看错尺寸；刻度盘计算错误或操作失误；测量时不仔细，不准确而造成的。

2）表面粗糙度不和要求：原因是车刀刃磨角度不对；刀具安装不正确或刀具磨损，以及切削用量选择不当；车床各部分间隙过大而造成的。

3）外径有锥度：原因是吃刀深度过大，刀具磨损；刀具或拖板松动；用小拖板车削时转盘下基准线不对准“0”线；两顶尖车削时床尾“0”线不在轴心线上；精车时加工余量不足造成的。

3.3.3车端面

对工件的端面进行车削的方法叫车端面。

端面的车削方法：车端面时，刀具的主刀刃要与端面有一定的夹角。工件伸出卡盘外部分应尽可能短些，车削时用中拖板横向走刀，走刀次数根据加工余量而定，可采用自外向中心走刀，也可以采用自圆中心向外走刀的方法。

常用端面车削时的几种情况如图3-21所示。

图3-21 车端面的常用车刀

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车端面时应注意以下几点：

1）车刀的刀尖应对准工件中心，以免车出的端面中心留有凸台。 2）偏刀车端面，当背吃刀量较大时，容易扎刀。背吃刀量ap的选择：粗车时ap=0.2mm～1mm，精车时ap＝0．05 mm～0.2mm。

3）端面的直径从外到中心是变化的，切削速度也在改变，在计算切削速度时必须按端面的最大直径计算。

4）车直径较大的端面，若出现凹心或凸肚时，应检查车刀和方刀架，以及大拖板是否锁紧。

车端面的质量分析：

1）端面不平，产生凸凹现象或端面中心留“小头”；原因时车刀刃磨或安装不正确，刀尖没有对准工件中心，迟到深度过大，车床有间隙拖板移动造成。

2）表面粗糙度差。原因是车刀不锋利，手动走刀摇动不均匀或太快，自动走刀切削用量选择不当

3.3.4车台阶

车削台阶的方法与车削外圆基本相同，但在车削时应兼顾外圆直径和台阶长度两个方向的尺寸要求，还必须保证台阶平面与工件轴线的垂直度要求。 车高度在5mm以下的台阶时，可用主偏角为90°的偏刀在车外圆时同时车出；车高度在5 mm以上的台阶时，应分层进行切削，如图6－22所示。

图 3－22 台阶的车削

台阶长度尺寸的控制方法：

1) 台阶长度尺寸要求较低时可直接用大拖板刻度盘控制。

2）台阶长度可用钢直尺或样板确定位置，如图3-23a、3-23b所示。

车削时先用刀尖车出比台阶长度略短的刻痕作为加工界限，台阶的准确长度可用游标卡尺或深度游标卡尺测量。

图3-23 台阶长度尺寸的控制方法

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3）台阶长度尺寸要求较高且长度较短时，可用小滑板刻度盘控制其长度。 车台阶的质量分析：

1）台阶长度不正确，不垂直，不清晰。原因是操作粗心，测量失误，自动走刀控制不当，刀尖不锋利，车刀刃磨或安装不正确。

2）表面粗糙度差。原因是车刀不锋利，手动走刀不均匀或太快，自动走刀切削用量选择不当。

3.4 切槽、切断、车成型面和滚花

3.4.1 切槽

在工件表面上车沟槽的方法叫切槽，槽的形状有外槽、内槽和端面槽。如图3-24所示。

图3-24 常用切槽的方法

1．切槽刀的选择

常选用高速钢切槽刀切槽，切槽刀的几何形状和角度如图3-25所示。

图3-25 高速钢切槽刀

2．切槽的方法

车削精度不高的和宽度较窄的矩形沟槽，可以用刀宽等于槽宽的切槽刀，采用直进法一次车出。精度要求较高的，一般分二次车成。

车削较宽的沟槽，可用多次直进法切削（见图3－26），并在槽的两侧留一定的精车余量，然后根据槽深、槽宽精车至尺寸。

车削较小的圆弧形槽，一般用成形车刀车削。较大的圆弧槽，可用双手联动车削，用样板检查修整。

车削较小的梯形槽，一般用成形车刀完成，较大的梯形槽，通常先车直槽，然后用梯形刀直进法或左右切削法完成。

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图3-26切宽槽

3.4.2切断

切断要用切断刀。切断刀的形状与切槽刀相似，但因刀头窄而长，很容易折断。常用的切断方法有直进法和左右借刀法两种，如图3－27所示。直进法常用于切断铸铁等脆性材料；左右借刀法常用于切断钢等塑性材料。

图3－27 切断方法

切断时应注意以下几点：

1) 切断一般在卡盘上进行，如图3－28所示。工件的切断处应距卡盘近些，避免在顶尖安装的工件上切断。

图3－28 在卡盘上切断

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2) 切断刀刀尖必须与工件中心等高，否则切断处将剩有凸台，且刀头也容易损坏（图3－29）。

图3－29 切断刀刀尖必须与工件中心等高

3）切断刀伸出刀架的长度不要过长，进给要缓慢均匀。将切断时，必须放慢进给速度，以免刀头折断。

4) 切断钢件时需要加切削液进行冷却润滑，切铸铁时一般不加切削液，但必要时可用煤油进行冷却润滑。

5) 两顶尖工件切断时，不能直接切到中心，以防车刀折断，工件飞出

3.4.3 车成型面

表面轴向剖面呈现曲线形特征的这些零件叫成型面。下面介绍三种加工成形面的方法。 (1) 样板刀车成型面

图3-30为车圆弧的样板刀，用样板刀车成型面，其加工精度主要靠刀具保证。但要注意由于切削时接触面较大，切削抗力也大，易出现振动和工件移位。为此切削力要小些，工件必须夹紧。

这种方法生产效率高，但刀具刃磨较困难，车削时容易振动。故只用于批量较大的生产中，车削刚性好，长度较短且较简单的成形面。

图3-30 车圆弧的样板刀

(2) 用靠模车成型面

下图表示用靠模加工手柄的成形面2。此时刀架的横向滑板已经与丝杠脱开，其前端的拉杆3上装有滚柱5。当大拖板纵向走刀时，滚柱5即在靠模4的曲线槽内移 动，从而使车刀刀尖也随着作曲线移动，同时用小刀架控制切深，即可车出手柄的成形面。这种方法加工成形面，操作简单，生产率较高，因此多用于成批生产。当 靠模4的槽为直槽时，将靠模4扳转一定角度，即可用于车削锥度。

这种方法操作简单，生产率较高，但需制造专用靠模，故只用于大批量生产中车削长度较大、形状较为简单的成形面。

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图3-31 用圆头刀车削成形面 图3-32 用靠板车成形面

（3）手控制法车成形面

单件加工成形面时，通常采用双手控制法车削成形面，即双手同时摇动小滑板手柄和中滑板手柄，并通过双手协调的动作，使刀尖走过的轨迹与所要求的成形面曲线相仿，如图3-33所示。

这种操作技术灵活、方便。不需要其它辅助工具，但需要较高的技术水平。多用于单件、小批生产。

图3－33 用双手控制纵、横向进给车成形面

3.4.4 滚花

在车床上用滚花刀滚花。

各种工具和机器零件的手握部分，为了便于握持和增加美观，常常在表面上滚出各种不同的花纹。如百分尺的套管，铰杠扳手以及螺纹量规等。这些花纹一般是在车床上用滚花刀滚压而形成的（图3—34），花纹有直纹和网纹两种，滚花刀也分直纹滚花刀（图3－35a）和网纹滚花刀（图 3－35b、c）。滚花是用滚花刀来挤压工件，使其表面产生塑性变形而形成花纹。滚花的径向挤压力很大，因此加工时，工件的转速要低些。需要充分供给冷却 润滑液，以免研坏滚花刀和防止细屑滞塞在滚花刀内而产生乱纹。

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图3－34 滚花 图 3－35滚花刀

3.5 车圆锥面

将工件车削成圆锥表面的方法称为车圆锥。常用车削锥面的方法有宽刀法、转动小刀架法、靠模法、尾座偏移法等几种。这里介绍宽刀法、转动小刀架法、尾座偏移法、靠模法。

3.5.1宽刀法

车削较短的圆锥时，可以用宽刃刀直接车出，如图3-36所示。其工作原理实质上是属于成型法，所以要求切削刃必须平直，切削刃与主轴轴线的夹角应等于工件 圆锥半角α/2。同时要求车床有较好的刚性，否则易引起振动。当工件的圆锥斜面长度大于切削刃长度时，可以用多次接刀方法加工，担接刀处必须平整。

图3-36 用宽刃刀车削圆锥

3.5.2转动小刀架法

当加工锥面不长的工件时，可用转动小刀架法车削。车削时，将小滑板下面的转盘上螺母松开，把转盘转至所需要的圆锥半角α/2的刻线上，与基准零线对齐，然后固定转盘上的螺母，如果锥角不是整数，可在锥附近估计一个值，试车后逐步找正，如图6-37所示。

图3-37转动小滑板车圆锥

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3.5.3 尾座偏移法

图3-38 偏移位座法车削圆锥

当车削锥度小，锥形部分较长的圆锥面时，可以用偏移尾座的方法,此方法可以自动走刀，缺点是不能车削整圆锥和内锥体，以及锥度较大的工件。将尾座上滑板横 向偏移一个距离S，使偏位后两顶尖连线与原来两顶尖中心线相交一个α/2角度，尾座的偏向取决于工件大小头在两顶尖间的加工位置。尾座的偏移量与工件的总 长有关，如图6-38所示，尾座偏移量可用下列公式计算：

式中 S——尾座偏移量； L— 件锥体部分长度； L0——工件总长度；

D、d——锥体大头直径和锥体小头直径。

床尾的偏移方向，由工件的锥体方向决定。当工件的小端靠近床尾处，床尾应向里移动，反之，床尾应向外移动。

3.5.4 靠模法

如图3－39所示，靠模板装置是车床加工圆锥面的附件。对于较长的外圆锥和圆锥孔，当其精度要求较高而批量又较大时常采用这种方法。

图3-39 用靠模板车削圆锥面

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车圆锥体的质量分析： 1.锥度不准确

原因时计算上的误差；小拖板转动角度和床尾偏移量偏移不精确；或者是车刀、拖板、床尾没有固定好，在车削中移动而造成。甚至因为工件的表面粗糙度太差，量规或工件上有毛刺或没有擦干净，而造成检验和测量的误差。

2.锥度准确而尺寸不准确

原因是粗心大意，测量不及时不仔细，进刀量控制不好，尤其是最后一刀没有掌握号进刀量而造成误差。 3.圆锥母线不直

圆锥母线不直是指锥面不是直线，锥面上产生凹凸现象或是中间低、两头高。主要原因是车刀安装没有对准中心。

4.表面粗糙度不合要求

配合锥面一般精度要求较高，表面粗糙度不高，往往会造成废品，因此一定要注意。造成表面粗糙度差的原因是切削用量选择不当，车刀磨损或刃磨角度不对。没有 进行表面抛光或者抛光余量不够。用小拖板车削锥面时，手动走刀不均匀，另外机床的间隙大，工件刚性差也是会影响工件的表面粗糙度。

3.6 孔加工

车床上可以用钻头、镗刀、扩孔钻头、铰刀进行钻孔、镗孔、扩孔和铰孔。下面介绍钻孔和镗孔的方法。

3.6.1 钻孔 车床上钻孔

利用钻头将工件钻出孔的方法称为钻孔。钻孔的公差等级为IT10以下，表面粗糙度为Ra12.5μm，多用于粗加工孔。在车床上钻孔如图3-40所示，工件 装夹在卡盘上，钻头安装在尾架套筒锥孔内。钻孔前先车平端面并车出一个中心坑或先用中心钻钻中心孔作为引导。钻孔时，摇动尾架手轮使钻头缓慢进给，注意经 常退出钻头排屑。钻孔进给不能过猛，以免折断钻头。钻钢料时应加切削液。

图3-40 车床上钻孔

钻孔注意事项：

1）起钻使进给量要小，待钻头头部全部进入工件后，才能正常钻削。 2）钻钢件时，应加冷切液，防止因钻头发热而退火。

3）钻小孔或钻较深孔时，由于铁屑不易排出，必须经常退出排屑，否则会因铁屑堵塞而使钻头“咬死”或折断。

4）钻小孔时，车头转速应选择快些，钻头的直径越大，钻速应相应更慢。

5）当钻头将要钻通工件时，由于钻头横刃首先钻出，因此轴向阻力大减，这时进给速度必须减慢，否则钻头容易被工件卡死，造成锥柄在床尾套筒内打滑而损坏锥柄和锥孔。

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3.6.2 镗孔

在车床上对工件的孔进行车削的方法叫镗孔（又叫车孔），镗孔可以作粗加工，也可以作精加工。镗 孔分为镗通孔和镗不通孔，如图3-41所示。镗通孔基本上与车外圆相同，只是进刀和退刀方向相反。粗镗和精镗内孔时也要进行试切和试测，其方法与车外圆相 同。注意通孔镗刀的主偏角为45o~75o，不通孔车刀主偏角为大于90o。

图3-41车孔

3.6.3 车内孔时的质量分析 1.尺寸精度达不到要求

1）孔径大于要求尺寸：原因是镗孔刀安装不正确，刀尖不锋利，小拖板下面转盘基准线未对准“0”线，孔偏斜、跳动，测量不及时

2）孔径小于要求尺寸;原因是刀杆细造成“让刀”现象，塞规磨损或选择不当，绞刀磨损以及车削温度过高。

2.几何精度达不到要求

1）内孔成多边形：原因是车床齿轮咬合过紧，接触不良，车床各部间隙过大造成的，薄壁工件装夹变形也是会使内孔呈多边形。

2）内孔有锥度在：原因是主轴中心线与导轨不平行，使用小拖板时基准线不对，切削量过大或刀杆太细造成“让刀”现象。

3）表面粗糙度达不到要求：原因是刀刃不锋利，角度不正确，切削用量选择不当，冷却液不充分。

3.7 车螺纹

将工件表面车削成螺纹的方法称为车螺纹。螺纹按牙型分有三角螺纹、梯形螺纹、方牙螺纹等（图3－42）。其中普通公制三角螺纹应用最广。

图3－42螺纹的种类

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3.7.1普通三角螺纹的基本牙型

普通三角螺纹的基本牙型如图3-43所示，各基本尺寸的名称如下：

图3-43 普通三角螺纹基本牙型

D—内螺纹大径（公称直径）；d—外螺纹大径（公称直径）；D2 —内螺纹中径；d2—外螺纹中径；D1 —内螺纹小径；d1—外螺纹小径；P—螺距；H—原始三角形高度

决定螺纹的基本要素有三个：

螺距 P 螺纹轴向剖面内螺纹两侧面的夹角。

牙型角α 它是沿轴线方向上相邻两牙间对应点的距离。

螺纹中径D2(d2) 它是平螺纹理论高度H的一个假想圆柱体的直径。在中径处的螺纹牙厚和槽宽相等。只有内外螺纹中径都一致时，两者才能很好地配合。

3.7.2 车削外螺纹的方法与步骤

（1）准备工作

1）安装螺纹车刀时，

车刀的刀尖角等于螺纹牙型角α=60o，其前角γo=0o才能保证工件螺纹的牙型角，否则牙型角将产生误差。只有粗加工时或螺纹精度要求不高时，其前角可取 γo=5o～20o。安装螺纹车刀时刀尖对准工件中心，并用样板对刀，以保证刀尖角的角平分线与工件的轴线相垂直，车出的牙型角才不会偏斜。如图6-44所示。

图3-44 螺纹车刀几何角度与用样板对刀

2）按螺纹规格车螺纹外圆，并按所需长度刻出螺纹长度终止线。先将螺纹外径车至尺寸，然后用刀尖在工件上的螺纹终止处刻一条微可见线，以它作为车螺纹的退刀标记。 3）根据工件的螺距P，查机床上的标牌，然后调整进给箱上手柄位置及配换挂轮箱齿轮的齿数以获得所需要的工件螺距。

4）确定主轴转速。初学者应将车床主轴转速调到最低速。

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（2）车螺纹的方法和步骤

1）确定车螺纹切削深度的起始位置，将中滑板刻度调到零位，开车，使刀尖轻微接触工件表面，然后迅速将中滑板刻度调至零位，以便于进刀记数。

2）试切第一条螺旋线并检查螺距。将床鞍摇至离工件端面8~10牙处，横向进刀0.05左右。开车，合上开合螺母，在工件表面车出一条螺旋线，至螺纹终止线处退出车刀，开反车把车刀退到工件右端；停车，用钢尺检查螺距是否正确。如图3-45a所示。

3）用刻度盘调整背吃刀量，开车切削，如图3-45d。螺纹的总背吃刀量ap与螺距的关系按经验公式ap≈0.65P，次的背吃刀量约0.1左右。

4）车刀将至终点时，应做好退刀停车准备，先快速退出车刀，然后开反车退出刀架。如图3-45e。

5）再次横向进刀，继续切削至车出正确的牙型如图3-45。

图 3－45 螺纹切削方法与步骤

3.7.3 螺纹车削注意事项

1) 注意和消除拖板的“空行程”

2）避免“乱扣”。当第 一条螺旋线车好以后，第二次进刀后车削，刀尖不在原来的螺旋线(螺旋桩)中，而是偏左或偏右，甚至车在牙顶中间，将螺纹车乱这个现象就叫做“乱扣”预防乱 扣的方法是采用倒顺(正反)车法车削。在角左右切削法车削螺纹时小拖板移动距离不要过大，若车削途中刀具损坏需重新换刀或者无意提起开合螺母时，应注意及 时对刀。

3) 对刀：对刀前先要安装好螺纹车刀，然后按下开合螺母，开正车(注意应该是空走刀)停车，移动中、小拖板使刀尖准确落入原来的螺旋糟中(不能移动大拖板)，同时根据所在螺旋槽中的位置重新做中拖板进刀的记号，再将车刀退出，·开倒车，将车退至螺纹头部，再进 刀......,。对刀时一定要注意是正车对刀。

4) 借刀：借刀就是螺纹车削定深度后，将小拖板向前或向后移动一点距离再进行车削，

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借刀时注意小拖板移动距离不能过大，以免将牙槽车宽造成“乱扣”，

5）使用两顶针装夹方法车螺纹时，工件卸下后再重新车削时，应该先对刀，后车削以免“乱扣”

6) 安全注意事项：

(1) 车螺纹前先检查好所有手柄是否处于车螺纹位置，防止盲目开车。 (2) 车螺纹寸要思想集中，动作迅速，反应灵敏；'

(3) 用高速钢车刀车螺纹时，车头转速不能太快，以免刀具磨损； (4) 要防止车刀或者是刀架、拖板与卡盘、床尾相撞；

(5) 旋螺母时，应将车刀退离工件，防止车刀将手划破，不要开车旋紧或者退出螺母。

3.7.4.车外螺纹的质量分析

表3-4 车削螺纹时产生废品的原因及预防方法

废品种类 尺寸不正确 产生原因 车外螺纹前的直径不对 车内螺纹前的孔径不对 车刀刀尖磨损 螺纹车刀切深过大或过小 挂轮在计算或搭配时错误 进给箱手柄位置放错 车床丝杠和主轴窜动 开合螺母塞铁松动 预防方法 根据计算尺寸车削外圆与内孔 经常检查车刀并及时修磨 车削时严格掌握螺纹切入深度 螺纹不正确 车削螺纹时先车出很浅的螺旋线检查螺距是否正确 调整好开合螺母塞铁，必要时在手柄上挂上重物 调整好车床主轴和丝杠的轴向窜动量 用样板对刀 正确刃磨和测量刀尖角 合理选择切削用量和及时修磨车刀 高速钢车刀车螺纹的切削速度不能太大，切削厚度应小于0.06，并加切削液 硬质合金车刀高速车螺纹时，最后一刀的切削厚度要大于0.1，切屑要垂直于轴心线方向排出 刀杆不能伸出过长，并选粗壮刀杆 减小车刀径向前角，调整中滑板丝杆螺母间间隙 合理选择切削用量，增加工件装夹刚性 牙形不正确 车刀安装不正确，产生半角误差 车刀刀尖角刃磨不正确 刀具磨损 切削用量选择不当 切屑流出方向不对 产生积屑瘤拉毛螺纹侧面 刀杆刚性不够产生振动 螺纹表面不光洁 扎刀和顶弯工件 车刀径向前角太大 工件刚性差，而切削用量选择太大

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3.8 车床附件及其使用方法

附件是用来支撑、装夹工件的装置，通常称夹具。 使用件(夹具)的技术经济效果十分显著。其作用可归纳如下：

(1) 可扩大机床的工作范围 由于工件的种类很多，而机床的种类和台数有限，采用·不同夹具，可实现一机多能，提高机床的利用率。

(2) 可使工件质量稳定 采用夹具后，工件各个表面的相互位置由夹具保证，比划线找正所达到的加工精度高，而且能使同一批1件的定位精度、 加工精度基本一致，因此，工件互换性高。

(3) 提高生产率，降低成本。采用夹具，一般可以简化工件的安装工作，从而可减少安装工件所需的辅助时间。同时，采用夹具可使工件安装稳定，提高工件加工时的刚度，可加大切削用量，减少机动时间，提高生产率。

(4) 改善劳动条件。用夹具安装工件，方便、省力、安全，不仅改善了劳动条件，而且降低了对工人技术水平的要求。

3.8.1用四爪卡盘安装工件

四爪卡盘的外形如图3-46a。它的四个爪通过4个螺杆独立移动。它的特点是能装夹形状比较复杂的非回转体如方形、长方形等，而且夹紧力大。由于其装 夹后不能自动定心，所以装夹效率较低，装夹时必须用划线盘或百分表找正，使工件回转中心与车床主轴中心对齐，如图3-46b为用百分表找正外圆的示意图。

图3-46 四爪卡盘装夹工件

3.8.2用顶尖安装工件

对同轴度要求比较高且需要调头加工的轴类工件，常用双顶尖装夹工件，如图6-47所示，其前顶尖为普通顶尖，装在主轴孔内，并随主轴一起转动，后顶尖为活顶尖装在尾架套筒内。工件利用中心孔被顶在前后顶尖之间，并通过拨盘和卡箍随主轴一起转动。

图3－47 用顶尖安装工件

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用顶尖安装工件应注意：

1、卡箍上的支承螺钉不能支承得太紧，以防工件变形。 2、由于靠卡箍传递扭矩，所以车削工件的切削用量要小。

3、钻两端中心孔时，要先用车刀把端面车平，再用中心钻钻中心孔。 4、安装拨盘和工件时，首先要擦净拨盘的内螺纹和主轴端的外螺纹，把拨盘拧在主轴上，再把轴的一端装在卡箍上。最后在双顶尖中间安装工件。

3.8.3 用心轴安装工件

当以内孔为定位基准，并能保证外圆轴线和内孔轴线的同轴度要求，此时用心轴定位，工件以圆柱孔定位常用圆柱心轴和小锥度心轴；对于带有锥孔、螺纹孔、花键孔的工件定位，常用相应的锥体心轴，螺纹心轴和花键心轴。

