锯切、车削、铣削和磨削加工工艺完整指南

1.0什么是金属切削？为什么它在制造业中如此重要？

金属切削是一种加工工艺，主要通过塑性变形和剪切去除工件材料，形成细小的切屑。这是机械加工的核心操作，用于将零件加工成精确的尺寸。

配钥匙方法

常见的切割工艺包括：

• 锯切
• 整形/刨削
• 拉削
• 钻孔
• 研磨
• 转弯
• 铣削

尽管工具和机器有所不同，但所有这些过程都依赖于相同的基本机制：施加切削力，引起塑性剪切以去除材料，这种机制通常使用正交切削理论来简化。

然而，铣削或磨削等实际加工过程涉及斜切削，其力学原理更为复杂。虽然正交切削理论提供了一些基本见解，但铣削和磨削等实际加工过程涉及斜切削和更为复杂的力学原理。

2.0如何在金属切割中使用锯切：锯片类型说明

金属加工中的锯切是什么？

锯切 是一种基本的机械加工工艺，用于将大块原材料切割成更小的可加工部件。这种操作通常使用 带锯机 或融入 数控锯切系统 用于大批量生产。这通常是金属零件制造的第一步，在精密加工之前进行粗切。

金属切割中使用的锯的类型

• 钢锯
  • 使用 直的 刀刃 在一个 往复运动.
  • 通常手动操作或借助简单的动力辅助操作。
  • 非常适合切割小部分或供车间使用。
• 带锯
  • 特点 环形刀片 移动 连续朝一个方向.
  • 适合 连续、精确的切割 各种材料。
• 圆锯
  • 配备 旋转圆盘形刀片.
  • 优惠 快速、干净的切割，常用于大批量或便携式作业。

根据材料选择合适的锯片

• 波形齿
  • 最适合 薄板金属
  • 刀片齿呈波浪形，可减少热量并改善切屑排出。
• 左右牙齿（排列牙齿）
  • 用于 柔软的 材料 如铝或塑料。
  • 牙齿交替改变方向以扩大切口并减少束缚。
• 耙齿
  • 通常用于硬质材料，例如合金钢、碳钢或铸铁。
  • 齿按图案分组，以实现更平滑的切割和切屑控制。

典型的锯切应用

锯切通常用于：

• 将库存材料粗切至所需长度
• 准备用于车削、铣削或钻孔的毛坯
• 去除铸造或锻造部件上多余的材料

3.0机械加工中的整形是什么？整形机如何打造平整表面

机械加工中的成形是什么？它如何创建平面

成型 是一种使用 单点切削刀具，通常在 机械或液压成型机，或者有时 万能成型车床 用于工具室工作。它主要用于创建 平坦或平面，尤其是在 矩形块 金属。

这些平面通常作为进一步加工操作的基础几何形状，例如 铣削 或者 钻孔.

塑形机的工作原理

• 这 切削刀具 安装在滑架上，沿着来回移动 直线水平路径.
• 只有 向前 中风 执行切割；回程空闲。
• 这 工件保持静止，通常夹在机床工作台上。
• 每次冲程后，工作台可能会稍微进给工件以进行下一次冲程。

金属加工中的成形应用

• 在钢、铸铁或铝块上生产平面。
• 准备工件以进行进一步加工（例如铣削或磨削）。
• 使用特殊工具创建键槽、凹槽或内部槽。
• 适合 中小批量生产 和 修复工作.

塑形的优势

• 简单的机器设计和操作。
• 对于小批量作业或工具室工作来说具有成本效益。
• 通过适当的设置可以产生精确的平面。

4.0拉削在制造业中是什么？拉削如何加工复杂的内部形状

拉削 是一种高精度、高效率的加工工艺，主要用于 大规模生产 零件 复杂的内部几何形状， 尤其 非圆形孔、花键或键槽。

拉削的工作原理

• 一个 拉刀 由一根长条和一系列 切牙 沿其长度逐渐排列。
• 由于拉刀 拉或推 通过工件，每个齿 去除小碎片 的材料。
• 这 初始牙齿 进行粗切，去除大部分材料。
• 这 最后一颗牙齿 提供 精加工，定义具有高精度和表面质量的精确最终几何形状。
• 这 最后一颗牙齿的形状 与零件所需的最终内部形状相匹配。

拉削的应用

• 加工 键槽, 内部花键, 非圆形孔， 和 插槽
• 常见于以下行业 汽车, 航天， 和 工具
• 适合 大批量生产 需要严格公差的情况

拉削的优点

• 生产 复杂的内部形状 在一个 单程
• 优惠 优异的表面光洁度 和 尺寸精度
• 高的 重复性 和 周期效率 用于大规模生产

5.0机械加工中的钻孔、铰孔、镗孔和攻丝是什么？

钻孔、铰孔、镗孔和攻丝工艺概述

这四种加工方法用于加工不同类型的孔。它们通常使用 钻床, 径向钻机， 或者 CNC加工中心， 根据精度要求，钻孔可形成各种类型的圆孔；铰孔用于提高钻孔的尺寸公差；镗孔使用像车床一样操作的专用机器来切割高精度孔；攻丝在钻孔中形成螺纹。

钻孔工作原理：麻花钻的几何形状和切削工艺

常见的麻花钻工具（称为钻头）的几何形状很复杂。它的底部有直齿——这些齿负责大部分的金属切削——圆柱形表面则有弯曲的齿。螺旋齿形成的凹槽称为排屑槽，用于在加工孔时将切屑排出。