圆柱心轴是以外圆柱面定心、端面压紧来装夹工件的，如图3-48所示。心轴与工件孔一般用H7/h6、H7/g6的间隙配合，所以工件能很方便地套在心轴 上。但由于配合间隙较大，一般只能保证同轴度0.02㎜左右。为了消除间隙，提高心轴定位精度，心轴可以做成锥体，但锥体的锥度很小，否则工件在心轴上会 产生歪斜（见图3-49a）。常用的锥度为C=1/1000~1/5000。定位时，工件楔紧在心轴上，楔紧后孔会产生弹性变形（图3-49b），从而使工件不致倾斜。

小锥度心轴的优点是靠楔紧产生的磨擦力带动工件，不需要其它夹紧装置，定心精度高，可达0.005~0.01㎜。缺点是工件的轴向无法定位。

图3-48 在圆柱心轴上定位

图3-49 圆锥心轴安装工件的接触情况

当工件直径不太大时，可采用锥度心轴（锥度1：1000～1：2000）。工件套入压紧、靠摩擦力与心轴固紧。锥度心轴对中准确、加工精度高、装卸方便，但不能承受过大的力矩。 当工件直径较大时，则应采用带有压紧螺母的圆柱形心轴。它的夹紧力较大，但对中精度较锥度心轴的低。

3.8.4中心架和跟刀架的使用

当工件长度跟直径之比大于25倍（L/d>25）时，由于工件本身的刚性变差，在车削时，工件受切削力、自重和旋转时离心力的作用，会产生弯曲、振 动，严重影响其圆柱度和表面粗糙度，同时，在切削过程中，工件受热伸长产生弯曲变形，车削很难进行，严重时会使工

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件在顶尖间卡住。此时需要用中心架或跟刀 架来支承工件。

1． 用中心架支承车细长轴

一般在车削细长轴时，用中心架来增加工件的刚性，当工件可以进行分段切削时，中心架支承在工件中间，如图3-50所示。在工件装上中心架之前，必须在毛坯 中部车出一段支承中心架支承爪的沟槽，其表面粗糙及圆柱误差要小，并在支承爪与工件接触处经常加润滑油。为提高工件精度，车削前应将工件轴线调整到与机床 主轴回转中心同轴。当车削支承中心架的沟槽比较困难或一些中段不需加工的细长轴时，可用过渡套筒，使支承爪与过渡套筒的外表面接触，过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用这些螺钉夹住毛坯表面，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合。

图3-50用中心架支承车削细长轴

2．用跟刀架支承车细长轴

三爪卡盘 2.工件 3.跟刀架 4.顶尖

图3－51跟刀架支撑长轴

对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加

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工件的刚性，如图所示3-51所示。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承 爪，它可以跟随车刀移动，抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙度，如图3-51a所示为两爪跟刀架，因为车刀给工件的切削抗力 F’r，使工件贴在跟刀架的两个支承爪上，但由于工件本身的向下重力，以及偶然的弯曲，车削时会瞬时离开支承爪、接触支承爪时产生振动。所以比较理想的中 心架需要用三爪中心架，如图3-51b所示。此时，由三爪和车刀抵住工件，使之上下、左右都不能移动，车削时稳定，不易产生振动。

3.8.5用花盘、穹板及压板、螺栓安装工件

形状不规则的工件，无法使 用三爪或四爪卡盘装夹的工件，可用花盘装夹。花盘是安装在车床主轴上的一个大圆盘，盘面上的许多长槽用以穿放螺栓，工件可用螺栓直接安装在花盘上，如图3 －52所示。也可以把辅助支承角铁（弯板）用螺钉牢固夹持在花盘上，工件则安装在弯板上。图3－53所示为加工一轴承座端面和内孔时，在花盘上装夹的情 况。为了防止转动时因重心偏向一边而产生振动，在工件的另一边要加平衡铁。工件在花盘上的位置需经仔细找正。

图3－52 在花盘上安装零件 图3－53在花盘上用弯板安装零件

3.9 零件车削工艺

3.9.1轴类零件车削工艺

为了进行科学的管理，在生产过程中，常把合理的工艺过程中的各项内容，编写成文件来指导生产。这类规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件叫 工艺规程。一个零件可以用几种不同的加工方法制造，但在一定条件下只有某一种方法是较合理的。一般主轴类零件的加工工艺路线为：

下料—〉锻造—〉退火（正火）—〉粗加工—〉调质—〉半精加工—〉淬火—〉粗磨—〉低温时效—〉精磨。

例如图3－54所示的传动轴，由外圆、轴肩、螺纹及螺纹退刀槽、砂轮越程槽等组成。中间一档外圆及轴肩一端面对两端轴颈有较高的位置精度要求，且外圆的表 面粗糙度Ra值为0.8～0．4μm，此外，该传动轴与一般重要的轴类零件一样，为了获得良好的综合力学性能，需要进行调质处理。

轴类零件中，对于光轴或在直径相差不大的台阶轴，多采用圆钢为坯料；对于直径相差悬殊的台阶轴，采用锻件可节省材料和减少机加工工时。因该轴各外圆直径尺寸悬殊不大，且数量为2件，可选择φ55的圆钢为毛坯。

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图3－54 传动轴

根据传动轴的精度和力学性能要求，可确定加工顺序为：粗车—调质一半精车一磨削。 由于粗车时加工余量多，切削力较大，且粗车时各加工面的位置精度要求低，故采用一夹一顶安装工件。如车床上主轴孔较小，粗车φ35一端时也可只用三爪自定 心卡盘装夹粗车后的φ45外圆；半精车时，为保证各加工面的位置精度，以及与磨削采用统一的定位基准，减少重复定位误差，使磨削余量均匀．保证磨削加工质 量，故采用两顶尖安装工件。 传动轴的加工工艺过程如表3－5所示。

表3-5 传动轴加工工艺 序工加 工 简 图 号 种 1 2 下 料 车 加 工 内 容 刀具或工具 安装方法 三爪自定心卡盘 顶尖 下料Φ55×245 夹持Φ55外圆：车端中心钻 面见平，钻中心孔Φ右偏刀 2.5；用尾座顶尖顶住工件 粗车外圆Φ52×202； 粗车Φ45、Φ40、Φ30 各外圆；直径留量2mm 长度留量1mm 夹持Φ47外圆：车另中心钻 一端面，保证总长240；右偏刀 钻中心孔Φ2.5；粗车Φ35外圆，直径留量2mm,长度留量1mm 3 车 三爪自定心卡盘 4 热 处理 调质220~250HBS 钳子 71

5 车 修研中心孔 四棱顶尖 三爪自定心卡盘 双顶尖 6 车 用卡箍卡B端： 精车Φ50外圆至尺寸； 右偏刀 精车Φ35外圆至尺寸； 切槽刀 切槽，保长度40； 倒角 用卡箍卡A端： 精车M40大径为右偏刀 螺纹刀 双顶尖 精车Φ45外圆至尺寸； 切槽刀 7 车 外圆至尺寸； 精车Φ30外圆至尺寸； 切槽三个，分别保长度190、80和40； 倒角三个； 车螺纹M40×1.5 8 磨 外圆磨床，磨Φ30、Φ45外圆 砂轮 双顶尖 3.9.2 盘套类零件车削工艺

盘套类零件主要由孔、外圆与端面所组成。除尺寸精度、表面粗糙度有要求外，其外圆对孔有径向圆跳动的要求，端面对孔有端面圆跳动的要求。保证径向圆跳动和 端面圆跳动是制定盘套类零件的工艺要重点考虑的问题。在工艺上一般分粗车和精车。精车时，尽可能把有位置精度要求的外圆、孔、端面在一次安装中全部加工 完。若有位置精度要求的表面不可能在一次安装中完成时，通常先把孔作出，然后以孔定位上心轴加工外圆或端面（有条件也可在平面磨床上磨削端面）。其安装方 法和特点参看用心轴安装工件部分。图3－55为盘套类齿轮坯的零件图，其加工顺序见表3－6

图 3－55

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表3-6

加工顺序 1 2 加工简图 加工内容 下料Φ110×36 卡Φ110外圆，长20 车端面见平 车外圆Φ63×10 3 卡Φ63外圆 粗车端面见平，外圆至Φ107 钻孔Φ36 粗精镗孔Φ40至尺寸 精车端面、保证总长33 精车外圆Φ105至尺寸 倒内角1×45、外角2×45 卡Φ105外圆、缠铜皮、找正 精车台肩面保证长度20 车小端面、总长32.3 精车外园Φ60至尺寸 倒内角1×45、外角1×45、2×45 精车小端面 保证总长32 三爪 安装方法 三爪 4 三爪 5 顶尖 卡箍 锥度心轴 3.9.3 车削加工对零件结构工艺性的要求举例

在诸多需要进行切削加工的零件中，半数以上需要采用车削加工。在设计这些零件的结构时，除满足零件的使用要求外，还应充分重视零件的车削加工工艺性，否则 将会导致加工困难、成本提供、工期提高、甚至无法加工。下表也车削加工对零件结构工艺性的要求举例，通过图例与说明，可了解车削加工工艺性的部分内容。

类别图例 结构工艺性差 结构工艺性好 说明 薄壁套筒受加紧力极易变形，如在一端加上凸缘可增加一定的刚度 刚度 73

尽量采用通用夹具安装 位置精度要求较高的零件，最好在一次安装中全部加工完毕。右图增设一台阶后即可用三爪卡盘安装且能一次加工完毕 电机端盖A处弧面不易安装，增加三个凸台B便于用三爪卡盘安装。为防止夹紧时变形增设三个加强肋C 便于加工螺纹加工应有退刀槽或留有足够的退刀长度L，以利螺纹车刀的进退

复习思考题

1. 车削加工时，工件和刀具需作哪些运动？车削要素的名称、符号和单位是什么？解释C6132A的含义。

2. 卧式车床有哪些主要组成部分？各有何功用？ 3. 刀架为什么要做成多层结构？转盘的作什么？

4. 尾座顶尖的纵、横两个方向的位置如何调整？用双顶尖装夹车削外圆面时，产生锥度误差的原因是什么？

5. 外圆车刀五个主要标注角度是如何定义的？各有何作用？ 6. 安装车刀时有哪些要求？

7. 三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘的结构用途有何异同？ 8. 卧式车床上工件的装夹方式有哪些？

9 . 车外圆面常用哪些车刀？车削长轴外国面为什么常用 90°偏刀？ 10. 切槽刀和切断刀的几何形状有何特点？

11. 车床上加工圆锥丽的方法有哪些？各有哪些特点7 各适于何种生产类型？ 12. 车螺纹时如何保证牙型的精度？ 13. 车螺纹时如何保证螺距准确性？

14. 车螺纹时产生乱扣的原困是什么？如何防止乱扣？

15. 车螺纹时要控制哪些直径？影响螺纹配合松紧的主要尺寸是什么？ 16. 转塔车床和立式车床的结构各有哪些特点？主要应用在什么场合？ 17．试切的目的是什么？结合实际操作说明试切的步骤。

18．为什么车削时一般先要车端面？为什么钻孔前也要先车端面？

19. 何种工件适合双顶尖安装？工件上的中心孔有何作用？如何加工中心孔？

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20．顶尖安装时能否车削工件的端面？能否切断工件？ 21．什么样的工件需要采取心轴安装？

22．中心架和跟刀架起到什么作用？在什么场合下使用？

23. 下图为接头零件，材料45钢，加工数量5件，请制定其加工工艺过程（格式可参考表3-5），并按工艺过程的步骤把零件加工出来。

24． 结合创新设计与制造活动，自己设计一件符合车床加工的产品。要求产品有一定的创意、有一定的使用价值、有一定的欣赏价值，而且需要对产品进行成本核算。

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第4章 铣削加工

4.1 铣工概述

4.1.1 铣床安全操作规程

1.工作前，必须穿好工作服（军训服），女生须戴好工作帽，发辫不得外露，在执行飞刀操作时，必须戴防护眼镜。

2.工作前认真查看机床有无异常，在规定部位加注润滑油和冷却液。

3.开始加工前先安装好刀具，再装夹好工件。装夹必须牢固可靠，严禁用开动机床的动力装夹刀杆、拉杆。

4.主轴变速必须停车，变速时先打开变速操作手柄，再选择转速，最后以适当快慢的速度将操作手柄复位。复位时速度过快，冲动开关难动作；太慢易达启动状态易于损坏啮合中的齿轮。

5.开始铣削加工前，刀具必须离开工件，并应查看铣刀旋转方向与工件相对位置是顺铣还是逆铣，通常不采用顺铣，而采用逆铣。若有必要采用顺铣，则应事先调整工作台的丝杆螺母间隙到合适程度方可铣削加工，否则将引起“扎刀”或打刀现象。

6.在加工中，若采用自动进给，必须注意行程的极限位置；必须严密注意铣刀与工件夹具间的相对位置。以防发生过铣、撞铣夹具而损坏刀具和夹具。

7.加工中，严禁将多余的工件、夹具、刀具、量具等摆在工作台上。以防碰撞、迭落，发生人身、设备事故。

8.机床在运行中不得擅离岗位或委托他人看管。不准闲谈、打闹和开玩笑。

9.两人或多人共同操作一台机床时，必须严格分工，分段操作，严禁同时操作一台机床。 10.中途停车测量工件，不得用手强行刹住惯性转动着的铣刀主轴。

11.铣后的工件取出后，应及时去毛刺，防止拉伤手指或划伤堆放的其它工件。

12.发生事故时，应立即切断电源，保护现场，参加事故分析，承担事故应负的责任。 13.工作结束应认真清扫机床、加油，并将工作台移向立柱附近。 14.打扫工作场地，将切屑倒入规定地点。

15.收拾好所用的工、夹、量具，摆放于工具箱中，工件交检。

4.1.2 铣削加工简介

在铣床上用铣刀加工工件的工艺过程叫做铣削加工，简称铣工。铣削是金属切削加工中常用的方法之一。铣削时，铣刀作旋转的主运动，工件作缓慢直线的进给运动。

1、铣削特点

1）铣刀是一种多齿刀具，在铣削时，铣刀的每个刀齿不象车刀和钻头那样连续地进行切削，而是间歇地进行切削，刀具的散热和冷却条件好，铣刀的耐用度高，切削速度可以提高；

2）铣削时经常是多齿进行切削，可采用较大的切削用量，与刨削相比，铣削有较高的生产率，在成批及大量生产中，铣削几乎已全部代替了刨削；

3）由于铣刀刀齿的不断切入、切出，铣削力不断地变化，故而铣削容易产生振动。 2、铣削用量

铣削时的铣削用量由切削速度、进给量、背吃刀量(铣削深度)和侧吃刀量(铣削宽度)四要素组成。其铣削用量如4-1所示。

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(a) (b)

a)在卧铣上铣平面 b)在立铣上铣平面

图4-1 铣削运运及铣削用量

切削速度

切削速度即铣刀最大直径处的线速度，可由下式计算：

dn1000式中： — 切削速度(m/min)；

d — 铣刀直径（mm）；

。 n— 铣刀每分钟转数（r/min）

进给量ƒ

铣削时，工件在进给运动方向上相对刀具的移动量即为铣削时的进给量。由于铣刀为多刃刀具，计算时按单位时间不同，有以下三种度量方法。

⑴ 每齿进给量 ƒZ (mm/z)指铣刀每转过一个刀齿时，工件对铣刀的进给量（即铣刀每转过一个刀齿，工件沿进给方向移动的距离），其单位为每齿mm/z。

⑵ 每转进给量 ƒ ，指铣刀每一转，工件对铣刀的进给量（即铣刀每转，工件沿进给方向移动的距离），其单位为mm/r

⑶ 每分钟进给量 ，又称进给速度，指工件对铣刀每分钟进给量（即每分钟工件沿进给方向移动的距离），其单位为mm/min。上述三者的关系为， 式中 Z —铣刀齿数

n—铣刀每分钟转速（r/min）， 背吃刀量(又称铣削深度)

铣削深度为平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸（切削层是指工件上正被刀刃切削着的那层金属），单位为mm。因周铣与端铣时相对于工件的方位不同，故铣削深度的标示也有所不同。

侧吃刀量(又称铣削宽度)

铣削宽度是垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸，单位为mm。

铣削用量选择的原则：通常粗加工为了保证必要的刀具耐用度，应优先采用较大的侧吃刀量或背吃刀量，其次是加大进给量，最后才是根据刀具耐用度的要求选择适宜的切削速度，这样选择是因为切削速度对刀具耐用度影响最大，进给量次之，侧吃刀量或背吃刀量影响最小；精加工时为减小工艺系统的弹性变形，必须采用较小的进给量，同时为了抑制积屑瘤的产生。对于硬质合金铣刀应采用较高的切削速度，对高速钢铣刀应采用较低的切削速度，如铣削过程中不产生积屑瘤时，也应采用较大的切削速度。

3、铣削的应用

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铣床的加工范围很广，可以加工平面、斜面、垂直面、各种沟槽和成形面（如齿形），如图4-3所示。还可以进行分度工作。有时孔的钻、镗加工，也可在铣床上进行，如图4-2所示。铣床的加工精度一般为IT9～IT8；表面粗糙度一般为Ra6.3～1.6μm。

(a) (b) (c)

图4-2 在卧式铣床上镗孔

a)卧式铣床上镗孔 b)卧式铣床上镗孔用吊架 c)卧式铣床上镗孔用支承套

图4-3 铣削加工的应用范围 a)圆柱铣刀铣平面 b)套式铣刀铣台阶面 c)三面刃铣刀铣直角槽 d)端铣刀铣平面 e)立铣刀铣凹平面 f)锯片铣刀切断 g)凸半圆铣刀铣凹圆弧面 h)凹半圆铣刀铣凸圆弧面 i)齿轮铣刀铣齿轮 j)角度铣刀铣V形槽 k)燕尾槽铣刀铣燕尾槽 l)T形槽铣刀铣T形槽 m)键槽铣刀铣键槽 n)半圆键槽铣刀铣半圆键槽 o)角度铣刀铣螺旋槽 78

4、铣削方式

1）周铣和端铣：用刀齿分布在圆周表面的铣刀而进行铣削的方式叫做周铣(4-3a)；用 刀齿分布在圆柱端面上的铣刀而进行铣削的方式叫做端铣(1-3d)。与周铣相比，端铣铣 平面时较为有利，因为：⑴ 端铣刀的副切削刃对已加工表面有修光作用，能使粗糙度降低。周铣的工件表面则有波纹状残留面积。⑵ 同时参加切削的端铣刀齿数较多，切削力的变化程度较小，因此工作时振动较周铣为小。⑶ 端铣刀的主切削刃刚接触工件时，切屑厚度不等于零，使刀刃不易磨损。⑷端铣刀的刀杆伸出较短，刚性好，刀杆不易变形，可用较大的切削用量。由此可见，端铣法的加工质量较好，生产率较高。所以铣削平面大多采用端铣。但是，周铣对加工各种形面的适应性较广，而有些形面（如成形面等）则不能用端铣。

2）逆铣和顺铣：周铣有逆铣法和顺铣法之分。逆铣时，铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反；顺铣时，则铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同。逆铣时，切屑的厚度从零开始渐增。实际上，铣刀的刀刃开始接触工件后，将在表面滑行一段距离才真正切入金属。这就使得刀刃容易磨损，并增加加工表面的粗糙度。逆铣时，铣刀对工件有上抬的切削分力，影响工件安装在工作台上的稳固性。

顺铣则没有上述缺点。但是，顺铣时工件的进给会受工作台传动丝杠与螺母之间间隙的影响。因为铣削的水平分力与工件的进给方向相同，铣削力忽大忽小，就会使工作台窜动和进给量不均匀，甚至引起打刀或损坏机床。因此，必须在纵向进给丝杠处有消除间隙的装置才能采用顺铣。但一般铣床上是没有消除丝杠螺母间隙的装置，只能采用逆铣法。另外，对铸锻件表面的粗加工，顺铣因刀齿首先接触黑皮，将加剧刀具的磨损，此时，也是以逆铣为妥。

(a) (b)

图4-4 逆铣和顺铣 a)逆铣 b)顺铣

4.2 铣床

铣床种类很多，常用的有卧式铣床、立式铣床、龙门铣床和数控铣床及铣镗加工中心等。在一般工厂，卧式铣床和立式铣床应用最广，其中万能卧式升降台式铣床，简称万能卧式铣床应用最多，特加以介绍。

4.2.1 万能卧式铣床

卧式万能升降台铣床简称万能铣床，如图4-1所示，是铣床中应用最广的一种。其主轴

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是水平的，与工作台面平行。下面以实习中所使用的X6132铣床为例，介绍万能铣床型号以及组成部分和作用。

1、万能铣床的型号： X 6 1 32

主参数代号：表示工作台宽度的1/10，即工作台宽度为320m 型别代号：表示万能升降台铣床 组别代号：表示卧式铣床

类别代号：表示铣床类（X为“铣床”汉语拼音的第一字母，直接读音为

“铣”）

2、 X6132万能卧式铣床的主要组成部分及作用

⑴床身 用来固定和支承铣床上所有的部件。电动机、主轴及主轴变速机构等安装在它的内部。

⑵横梁 它的上面安装吊架，用来支 承刀杆外伸的一端，以加强刀杆的刚性。 横梁可沿床身的水平导轨移动，以调整其 伸出的长度。

⑶主轴 主轴是空心轴，前端有7:24 的精密锥孔，其用途是安装铣刀刀杆并带 动铣刀旋转。

⑷纵向工作台 在转台的导轨上作纵向 移动，带动台面上的工件作纵向进给。

⑸横向工作台 位于升降台上面的水平

图4-5 X6132卧式万能铣床升降台铣床 导轨上，带动纵向工作一起作横向进给。

1-床身 2-电动机 3-变速机构 4-主轴 ⑹转台 作用是能将纵向工作台在水平

5-横梁 6-刀杆 7-刀杆支架8-纵向工作台 面内扳转一定的角度，以便铣削螺旋槽。

9-转台 10-横向工作台 11-升降台 12-底座 ⑺升降台 它可以使整个工作台沿床身

的垂直导轨上下移动，以调整工作台面到铣刀的距离，并作垂直进给。

带有转台的卧铣，由于其工作台除了能作纵向、横向和垂直方向移动外，尚能在水平面内左右扳转45°，因此称为万能卧式铣床。

4.2.2 升降台铣床及龙门铣床

1、 立式升降台铣床，如图4-2所示。其主轴与工作台面垂直。有时根据加工的需要，可以将立铣头（主轴）偏转一定的角度。

2、龙门铣床属大型机床之一，图4-3为四轴龙门铣床外形图。它一般用来加工卧式、立式铣床不能加工的大型工件。

图4-6 立式铣床 图4-7 四轴龙门铣床外形

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4.3 铣刀及其安装

4.3.1 铣刀

铣刀的分类方法很多，根据铣刀安装方法的不同可分为两大类，即带孔铣刀和带柄铣刀。带孔铣刀多用在卧式铣床上，带柄铣刀多用在立式铣床上。带柄铣刀又分为直柄铣刀和锥柄铣刀。

1.常用的带孔铣刀有如下几种：

1）圆柱铣刀：其刀齿分布在圆柱表面上，遍常分为直齿（图4-1a）和斜齿（图4-3a）两种，主要用于铣削平面。由于斜齿圆柱铣刀的每个刀齿是逐渐切入和切离工件的，故工作较平稳，加工表面粗糙度数值小，但有轴向切削力产生。

2）圆盘铣刀：即三面刃铣刀，锯片铣刀等。图4-3c为三面刃铣刀，主要用于加工不同宽度的直角沟槽及小平面、台阶面等。锯片铣刀（图4-3f）用于铣窄槽和切断。

3）角度铣刀：如图4-3j、k、o所示，具有各种不同的角度，用于加工各种角度的沟槽及斜面等。

4）成形铣刀：如图4-3g、h、i所示，其切刃呈凸圆弧、凹圆弧、齿槽形等。用于加工与切刃形状对应的成形面。

2.常用的带柄铣刀有如下几种：

1）立铣刀：如图4-3e和图4-3所示。立铣刀有直柄和锥柄两种，多用于加工沟槽、小平面、台阶面等。

2）键槽铣刀：如图4-3m所示，专门用于加工封闭式键槽。 3）T形槽铣刀：如图4-3l所示，专门用于加工T形槽。

4）镶齿端铣刀：如图4-3d所示，一般刀盘上装有硬质合金刀片，加工平面时可以进行高速铣削，以提高工作效率。

4.3.2 铣刀的安装 1、孔铣刀的安装

⑴带孔铣刀中的圆柱形、圆盘形铣刀，多用长刀杆安装，如图3-1所示。长刀杆一端有7:24锥度与铣床主轴孔配合，安装刀具的刀杆部分，根据刀孔的大小分几种型号，常用的有

22、 27、 32等。 16、用长刀杆安装带孔铣刀时要注意：

(1)铣刀应尽可能地靠近主轴或吊架，以保证铣刀有足够的刚性；套筒的端面与铣刀的端面必须擦干净，以减小铣刀的端跳；拧紧刀杆的压紧螺母时，必须先装上吊架，以防刀杆受力弯曲。

(2)斜齿圆柱铣所产生的轴向切削刀应指向主轴轴承，主轴转向与铣刀旋向的选择见表4-1。

图4-8 圆盘铣刀的安装

1-拉杆 2-铣床主轴 3-端面键 4-套筒 5-铣刀 6-刀杆 7-螺母 8-刀杆支架

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表4-1 主轴转向与斜齿圆柱铣刀旋向的选择 情况 铣刀安装简图 螺旋线方向 主旋转方向 轴向力的方向 说 明 1 2

⑵带孔铣刀中的端铣刀，多用短刀杆安装。如图4-9所示。

(a) (b)

图4-9 端铣刀的安装 图4-10 带柄铣刀的安装

a)锥柄铣刀的安装 b)直柄铣刀的安装 左旋 旋转 顺时针方向离开主轴轴承 不正确 左旋 旋转 逆时针方向向着主轴轴承 正确 2、带柄铣刀的安装

⑴锥柄铣刀的安装，如图4-10a所示。根据铣刀锥柄的大小，选择合适的变锥套，将各配合表面擦净，然后用拉杆把铣刀及变锥套一起拉紧在主轴上。

⑵直柄立铣刀的安装，这类铣刀多为小直径铣刀，一般不超过Ф20mm，多用弹簧夹头进行安装。如图4-10b所示。铣刀的柱柄插入弹簧套的孔中，用螺母压弹簧套的端面，使弹簧套的外锥面受压而孔径缩小，即可将铣刀抱紧。弹簧套上有三个开口，故受力时能收缩。弹簧套有多种孔径，以适应各种尺寸的铣刀。

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4.4 铣床附件及工件安装

4.4.1 铣床附件及其应用

铣床的主要附件有分度头、平口钳、万能铣头、和回转工作台，如下图4-11

图4-1 常用铣床附件

a)分度头 b)平口钳 c)万能铣头 d)回转工作台

图4-11

1. 分度头：图4-11（a）在铣削加工中，常会遇到铣六方、齿轮、花键和刻线等工作。这时，就需要利用分度头分度。因此，分度头是万能铣床上的重要附件。

1）分度头的作用

⑴ 能使工件实现绕自身的轴线周期地转动一定的角度（即进行分度）；

⑵ 利用分度头主轴上的卡盘夹持工件，使被加工工件的轴线，相对于铣床工作台在向上90°和向下10°的范围内倾斜成需要的角度，以加工各种位置的沟槽、平面等（如铣圆锥齿轮）；

⑶ 与工作台纵向进给运动配合，通过配换挂轮，能使工件连续转动，以加工螺旋沟槽、斜齿轮等。

万能分度头由于具有广泛的用途，在单件小批量生产中应用较多。 2） 分度头的结构

分度头的主轴是空心的，两端均为锥孔，前锥孔可装入顶尖（莫氏4号），后锥孔可装入心轴，以便在差动分度时挂轮，把主轴的运动传给侧轴可带动分度盘旋转。主轴前端外部有螺纹，用来安装三爪卡盘，如图4-2所示。

松开壳体上部的两个螺钉，主轴可以随回转体在壳体的环形导轨内转动，因此主轴除安装成水平外，还能扳成倾斜位置。当主轴调整到所需的位置上后，应拧紧螺钉。主轴倾斜的角度可以从刻度上看出。

在壳体下面，固定有两个定位块，以便与铣床工台面的T形槽相配合，用来保证主轴轴线准确地平行于工

作台的纵向进给方向。 图4-2 万能分度头外形

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手柄用于紧固或松开主轴，分度时松开，分度后紧固。以防在铣削时主轴松动。另一手柄是控制蜗杆的手柄，它可以使蜗杆和蜗轮联接或脱开（即分度头内部的传动切断或结合）在切断传动时，可用手转动分度的主轴。蜗轮与蜗杆之间的间隙可用螺母调整。

3）分度方法

分度头内部的传动系统如图4-3a所示，可转动分度手柄，通过传动机构（传动比1:1的一对齿轮，1:40的蜗轮蜗杆），使分度头主轴带动工件转动一定角度。手柄转一圈，主轴带动工件转1/40圈。

如果要将工件的圆周等分为Z等分，则每次分度工件应转过1/Z圈。设每次分度手柄的转数为 ，则手柄转数 与工件等分数Z之间有如下关系： nn

n1:4040Z1:nZ分度头分度的方法有直接分度法、简单分度法、角度分度法和差动分度法等。这里仅介绍常用的简单分度法。例如：铣齿数Z=35的齿轮，需对齿轮毛坯的圆周作35等分，每一次分度时，手柄转数为：

n404011（圈） Z357分度时，如果求出的手柄转数不是整数，可利用分度盘上的等分孔距来确定。分度盘如图4-3b所示，一般备有两块分度盘。分度盘的两面各钻有不通的许多圈孔，各圈孔数均不相等，然而同一孔圈上的孔距是相等的。

分度头第一块分度盘正面各圈孔数依次为24、25、28、30、34、37；反面各圈孔数依次为38、39、41、42、43。

第二块分度盘正面各圈孔数依次为46、47、49、51、53、54；反面各圈孔数依次为57、58、59、62、66。

1圈，其中1/7圈需通过分度盘（图4-3b）按上例计算结果，即每分一齿，手柄需转过 17来控制。用简单分度法需先将分度盘固定。再将分度手柄上的定位销调整到孔数为7的倍数（如28、42、49）的孔圈上，如在孔数为28的孔圈上。此时分度手柄转过1整圈后，再沿孔数为28的孔圈转过4个孔距。 n1117428 为了确保手柄转过的孔距数可靠，可调整分度盘上的扇形条1、2间的夹角（图4-3b），使之正好等于分子的孔距数，这样依次进行分度时就可准确无误。

(a) (b)

图4-3 分度头的传动

84

2. 平口钳：图4-11（b）平口钳是一种通用夹具，经常用其安装小型工件。

3. 万能铣头：图4-11（c）在卧式铣床上装上万能铣头，不仅能完成各种立铣的工作，而且还可以根据铣削的需要，把铣头主轴扳成任意角度。万能铣头的底座用螺栓固定在铣床的垂直导轨上。铣床主轴的运动通过铣头内的两对锥齿轮传到铣头主轴上。铣头的壳体可绕铣床主轴轴线偏转任意角度。铣头主轴的壳体还能在铣头壳体上偏转任意角度。因此，铣头主轴就能在空间偏转成所需要的任意角度。

4. 回转工作台：图4-11（d）回转工作台又称为转盘、平分盘、圆形工作台等。它的内部有一套蜗轮蜗杆。摇动手轮，通过蜗杆轴，就能直接带动与转台相连接的蜗轮转动。转台周围有刻度，可以用来观察和确定转台位置。拧紧固定螺钉，转台就固定不动。转台中央有一孔，利用它可以方便地确定工件地回转中心。当底座上的槽和铣床工作台的T形槽对齐后，即可用螺栓把回转工作台固定在铣床工作台上。铣圆弧槽时，工件安装在回转工作台上，铣刀旋转，用手均匀缓慢地摇动回转工作台而使工件铣出圆弧槽。

4.4.2 工件的安装

铣床上常用的工件安装方法有以下几种。 1.平口钳安装工件

在铣削加工时，常使用平口钳夹紧工件，如图4-12所示。它具有结构简单，夹紧牢靠等特点，所以使用广泛。平口钳尺寸规格，是以其钳口宽度来区分的。X62W型铣床配用的平口钳为160mm。平口钳分为固定式和回转式两种。回转式平口钳可以绕底座旋转360°，固定在水平面的任意位置上，因而扩大了其工作范围，是目前平口钳应用的主要类型。平口钳用两个T形螺栓固定在铣床上，底座上还有一个定位键，它与工作台上中间的T形槽相配合，以提高平口钳安装时的定位精度。

固定钳口 活动钳口

(a) (b)

图4-12 平口钳安装工件 a)正确 b)不正确

2.用压板、螺栓安装工件

对于大型工件或平口钳难以安装的工件，可用压板、螺栓和垫铁将工件直接固定在工作台上，如图4-5a所示。

(a) (b)

85

(c) (d)

图4-13 工件在铣床上常用的安装方法

a)用压板、螺钉安装工件 b)用分度头安装工件

c)分度头卡盘在垂直位置安装工件 d)分度头卡盘在倾斜位置安装工件

注意事项：

1）压板的位置要安排得当，压点要靠近切削面，压力大小要适合。粗加工时，压紧力要大，以防止切削中工件移动；精加工时，压紧力要合适，注意防止工件发生变形。

2）工件如果放在垫铁上，要检查工件与垫铁是否贴紧了，若没有贴紧，必须垫上铜皮或纸，直到贴紧为止。

3）压板必须压在垫铁处，以免工件因受压紧力而变形。

4）安装薄壁工件，在其空心位置处，可用活动支撑（千斤顶等）增加刚度。

5）工件压紧后，要用划针盘复查加工线是否仍然与工作台平行，避免工件在压紧过程中变形或走动。

3.用分度头安装工件

分度头安装工件一般用在等分工作中。它即可以用分度头卡盘（或顶尖）与尾架顶尖一起使用安装轴类零件，图4-13b所示。也可以只使用分度头卡盘安装工件，又由于分度头的主轴可以在垂直平面内转动，因此可以利用分度头在水平、垂直及倾斜位置安装工件，如图4-13c、d所示。

当零件的生产批量较大时，可采用专用夹具或组合夹具装夹工件，这样既能提高生产效率，又能保证产品质量。

4.5 铣削的基本操作

4.5.1 铣平面

铣平面可以用圆柱铣刀、端铣刀或三面刃盘铣刀在卧式铣床或立式铣床上进行铣削。 1、 用圆柱铣刀铣平面

圆柱铣刀一般用于卧式铣床铣平面。铣平面用的圆柱铣刀，一般为螺旋齿圆柱铣刀。铣刀的宽度必须大于所铣平面的宽度。螺旋线的方向应使铣削时所产生的轴向力将铣刀推向主轴轴承方向。

圆柱铣刀通过长刀杆安装在卧式铣床的主轴上，刀杆上的锥柄与主轴上的锥孔相配，并用一拉杆拉紧。刀杆上的键槽与主轴上的方键相配，用来传递动力。安装铣刀时，先在刀杆上装几个垫圈，然后装上铣刀，如图4-14a所示。应使铣刀切削刃的切削方向与主轴旋转方向一致，同时铣刀还应尽量装在靠近床身的地方。再在铣刀的另一侧套上垫圈，然后用手轻轻旋上压紧螺母，如图4-14b所示。再安装吊架，使刀杆前端进入吊架轴承内，拧紧吊架的紧固螺钉，如图4-14c所示。初步拧紧刀杆螺母，开车观察铣刀是否装正，然后用力拧紧螺母，

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如图4-14d所示。

操作方法：根据工艺卡的规定调整机床的转速和进给量，再根据加工余量的多少来调整铣削深度，然后开始铣削。铣削时，先用手动使工作台纵向靠近铣刀，而后改为自动进给；当进给行程尚未完毕时不要停止进给运动，否则铣刀在停止的地方切入金属就比较深，形成表面深啃现象；铣削铸铁时不加切削液（因铸铁中的石墨可起润滑作用；铣削钢料时要用切削液，通常用含硫矿物油作切削液）。

(a) (b)

(c) (d)

图4-14 安装圆柱铣刀的步骤

用螺旋齿铣刀铣削时，同时参加切削的刀齿数较多，每个刀齿工作时都是沿螺旋线方向逐渐地切入和脱离工作表面，切削比较平稳。在单件小批量生产的条件下，用圆柱铣刀在卧式铣床上铣平面仍是常用的方法。

2、用端铣刀铣平面：端铣刀一般用于立式铣床上铣平面，有时也用于卧式铣床上铣侧面。 端铣刀一般中间带有圆孔。通常先将铣刀装在短刀轴上，再将刀轴装入机床的主轴上，并用拉杆螺丝拉紧。

(a) (b)

图4-15 用端铣刀铣平面 a)立式铣床 b)卧式铣床

用端铣刀铣平面与用圆柱铣刀铣平面相比，其特点是：切削厚度变化较小，同时切削的刀齿较多，因此切削比较平稳；再则端铣刀的主切削刃担负着主要的切削工作，而副切削刃又有修光作用，所以表面光整；此外，端铣刀的刀齿易于镶装硬质合金刀片，可进行高速铣

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削，且其刀杆比圆柱铣刀的刀杆短些，刚性较好，能减少加工中的振动，有利于提高铣削用量。因此，端铣既提高了生产率，又提高了表面质量，所以在大批量生产中，端铣已成为加工平面的主要方式之一。

4.5.2 铣斜面

工件上具有斜面的结构很常见，铣削斜面的方法也很多，下面介绍常用的几种方法。 1、使用倾斜垫铁铣斜面，如图4-16a所示。在零件设计基准的下面垫一块倾斜的垫铁，则铣出的平面就与设计基准面成倾斜位置，改变倾斜垫铁的角度，即可加工不同角度的斜面。

2、用万能铣头铣斜面，如图4-16b所示。由于万能铣头能方便地改变刀轴的空间位置，因此我们可以转动铣头以使刀具相对工作倾斜一个角度来铣斜面。

3、用角度铣刀铣斜面，如图4-16c所示。较小的斜面可用合适的角度铣刀加工。当加工零件批量较大时，则常采用专用夹具铣斜面。

4、用分度头铣斜面，如图4-16d所示。在一些圆柱形和特殊形状的零件上加工斜面时，可利用分度头将工件转成所需位置而铣出斜面。

(a) (b) (c) (d)

图4-16 铣斜面的几种方法

a)用斜垫铁铣斜面 b) 用万能铣头铣斜面 c) 用角度铣刀铣斜面 d) 用分度头铣斜面

4.5.3铣键槽

在铣床上能加工的沟槽种类很多，如直槽、角度槽、V形槽、T形槽、燕尾槽和键槽等。现仅介绍键槽、T形槽和燕尾槽的加工：

1、铣键槽：常见的键槽有封闭式和敞开式两种。在轴上铣封闭式键槽，一般用键槽铣刀加工，如图4-17a所示。键槽铣刀一次轴向进给不能太大，切削时要注意逐层切下。敞开式键槽多在卧式铣床上用三面刃铣刀进行加工，如图4-17b所示。注意在铣削键槽前，做好对刀工作，以保证键槽的对称度。

若用立铣刀加工，则由于立铣刀中央无切削刃，不能向下进刀，因此必须预先在槽的一端钻一个落刀孔，才能用立铣刀铣键槽。对于直径为3～20mm的直柄立铣刀，可用弹簧夹头装夹，弹簧夹头可装入机床主轴孔中；对于直径为10～50mm的锥柄铣刀，可利用过渡套装入机床主轴孔中。对于敞开式键槽，可在卧式铣床上进行，一般采用三面刃铣刀加工。

(a) (b)

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图4-17 铣键槽

a)在立式铣床上铣封闭式键槽 b)在卧式铣床上铣敞开式键槽

2、铣T形槽及燕尾槽，如图4-18所示。T形槽应用很多，如铣床和刨床的工作台上用来安放紧固螺栓的槽就是T形槽。要加工T形槽及燕尾槽，必须首先用立铣刀或三面刃铣刀铣出直角槽，然后在立铣上用T形槽铣刀铣削T形槽和用燕尾槽铣刀铣削成形。但由于T形槽铣刀工作时排屑困难，因此切削用量应选得小些，同时应多加冷却液，最后再用角度铣刀铣出倒角。

(a) (b) (c)

图4-18 铣T形槽及燕尾槽 a)先铣出直槽 b)铣T形槽 c)铣燕尾槽

4.5.4铣成形面

如零件的某一表面在截面上的轮廓线是由曲线和直线所组成，这个面就是成形面。成形面一般在卧式铣床上用成形铣刀来加工，如图4-19a所示。成形铣刀的形状要与成形面的形状相吻合。如零件的外形轮廓是由不规则的直线和曲线组成，这种零件就称为具有曲线外形表面的零件。这种零件一般在立式铣床上铣削，加工方法有：按划线用手动进给铣削；用圆形工作台铣削；用靠模铣削，如图4-19b所示。

对于要求不高的曲线外形表面，可按工件上划出的线迹移动工作台进行加工，顺着线迹将打出的样冲眼铣掉一半。在成批及大量生产中，可以采用靠模夹具或专用的靠模铣床来对曲线外形面进行加工。

（a） (b)

图4-19 铣成形面

a)用成形铣刀铣成形面 b)用靠模铣曲面

4.5.5铣齿形

齿轮齿形的加工原理可分为两大类：展成法（又称范成法），它是利用齿轮刀具与被切齿轮的互相啮合运转而切出齿形的方法，如插齿和滚齿加工等；成形法（又称型铣法），它是利用仿照与被切齿轮齿槽形状相符的盘状铣刀或指状铣刀切出齿形的方法，如图4-20所示。在

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铣床上加工齿形的方法属于成形法。

(a) (b)

图4-20 用盘状铣刀和指状铣刀加工齿轮 a)盘状铣刀铣齿轮 b)指状铣刀铣齿轮

铣削时，常用分度头和尾架装夹工件，如图4-20所示。可用盘状模数铣刀在卧式铣床上铣齿（图4-20a），也可用指状模数铣刀在立式铣床上铣齿（图4-20b）。

图4-21 分度头和尾架装夹工件

圆柱形齿轮和圆锥齿轮，可在卧式铣床或立式铣床上加工。人字形齿轮在立式铣床上加工。蜗轮则可以在卧式铣床上加工。卧式铣床加工齿轮一般用盘状铣刀，而在立式铣床上则使用指状铣刀。

成形法加工的特点是：

1）设备简单，只用普通铣床即可，刀具成本低；

2）由于铣刀每切一齿槽都要重复消耗一段切入、退刀和分度的辅助时间，因此生产率较低；

3）加工出的齿轮精度较低，只能达到11～9级。这是因为在实际生产中，不可能为每加工一种模数、一种齿数的齿轮就制造一把成形铣刀，而只能将模数相同且齿数不同的铣刀编成号数，每号铣刀有它规定的铣齿范围，又每号铣刀的刀齿轮廓只与该号范围的最小齿数齿槽的理论轮廓相一致，对其它齿数的齿轮只能获得近似齿形。

根据同一模数而齿数在一定的范围内，可将铣刀分成8把一套和15把一套的两种规格。8把一套适用于铣削模数为0.3～8的齿轮；15把一套适用于铣削模数为1～16的齿轮，15把一套的铣刀加工精度较高一些。铣刀号数小，加工的齿轮齿数少，反之刀号大，能加工的齿数就多。8把一套规格见表4-2。15把一套规格见表4-3。

根据以上特点，成形法铣齿一般多用于修配或单件制造某些转速低、精度要求不高的齿轮。在大批量生产中、或精度要求较高的齿轮，都在专门的齿轮加工机床加工。

表4-1 模数齿轮铣刀刀号选择表 铣刀号数 1 2 3 4 5 6 7 8 齿数范围 12～13 14～16 17～20 21～25 26～34 35～54 55～134 135以上

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表4-2 模数齿轮铣刀刀号选择表 铣刀号数 齿数范围 铣刀号数 1 12 5 1.5 13 5.5 2 14 6 2.5 3 3.5 19～20 7.5 4 21～22 8 4.5 23～25 15～16 17～18 6.5 7 齿数范围 26～29 30～34 35～41 42～54 55～79 80～134 135以上

齿轮铣刀的规格标示在其侧面上，表示出：铣削模数、压力角、加工何齿轮、铣刀号数、加工齿轮的齿数范围、何年制造和铣刀材料等。

复习思考题

1、X6132型万能卧式铣床主要由哪几部分组成的？各部分的主要作用是什么？ 2、铣削的主运动和进给运动各是什么？

3、铣床的主要附件有哪几种？其主要作用是什么？ 4、铣床能加工哪些表面？各用什么刀具？

5、铣床主要有哪几类？卧铣和立铣的主要区别是什么？ 6、用来制造铣刀的材料主要是什么？ 7、如何安装带柄铣刀和带孔铣刀？

8、逆铣和顺铣相比，其突出优点是什么？

9、在铣床上为什么要开车对刀？为什么必须停车变速？ 10、分度头的转动体在水平轴线内可转动多少度？

11、在轴上铣封闭式和敞开式键槽可选用什么铣床和刀具？ 12、铣床上工件的主要安装方法有哪几种？

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第5章 刨削加工

5.1 刨工概述

在牛头刨床上加工时，刨刀的纵向往复直线运动为主运动，零件随工作台作横向间歇 进给运动，如图5-1 所示。

图5-1 牛头刨床的刨削运动和切削用量

5.1.1 刨削加工的特点

(1) 生产率一般较低 刨削是不连续的切削过程，刀具切入、切出时切削力有突变， 将引起冲击和振动，限制了刨削速度的提高。此外，单刃刨刀实际参加切削的长度有限， 一个表面往往要经过多次行程才能加工出来，刨刀返回行程时不进行工作。由于以上原因， 刨削生产率一般低于铣削，但对于狭长表面 (如导轨面)的加工，以及在龙门刨床上进行多 刀、多件加工，其生产率可能高于铣削。

(2) 刨削加工通用性好、适应性强 刨床结构较车床、铣床等简单，调整和操作方便； 刨刀形状简单，和车刀相似，制造、刃磨和安装都较方便；刨削时一般不需加切削液。

5.1.2 刨削加工范围

刨削加工的尺寸精度一般为IT9～IT8，表面粗糙度Ra 值为6.3 μm～1.6 μm，用宽刀精刨时，Ra 值可达1.6 μm。此外，刨削加工还可保证一定的相互位置精度，如面对面的平行度和垂直度等。刨削在单件、小批生产和修配工作中得到广泛应用。刨削主要用于加工各种平面(水平面、垂直面和斜面)、各种沟槽(直槽、T 形槽、燕尾槽等)和成形面等，如图7.26 所示。

(a) 平面刨刀刨平面 (b) 偏刀刨垂直面 (c) 角度偏刀刨燕尾槽

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(d) 偏刀刨斜面 (e) 切刀切断 (f) 偏刀刨V 形槽

(g) 弯切刀刨T 形槽 (h) 成形刨刀刨成形面

图5-2 刨削加工的主要应用

5.2 刨床

刨床主要有牛头刨床和龙门刨床，常用的是牛头刨床。牛头刨床最大的刨削长度一般 不超过1000 mm，适合于加工中小型零件。龙门刨床由于其刚性好，而且有2～4 个刀架可 同时工作，因此，它主要用于加工大型零件或同时加工多个中、小型零件，其加工精度和 生产率均比牛头刨床高。刨床上加工的典型零件如图5-3 所示。

图5-3 刨床上加工的典型零件

5.2.1 牛头刨床 1、牛头刨床的组成

如图5-4 所示为B6065 型牛头刨床的外形。型号B6065 中，B 为机床类别代号，表示 刨床，读作“刨”；6 和0 分别为机床组别和系别代号，表示牛头刨床；65 为主参数最大 刨削长度的1/10，即最大刨削长度为650 mm。

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图5-4 B6065 型牛头刨床外形图

1—工作台 2—刀架 3—滑枕 4—床身 5—摆杆机构 6—变速机构 7—进给机构 8—横梁

B6065 型牛头刨床主要由以下几部分组成：

(1)床身 用以支撑和连接刨床各部件。其顶面水平导轨供滑枕带动刀架进行往复直 线运动，侧面的垂直导轨供横梁带动工作台升降。床身内部有主运动变速机构和摆杆机构。

(2)滑枕 用以带动刀架沿床身水平导轨作往复直线运动。滑枕往复直线运动的快慢、 行程的长度和位置，均可根据加工需要调整。

(3)刀架 用以夹持刨刀，其结构如图5-5 所示。当转动刀架手柄5 时，滑板4 带着 刨刀沿刻度转盘7 上的导轨上、下移动，以调整背吃刀量或加工垂直面时作进给运动。松 开转盘7 上的螺母，将转盘扳转一定角度，可使刀架斜向进给，以加工斜面。刀座3 装在 滑板4 上。抬刀板2 可绕刀座上的销轴向上抬起，以使刨刀在返回行程时离开零件已加工 表面，以减少刀具与零件的摩擦。

图5-5 刀架

1—刀夹 2—抬刀板 3—刀座 4—滑板 5—手柄 6—刻度环 7—刻度转盘 8—销轴

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(4)工作台 用以安装零件，可随横梁作上下调整，也可沿横梁导轨作水平移动或间 歇进给运动。

2、 牛头刨床的传动系统

B6065 型牛头刨床的传动系统主要包括摆杆机构和棘轮机构。

(1) 摆杆机构 其作用是将电动机传来的旋转运动变为滑枕的往复直线运动，结构如 图5-6 所示。摆杆7 上端与滑枕内的螺母2 相连，下端与支架5 相连。摆杆齿轮3 上的偏 心滑块6 与摆杆7 上的导槽相连。当摆杆齿轮3 由小齿轮4 带动旋转时，偏心滑块就在摆 杆7 的导槽内上下滑动，从而带动摆杆7 绕支架5 中心左右摆动，于是滑枕便作往复直线 运动。摆杆齿轮转动一周，滑枕带动刨刀往复运动一次。

(2) 棘轮机构 其作用是使工作台在滑枕完成回程与刨刀再次切入零件之前的瞬间， 作间歇横向进给，横向进给机构如图5-7(a)所示，棘轮机构的结构如图5-7(b)所示。

图5-6 摆杆机构

1—丝杠 2—螺母 3—摆杆齿轮 4—小齿轮 5—支架 6—偏心滑块 7—摆杆

齿轮5 与摆杆齿轮为一体，摆杆齿轮逆时针旋转时，齿轮5 带动齿轮6 转动，使连杆 4 带动棘爪3 逆时针摆动。棘爪3 逆时针摆动时，其上的垂直面拨动棘轮2 转过若干齿， 使丝杠8 转过相应的角度，从而实现工作台的横向进给。而当棘轮顺时针摆动时，由于棘 爪后面为一斜面，只能从棘轮齿顶滑过，不能拨动棘轮，所以工作台静止不动，这样就实 现了工作台的横向间歇进给。

(a) 横向进给机构 (b) 棘轮机构

图5-7 牛头刨床横向进给机构

1—棘爪架 2—棘轮 3—棘爪 4—连杆 5、6—齿轮 7—偏心销 8—横向丝杠 9—棘轮罩

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3、牛头刨床的调整

(1) 滑枕行程长度、起始位置、速度的调整

刨削时，滑枕行程的长度一般应比零件刨削表面的长度为30 mm～40 mm，如图5-6 所示，滑枕的行程长度调整方法是通过改变摆杆齿轮上偏心滑块的偏心距离，其偏心距越大，摆杆摆动的角度就越大，滑枕的行程长度也就越长；反之，则越短。

松开滑枕内的锁紧手柄，转动丝杠，即可改变滑枕行程的起始点，使滑枕移到所需要的位置。

调整滑枕速度时，必须在停车之后进行，否则将打坏齿轮，如图5-4 所示，可以通过变速机构6 来改变变速齿轮的位置，使牛头刨床获得不同的转速。

(2) 工作台横向进给量的大小、方向的调整 工作台的进给运动既要满足间歇运动的 要求，又要与滑枕的工作行程协调一致，即在刨刀返回行程将结束时，工作台连同零件一 起横向移动一个进给量。牛头刨床的进给运动是由棘轮机构实现的。

如图7.32 所示，棘爪架空套在横梁丝杠轴上，棘轮用键与丝杠轴相连。工作台横向进 给量的大小，可通过改变棘轮罩的位置，从而改变棘爪每次拨过棘轮的有效齿数来调整。 棘爪拨过棘轮的齿数较多时，进给量大；反之则小。此外，还可通过改变偏心销7 的偏心 距来调整，偏心距小，棘爪架摆动的角度就小，棘爪拨过的棘轮齿数少，进给量就小；反 之，进给量则大。

若将棘爪提起后转动180°，可使工作台反向进给。当把棘爪提起后转动90°时，棘 轮便与棘爪脱离接触，此时可手动进给。

5.2.2 龙门刨床

图5-8 B2010A 型龙门刨床

1—液压安全器 2—左侧刀架进给箱 3—工作台 4—横梁 5—左垂直刀架 6—左立柱 7—右立柱 8—右垂直刀架 9—悬挂按钮站 10—垂直刀架进给箱 11—右侧刀架进给箱 12—工作台减速箱 13—右侧刀架 14—床身

龙门刨床因有一个“龙门”式的框架而得名。与牛头刨床不同的是，在龙门刨床上加 工时，零件随工作台的往复直线运动为主运动，进给运动是垂直刀架沿横梁上的水平移动 和侧刀架在立柱上的垂直移动。

龙门刨床适用于刨削大型零件，零件长度可达几米、十几米、甚至几十米。也可在工

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作台上同时装夹几个中、小型零件，用几把刀具同时加工，故生产率较高。龙门刨床特 别适于加工各种水平面、垂直面及各种平面组合的导轨面、T 形槽等。龙门刨床的外形如 图5-8 所示。

龙门刨床的主要特点是，自动化程度高，各主要运动的操纵都集中在机床的悬挂按钮 站和电气柜的操纵台上，操纵十分方便；工作台的工作行程和空回行程可在不停车的情况 下实现无级变速；横梁可沿立柱上下移动，以适应不同高度零件的加工；所有刀架都有自 动抬刀装置，并可单独或同时进行自动或手动进给，垂直刀架还可转动一定的角度，用来 加工斜面。

5.3 刨刀及其安装

5.3.1 刨刀

1、刨刀的几何形状与车刀相似，但刀杆的截面积比车刀大1.25～1.5 倍，以承受较大的冲击力。刨刀的前角γo 比车刀稍小，刃倾角取较大的负值，以增加刀头的强度。刨刀的一个显著特点是刨刀的刀头往往做成弯头，如图5-9所示为弯、直头刨刀比较示意图。做成弯头的目的是为了当刀具碰到零件表面上的硬点时，刀头能绕O 点向后上方弹起，使切削刃离开零件表面，不会啃入零件已加工表面或损坏切削刃，因此，弯头刨刀比直头刨刀应用更广泛。

(a) 弯头刨刀 (b) 直头刨刀

图5-9 弯头刨刀和直头刨刀

2、 刨刀的种类及其应用

刨刀的形状和种类依加工表面形状不同而有所不同。常用刨刀及其应用如图5-2 所示。 平面刨刀用以加工水平面；偏刀用于加工垂直面、台阶面和斜面；角度偏刀用以加工角度 和燕尾槽；切刀用以切断或刨沟槽；内孔刀用以加工内孔表面(如内键槽)；弯切刀用以加 工T 形槽及侧面上的槽；成形刀用以加工成形面。

5.3.2 刨刀的安装

如图5-10 所示，安装刨刀时，将转盘对准零线，以便准确控制背吃刀量，刀头不要伸 出太长，以免产生振动和折断。直头刨刀伸出长度一般为刀杆厚度的1.5～2 倍，弯头刨刀 伸出长度可稍长些，以弯曲部分不碰刀座为宜。装刀或卸刀时，应使刀尖离开零件表面， 以防损坏刀具或者擦伤零件表面，必须一只手扶住刨刀，另一只手使用扳手，用力方向自 上而下，否则容易将抬刀板掀起，碰伤或夹伤手指。

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图5-10 刨刀的安装

1—零件 2—刀头伸出要短 3—刀夹螺钉 4—刀夹 5—刀座螺钉 6—刀架进给手柄 7—转盘对准零线 8—转盘螺钉

5.3.3 工件的安装

在刨床上零件的安装方法视零件的形状和尺寸而定。常用的有平口虎钳安装、工作台 安装和专用夹具安装等，装夹零件方法与铣削相同，可参照铣床中零件的安装及铣床附件 所述内容。

5.4 刨削的基本操作

刨削主要用于加工平面、沟槽和成形面。 5.4.1. 刨平面 1、 刨水平面

刨削水平面的顺序如下。 (1) 正确安装刀具和零件。

(2) 调整工作台的高度，使刀尖轻微接触零件表面。 (3) 调整滑枕的行程长度和起始位置。

(4) 根据零件材料、形状、尺寸等要求，合理选择切削用量。

(5) 试切，先用手动试切。进给1 mm～l.5 mm 后停车，测量尺寸，根据测得结果调整背吃刀量，再自动进给进行刨削。当零件表面粗糙度Ra 值低于6.3 μm 时，应先粗刨，再精刨。精刨时，背吃刀量和进给量应小些，切削速度应适当高些。此外，在刨刀返回行程时，用手掀起刀座上的抬刀板，使刀具离开已加工表面，以保证零件表面质量。

(6) 检验。零件刨削完工后，停车检验，尺寸和加工精度合格后即可卸下。 2、 刨垂直面和斜面

刨垂直面的方法如图5-11所示。此时采用偏刀，并使刀具的伸出长度大于整个刨削面 的高度。刀架转盘应对准零线，以使刨刀沿垂直方向移动。刀座必须偏转10°～15°，以使 刨刀在返回行程时离开零件表面，减少刀具的磨损，避免零件已加工表面被划伤。刨垂直 面和斜面的加工方法一般在不能或不便于进行水平面刨削时才使用。

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(a) 按划线找正 (b) 调整刀架垂直进给

图5-11 刨垂直面_

刨斜面与刨垂直面基本相同，只是刀架转盘必须按零件所需加工的斜面扳转一定角度，以使刨刀沿斜面方向移动。如图5-12 所示，采用偏刀或样板刀，转动刀架手柄进行进给，可以刨削左侧或右侧斜面。

(a) 用偏刀刨左侧斜面 (b) 用偏刀刨右侧斜面 (c) 用样板刀刨斜面 图5-12刨斜面 1—零件 2—样板刀

5.4.2. 刨沟槽

1、 刨直槽时用切刀以垂直进给完成，如图5-13 所示。

图5-13 刨直槽

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2、 刨V 形槽的方法 如图5-14 所示，先按刨平面的方法把V 形槽粗刨出大致形状如 图5-14(a)所示；然后用切刀刨V 形槽底的直角槽如图5-14(b)所示；再按刨斜面的方法用偏 刀刨V 形槽的两斜面如图5-14(c)所示；最后用样板刀精刨至图样要求的尺寸精度和表面粗 糙度如图5-14(d)所示。

(a) 刨平面 (b) 刨直角槽 (c) 刨斜面 (d) 样板刀精刨

图5-14 刨V 形槽

3、 刨T 形槽时，应先在零件端面和上平面划出加工线，如图5-15 所示。

图5-15 T形槽零件划线图

4、 刨燕尾槽与刨T 形槽相似，应先在零件端面和上平面划出加工线，如图5-16 所示。 但刨侧面时须用角度偏刀，如图5-17 所示，刀架转盘要扳转一定角度。

图5-16 燕尾槽的划线

(a) 刨平面 (b) 刨直槽 (c) 刨左燕尾槽 (d) 刨右燕尾槽

图5-17 燕尾槽的刨削步骤

5.4.3. 刨成形面

在刨床上刨削成形面，通常是先在零件的侧面划线，然后根据划线分别移动刨刀作垂 直进给和移动工作台作水平进给，从而加工出成形面，如图5-2(h)所示。也可用成形刨刀 加工，使刨刀刃口形状与零件表面一致，一次成形。

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复习思考题

1、 牛头刨床刨削平面时的主运动和进给运动各是什么？

2、 牛头刨床主要由哪几部分组成？各有何作用？刨削前需如何调整？ 3、 牛头刨床刨削平面时的间歇进给运动是靠什么实现的？ 4、 滑枕往复直线运动的速度是如何变化的？为什么？ 5、 刨削加工中刀具最容易损坏的原因是什么？ 6、 牛头刨床横向进给量的大小是靠什么实现的？ 7、 刨削的加工范围有哪些？

8、 常见的刨刀有哪几种？试分析切削量大的刨刀为什么做成弯头的？ 9、 刀座的作用是什么？刨削垂直面和斜面时，如何调整刀架的各个部分？ 10、刨刀和车刀相比，其主要差别是什么？

11、牛头刨床在刨工件时，其摇杆（摆杆）长度是否有变化？靠何种机构来补偿？

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第6章 磨削加工

6.1 磨工概述

6.1.1 磨削加工简介

磨削加工是机械制造中最常用的加工方法之一，它的应用范围很广，可以磨削难以切削的各种高硬超硬材料：可以磨削各种表面；可以用于荒加工（磨削钢坯、割浇冒口等）、粗加工、精加工和超精加工。磨削后工件磨削精度可达IT6-IT4，表面粗糙度可以达到Ra0.025-0.8μm。磨削比较容易实现生产过程自动化，在工业发达国家，磨床已占机床总数的25%左右，个别行业可达到40%~50%。

1、磨削加工的特点

1）磨削属多刃、微刃切削 磨削用的砂轮是由许多细小坚硬的磨粒用结合剂黏结在一起经焙烧而成的疏松多孔体，如图1 所示。这些锋利的磨粒就像铣刀的切削刃，在砂轮高速旋转的条件下，切入零件表面，故磨削是一种多刃、微刃切削过程。

2）加工尺寸精度高，表面粗糙度值低 磨削的切削厚度极薄，每个磨粒的切削厚度可小到微米，故磨削的尺寸精度可达IT6～IT5，表面粗糙度Ra 值达0.8 μm～0.1 μm。高精度磨削时，尺寸精度可超过IT5，表面粗糙度Ra 值不大于0.012 μm。

3）加工材料广泛 由于磨料硬度极高，故磨削不仅可加工一般金属材料，如碳钢、铸铁等，还可加工一般刀具难以加工的高硬度材料，如淬火钢、各种切削刀具材料及硬质合金等。

图6-1 砂轮的组成

1— 砂轮 2—已加工表面 3—磨粒 4—结合剂 5—加工表面 6—空隙 7—待加工表面

4）砂轮有自锐性 当作用在磨粒上的切削力超过磨粒的极限强度时，磨粒就会破碎，形成新的锋利棱角进行磨削；当此切削力超过结合剂的黏结强度时，钝化的磨粒就会自行脱落，使砂轮表面露出一层新鲜锋利的磨粒，从而使磨削加工能够继续进行。砂轮的这种自行推陈出新、保持自身锋利的性能称为自锐性。砂轮有自锐性可使砂轮连续进行加工，这是其他刀具没有的特性。

5） 磨削温度高 磨削过程中，由于切削速度很高，产生大量切削热，温度超过1000℃。同时，高温的磨屑在空气中发生氧化作用，产生火花。在如此高温下，将会使零件材料性能改变而影响质量。因此，为减少摩擦和迅速散热，降低磨削温度，及时冲走屑末，以保证零件表面质量，磨削时需使用大量切削液。

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6.2 磨床

6.2.1 外圆磨床

常用的外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床。在普通外圆磨床上可磨削零件的外圆柱面和外圆锥面；在万能外圆磨床上由于砂轮架、头架和工作台上都装有转盘，能回转一定的角度，且增加了内圆磨具附件，所以万能外圆磨床除可磨削外圆柱面和外圆锥面外，还可磨削内圆柱面、内圆锥面及端平面，故万能外圆磨床较普通外圆磨床应用更广。

图6-2 M7120A 型平面磨床外形图

1—驱动工作台手轮 2—磨头 3—滑板 4—横向进给手轮 5—砂轮修整器

6—立柱 7—行程挡块 8—工作台 9—垂直进给手轮 10—床身

6.2.2 平面磨床

平面磨床主要用于磨削零件上的平面。平面磨床与其他磨床不同的是工作台上安装有电磁吸盘或其他夹具，用作装夹零件。图4为M7120A 型平面磨床外形图磨头2 沿滑板3 的水平导轨可作横向进给运动，这可由液压驱动或横向进给手轮4 操纵。滑板3 可沿立柱6 的导轨垂直移动，以调整磨头2 的高低位置及完成垂直进给运动，该运动也可操纵手轮9 实现。砂轮由装在磨头壳体内的电动机直接驱动旋转。

6.3 砂轮的安装、平衡及修整

1、砂轮

砂轮是磨削的切削工具。磨粒、结合剂和空隙是构成砂轮的三要素，如图1所示。 1） 砂轮的特性及其选择

表示砂轮的特性主要包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状和尺寸等。

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磨料直接担负着切削工作，必须硬度高、耐热性好，还必须有锋利的棱边和一定的强度。常用磨料有刚玉类、碳化硅类和超硬磨料。常用的几种刚玉类、碳化硅类磨料的代号、特点及适用范围见表1。其余几种为铬刚玉（PA）、微晶刚玉（MA）、单晶刚玉（SA）、人造金刚石（SD）、立方氮化硼（CBN）

表6-1 常用磨料特点及其用途 磨料名称 棕刚玉 白刚玉 黑色碳化硅 绿色碳化硅

粒度是指磨粒颗粒的大小。以刚能通过的那一号筛网的网号来表示磨料的粒度，如60＃微粉：磨粒的直径＜40um时，如W20磨粒尺寸在20～14um粗磨用粗粒度，精磨用细粒度 ；当工件材料软，塑性大，磨削面积大时，采用粗粒度，以免堵塞砂轮烧伤工件。可用筛选法或显微镜测量法来区别。

硬度是指砂轮上磨料在外力作用下脱落的难易程度。取决于结合剂的结合能力及所占比例，与磨料硬度无关。磨粒易脱落，表明砂轮硬度低，反之则表明砂轮硬度高。硬度分7大级(超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬)，16小级。砂轮硬度选择原则：1. 磨削硬材，选软砂轮；磨削软材，选硬砂轮；2. 磨导热性差的材料，不易散热，选软砂轮以免工件烧伤；3.砂轮与工件接触面积大时，选较软的砂轮；4.成形磨精磨时，选硬砂轮；粗磨时选较软的砂轮。大体上说，磨硬金属时，用软砂轮；磨软金属时，用硬砂轮。

常用结合剂有陶瓷结合剂(代号V)、树脂结合剂(代号B)、橡胶结合剂(代号R) 、金属结合剂（代号M）等。陶瓷结合剂（V）化学稳定性好、耐热、耐腐蚀、价廉，占90%，但性脆，不宜制成薄片，不宜高速，线速度一般为35m/s。树脂结合剂（B）强度高弹性好，耐冲击，适于高速磨或切槽切断等工作，但耐腐蚀耐热性差 (300℃)，自锐性好。橡胶结合剂（R）强度高弹性好，耐冲击，适于抛光轮、导轮及薄片砂轮，但耐腐蚀耐热性差 (200℃)，自锐性好。金属结合剂（M）青铜、镍等，强度韧性高，成形性好，但自锐性差，适于金刚石、立方氮化硼砂轮。

组织是指砂轮中磨料、结合剂、空隙三者体积的比例关系。组织号是由磨料所占的百分比来确定的。反映了砂轮中磨料、结合剂和气孔三者体积的比例关系，即砂轮结构的疏密程度，组织分紧密、中等、疏松三类13级。紧密组织成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨和强力磨削。中等组织适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等。疏松组织不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面、内圆等接触面积较大时，磨热敏性强的材料或薄件。

根据机床结构与磨削加工的需要，砂轮制成各种形状和尺寸。为方便选用，在砂轮的非工作表面上印有特性代号，如代号PA 60KV6P300×40×75，表示砂轮的磨料为铬刚玉(PA)，粒度为60#，硬度为中软(K)，结合剂为陶瓷(V)，组织号为6 号，形状为平形砂轮(P)，尺寸外径为300 mm，厚度为40 mm，内径为75 mm。

2） 砂轮的安装与平衡

砂轮因在高速下工作，安装时应首先检查外观没有裂纹后，再用木锤轻敲，如果声音嘶哑，则禁止使用，否则砂轮破裂后会飞出伤人。砂轮的安装方法如图8 所示。

代号 A WA C GC 特点 硬度高，韧性好，价格较低 比棕刚玉硬度高，韧性低，价格较高 硬度高，性脆而锋利，导热性好 硬度比黑色碳化硅更高，导热性好 用途 适合于磨削各种碳钢、合金钢和可锻铸铁等 适合于加工淬火钢、高速钢和高碳钢 用于磨削铸铁、青铜等脆性材料及硬质合金刀具 主要用于加工硬质合金、宝石、陶瓷和玻璃等 104

图6-3 砂轮的安装 1—砂轮 2—弹性垫板

为使砂轮工作平稳，一般直径大于125 mm 的砂轮都要进行平衡试验，如图9 所示。将砂轮装在心轴2 上，再将心轴放在平衡架6 的平衡轨道5 的刃口上。若不平衡，较重部分总是转到下面。这可移动法兰盘端面环槽内的平衡铁4 进行调整。经反复平衡试验，直到砂轮可在刃口上任意位置都能静止，即说明砂轮各部分的质量分布均匀。这种方法称为静平衡。

图6-4 砂轮的平衡

1—砂轮套筒 2—心轴 3—砂轮 4—平衡铁 5—平衡轨道 6—平衡架

3） 砂轮的修整

砂轮工作一定时间后，磨粒逐渐变钝，这时必须修整。修整时，将砂轮表面一层变钝的磨粒切去，使砂轮重新露出完整锋利的磨粒，以恢复砂轮的几何形状。砂轮常用金刚石笔进行修整，如图10 所示。修整时要使用大量的冷却液，以免金刚石因温度急剧升高而破裂。砂轮修整除用于磨损砂轮外，还用于以下场合：①砂轮被切屑堵塞；②部分工材粘结在磨粒上；③砂轮廓形失真；④精密磨中的精细修整等。

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图6-5 砂轮的修整 1—砂轮 2—金刚石笔

2、 磨削工艺

由于磨削的加工精度高，表面粗糙度值小，能磨高硬脆的材料，因此应用十分广泛。现仅就内外圆柱面、内外圆锥面及平面的磨削工艺进行讨论。

1） 外圆磨削

外圆磨削是一种基本的磨削方法，它适于轴类及外圆锥零件的外表面磨削。在外圆磨床上磨削外圆常用的方法有纵磨法、横磨法和综合磨法3 种。

(1) 纵磨法

如图11 所示，磨削时，砂轮高速旋转起切削作用(主运动)，零件转动(圆周进给)并与工作台一起作往复直线运动(纵向进给)，当每一纵向行程或往复行程终了时，砂轮作周期性横向进给(被吃刀量)。每次背吃刀量很小，磨削余量是在多次往复行程中磨去的。当零件加工到接近最终尺寸时，采用无横向进给的几次光磨行程，直至火花消失为止，以提高零件的加工精度。纵向磨削的特点是具有较大适应性，一个砂轮可磨削长度不同的直径不等的各种零件，且加工质量好，但磨削效率较低。目前生产中，特别是单件、小批生产以及精磨时广泛采用这种方法，尤其适用于细长轴的磨削。

(2) 横磨法

如图12 所示，横磨削时，采用砂轮的宽度大于零件表面的长度，零件无纵向进给运动，而砂轮以很慢的速度连续地或断续地向零件作横向进给，直至余量被全部磨掉为止。横磨的特点是生产率高，但精度及表面质量较低。该法适于磨削长度较短、刚性较好的零件。当零件磨到所需的尺寸后，如果需要靠磨台肩端面，则将砂轮退出0.005 mm～0.0l mm，手摇工作台纵向移动手轮，使零件的台端面贴靠砂轮，磨平即可。

(3) 综合磨法

是先用横磨分段粗磨，相邻两段间有5 mm～15 mm 重叠量(如图13 所示)，然后将留下的0.01 mm～0.03 mm 余量用纵磨法磨去。当加工表面的长度为砂轮宽度的2～3 倍以上时，可采用综合磨法。综合磨法能集纵磨、横磨法的优点为一身，既能提高生产效率，又能提高磨削质量。

图6-6 纵磨法 图6-7 横磨法 图6-8 综合磨法

2） 内圆磨削

内圆磨削方法与外圆磨削相似，只是砂轮的旋转方向与磨削外圆时相反(如图6-9所示)，操作方法以纵磨法应用最广，且生产率较低，磨削质量较低。原因是由于受零件孔径限制使砂轮直径较小，砂轮圆周速度较低，所以生产率较低。又由于冷却排屑条件不好，砂轮轴伸出长度较长，使得表面质量不易提高。但由于磨孔具有万能性，不需成套刀具，故在单件、小批生产中应用较多，特别是淬火零件，磨孔仍是精加工孔的主要方法。砂轮在零件孔中的接触位置有两种：一种是与零件孔的后面接触，如图15(a)所示。这时冷却液和磨屑向下飞溅，不影响操作人员的视线和安全；另一种是与零件孔的前面接触，如图15(b)所示，情况正好与上述相反。通常，在内圆磨床上采用后面接触。而在万能外圆磨床上磨孔，应采用前面接触方式，这样可采用自动横向进给。若采用后接触方式，则只能手动横向进给。

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图6-9 四爪单动卡盘安装零件 (a) (b)

图6-10 砂轮与零件的接触形式

3） 平面磨削

平面磨削常用的方法有周磨(在卧轴矩形工作台平面磨床上以砂轮圆周表面磨削零件)和端磨(在立轴圆形工作台平面磨床上以砂轮端面磨削零件)两种，见表6—2。

表6—2 周磨和端磨的比较 分 类 周磨 端磨 4） 圆锥面磨削

圆锥面磨削通常有转动工作台法和转动头架法两种。 (1) 转动工作台法

磨削外圆锥表面如图6—11所示，磨削内圆锥面如图6—12所示。转动工作台法大多用于锥度较小、锥面较长的零件。

砂轮与零件的接触面积 小 大 排屑及冷却条件 好 差 零件发热变形 小 大 加工质量 较高 低 效率 低 高 适用场合 精磨 粗磨

图6—11转动工作台磨外圆锥面

图6—12转动工作台磨内圆锥面

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(2) 转动零件头架法

转动零件头架法常用于锥度较大、锥面较短的内外圆锥面，如图6—13所示为磨削内圆锥面。

图6—13转动头架磨内圆锥面

复习思考题

1、 磨削加工的特点是什么？

2、 万能外圆磨床由哪几部分组成，各有何作用？ 3、 磨削外圆时，工件和砂轮需做哪些运动？

4、 磨削用量有哪些？在磨不同表面时，砂轮的转速是否应改变？为什么？ 5、 磨削时需要大量切削液的目的是什么？ 6、 常见的磨削方式有哪几种？

7、 平面磨削常用的方法有哪几种，各有何特点，如何选用？ 8、 平面磨削时，工件常由什么固定？ 9、 砂轮的硬度指的是什么？

10、表示砂轮特性的内容有哪些？

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第7章 焊接

7.1 焊 接 概 述

7.1.1定义

焊接是指通过适当的物理化学过程如加热、加压或二者并用等方法，使两个或两个以上分离的物体产生原子(分子)间的结合力而连接成一体的连接方法，是金属加工的一种重要工艺。广泛应用于机械制造、造船业、石油化工、汽车制造、桥梁、锅炉、航空航天、原子能、电子电力、建筑等领域。

7.1.2焊接方法分类及发展现状

1、目前在工业生产中应用的焊接方法已达百余种。根据他们的焊接过程和特点可将其分为熔焊、压焊、钎焊三大类每大类可按不同的方法分为若干小类如图7—1

图7-1基本焊接方法

(1) 熔焊是通过将需连接的两构件的接合面加热熔化成液体，然后冷却结晶连成一体的焊接方法。

(2) 压焊是在焊接过程中，对焊件施加一定的压力，同时采取加热或不加热的方式，完成零件连接的焊接方法。

(3) 钎焊是利用熔点低于被焊金属的钎料，将零件和钎料加热到钎料熔化，利用钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互溶解和扩散而实现连接的方法。

2、焊接的发展现状

目前工业生产中广泛应用的焊接方法是19世纪末和20世纪初现代科学技术发展的产物。特别是冶金学、金属学以及电工学的发展，奠定了焊接工艺及设备的理论基础；而冶金工业、电力工业和电子工业的进步，则为焊接技术的长远发展提供了有利的物质和技术条件。电子束焊、激光焊等20余种基本方法和成百种派生方法的相继发明及应用，体现了焊接技术在现代工业中的重要地位。据不完全统计，目前全世界年产量45%的钢和大量有色金属（工业发达国家，焊接用钢量基本达到其钢材总量的60%-70%），都是通过焊接加工形成产品的。特别是焊接技术发展到今天，几乎所有的部门（如机械制造、石油化工、交通能源、冶金、电子、航空航天等）都离不开焊接技术。因此可以这样说，焊接技术的发展水平是衡量一个国家科学技术先进程度的重要标志之一，没有焊接技术的发展，就不会有现代工业和科学技术的今

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天。

在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变。很少有人注意到这个过程何时开始，何时结束。但它确确实实地发生在过去的某个时段。我们今天面对着这样一个事实：焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。在人类社会步入二十一世纪的今天，焊接已经进入了一个崭新的发展阶段。当今世界的许多最新科研成果、前沿技术和高新技术，诸如：计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域，这使得焊接的技术含量得到了空前的提高，并在制造过程中创造了极高的附加值。在工业化最发达的美国，焊接被视为“美国制造业的命脉，而且是美国未来竞争力的关键所在”。其主要根源就是基于这样一个事实：许多工业产品的制造已经无法离开焊接技术的使用。在人类发展史上留下辉煌篇章的三峡水利工程、西气东输工程以及“神舟”号载人飞船，哪个没有采用焊接结构？以西气东输工程项目为例，全长约4300公里的输气管道，焊接接头的数量竟达35万个以上，整个管道上焊缝的长度至少1万5千公里。离开焊接，简直无法想象如何完成这样的工程。 如果将焊接比喻为我们生命中的阳光、空气和水难免会感到夸张，但勿容质疑的一点却是：焊接今天已经深深地溶入了现代工业经济中，并在其中显现了十分重要、甚至是不可替代的作用。根据国家统计局发布的《2003年国民经济和社会发展统计公报》，我国2003年钢产量为2.2亿吨，比上年增长21%。按照我国焊接用钢量为40%的比率计算，焊接结构的钢材量接近9000万吨。而在工业发达国家，焊接用钢量基本达到其钢材总量的60%-70%。根据我国2020年国民经济发展的总体目标要求以及我国焊接行业的发展趋势预测，我国可能在今后5至10年时间内达到60%的水平。届时我国钢产量将介于2.5至3亿吨之间。这意味着焊接量将增加一倍，这就形成了对焊接生产效率和劳动力的可观需求。考虑到我国焊接生产效率增长的实际空间，生产率和劳动力之间的联动关系等方面因素，未来我国焊接劳动力的需求可能在百万数量级以上。因此，焊接行业将在今后5至10年继续保持增长的势态。

在进入21世纪的前夕，美国焊接学会（AWS）曾组织权威专家讨论、制定了美国今后20年焊接工业的发展战略。其分析报告对焊接未来做了如下预测：在2020年，焊接仍将是金属和其他工程材料连接的优选方法。美国工业界将依靠其在连接技术、产品设计、制造能力和全球竞争力方面的领先优势，成为这些性价比高、性能优越产品的世界主导。

焊接在未来的工业经济中不仅具有广阔的应用空间，而且还将对产品质量、企业的制造能力及其竞争力产生更大的影响。在加入WTO后，作为全球最大的发展中国家和经济活力最强的国家，我国焊接工业的发展充满了机遇和挑战。如何有效地把握机会，迎接挑战，保证今后可持续的健康发展，是我国焊接行业面临的重要课题。

3、焊接安全生产和劳动保护

7.2 电 弧 焊

电弧焊是利用电弧热源加热零件实现熔化焊接的方法。焊接过程中电弧把电能转化成热能和机械能，加热零件，使焊丝或焊条熔化并过渡到焊缝熔池中去，熔池冷却后形成一个完整的焊接接头。电弧焊应用广泛，可以焊接板厚从 0.1 mm 以下到数百毫米的金属结构件，在焊接领域中占有十分重要的地位。

7.2.1 焊接电弧

电弧是电弧焊接的热源，电弧燃烧的稳定性对焊接质量有重要影响。

1、焊接电弧 焊接电弧是一种气体放电现象，如图7—2 所示。当电源两端分别与被焊零件和焊枪相连时，在电场的作用下，电弧阴极产生电子发射，阳极吸收电子，电弧区的中性气体粒子在接受外界能量后电离成正离子和电子，正负带电粒子相向运动，形成两电极之间

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的气体空间导电过程，借助电弧将电能转换成热能、机械能和光能。

图7-2 焊接电弧示意图

焊接电弧具有以下特点：

(1) 温度高，电弧弧柱温度范围为 5000 K～30000 K； (2) 电弧电压低，范围为 10 V～80 V； (3) 电弧电流大，范围为 10 A～1000 A； (4) 弧光强度高。 2. 电源极性

采用直流电流焊接时，弧焊电源正负输出端与零件和焊枪的连接方式，称极性。当零件接电源输出正极，焊枪接电源输出负极时，称直流正接或正极性；反之，零件、焊枪分别与电源负、正输出端相连时，则为直流反接或反极性。交流焊接无电源极性问题，如图 7.3 所示。

(a) 直流反接 (b) 直流正接 (c) 交流

图7.3 焊接电源极性示意图

1—焊枪 2—零件

7.2.2 焊条电弧焊

焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的一种焊接方法，俗称手弧焊，应用非常普遍。 1、 焊条电弧焊的原理 焊条电弧焊方法如图 4.4 所示，焊机电源两输出端通过电缆、焊钳和地线夹头分别与焊条和被焊零件相连。焊接过程中，产生在焊条和零件之间的电弧将焊条和零件局部熔化，受电弧力作用，焊条端部熔化后的熔滴过渡到母材，和熔化的母材融合一起形成熔池，随着焊工操纵电弧向前移动，熔池金属液逐渐冷却结晶，形成焊缝。

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(a) 焊接连线 (b) 焊接过程

图7-4 焊条电弧焊过程

1—零件 2—焊缝 3—焊条 4—焊钳 1'—熔渣 2'—焊缝 3'—保护气体 4'—药皮 5—焊接电源 6—电缆 7—地线夹头 5'—焊芯 6'—熔滴 7'—电弧 8'—母材 9'—熔池

焊条电弧焊使用设备简单，适应性强，可用于焊接板厚 1.5 mm 以上的各种焊接结构件，并能灵活应用在空间位置不规则焊缝的焊接，适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金等金属材料的焊接。由于手工操作，焊条电弧焊也存在缺点，如生产率低，产品质量一定程度上取决于焊工操作技术，焊工劳动强度大等，现在多用于焊接单件、小批量产品和难以实现自动化加工的焊缝。

2、 焊条

焊条电弧焊所用的焊接材料是焊条，焊条主要由焊芯和药皮两部分组成，如图7.5所示。

图7—5 焊条结构

1—药皮 2—焊芯 3—焊条夹持部分

焊芯一般是一个具有一定长度及直径的金属丝。焊接时，焊芯有两个功能：一是传导焊接电流，产生电弧；二是焊芯本身熔化作为填充金属与熔化的母材熔合形成焊缝。我国生产的焊条，基本上以含碳、硫、磷较低的专用钢丝(如 H08A)作焊芯制成。焊条规格用焊芯直径代表，焊条长度根据焊条种类和规格，有多种尺寸，见表 7-1。

表7-1 焊条规格

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焊条药皮又称涂料，在焊接过程中起着极为重要的作用。首先，它可以起到积极保护作用，利用药皮熔化放出的气体和形成的熔渣，起机械隔离空气作用，防止有害气体侵入熔化金属；其次可以通过熔渣与熔化金属冶金反应，去除有害杂质，添加有益的合金元素，起到冶金处理作用，使焊缝获得合乎要求的力学性能；最后，还可以改善焊接工艺性能，使电弧稳定、飞溅小、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高等。

焊条药皮的组成主要有稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘接剂和增塑剂等。其主要成分有矿物类、铁合金、有机物和化工产品。

焊条分结构钢焊条、耐热钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条等十大类。根据其药皮组成又分为酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条电弧稳定，焊缝成形美观，焊条的工艺性能好，可用交流或直流电源施焊，但焊接接头的冲击韧度较低，可用于普通碳钢和低合金钢的焊接；碱性焊条多为低氢型焊条，所得焊缝冲击韧度高，力学性能好，但电弧稳定性比酸性焊条差，要采用直流电源施焊，反极性接法，多用于重要的结构钢、合金钢的焊接。

3、焊条电弧焊操作技术 1) 引弧

焊接电弧的建立称引弧，焊条电弧焊有两种引弧方式：划擦法和直击法。 划擦法操作是在焊机电源开启后，将焊条末端对准焊缝，并保持两者的距离在 15 mm以内，依靠手腕的转动，使焊条在零件表面轻划一下，并立即提起 2 mm～4 mm，电弧引燃，然后开始正常焊接。 直击法是在焊机开启后，先将焊条末端对准焊缝，然后稍点一下手腕，使焊条轻轻撞击零件，随即提起 2 mm～4 mm，就能使电弧引燃，开始焊接。

2) 运条

焊条电弧焊是依靠人手工操作焊条运动实现焊接的，此种操作也称运条。运条包括控制焊条角度、焊条送进、焊条摆动和焊条前移，如图 4.6 所示。运条技术的具体运用根据零件材质、接头型式、焊接位置、焊件厚度等因素决定。常见的焊条电弧焊运条方法如图 4.7 所示，直线形运条方法适用于板厚 3 mm～5 mm的不开坡口对接平焊；锯齿形运条法多用于厚板的焊接；月牙形运条法对熔池加热时间长，容易使熔池中的气体和熔渣浮出，有利于得到高质量焊缝；正三角形运条法适合于不开坡口的对接接头和 T 字接头的立焊；正圆圈形运条法适合于焊接较厚零件的平焊缝。

图7-6 焊条运动和角度控制

1—横向摆动 2—送进 3—焊条与零件夹角为70°～80° 4—焊条前移

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图7-7 常见焊条电弧焊运条方法

3) 焊缝的起头、接头和收尾

焊缝的起头是指焊缝起焊时的操作，由于此时零件温度低、电弧稳定性差，焊缝容易出现气孔、未焊透等缺陷，为避免此现象，应该在引弧后将电弧稍微拉长，对零件起焊部位进行适当预热，并且多次往复运条，达到所需要的熔深和熔宽后再调到正常的弧长进行焊接。 在完成一条长焊缝焊接时，往往要消耗多根焊条，这里就有前后焊条更换时焊缝接头的问题。为不影响焊缝成形，保证接头处焊接质量，更换焊条的动作越快越好，并在接头弧坑前约 15 mm处起弧，然后移到原来弧坑位置进行焊接。

焊缝的收尾是指焊缝结束时的操作。焊条电弧焊一般熄弧时都会留下弧坑，过深的弧坑会导致焊缝收尾处缩孔、产生弧坑应力裂纹。焊缝的收尾操作时，应保持正常的熔池温度，做无直线运动的横摆点焊动作，逐渐填满熔池后再将电弧拉向一侧熄灭。此外还有三种焊缝收尾的操作方法，即划圈收尾法、反复断弧收尾法和回焊收尾法，也在实践中常用。

4）焊条电弧焊工艺

选择合适的焊接工艺参数是获得优良焊缝的前提，并直接影响劳动生产率。焊条电弧焊工艺是根据焊接接头形式、零件材料、板材厚度、焊缝焊接位置等具体情况制定，包括焊条牌号、焊条直径、电源种类和极性、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接坡口形式和焊接层数等内容。

焊条型号应主要根据零件材质选择，并参考焊接位置情况决定。电源种类和极性又由焊条牌号而定。焊接电压决定于电弧长度，它与焊接速度对焊缝成形有重要影响作用，一般由焊工根据具体情况灵活掌握。

（1）焊接位置

在实际生产中，由于焊接结构和零件移动的限制，焊缝在空间的位置除平焊外，还有立焊、横焊、仰焊，如图 7-8 所示。平焊操作方便，焊缝成形条件好，容易获得优质焊缝并具有高的生产率，是最合适的位置；其他三种又称空间位置焊，焊工操作较平焊困难，受熔池液态金属重力的影响，需要对焊接规范控制并采取一定的操作方法才能保证焊缝成形，其中焊接条件仰焊位置最差，立焊、横焊次之。

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图7-8 焊缝的空间位置

（2） 焊接接头形式和焊接坡口形式

焊接接头是指用焊接的方法连接的接头，它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成。根据接头的构造形式不同，可分为对接接头、T 形接头、搭接接头、角接接头、卷边接头等 5 种类型。前 4 类如图7-9 所示，卷边接头用于薄板焊接。

图7-9 焊条电弧焊接头形式和坡口形式

熔焊接头焊前加工坡口，其目的在于使焊接容易进行，电弧能沿板厚熔敷一定的深度，保证接头根部焊透，并获得良好的焊缝成形。焊接坡口形式有 I 形坡口、V 形坡口、U 形坡口、双 V 形坡口、J 形坡口等多种。常见焊条电弧焊接头的坡口形状和尺寸如图 4.9所示。对焊件厚度小于 6 mm 的焊缝，可以不开坡口或开 I 形坡口；中厚度和大厚度板对接焊，为保证熔透，必须开坡口。V 形坡口便于加工，但零件焊后易发生变形；X 形坡口可以避免 V形坡口的一些缺点，同时可减少填充材料；U形及双 U形坡口，其焊缝填充金属量更小，焊后变形也小，但坡口加工困难，一般用于重要焊接结构。

（3） 焊条直径、焊接电流

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一般焊件的厚度越大，选用的焊条直径 d 应越大，同时可选择较大的焊接电流，以提高工作效率。板厚在 3 mm以下时，焊条 d 取值小于或等于板厚；板厚在 4 mm～8 mm时，d 取3.2 mm～4 mm；板厚在 8 mm～12 mm时，d 取 4 mm～5 mm。此外，在中厚板零件的焊接过程中，焊缝往往采用多层焊或多层多道焊完成。 低碳钢平焊时，焊条直径 d 和焊接电流 I的对应关系有经验公式作参考，即

I=kd (7-1)

式中：k 为经验系数，取值范围在 30～50。当然焊接电流值的选择还应综合考虑各种具体因素。空间位置焊，为保证焊缝成形，应选择较细直径的焊条，焊接电流比平焊位置小。在使用碱性焊条时，为减少焊接飞溅，可适当降低焊接电流值。

7.2.3 焊接设备

焊接设备包括熔焊、压焊和钎焊所使用的焊机和专用设备，这里主要介绍电弧焊用设备即电弧焊机。

1、电弧焊机分类

电弧焊机按焊接方法可分为焊条电弧焊机、埋弧焊机、CO2 气体保护焊机、钨极氩弧焊机、熔化极氩弧焊机和等离子弧焊机；按焊接自动化程度可分为手工电弧焊机、半自动电弧焊机和自动电弧焊机。我国电焊机型号由 7 个字位编制而成，其中不用字位省略，表 7-2 为电弧焊机型号示例。

表7-2 电弧焊机型号示例

2、 电弧焊机的组成及功能

根据焊接方法和生产自动化水平，电弧焊机可以是以下一个或数个部分的组成。

(1) 弧焊电源 是对焊接电弧提供电能的一种装置，为电弧焊机主要组成部分，能够直接用于焊条电弧焊。

弧焊电源根据输出电流可分成交流弧焊电源和直流弧焊电源。交流电源主要种类是弧焊变压器。直流电源有弧焊发电机和弧焊整流器两大类，由于用材多，耗能大，弧焊发电机现已很少生产和使用。弧焊整流器主要品种有硅整流式、晶闸管整流式和逆变电源式。其中逆变电源具有体积小、质量轻、高效节能、优良的工艺性能等优点，目前发展最快。

(2) 送丝系统 在熔化极自动焊和半自动焊中提供焊丝自动送进的装置。为满足大范围

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的均匀调速和送丝速度的快速响应，一般采用直流伺服电动机驱动。送丝系统有推丝式和拉丝式两种送丝方式，如图 4.10所示，

图7-10 熔化极半自动焊送丝方式

(3) 行走机构 是使焊接机头和零件之间产生一定速度的相对运动，以完成自动焊接过程的机械装置。若行走机构是为焊接某些特定的焊缝或结构件而设计，则其焊机称专用焊接机，如埋弧堆焊机、管―板专用钨极氩弧焊机等。通用的自动焊机可广泛用于各种结构的对接、角接、环焊缝和圆筒纵缝的焊接，在埋弧焊方法中最为常见，其行走机构有小车式、门架式、悬臂式三类，如图 7-11 所示。

图7-11 常见行走机构形式

(4) 控制系统 是实现熔化极自动电弧焊焊接参数自动调节和焊接程序自动控制的电气装置。

为了获得稳定的焊接过程，需要合理选择焊接规范参数如电流、电压及焊接速度等，并且保证参数在焊接过程中稳定。由于在实际生产中往往发生零件与焊枪之间距离波动、送丝阻力变化等干扰，引起弧长的变化，造成焊接参数不稳定。焊条电弧焊是利用焊工眼睛、脑、手配合适时调整弧长，电弧焊自动调节系统则应用闭环控制系统进行调节，如图 7-12 所示。目前常用的自控系统有电弧电压反馈调节器和焊接电流反馈调节器。

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图7-12 电弧焊调节系统

焊接程序自动控制是指以合理的次序使自动弧焊机各个工作部件进入特定的工作状态。其工作内容主要是在焊接引弧和熄弧过程中，对控制对象包括弧焊电源、送丝机构、行走机构、电磁气阀、引弧器、焊接工装夹具的状态和参数进行控制。图 4.13 为熔化极气体保护自动电弧焊的典型程序循环图。

图7-13 熔化极气体保护自动焊程序循环图

Q1—保护气体流量 U—电弧电压 I—焊接电流 υf—送丝速度 υw—焊接速度

(5) 送气系统 使用在气体保护焊中，一般包括储气瓶、减压表、流量计、电磁气阀、软管。 气体保护焊常用气体为氩气和 CO2。 氩气瓶内装高压氩气，满瓶压力为 15.2 MPa；CO2 气瓶灌入的是液态 CO2，在室温下，瓶内剩余空间被汽化的 CO2 充满，饱和压力达到 5 MPa 以上。

减压表用以减压和调节保护气体压力，流量计是标定和调节保护气体流量，两者联合使用，使最终焊枪输出的气体符合焊接规范要求。 电磁气阀是控制保护气体通断的元件，有交流驱动和直流驱动两种。 气体从气瓶减压输出后，流过电磁气阀，通过橡胶或塑料制软管，进入焊枪，最后由喷嘴输出，把电弧区域的空气机械排开，起到防止污染的作用。送气系统组成可参见图 7-14。

7.2.4 常用电弧焊方法

除焊条电弧焊外，常用电弧焊方法还有埋弧焊、CO2 气体保护焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊和等离子弧焊。

1、 CO2气体保护焊

CO2 气体保护焊是一种用 CO2 气体作为保护气的熔化极气体电弧焊方法。工作原理如

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图 7-14 所示，弧焊电源采用直流电源，电极的一端与零件相连，另一端通过导电嘴将电馈送给焊丝，这样焊丝端部与零件熔池之间建立电弧，焊丝在送丝机滚轮驱动下不断送进，零件和焊丝在电弧热作用下熔化并最后形成焊缝。

CO2 气体保护焊工艺具有生产率高、焊接成本低、适用范围广、低氢型焊接方法焊缝质量好等优点。其缺点是焊接过程中飞溅较大，焊缝成形不够美观，目前人们正通过改善电源动特性或采用药芯焊丝的方法来解决此问题。

CO2 气体保护焊设备可分为半自动焊和自动焊两种类型， 其工艺适用范围广，粗丝(φ ≥2.4mm)大规范可以焊接厚板，中细丝用于焊接中厚板、薄板及全位置焊缝。

CO2 气体保护焊主要用于焊接低碳钢及低合金高强钢，也可以用于焊接耐热钢和不锈钢，可进行自动焊及半自动焊。目前广泛用于汽车、轨道客车制造、船舶制造、航空航天、石油化工机械等诸多领域。

图7-14 CO2 气体保护焊示意图

1—CO2气瓶 2—干燥预热器 3—压力表 4—流量计 5—电磁气阀 6—软管 7—导电嘴 8—喷嘴 9—CO2保护气体 10—焊丝 11—电弧 12—熔池 13—焊缝 14—零件 15—焊丝盘 16—送丝机构 17—送丝电动机 18—控制箱 19—直流电源

2、 氩弧焊

以惰性气体氩气作保护气的电弧焊方法有钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种。 (1) 钨极氩弧焊 它是以钨棒作为电弧的一极的电弧焊方法，钨棒在电弧焊中是不熔化的，故又称不熔化极氩弧焊，简称 TIG焊。焊接过程中可以用从旁送丝的方式为焊缝填充金属，也可以不加填丝；可以手工焊也可以进行自动焊；它可以使用直流、交流和脉冲电流进行焊接。工作原理如图 7-15所示。

由于被惰性气体隔离，焊接区的熔化金属不会受到空气的有害作用，所以钨极氩弧焊可用以焊接易氧化的有色金属如铝、镁及其合金，也用于不锈钢、铜合金以及其他难熔金属的

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焊接。因其电弧非常稳定，还可以用于焊薄板及全位置焊缝。钨极氩弧焊在航空航天、原子能、石油化工、电站锅炉等行业应用较多。

钨极氩弧焊的缺陷是钨棒的电流负载能力有限，焊接电流和电流密度比熔化极弧焊低，焊缝熔深浅，焊接速度低，厚板焊接要采用多道焊和加填充焊丝，生产效率受到影响。

(2) 熔化极氩弧焊 又称 MIG 焊，用焊丝本身作电极，相比钨极氩弧焊而言，电流及电流密度大大提高，因而母材熔深大，焊丝熔敷速度快，提高了生产效率，特别适用于中等和厚板铝及铝合金，铜及铜合金、不锈钢以及钛合金焊接，脉冲熔化极氩焊用于碳钢的全位置焊。

图4.15 钨极氩弧焊示意图

1—填充焊丝 2—保护气体 3—喷嘴 4—钨极 5—电弧 6—焊缝 7—零件 8—熔池

3、埋弧焊

埋弧焊电弧产生于堆敷了一层的焊剂下的焊丝与零件之间，受到熔化的焊剂——熔渣以及金属蒸汽形成的气泡壁所包围。气泡壁是一层液体熔渣薄膜，外层有未熔化的焊剂，电弧区得到良好的保护，电弧光也散发不出去，故被称为埋弧焊，如图 7-16 所示。

图7-16 埋弧焊示意图

1—焊剂 2—焊丝 3—电弧 4—熔渣 5—熔池 6—焊缝 7—零件 8—渣壳

相比焊条电弧焊，埋弧焊有三个主要优点。

(1) 焊接电流和电流密度大，生产效率高，是手弧焊生产率的 5～10 倍； (2) 焊缝含氮、氧等杂质低，成分稳定，质量高；

(3) 自动化水平高，没有弧光辐射，工人劳动条件较好。

埋弧焊的局限在于受到焊剂敷设限制，不能用在空间位置焊缝的焊接；由于埋弧焊焊剂的成分主要是 MnO 和 SiO2 等金属及非金属氧化物，不适合焊铝、钛等易氧化的金属及其合金；另外薄板、短及不规则的焊缝一般不采用埋弧焊。

可用埋弧焊方法焊接的材料有碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、镍基合金和铜合金等。埋弧焊在中、厚板对接、角接接头有广泛应用，14 mm以下板材对接可以不开坡口。埋弧焊也可用于合金材料的堆焊上。

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4、 等离子弧焊接

等离子弧是一种压缩电弧，通过焊枪特殊设计将钨电极缩入焊枪喷嘴内部，在喷嘴中通以等离子气，强迫电弧通过喷嘴的孔道，借助水冷喷嘴的外部拘束条件，利用机械压缩作用、热收缩作用和电磁收缩作用，使电弧的弧柱横截面受到限制，产生温度达 24000 K~50000 K、能量密度达 10 W/cm ～10 W/cm 的高温、高能量密度的压缩电弧。 等离子弧按电源供电方式不同，分为三种形式。

(1) 非转移型等离子弧[如图 7-17(a)所示] 电极接电源负极，喷嘴接正极，而零件不参与导电。电弧是在电极和喷嘴之间产生。

(2) 转移型等离子弧[如图7-17(b)所示] 钨极接电源负极，零件接正极，等离子弧在钨极与零件之间产生。

(3) 联合型(又称混合型)等离子弧[如图 7-17(c)所示] 这种弧是转移弧和非转移同时存在，需要两个电源独立供电。电极接两个电源的负极，喷嘴及零件分别接各个电源的正极。

图7-17 等离子弧的形式

1—离子气 2—钨极 3—喷嘴 4—非转移弧 5—冷却水 6—弧焰 7—转移弧 8—零件

等离子弧在焊接领域有多方面的应用，等离子弧焊接可用于从超薄材料到中厚板材的焊接，一般离子气和保护气采用氩气、氦气等惰性气体，可以用于低碳钢、低合金钢、不锈钢、铜、镍合金及活性金属的焊接。等离子弧也可用于各种金属和非金属材料的切割，粉末等离子弧堆焊可用于零件制造和修复时堆焊硬质耐磨合金。

7.3 其他焊接方法

除了电弧焊以外，气焊、电阻焊、电渣焊、高能密束焊及钎焊等焊接方法在金属材料连接作业中也有着重要的应用。

7.3.1 气焊

气焊是利用气体火焰加热并熔化母体材料和焊丝的焊接方法。与电弧焊相比，其优点如下：

(1) 气焊不需要电源，设备简单；

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(2) 气体火焰温度比较低，熔池容易控制，易实现单面焊双面成形，并可以焊接很薄的零件；

(3) 在焊接铸铁、铝及铝合金、铜及铜合金时焊缝质量好。

气焊也存在热量分散，接头变形大，不易自动化，生产效率低，焊缝组织粗大，性能较差等缺陷。

气焊常用于薄板的低碳钢、低合金钢、不锈钢的对接、端接，在熔点较低的铜、铝及其合金的焊接中仍有应用，焊接需要预热和缓冷的工具钢、铸铁也比较适合。

气焊主要采用氧 乙炔火焰，在两者的混合比不同时，可得到以下3种不同性质的火焰。

(1) 7-18(a)所示，当氧气与乙炔的混合比为 1～1.2 时，燃烧充分，燃烧过后无剩余氧或乙炔，热量集中，温度可达 3050℃～3150℃。它由焰心、内焰、外焰三部分组成，焰心是呈亮白色的圆锥体，温度较低；内焰呈暗紫色，温度最高，适用于焊接；外焰颜色从淡紫色逐渐向橙黄色变化，温度下降，热量分散。中性焰应用最广，低碳钢、中碳钢、铸铁、低合金钢、不锈钢、紫铜、锡青铜、铝及铝合金、镁合金等气焊都使用中性焰。

(2) 7-18(b)所示，当氧气与乙炔的混合比小于 1 时，部分乙炔未曾燃烧，焰心较长，呈蓝白色，温度最高达 2700℃～3000℃。由于过剩的乙炔分解的碳粒和氢气的原因，有还原性，焊缝含氢增加，焊低碳钢时有渗碳现象，适用于气焊高碳钢、铸铁、高速钢、硬质合金、铝青铜等。

(3) 7-18(c)所示，当氧气与乙炔的混合比大于 1.2时，燃烧过后的气体仍有过剩的氧气，焰心短而尖，内焰区氧化反应剧烈，火焰挺直发出“嘶嘶”声，温度可达 3100℃～3300℃。由于火焰具有氧化性，焊接碳钢易产生气体，并出现熔池沸腾现象，很少用于焊接，轻微氧化的氧化焰适用于气焊黄铜、锰黄铜、镀锌铁皮等。

图7-18 氧—乙炔火焰形态 1 燃心 2 内燃 3 外然

7.3.2 电阻焊

电阻焊是将零件组合后通过电极施加压力，利用电流通过零件的接触面及临近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的方法。根据接头形式电阻焊可分成点焊、缝焊、凸焊和对焊四种，如图 7-19 所示。 与其他焊接方法相比，电阻焊具有一些优点：

(1) 不需要填充金属，冶金过程简单，焊接应力及应变小，接头质量高； (2) 操作简单，易实现机械化和自动化，生产效率高。

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其缺点是接头质量难以用无损检测方法检验，焊接设备较复杂，一次性投资较高。 电阻点焊低碳钢、普通低合金钢、不锈钢、钛及合金材料时可以获得优良的焊接接头。电阻焊目前广泛应用于汽车拖拉机、航空航天、电子技术、家用电器、轻工业等行业。

1、点焊

点焊方法如图7-19(a)所示，将零件装配成搭接形式，用电极将零件夹紧并通以电流，在电阻热作用下，电极之间零件接触处被加热熔化形成焊点。零件的连接可以由多个焊点实现。点焊大量应用在小于 3 mm 不要求气密的薄板冲压件、轧制件接头，如汽车车身焊装、电器箱板组焊。一个点焊过程主要由预压—焊接—维持休止 4 个阶段组成，如图7-19(a)所示。

2、缝焊

缝焊工作原理与点焊相同，但用滚轮电极代替了点焊的圆柱状电极，滚轮电极施压于零件并旋转，使零件相对运动，在连续或断续通电下，形成一个个熔核相互重叠的密封焊缝，如图7-19(b)所示。其焊接循环如图7-20(b)所示。缝焊一般应用在有密封性要求的接头制造上，适用材料板厚为 0.1 mm～2 mm，如汽车油箱、暖气片、罐头盒的生产。

3、凸焊

电加热后突起点被压塌，形成焊接点的电阻焊方法，如图7-19(c)所示，突起点可以是凸点、凸环或环形锐边等形式。凸焊焊接循环与点焊一样。凸焊主要应用于低碳钢、低合金钢冲压件的焊接，另外螺母与板焊接、线材交叉焊也多采用凸焊的方法及原理。

4、对焊

对焊方法主要用于断面小于 250 mm 的丝材、棒材、板条和厚壁管材的连接。工作原理如图7-19(d)所示，将两零件端部相对放置，加压使其端面紧密接触，通电后利用电阻热加热零件接触面至塑性状态，然后迅速施加大的顶锻力完成焊接。电阻对接焊接循环如图 7-19(d)所示，特点是在焊接后期施加了比预压大的顶锻力。

图7-19 电阻焊基本方法

图7-20 电阻焊焊接循环

I—电流 P—压力 S—位移

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7.3.3 电渣焊

电渣焊是一种利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热加热熔化填充金属和母材，以实现金属焊接的熔化焊接方法。如图7-21所示，被焊两零件垂直放置，中间留有 20 mm～40 mm间隙，电流流过焊丝与零件之间熔化的焊剂形成的渣池，其电阻热又加热熔化焊丝和零件边缘，在渣池下部形成金属熔池。在焊接过程中，焊丝以一定速度熔化，金属熔池和渣池逐渐上升，远离热源的底部液体金属则渐渐冷却凝固结晶形成焊缝。同时，渣池保护金属熔池不被空气污染，水冷成形滑块与零件端面构成空腔挡住熔池和渣池，保证熔池金属凝固成形。 与其他熔化焊接方法相比，电渣焊有以下特点：

(1) 适用于垂直或接近垂直的位置焊接，此时不易产生气孔和夹渣，焊缝成形条件 最好。

(2) 厚大焊件能一次焊接完成，生产率高，与开坡口的电弧焊相比，节省焊接材料。 (3) 由于渣池对零件有预热作用，焊接含碳量高的金属时冷裂倾向小，但焊缝组织晶粒粗大易造成接头韧度变差，一般焊后应进行正火和回火热处理。

电渣焊适用于厚板、大断面、曲面结构的焊接，如火力发电站数百吨的汽轮机转子、锅炉大厚壁高压汽包等。

图7-21 电渣焊过程示意图

1—水冷成形滑块 2—金属熔池 3—渣池 4—焊接电源 5—焊丝 6—送丝轮 7—导电杆 8—引出板 9—出水管 10—金属熔滴 11—进水管 12—焊缝 13—起焊槽 14—引弧板

7.3.4 螺柱焊

将螺柱的一端与板件（或管件）表面接触，通电引弧，待接触面融化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法称为螺柱焊。可以焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢、有色金属以及带镀（涂）层的金属等，广泛应用于汽车、仪表、造船、机车、航空、机械、锅炉、化工设备、变压器及大型建筑结构等行业。

螺柱焊的特点：

1）与普通的电弧焊相比，螺柱焊焊接时间短（通常小于1s）、对母材热输入小，因此焊缝和热影响区小，焊接变形小、成长率高。

2）熔深浅，焊接过程不会对 焊件背面造成损害，焊后无须清理。

3）与螺纹拧入的螺柱相比所需母材厚度小，因而节省材料，还可减少部件所需的机械加工工序，成本低。

4）易于将螺柱与薄件连接，且焊接带（镀）涂层的焊件时易于保证质量。

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5）与其他焊接方法相比，可使紧固件之间的间距达到最小，对于需防渗漏的螺柱连接，用以保证密封性要求。

6）与焊条电弧焊相比，所用设备轻便且便于操作，焊接过程简单。 7）易于全位置焊接。

8）对于易淬硬金属，容易在焊缝和热影响区形成淬硬组织，接头延性较差。

7.3.5 摩擦焊

摩擦焊是在压力作用下，通过待焊界面的摩擦时界面及其附近温度升高，材料的变形抗力下降、塑性提高、界面的氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性变形与流动，通过界面上的扩散及再结晶而实现连接的固态焊接方法。目前，摩擦焊已在各种工具、轴瓦、阀门、石油钻杆、电机与电力设备、工程机械、交通运输工具以致于航空、航天设备制造等各方面获得了越来越广泛的应用。

摩擦焊的原理和特点 在压力作用下，待焊界面通过相对运动进行摩擦，机械能转变为热能。对于给定的材料，在足够的摩擦压力和足够的相对运动速度条件下，被焊材料的温度不断上升。随着摩擦过程的进程，焊件产生一定的塑性变形量，在适当时刻停止焊件间的相对运动，同时施加较大的頂鍛力并维持一定的时间，即可实现材料间的固相连接。 特点：

（1）接头质量高且延性好。

（2）适合异种材料的连接。一般来说，凡是可以进行锻造的金属材料都可以进行摩擦焊

接，摩擦焊还可以焊接非金属材料，甚至曾通过普通车床成功地对木材进行焊接。

（3）生产效率高、质量稳定。曾经产生过用摩擦焊焊接200万件汽车后桥无一废品的记

录。

（4）对非圆形截面焊接较困难，设备复杂;对盘状薄零件和薄壁管件，由于不易夹持固定，

施焊也很困难。

（5）焊机的一次性投资较大，大批量生产时才能降低生产成本。

7.3.6 电子束焊

电子束焊是以会聚的高速电子束轰击零件接缝处产生的热能进行焊接的方法。电子束焊时，电子的产生、加速和会聚成束是由电子枪完成的。电子束焊接如图 4.30 所示，阴极在加热后发射电子，在强电场的作用下电子加速从阴极向阳极运动，通常在发射极到阳极之间加上 30 kV～150 kV的高电压，电子以很高速度穿过阳极孔，并在磁偏转线圈会聚作用下聚焦于零件，电子束动能转换成热能后，使零件熔化焊接。为了减小电子束流的散射及能量损失，电子枪内要保持 10 Pa 以上的真空度。

电子束焊按被焊零件所处环境的真空度可分成三种，即真空电子束焊(10 Pa～10 Pa)和低真空电子束焊(10 Pa～25 Pa)和非真空电子束焊(不设真空室)。 电子束焊与电弧焊相比，其主要特点是：

(1) 功率密度大，可达 10 W/cm ～10 W/cm 。焊缝熔深大、熔宽小，既可以进行很薄材料(0.1 mm)的精密焊接，又可以用在很厚(最厚达 300 mm)构件焊接。

(2) 焊缝金属纯度高，所有用其他焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接。还能用于异种金属、易氧化金属及难熔金属的焊接。

(3) 设备较为昂贵，零件接头加工和装配要求高，另外电子束焊接时应对操作人员加以防护，避免受到 X射线的伤害。

电子束焊接已经广泛应用于很多领域，如汽车制造中的齿轮组合体、核能工业的反应堆壳体、航空航天部门的飞机起落架等。

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图7-22 真空电子束焊接示意图

1—焊接台 2—焊件 3—电子束 4—真空室 5—偏转线圈 6—聚焦线圈 7—电子枪 8—阳极 9—聚束极 10—阴极 11—灯丝 12—真空泵系统

7.3.7 激光焊

激光焊是利用大功率相干单色光子流聚集而成的激光束为热源进行焊接的方法。激光的产生是利用了原子受激辐射的原理，当粒子(原子、分子等)吸收外来能量时，从低能级跃升至高能级，此时若受到外来一定频率的光子的激励，又跃迁到相应的低能级，同时发出一个和外来光子完全相同的光子。如果利用装置(激光器)使这种受激辐射产生的光子去激励其他粒子，将导致光放大作用，产生更多的光子，在聚光器的作用下，最终形成一束单色的、方向一致和亮度极高的激光输出。再通过光学聚焦系统，可以使焦点上的激光能量密度达到 10 W/cm ～10 W/cm ，然后以此激光用于焊接。激光焊接装置如图 4.31所示。 激光焊和电子束焊同属高能密束焊范畴，与一般焊接方法相比有以下优点：

(1) 激光功率密度高，加热范围小(＜1 mm)，焊接速度高，焊接应力和变形小。

(2) 可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，实现异种金属的焊接，甚至用于一些非金属材料的焊接。

(3) 激光可以通过光学系统在空间传播相当长距离而衰减很小，能进行远距离施焊或对难接近部位焊接。

(4) 相对电子束焊而言，激光焊不需要真空室，激光不受电磁场的影响。

激光焊的缺点是焊机价格较贵，激光的电光转换效率低，焊前零件加工和装配要求高， 焊接厚度比电子束焊低。

激光焊应用在很多机械加工作业中，如电子器件的壳体和管线的焊接、仪器仪表零件的连接、金属薄板对接、集成电路中的金属箔焊接等。

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图7-23 激光焊接装置示意图

1—激光发生器 2—激光光束 3—信号器 4—光学系统 5—观测瞄准系统

6—辅助能源 7—焊件 8—工作台 9—控制系统 10—控制系统

7.3.8 高频焊

高频焊是利用流经焊件连接面的高频电流所产生的电阻热作为热源，使焊件待焊区表层被加热到熔化或塑性状态，同时通过施加（或不加）頂锻力，使焊件达到金属间结合的一种焊接方法。

高频焊是一种固相电阻焊方法（除高频熔焊外）。高频焊是一种专业化较强的焊接方法，它主要在管材制造方面获得了广泛的应用，出能制造各种材料的有缝管、导型管、散热片管、螺旋散热片管、电缆套管等管材外，还能生产各种断面的型材或双金属和一些机械产品，如汽车轮圈、汽车车厢版、工具钢与碳钢组成的双金属锯条等。

7.3.9 扩散焊

扩散焊是借助温度、压力、时间及真空等条件实现金属键结合，其过程首先是界面局部接触塑性变形，促使氧化膜破碎分解，当达到净面接触时，为原子间扩散创造了条件，同时界面上的氧化物被溶解吸收，继而再结晶组织生长，晶界移动，有时出现联生晶及金属间化合物，构成牢固一体的焊接接头。

扩散焊分为真空和非真空两大类，非真空扩散焊需用溶剂或气体保护，应用较广和效果最好的是真空扩散焊。 真空扩散焊的特点有：

（1）不需填充材料和溶剂（对于某些难于互熔的材料有时加中间过渡层）； （2）接头中无重熔的铸态组织，很少改变原材料的物理化学特性； （3）能焊非金属和异种金属材料，可制造多层复合材料；

（4）可进行结构复杂的面与面、多点多线、很薄和大厚度结构的焊接；

（5）焊件只有界面微观变形，残余应力小，焊后不需加工、整形和清理，是精密件理想的焊接方法。

（6）可自动化焊接，劳动条件很好；

（7）表面制备要求高，焊接和辅助时间长。扩散焊目前已实现560多组异种材料的焊接。 局部真空措施焊成的巨型工件长达50m ,重75t；有用533个零件焊成的一个巨大的轰炸机部件。在宇宙飞船构件的制造中,焊接了发动机的喷管、蜂窝壁板；飞机制造中的反推力装置、蒙皮、起落架、钛合金空心叶片、轮盘、桨毂；在化工设备制造中，制成了高3m、直径1.8m的部件；在原子能设备制造中，制成水冷反应堆燃料元件；在冶金工业中生产了复合板；

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在机械制造中应用更为广泛。利用钛合金超塑性的成形扩散焊已得到成功的应用。

7.3.10钎焊

钎焊是利用比被焊材料熔点低的金属作钎料，经过加热使钎料熔化，靠毛细管作用将钎料吸入到接头接触面的间隙内，润湿被焊金属表面，使液相与固相之间相互扩散而形成钎焊接头的焊接方法。

钎焊材料包括钎料和钎剂。钎料是钎焊用的填充材料，在钎焊温度下具有良好的湿润性，能充分填充接头间隙，能与焊件材料发生一定的溶解、扩散作用，保证和焊件形成牢固的结合。在钎料的液相线温度高于 450℃时，接头强度高，称为硬钎焊；低于 450℃时，接头强度低，称为软钎焊。钎料按化学成分可分为锡基、铅基、锌基、银基、铜基、镍基、铝基、镓基等多种。

钎剂的主要作用是去除钎焊零件和液态钎料表面的氧化膜，保护母材和钎料在钎焊过程中不进一步氧化，并改善钎料对焊件表面的湿润性。钎剂种类很多，软钎剂有氯化锌溶液、氯化锌氯化铵溶液、盐酸、松香等，硬钎剂有硼砂、硼酸、氯化物等。

根据热源和加热方法的不同钎焊也可分为：火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、浸沾钎 焊、电阻钎焊等。 钎焊具有以下优点：

(1) 钎焊时由于加热温度低，对零件材料的性能影响较小，焊接的应力变形比较小。 (2) 可以用于焊接碳钢、不锈钢、高合金钢、铝、铜等金属材料，也可以用于连接异种金属、金属与非金属。

(3) 可以一次完成多个零件的钎焊，生产率高。

钎焊的缺点是接头的强度一般比较低，耐热能力较差，适于焊接承受载荷不大和常温下工作的接头。另外钎焊之前对焊件表面的清理和装配要求比较高。

7.4 焊接检验

迅速发展的现代焊接技术，已能在很大程度上保证其产品的质量，但由于焊接接头为一性能不均匀体，应力分布又复杂，制造过程中亦作不到绝对的不产生焊接缺陷，更不能排除产品在役运行中出现新缺陷。因而为获得可靠的焊接结构（件）还必须走第二条途径，即采用和发展合理而先进的焊接检验技术。

7.4.1 常见焊接缺陷 1、焊接变形

工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过允许值，就会影响使用。焊接变形的几个例子如图7-24所示。产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。因为焊接时，焊件仅在局部区域被加热到高温，离焊缝愈近，温度愈高，膨胀也愈大。但是，加热区域的金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。结果这部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。当这些应力超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的强度极限时，则会出现裂缝。

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图7-24 焊接变形示意图

2、焊缝的外部缺陷

1）焊缝增强过高 如图7-25所示,当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时，均会出现这种现象。焊件焊缝的危险平面已从M-M平面过渡到熔合区的N-N平面，由于应力集中易发生破坏，因此，为提高压力容器的疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。

2）焊缝过凹 如图7-26所示，因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低。

3）焊缝咬边 在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图7-27所示。它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。

4）焊瘤 熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上，堆积形成焊瘤，它与工件没有熔合，见图7-28。焊瘤对静载强度无影响，但会引起应力集中，使动载强度降低。

5.烧穿 如图7-29所示。烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，它使接头强度下降。

图7-25 焊缝增高过强 图7-26焊缝过凹

图7-27焊缝的咬边 图7-28 焊瘤 图7-29烧穿

以上五种缺陷存在于焊缝的外表，肉眼就能发现，并可及时补焊。如果操作熟练，一般是可以避免的。

3、焊缝的内部缺陷

1）未焊透 未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。未焊透减弱

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了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。

2）夹渣 焊缝中夹有非金属熔渣，即称夹渣。夹渣减少了焊缝工作截面，造成应力集中，会降低焊缝强度和冲击韧性。

3）气孔 焊缝金属在高温时，吸收了过多的气体（如H2）或由于溶池内部冶金反应产生的气体（如CO），在溶池冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，即为气孔。气孔的存在减少了焊缝有效工作截面，降低接头的机械强度。若有穿透性或连续性气孔存在，会严重影响焊件的密封性。

4）裂纹 焊接过程中或焊接以后，在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂纹。裂纹可能产生在焊缝上，也可能产生在焊缝两侧的热影响区。有时产生在金属表面，有时产生在金属内部。通常按照裂纹产生的机理不同，可分为热裂纹和冷裂纹两类。

（1）热裂纹 热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金属中。其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如FeS，熔点1193℃ ），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，就容易产生热裂纹。热裂纹有沿晶界分布的特征。当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。

（2）冷裂纹 冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。

裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，最后可能导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。

7.4.2 焊接质量检验

对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。

1、外观检查

外观检查一般以肉眼观察为主，有时用5－20倍的放大镜进行观察。通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。

2、无损探伤

隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。目前使用最普遍的是采用X射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。X射线检验是利用X射线对焊缝照相,根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。超声波探伤的基本原理如图7-30所示。

图7-30 超声波探伤原理示意图

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超声波束由探头发出，传到金属中，当超声波束传到金属与空气界面时，它就折射而通过焊缝。如果焊缝中有缺陷，超声波束就反射到探头而被接受，这时荧光屏上就出现了反射波。根据这些反射波与正常波比较、鉴别，就可以确定缺陷的大小及位置。超声波探伤比X光照相简便得多，因而得到广泛应用。但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断，而且不能留下检验根据。

对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹，还可采用磁力探伤。 3、水压试验和气压试验

对于要求密封性的受压容器，须进行水压试验和（或）进行气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。其方法是向容器内注入1.25－1.5 倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气），停留一定的时间，然后观察容器内的压力下降情况，并在外部观察有无渗漏现象，根据这些可评定焊缝是否合格。

4、焊接试板的机械性能试验

无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷，但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何，因此有时对焊接接头要作拉力、冲击、弯曲等试验。这些试验由试验板完成。所用试验板最好与圆筒纵缝一起焊成，以保证施工条件一致。然后将试板进行机械性能试验。实际生产中，一般只对新钢种的焊接接头进行这方面的试验。

复习思考题

1、 焊条电弧焊设备有哪几种？其焊接电流是如何调节的？

2、 焊条电弧焊焊条牌号、规格及焊接电流大小选择的依据是什么？

3、 焊接时熔池为什么要进行保护？焊条药皮、埋弧焊焊剂、氩气、CO2的各有何异同？ 4、 气焊与电弧焊相比，有哪些特点？操作时应注意些什么？ 5、 如何控制焊接生产质量？

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第8章 特种加工技术

8.1 数控电火花线切割加工

电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺方法，它用一根移动着的导线（电极丝）作为工具电极对工件进行切割，故称线切割加工。线切割加工中，工件和电极丝的相对运动是由数字控制实现的，故又称为数控电火花线切割加工，简称线切割加工。

8.1.1 数控电火花线切割加工机床的分类与组成 1、数控电火花线切割加工机床的分类

（1）按走丝速度分：可分为慢速走丝方式和高速走丝方式线切割机床。

（2）按加工特点分：可分为大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型线切割机床。 （3）按脉冲电源形式分：可分为ＲＣ电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控制电源线切割机床。

数控电火花线切割加工机床的型号示例

2、数控电火花线切割加工机床的基本组成

数控电火花线切割加工机床可分为机床主机和控制台两大部分。

图8-1 快走丝线切割机床主机

1）控制台

控制台中装有控制系统和自动编程系统，能在控制台中进行自动编程和对机床坐标工作台的运动进行数字控制。

2）机床主机

机床主机主要包括坐标工作台、运丝机构、丝架、冷却系统和床身五个部分。图8-1为快走丝线切割机床主机示意图。

（1）坐标工作台 它用来装夹被加工的工件，其运动分别由两个步进电机控制。

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（2）运丝机构 它用来控制电极丝与工件之间产生相对运动。

（3）丝架 它与运丝机构一起构成电极丝的运动系统。它的功能主要是对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度，以满足各种工件（如带锥工件）加工的需要。

（4）冷却系统 它用来提供有一定绝缘性能的工作介质——工作液，同时可对工件和电极丝进行冷却。

8.1.2 数控电火花线切割的加工工艺与工装 1、数控电火花线切割的加工工艺

线切割的加工工艺主要是电加工参数和机械参数的合理选择。电加工参数包括脉冲宽度和频率、放电间隙、峰值电流等。机械参数包括进给速度和走丝速度等。应综合考虑各参数对加工的影响，合理地选择工艺参数，在保证工件加工质量的前提下，提高生产率，降低生产成本。

1）电加工参数的选择

正确选择脉冲电源加工参数，可以提高加工工艺指标和加工的稳定性。粗加工时， 应选用较大的加工电流和大的脉冲能量，可获得较高的材料去除率（即加工生产率）。而精加工时，应选用较小的加工电流和小的单个脉冲能量，可获得加工工件较低的表面粗糙度。

加工电流就是指通过加工区的电流平均值，单个脉冲能量大小，主要由脉冲宽度、峰值电流、加工幅值电压决定。脉冲宽度是指脉冲放电时脉冲电流持续的时间，峰值电流指放电加工时脉冲电流峰值，加工幅值电压指放电加工时脉冲电压的峰值。 下列电规准实例可供使用时参考：

（1）精加工：脉冲宽度选择最小档，电压幅值选择低档，幅值电压为75V左右，接通一到二个功率管，调节变频电位器，加工电流控制在0.8~1.2A,加工表面粗糙度Ra≤2.5um。

（2）最大材料去除率加工：脉冲宽度选择四~五档，电压幅值选取“高”值，幅值电压为100V左右，功率管全部接通，调节变频电位器，加工电流控制在4~4.5A，可获得100mm/min左右的去除率（加工生产率）。（材料厚度在40~60mm左右）。

（3）大厚度工件加工（＞300mm）：幅值电压打至“高”档，脉冲宽度选五~六档，功率管开4~5个，加工电流控制在2.5~3A,材料去除率＞30mm/min。

（4）较大厚度工件加工（60~100mm）：幅值电压打至高档，脉冲宽度选取五档，功率管开4个左右，加工电流调至2.5~3A，材料去除率50~60mm/min。

（5）薄工件加工：幅值电压选低档，脉冲宽度选第一或第二档，功率管开2~3个，加工电流调至1A左右。

注意，改变加工的电规准，必须关断脉冲电源输出，（调整间隔电位器RP1除外），在加工过程中一般不应改变加工电规准，否则会造成加工表面粗糙度不一样。

2、机械参数的选择

对于普通的快走丝线切割机床，其走丝速度一般都是固定不变的。进给速度的调整主要是电极丝与工件之间的间隙调整。切割加工时进给速度和电蚀速度要协调好，不要欠跟踪或跟踪过紧。进给速度的调整主要靠调节变频进给量，在某一具体加工条件下，只存在一个相应的最佳进给量，此时钼丝的进给速度恰好等于工件实际可能的最大蚀除速度。欠跟踪时使加工经常处于开路状态，无形中降低了生产率，且电流不稳定，容易造成断丝，过紧跟踪时容易造成短路，也会降价材料去除率。一般调节变频进给，使加工电流为短路电流的0.85倍左右（电流表指针略有晃动即可）。就可保证为最佳工作状态，即此时变频进给速度最合理、加工

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最稳定、切割速度最高。表8-1给出了根据进给状态调整变频的方法。

表8-1 根据进给状态调整变频的方法 实频状态 进给状态 加工面状况 过跟踪 欠跟踪 慢而稳 焦褐色 切割速度 电极丝 低 较快 变频调整 略焦，老化快 应减慢进给速度 易烧丝，丝上 应加快进给速度 有白斑伤痕 焦色 应稍增加进给速度 忽慢忽快 不光洁 不均匀 易出深痕 欠佳跟踪 慢而稳 最佳跟踪 很稳

略焦褐，有条纹 低 发白，光洁 快 发白，老化慢 不需再调整 2、电火花线切割加工工艺装备的应用

工件装夹的形式对加工精度有直接影响。一般是在通用夹具上采用压板螺钉固定工件。为了适应各种形状工件加工的需要，还可使用磁性夹具或专用夹具。

1）常用夹具的名称、用途及使用方法 （1）压板夹具 它主要用于固定平板状的工件，对于稍大的工件要成对使用。夹具上如有定位基准面，则加工前应预先用划针或百分表将夹具定位基准面与工作台对应的导轨校正平行，这样在加工批量工件时较方便，因为切割型腔的划线一般是以模板的某一面为基准。夹具成对使用时两件基准面的高度一定要相等，否则切割出的型腔与工件端面不垂

直，造成废品。在夹具上加工出 图8-2 磁性夹具 Ｖ形的基准，则可用以夹持轴类工件。

（2）磁性夹具 采用磁性工作台或磁性表座夹持工件，主要适应于夹持钢质工件，因它靠磁力吸住工件，故不需要压板和螺钉，操作快速方便，定位后不会因压紧而变动，如图8-2所示。

2）工件装夹的一般要求

（1）工件的基准面应清洁无毛刺。经热处理的工件，在穿丝孔内及扩孔的台阶处，要清除热处理残物及氧化皮。

（2）夹具应具有必要的精度，将其稳固地固定在工作台上，拧紧螺丝时用力要均匀。 （3）工件装夹的位置应有利于工件找正，并与机床的行程相适应，工作台移动时工件不得与丝架相碰。

（4）对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起。

（5）大批零件加工时，最好采用专用夹具，以提高生产效率。 （6）细小、精密、薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上。

图8-3 百分表找正 图8-4 划线找正

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3、支撑装夹方式

主要有悬臂支撑方式、两端支撑方式、桥式支撑方式、板式支撑方式和复式支撑方式等。 4、工件的调整

工件装夹时，还必须配合找正进行调整，使工件的定位基准面与机床的工作台面或工作台进给方向保持平行，以保证所切割的表面与基准面之间的相对位置精度。常用的找正方法有：

（1）百分表找正法 如图8-3所示，用磁力表架将百分表固定在丝架上，往复移动工作台，按百分表上指示值调整工件位置，直至百分表指针偏摆范围达到所要求的精度。

（2）划线找正法 图8-4所示，利用固定在丝架上的划针对正工件上划出的基准线，往复移动工作台，目测划针与基准线间的偏离情况，调整工件位置，此法适应于精度要求不高的工件加工。

图8-5 目测法调整电极丝位置 图8-6 火花法调整电极丝位置

1——工件 2——电极丝 3——火花

5、电极丝位置的调整

线切割加工前，应将电极丝调整到切割的起始坐标位置上，其调整方法有：

（1）目测法 如图8-5，利用穿丝孔处划出的十字基准线，分别沿划线方向观察电极丝与基准线的相对位置，根据两者的偏离情况移动工作台，当电极丝中心分别与纵、横方向基准线重合时，工作台纵、横方向刻度盘上的读数就确定了电极丝的中心位置。

（2）火花法 如图6-6，开启高频及运丝筒（注意：电压幅值、脉冲宽度和峰值电流均要打到最小，且不要开冷却液），移动工作台使工件的基准面靠近电极丝，在出现火花的瞬时，记下工作台的相对坐标值，再根据放电间隙计算电极丝中心坐标。此法虽简单易行，但定位精度较差。

（3）自动找正 一般的线切割机床，都具有自动找边、自动找中心的功能，找正精度较高。操作方法因机床而异。

8.1.3 数控电火花线切割机床的操作 1、数控快走丝电火花线切割机床的操作

图8-7 DK7725E型线切割机床操作面板

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本节以苏州长风DK7725E型线切割机床为例，介绍线切割机床的操作。图6-7为DK7725E型线切割机床的操作面板。

（一）开机与关机程序 1．开机程序

（1）合上机床主机上电源总开关；

（2）松开机床电气面板上急停按钮SB1；

（3）合上控制柜上电源开关，进入线切割机床控制系统； （4）按要求装上电极丝； （5）逆时针旋转SA1；

（6）按SB2，启动运丝电机； （7）按SB4，启动冷却泵；

（8）顺时针旋转SA3，接通脉冲电源。 2．关机程序

（1）逆时针旋转SA3，切断脉冲电源；

（2）按下急停按钮SB1；运丝电机和冷却泵将同时停止工作； （3）关闭控制柜电源； （4）关闭机床主机电源。 （二）脉冲电源

1．ＤK7725E型线切割机床脉冲电源简介

（1）机床电气柜脉冲电源操作面板简介，如图6-8所示。

图8-8 DK7725E型线切割机床脉冲电源操作面板

SA1——脉冲宽度选择 SA2~SA7——功率管选择 SA8——电压幅值选择 RP1——脉冲间隔调节 PV1

——电压幅值指示 急停按钮——按下此键，机床运丝、水泵电机全停，脉冲电源输出切断。

（2）电源参数简介 ① 脉冲宽度

脉冲宽度ti选择开关SA1共分六档，从左边开始往右边分别为：

第一档：5us 第二档：15us 第三档：30us 第四档：50us 第五档：80us 第六档：120us ② 功率管

功率管个数选择开关SA2~SA7可控制参加工作的功率管个数，如六个开关均接通，六个功率管同时工作，这时峰值电流最大。如五个开关全部关闭，只有一个功率管工作，此时峰

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值电流最小。每个开关控制一个功率管。

③幅值电压

幅值电压选择开关SA8用于选择空载脉冲电压幅值，开关按至“L”位置，电压为75V左右，按至“H”位置，则电压为100V左右。

④脉冲间隙

改变脉冲间隔t0调节电位器RP1阻值，可改变输出矩形脉冲波形的脉冲间隔t0，即能改变加工电流的平均值，电位器旋置最左，脉冲间隔最小，加工电流的平均值最大。

⑤电压表

电压表PV1，由0~150V直流表指示空载脉冲电压幅值。 （三）线切割机床控制系统 窗口切换标志计时牌电机状态高频状态间隙电压指示SAMPLE=1.00 00:02:33显示窗口切换标志显示窗口拖板点动按钮OFF OFF故障ERRSYH原点插补速度指示跟踪调节器功能按钮JOB SPEED/S加工WORK单段STEP定位CENT暂停PAUS检查TEST读盘LOAD效率EFFI复位REST模拟DRAW回退BACK/M图号FILE当前段显示号坐标XPOSIYUV图形显示调整钮局部放大窗按钮图8-9 CNC-10A控制系统主界面

ＤK7725E型线切割机床配有CNC-10A自动编程和控制系统。 1．系统的启动与退出

在计算机桌面上双击YH图标，即可进入CNC-10A控制系统。按“Ctrl+Q”退出控制系统。

2．CNC-10A控制系统界面示意图 图8-9为CNC-10A控制系统界面。 3．CNC-10A控制系统功能及操作详解

本系统所有的操作按钮、状态、图形显示全部在屏幕上实现。各种操作命令均可用轨迹球或相应的按键完成。鼠标器操作时，可移动鼠标器，使屏幕上显示的箭状光标指向选定的屏幕按钮或位置，然后用鼠标器左键点击，即可选择相应的功能。现将各种控制功能介绍如下（参见图8-9）。

[显示窗口]：该窗口下用来显示加工工件的图形轮廓、加工轨迹或相对坐标、加工代码。 [显示窗口切换标志]：用轨迹球点取该标志（或按‘F10’键），可改变显示窗口的内容。系统进入时，首先显示图形，以后每点取一次该标志，依次显示“相对坐标”、“加工代码”、

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“图形”、．．．．．．，其中相对坐标方式，以大号字体显示当前加工代码的相对坐标。

[间隙电压指示]：显示放电间隙的平均电压波形（也可以设定为指针式电压表方式）。在波形显示方式下，指示器两边各有一条10等分线段，空载间隙电压定为100%（即满幅值），等分线段下端的黄色线段指示间隙短路电压的位置。波形显示的上方有二个指示标志：短路回退标志“BACK”，该标志变红色，表示短路；短路率指示，表示间隙电压在设定短路值以下的百分比。

[电机开关状态]：在电机标志右边有状态指示标志ON（红色）或OFF（黄色）。ON状态，表示电机上电锁定（进给）；OFF状态为电机释放。用光标点取该标志可改变电机状态（或用数字小键盘区的‘Home’键）。

[高频开关状态]：在脉冲波形图符右侧有高频电压指示标志。ON（红色）、OFF（黄色）表示高频的开启与关闭；用光标点该标志可改变高频状态（或用数字小键盘区的“PgUp”键）。在高频开启状态下，间隙电压指示将显示电压波形。

[拖板点动按钮]：屏幕右中部有上下左右向四个箭标按钮，可用来控制机床点动运行。若电机为“ＯＮ”状态，光标点取这四个按钮可以控制机床按设定参数作X、Y或U、V方向点动或定长走步。在电机失电状态“ＯＦＦ”下，点取移动按钮，仅用作坐标计数。

[原点]：用光标点取该按钮（或按“I”键）进入回原点功能。若电机为ON状态，系统将控制拖板和丝架回到加工起点（包括“U-V”坐标），返回时取最短路径；若电机为OFF状态，光标返回坐标系原点。

[加工]：工件安装完毕，程序准备就绪后（已模拟无误），可进入加工。用光标点取该按钮（或按“W”键），系统进入自动加工方式。首先自动打开电机和高频，然后进行插补加工。此时应注意屏幕上间隙电压指示器的间隙电压波形（平均波形）和加工电流。若加工电流过小且不稳定，可用光标点取跟踪调节器的‘+’按钮（或‘End’键），加强跟踪效果。反之，若频繁地出现短路等跟踪过快现象，可点取跟踪调节器‘-’按钮（或‘Page Down’键），至加工电流、间隙电压波形、加工速度平稳。加工状态下，屏幕下方显示当前插补的X-Y、U-V绝对坐标值，显示窗口绘出加工工件的插补轨迹。显示窗下方的显示器调节按钮可调整插补图形的大小和位置，或者开启/关闭局部观察窗。点取显示切换标志，可选择图形/相对坐标显示方式。

[暂停]：用光标点取该按钮（或按“P”键或数字小键盘取的“Del”键），系统将终止当前的功能（如加工、单段、控制、定位、回退）。

[复位]：用光标点取该按钮（或按“R”键）将终止当前一切工作，消除数据和图形，关闭高频和电机。

[单段]：用光标点取该按钮（或按“S”键），系统自动打开电机、高频，进入插补工作状态，加工至当前代码段结束时，系统自动关闭高频，停止运行。再按[单段]，继续进行下段加工。

[检查]：用光标点取该按钮 （或按“T”键），系统以插补方式运行一步，若电机处于ON状态，机床拖板将作响应的一步动作，在此方式下可检查系统插补及机床的功能是否正常。

[模拟]：模拟检查功能可检验代码及插补的正确性。在电机失电状态下（OFF状态），系统以每秒2500步的速度快速插补，并在屏幕上显示其轨迹及坐标。若在电机锁定状态下（ON状态），机床空走插补，拖板将随之动作，可检查机床控制联动的精度及正确性。“模拟”操作方法如下：

（1）读入加工程序；

（2）根据需要选择电机状态后，按[模拟]钮（或‘D’键），即进入模拟检查状态。 屏幕下方显示当前插补的X-Y、U-V坐标值（绝对坐标），若需要观察相对坐标，可用光标点取显示窗右上角的[显示切换标志]（或‘F10’键），系统将以大号字体显示，再点取[显示切

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换标志]，将交替地处于图形/相对坐标显示方式，点取显示调节按钮最左边的局部观察钮（或‘F1’键），可在显示窗口的左上角打开一局部观察窗，在观察窗内显示放大十倍的插补轨迹。若需中止模拟过程，可按[暂停]钮。

[定位]：系统可依据机床参数设定，自动定中心及±X、±Y四个端面。 （1）定位方式选择：

① 用光标点取屏幕右中处的参数窗标志[OPEN]（或按“O”键），屏幕上将弹出参数设定窗，可见其中有[定位LOCATION XOY]一项。

② 将光标移至‘XOY’处轻点左键，将依次显示为 XOY、XMAX、XMIN、YMAX、YMIN。

③ 选定合适的定位方式后，用光标点取参数设定窗左下角的CLOSE标志。 （2）定位：

光标点取电机状态标志，使其成为‘ON’（原为‘ON’可省略）。按[定位]钮（或‘C’键），系统将根据选定的方式自动进行对中心、定端面的操作。在钼丝遇到工件某一端面时，屏幕会在相应位置显示一条亮线。按[暂停]钮可中止定位操作。

[读盘]：将存有加工代码文件的软盘插入软驱中，用光标点取该按钮（或按“L”键），屏幕将出现磁盘上存贮全部代码文件名的数据窗。用光标指向需读取的文件名，轻点左键，该文件名背景变成黄色；然后用光标点取该数据窗左上角的‘囗’（撤消）钮，系统自动读入选定的代码文件，并快速绘出图形。该数据窗的右边有上下两个三角标志‘△ ’按钮，可用来向前或向后翻页，当代码文件不在第一页中显示时，可用翻页来选择。

[回退]：系统具有自动/手动回退功能 。在加工或单段加工中，一旦出现高频短路现象，系统即自动停止插补，若在设定的控制时间内（由机床参数设置），短路达到设定的次数，系统将自动回退。若在设定的控制时间内，短路仍不能消除，系统将自动切断高频，停机。 在系统静止状态（非[加工]或[单段]），按下[回退]钮（或按“B”键），系统作回退运行，回退至当前段结束时，自动停止；若再按该按钮，继续前一段的回退。

[跟踪调节器]：该调节器用来调节跟踪的速度和稳定性，调节器中间红色指针表示调节量的大小；表针向左移动，位跟踪加强（加速）；向右移动，位跟踪减弱（减速）。指针表两侧有二个按钮，“+”按钮（或“Eed”键）加速，“-”按钮（或“PgDn”键）减速；调节器上方英文字母JOB SPEED/S后面的数字量表示加工的瞬时速度。单位为：步/秒。

[段号显示]：此处显示当前加工的代码段号，也可用光标点取该处，在弹出屏幕小键盘后，键入需要起割的段号。（注：锥度切割时，不能任意设置段号）。 [局部观察窗]：点击该按钮（或F1键），可在显示窗口的左上方打开一局部窗口，其中将显示放大十倍的当前插补轨迹；再按该按钮时，局部窗关闭。

[图形显示调整按钮]：这六个按钮有双重功能，在图形显示状态时，其功能依次为： “+”或F2键：图形放大1.2倍 “－”或Ｆ3键：图形缩小0.8倍

“←”或F4键：图形向左移动20单位 “→”或F5键：图形向右移动２0单位 “↑”或F6键：图形向上移动20单位 “↓”或F7键：图形向下移动20单位

[坐标显示]：屏幕下方“坐标”部分显示X、Y、U、V的绝对坐标值。

[效率]：此处显示加工的效率，单位：mm/min；系统每加工完一条代码，即自动统计所用的时间，并求出效率。

[YH窗口切换]：光标点取该标志或按“ESC”键，系统转换到绘图式编程屏幕。

[图形显示的缩放及移动]：在图形显示窗下有小按钮，从最左边算起分别为对称加工，平

139

移加工，旋转加工和局部放大窗开启/关闭（仅在模拟或加工态下有效），其余依次为放大、缩小、左移、右移、上移、下移，可根据需要选用这些功能，调整在显示窗口中图形的大小及位置。

具体操作可用轨迹球点取相应的按钮，或从局部放大起直接按F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7键。

[代码的显示、编辑、存盘和倒置]：用光标点取显示窗右上角的[显示切换标志]（或‘F10’键），显示窗依次为图形显示、相对坐标显示、代码显示（模拟、加工、单段工作时不能进入代码显示方式）。

在代码显示状态下用光标点取任一有效代码行，该行即点亮，系统进入编辑状态，显示调节功能钮上的标记符号变成：S、I、D、Q、↑、↓，各键的功能变换成： S——代码存盘 I——代码倒置（倒走代码变换） D——删除当前行（点亮行） Q——退出编辑态 ↑——向上翻页 ↓——向下翻页

在编辑状态下可对当前点亮行进行输入、删除操作（键盘输入数据）。编辑结束后，按Q键退出，返回图形显示状态。

[记时牌功能]：系统在[加工]、[模拟]、[单段]工作时，自动打开记时牌。终止插补运行，记时自动停止。用光标点取记时牌，或按“O”键可将记时牌清零。

[倒切割处理]：读入代码后，点取[显示窗口切换标志]或按“F10”键，直至显示加工代码。用光标在任一行代码处轻点一下，该行点亮。窗口下面的图形显示调整按钮标志转成S、I、D、Q等；按“I”钮，系统自动将代码倒置（上下异形件代码无此功能）；按“Q”键退出，窗口返回图形显示。在右上角出现倒走标志“V”，表示代码已倒置，[加工]、[单段]、[模拟]以倒置方式工作。

[断丝处理]：加工遇到断丝时，可按[原点]（或按“I”键）拖板将自动返回原点，锥度丝架也将自动回直（注：断丝后切不可关闭电机，否则即将无法正确返回原点）。若工件加工已将近结束，可将代码倒置后，再行切割（反向切割）。

（四）线切割机床绘图式自动编程系统

1、CNC-10A绘图式自动编程系统界面示意图

图8-10 绘图式自动编程系统主界面

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在控制屏幕中用光标点取左上角的[YH]窗口切换标志（或按ESC 键），系统将转入CNC—10A编程屏幕。图8-10为绘图式自动编程系统主界面。

2、CNC-10A绘图式自动编程系统图标命令和菜单命令简介

CNC-10A绘图式自动编程系统的操作集中在20个命令图标和4个弹出式菜单内。它们构成了系统的基本工作平台。在此平台上，可进行绘图和自动编程。表8-2为20个命令图标功能简介,图8-11为菜单功能。

表8-2 绘图命令图标功能简介

图8-11 CNC-10A自动编程系统的菜单功能

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（五）电极丝的绕装

如图6-12、图6-13所示，具体绕装过程如下： （1）机床操纵面板SA1旋钮左旋；

（2）上丝起始位置在贮丝筒右侧，用摇手手动将贮丝筒右侧停在线架中心位置； （3）将右边撞块压住换向行程开关触点，左边撞块尽量拉远； （4）松开上丝器上螺母5，装上钼丝盘6后拧上螺母5； （5）调节螺母5，将钼丝盘压力调节适中；

（6）将钼丝一端通过图中件3上丝轮后固定在贮丝筒1右侧螺钉上；

（7）空手逆时针转动贮丝筒几圈，转动时撞块不能脱开换向行程开关触点； （8）按操纵面板上SB2旋钮（运丝开关），贮丝筒转动，钼丝自动缠绕在贮丝筒上，到

要求后，按操纵面板上SB1急停旋钮，即可将电极丝装至贮丝筒上（如图6-12）； （9）按图6-13方式，将电极丝绕至丝架上。

图8-12 电极丝绕至贮丝筒上示意图

图8-13 电极丝绕至丝架上示意图

（六）工件的装夹与找正

（1）装夹工件前先校正电极丝与工作台的垂直度； （2）选择合适的夹具将工件固定在工作台上；

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（3）按工件图纸要求用百分表或其它量具找正基准面，使之与工作台的Ｘ向或Ｙ向平行； （4）工件装夹位置应使工件切割区在机床行程范围之内；

（5）调整好机床线架高度，切割时，保证工件和夹具不会碰到线架的任何部分。 （七）机床操作步骤

（1）合上机床主机上电源开关；

（2）合上机床控制柜上电源开关，启动计算机，双击计算机桌面上YH图标，进入线切割控制系统；

（3）解除机床主机上的急停按钮； （4）按机床润滑要求加注润滑油；

（5）开启机床空载运行二分钟，检查其工作状态是否正常；

（6）按所加工零件的尺寸、精度、工艺等要求，在线切割机床自动编程系统中编制线切割加工程序，并送控制台。或手工编制加工程序，并通过软驱读入控制系统；

（7）在控制台上对程序进行模拟加工，以确认程序准确无误； （8）工件装夹； （9）开启运丝筒； （10）开启冷却液；

（11）选择合理的电加工参数； （12）手动或自动对刀；

（13）点击控制台上的“加工”键，开始自动加工；

（14）加工完毕后，按“Ctrl+Q”键退出控制系统，并关闭控制柜电源； （15）拆下工件，清理机床； （16）关闭机床主机电源。 （八）机床安全操作规程

根ＤK7725E型线切割机床的操作特点，特制定如下操作规程：

（1）学生初次操作机床，须仔细阅读线切割机床《实训指导书》或机床操作说明书。并在实训教师指导下操作。

（2）手动或自动移动工作台时，必须注意钼丝位置，避免钼丝与工件或工装产生干涉而造成断丝。

（3）用机床控制系统的自动定位功能进行自动找正时，必须关闭高频，否则会烧丝。 （4）关闭运丝筒时，必须停在两个极限位置（左或右）。

（5）装夹工件时，必须考虑本机床的工作行程，加工区域必须在机床行程范围之内。 （6）工件及装夹工件的夹具高度必须低于机床线架高度，否则，加工过程中会发生工件或夹具撞上线架而损坏机床。

（7）支撑工件的工装位置必须在工件加工区域之外，否则，加工时会连同工件一起割掉。 （8）工件加工完毕，必须随时关闭高频。

（9）经常检查导轮、排丝轮、轴承、钼丝、切割液等易损、易耗件（品），发现损坏，及时更换。

8.1.4 数控电火花线切割加工实例 一、加工示例

（一）数控快走丝电火花线切割加工示例 1、手工编程加工实习 （1）实习目的：

①掌握简单零件的线切割加工程序的手工编制技能；

143

②熟悉ISO代码编程及3B格式编程； ③熟悉线切割机床的基本操作。 （2）实习要求

通过实习，学生能够根据零件的尺寸、精度、工艺等要求，应用ISO代码或3B格式手工编制出线切割加工程序，并且使用线切割机床加工出符合图纸要求的合格零件。

（3）实习设备

DK7725E型线切割机床。 （4）常用ISO编程代码

G92 X- Y-：以相对坐标方式设定加工坐标起点。 G27 ：设定XY/UV平面联动方式。 G01 X- Y-（U- V-）：直线插补。

X Y：表示在XY平面中以直线起点为坐标原点的终点坐标。 U V：表示在UV平面中以直线起点为坐标原点的终点坐标。 G02 U- V- I- J-：顺圆插补指令。 60G03 X- Y- I- J-：逆圆插补指令。 Y5毛坯以上G02、G03中是以圆弧起点为坐标原点，X、Y（U、V）表示终点坐标，I、J表示圆心坐标。 F M00 ：暂停。 E M02 ：程序结束。

D（5）3B程序格式 CＢ Ｘ Ｂ Ｙ Ｂ Ｊ Ｇ Ｚ O X Ｂ:分隔符号；Ｘ：Ｘ坐标值；Ｙ：Ｙ坐标值； A B Ｊ:计数长度；Ｇ：计数方向；Ｚ：加工指令。 G 10（6）加工实例 40 ①工艺分析： 图6-14 零件一 加工如图8-14所示零件外形，毛坯尺寸为60×60ｍｍ，对刀位置必须设在毛坯之外，以图中Ｇ点坐标（-20,-10）作为起刀点，Ａ点坐标（-10，-10）作为起割点。为了便于计算，编程时不考虑钼丝半径补偿值。逆时钟方向走刀。

②ISO程序：

程序 注解

G92 X-20000 Y-10000 以Ｏ点为原点建立工件坐标系，起刀点坐标为（-20，-10）； G01 X10000 Y0 从Ｇ点走到Ａ点，Ａ点为起割点； G01 X40000 Y0 从Ａ点到Ｂ点； G03 X0 Y20000 I0 J10000 从Ｂ点到Ｃ点； G01 X-20000 Y0 从Ｃ点到Ｄ点； G01 X0 Y20000 从Ｄ点到Ｅ点； G03 X-20000 Y0 I-10000 J0 从Ｅ点到Ｆ点； G01 X0 Y-40000 从Ｆ点到Ａ点；

G01 X-10000 Y0 从Ａ点回到起刀点Ｇ； M02 程序结束。 ③ 3B格式程序：

程序 注解

B10000 B0 B10000 GX L1 从Ｇ点走到Ａ点，Ａ点为起割点； B40000 B0 B40000 GX L1 从Ａ点到Ｂ点；

4010560 144

B0 B10000 B20000 GX NR4 从Ｂ点到Ｃ点； B20000 B0 B20000 GX L3 从Ｃ点到Ｄ点； B0 B20000 B20000 GY L2 从Ｄ点到Ｅ点； B10000 B0 B20000 GY NR4 从Ｅ点到Ｆ点； B0 B40000 B40000 GY L4 从Ｆ点到Ａ点； B10000 B0 B10000 GX L3 从Ａ点回到起刀点Ｇ

D 程序结束。 ④加工：

60按8.1.3中所述的机床操作步骤进行。 毛坯2、自动编程加工实习 Y（1）实习目的及要求： C①熟悉HF编程系统的绘画功能及图形编辑功能；

②熟悉 HF 编程系统的自动编程功能； DHB③掌握 HF 控制系统的各种功能。 I573（2）实习设备：DK7725型线切割机床及.52GCNC-10A控制、编程系统。 J F（3）加工实例： ①工艺分析：加工如图6-15所示五角星外AO形，毛坯尺寸为60×60ｍｍ，对刀位置必须设X在毛坯之外，以图中Ｅ点坐标（-10,-10）作为对E(-10,-10)刀点，Ｏ点为起割点，逆时钟方向走刀。 图8-15 零件二

8．2电火花成型加工 8.2 电火花成型加工

8.2.1 电火花成型加工的原理

电火花成型加工是在一定的介质中通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。电火花成型加工的原理如图8-16所示。工件l与工具4分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自动进给调节装置3(此处为液压油缸和活塞)使工具和工件间经常保持一很小的放电间隙，当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最弱处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面局部熔化，甚至气化蒸发而电蚀掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑，如图8-16a所示，图8-17（a）表示单个脉冲放电后的电蚀坑。图8-17（b）表示多次脉冲放电后的电极表面。脉冲放电结束后，经过脉冲间隔时间，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。整个加工表面将由无数小凹坑所组成。这种放电循环每秒钟重复数千次到数万次，使工件表面形成许许多多非常小的凹坑，称为电蚀现象。随着工具电极不断进给，工具电极的轮廓尺寸就被精确地“复印”在工件上，达到成型加工的目的。

60R5 145

图8-17电火花加工表面局部放大

进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。 紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。 按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电

146

火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。 电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

8.2.2 电火花成型加工的特点及应用范围

电火花加工是靠局部热效应实现加工的，它和一般切削加工相比有如下特点:

1、它能“以柔克刚”，即用软的工具电极来加工任何硬度的工件材料，如淬火钢、不锈钢、耐热合金和硬质合金等导电材料。

2、电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。因而一切小孔、深孔、弯孔、窄缝和薄壁弹性件等，它们不会因工具或工件刚度太低而无法加工；各种复杂的型孔、型腔和立体曲面，都可以采用成型电极一次加工，不会因加工面积过大而引起切削变形。

3、脉冲参数可以任意调节。加工中不要更换工具电极，就可以在同一台机床上通过改变电规准(指脉冲宽度、电流、电压)连续进行粗、半精和精加工。精加工的尺寸精度可达0.01mm, 表面粗糙度Ra0.8um，微精加工的尺寸精度可达0.002～0.004mm，表面粗糙度Ra0.1～0.05um。

4、电火花加工工艺指标，可归纳为生产率(指蚀除速度)，表面粗糙度和尺寸精度。影响这些的工艺因素，可归纳为电极对、电参数和工作液等。当电极对及工作液已确定后，电参数成为工艺指标的重要参数。一般随着脉冲宽度和电流幅值的增加，放电间隙、生产率和表面粗糙度值均增大，由于提高生产率和降低表面粗糙度值有矛盾，因此，在加工时要根据工件的工艺要求进行综合考虑，以合理选择电参数

8.2.3电火花加工的局限性 1、二次硬化带问题

二次硬化带（又称：再硬化带、再硬化层），指电火花加工过程中，由于火花放电产生热量，在工具、摸具被加工表面形成的硬化层。在显微镜下可以观察到，二次硬化带为浅白色、厚度约为0.003~0.12mm。由于硬化层未经回火处理，处于高应力态状，使模具在使用中容易出现刃口破裂，尤其在硬化层厚度较大情况下。根据研究报道，电火花加工二次硬化带形成与被加工件材料性质、介质液选择和电规准选择有关系。例如：在高频率小火花放电情况下的电火花加工容易产生二次硬化带，相应减小二次硬化带形成的办法为：选择合适的模具零件材料；选择合适的电火花加工介质液；在加工中选用较低脉冲频率进行一次或几次精加工。另外，可以采用后续加工办法减少或消除二次硬化带影响，如：后续低温回火，后续电抛光、电解、研磨、磨削等。

2、电极损耗问题

在加工中，电火花在烧蚀工件材料同时，也在工具电极上烧蚀电极材料。在多次重复加工中，工具电极逐步失去原有形状，使加工结果变形（精度超差）。解决办法是：根据具体加工选择合适的工具电极材料以减小电极材料的烧蚀速度，同时，根据工件材料和电极材料选择合适的电规准（电规准选择见机床使用说明书）。另外，可采用阶梯电极或使用多个铸造电极

147

依次安装进行加工办法解决。如前所述 ，电火花加工通过工具电极与工件被加工面之间火花放电蚀除金属材料；在粗加工中，电火花加工金属蚀除率可达到100~200mm³/min, 甚至于更高；但是，这一蚀除率数值仍远低于使用车刀、铣刀等金属切削刀具进行切削加工时可达到的金属切除率。因此，提高电火花加工生产效率应充分发挥切削刀具高效切削功能，以车、铣、刨等方法切除尽可能多的金属材料余量，让电火花加工蚀除尽可能少的金属材料余量。此外，提高电火花加工生产效率办法，应在满足加工要求（精度、粗糙度）前提下，尽可能采用粗规准进行加工,尽可能不用中规准和精规准进行加工。

3、局限性讨论：

未经后处理的二次硬化带对模具使用寿命是一个不利的影响因素，经后处理的二次硬化带对模具使用寿命起延长作用。电火花加工工程技术人员利用火花放电表面硬化特点，开发了用于机械零件磨损修复和强化的电火花强化机。据报道，由脉冲电源和振动器组成的电火花强化机通过火花放电，可在工件表面行成一层高硬度、高耐磨的强化层，在反复振动、放电作用下，强化层微量增厚，达到修复磨损机械零件和强化机械零件目的，强化层粗糙度可达到Ra1.6,硬度可达到HRC70,一般不经后处理即可应用。

8.2.4 电火花成型加工在模具制造业中的应用

由于电火花加工结果所得到的被加工件形状与加工中使用的电极凸模形状对应，因此，电火花加工适合于制造各种压印模具，包括压痕、压花、压筋和其它变形模具。

由于电火花加工结果凹模型腔形状取决于工具电极凸模形状，并且可通过简化安装，依次加工出模具凹模、卸料板、凸模固定板的对应型腔，因此，电火花加工适用于制造各种下料模具、冲孔模具，包括多凸模下料、冲孔模具。

由于电火花加工不忌被加工件材料的硬度状况，因此，很适合于加工各种高硬度、难加工材料模具（如硬质合金模具）。各种金属模具型腔件可以在热处理后进行电火花精加工。 电火花加工的主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

电火花加工可以在硬质材料上同时加工多个不规则型腔而不需要熟练的钳工加工技术，也不须考虑模具热处理变形问题、剖切加工问题（传统模具加工中，一些模具型腔需要剖切后加工），模具加工所需时间相对较少。

用电火花加工锻模、压铸模、挤压模等型腔以及叶轮、叶片等曲面，比穿孔困难得多。原因是:

(1)型腔属盲孔，所需蚀除的金属量多，工作液难以有效地循环，以致电蚀产物排除不净而影响电加工的稳定性。

(2)型腔各处深浅不一和圆角不等，使工具电极各处损耗不一致，影响尺寸仿形加工的精度。

(3)不能用阶梯电极来实现粗、精规准的转换加工，影响生产率的提高。 针对上述原因，电火花加工型腔时，采取如下措施:

(1)在工具电极上开冲油孔，利用压力油将电蚀物强迫排除。

(2)合理地选择脉冲电源和极性，一般采用电参数调节范围较大的晶体管脉冲电源，用紫铜或石墨作电极，粗加工时(宽脉冲)时负极性，精加工时正极性，以减少工具电极的损耗。

(3)采用多规准加工方法，即先用宽脉冲，大电流和低损耗的粗规准加工成型，然后逐极 电火花加工在模具制造中的应用转精整形来实现粗、精规准的转换加工，以提高生产率。

主要参考文献

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1 2 3 4 栾振涛主编. 金工实习. 北京：机械工业出版社，2001 沈剑标主编. 金工实习. 北京：机械工业出版社，1999

徐永礼 田佩林主编. 金工实训. 广州：华南理工大学出版社，2006 魏峥主编主编. 金工实习教程. 北京：清华大学出版社，2004