钻头尖端的速度为零，因此刀具的这个区域不会进行显著的切削。因此，通常在钻孔前加工一个小孔，称为中心孔。中心孔由称为中心钻的特殊工具制成，这种工具也有助于将钻头与孔的中心对齐。

关于钻井工具和操作的关键事实

• 常见钻头材料：硬化钢（高速钢、氮化钛涂层钢）；对于较硬的材料，使用带有硬质合金或 CBN 刀片的钻头。
• 点角选择：用于切削较软材料的钻头的尖角较小，而用于切削硬脆材料的钻头的尖角较大。
• 深孔枪钻：当孔的长径比较大时，需要特殊的导向支撑和长钻头。枪钻用于加工直径为几毫米或更大、长径比高达300的孔，例如枪管。
• 小孔的限制：钻孔不适用于小于 0.5 毫米的孔，因为工具可能会断裂或卡住。
• 孔尺寸精度：由于振动、错位和其他因素，钻孔通常比钻头的测量直径略大。
• 铰孔以实现严格的公差：为了获得精确的孔径，可以先钻一个略小的孔，然后再铰孔。铰孔去除的材料很少，但尺寸精度很高。
• 用于大孔和深孔的铲钻：用于加工大直径或深孔。
• 沉头钻和锪孔钻：这些具有多种直径，可为螺钉或螺栓制作倒角孔或阶梯孔；较大的直径可容纳螺钉或螺栓头。
• 攻丝内螺纹：使用攻丝工具在钻孔中切出内螺纹。

铰孔工艺：提高尺寸公差

铰孔用于钻孔后加工，以提高尺寸公差和表面光洁度。铰孔材料去除率低，切削深度小，但精度高。

镗孔工艺：切割高精度孔

镗孔加工使用类似车床的特殊机床来扩大和精加工孔，使其达到高精度。它适用于要求严格公差和光滑表面的应用。

攻丝工艺：加工内螺纹

攻丝是在钻孔中形成内螺纹。攻丝刀具用于加工内螺纹，而圆柱形零件上的外螺纹则使用攻丝板牙加工。

6.0什么是磨削和其他磨料加工工艺？

磨削和磨料加工概述

磨料加工使用由微小坚硬的晶体材料颗粒制成的刀具。磨料颗粒形状不规则，边缘锋利，会在随机接触点去除极少量的材料。使用大量磨料颗粒可以使切削效果在整个表面保持平均，即使是坚硬或易碎的工件也能获得出色的表面光洁度和尺寸控制。

磨削也广泛用于加工脆性材料，使用各种 磨床， 例如 平面磨床, 外圆磨床， 或者 CNC磨床由于存在随机断裂和开裂现象，因此无法通过常规切割方法轻易加工。

磨削和磨料加工的主要应用

1. 提高其他工艺制造的零件的表面光洁度

• 示例（a）：首先通过铣削加工钢制注塑模具；通过使用成形磨具进行手动磨削或通过电磨，可以改善其表面光洁度，从而实现更好的塑料流动。
• 示例（b）：汽车发动机气缸的内表面在车床上车削，然后研磨，接着珩磨和研磨，以达到镜面般的效果。
• 示例（c）：砂纸用于打磨粗糙的木质表面。

2. 提高零件尺寸公差

• 示例（a）：将滚珠轴承锻造成初始圆形，然后在特制的磨模中研磨，以达到极其精确的直径（≤15 μm）。
• 示例（b）：刀具由锻钢制成，经过硬化处理，最后研磨以获得锋利的切削刃。

3. 切割硬脆材料

示例（a）：半导体IC芯片由硅制成。用金刚石砂轮将一根长的硅晶棒（直径8厘米、15厘米或30厘米，长度可达200厘米）切成薄片。

4. 去除切割过程中不需要的材料

示例（a）: 钻铣 通常会在表面边缘留下细小锋利的碎屑，称为毛刺。锥形砂轮可用于去除毛刺。

常见磨料

• 氧化铝和碳化硅：一般用途的普通磨料。
• 超级磨料（CBN 和金刚石粉）：用于较硬的材料和高精度应用。
• 关键属性：硬度高，易碎性高。易碎性是指磨料颗粒的脆性，在使用过程中容易断裂并形成新的锋利边缘。

磨具及粘结材料

磨具由树脂、硬化橡胶、金属或陶瓷等材料粘合而成，内含磨粒。粘合材料必须比磨粒软，以便磨损的磨粒能够脱离，并不断露出新的切削刃。

晶粒尺寸和表面光洁度:

粗晶粒（小晶粒尺寸编号，例如 10）可提供较高的材料去除率。

细晶粒（晶粒尺寸较大，例如 100）可产生更好的表面光洁度。

这种粒度分类在砂纸等级中很明显。

磨床类型和操作

• 平面磨床：加工平面。工件固定在平面上（钢制零件通常采用磁力吸盘），沿 X 轴往复运动，同时砂轮沿 Z 轴下降。
• 无心磨床：用于对尺寸控制有严格要求的圆柱形零件。导轮和砂轮的轴线错开，使零件沿轴向移动，从而控制磨削时间。
• 外圆磨床：用于加工形状复杂的车削件（例如阶梯轴）。特殊形状的砂轮与工件轮廓相匹配。

机械加工中的珩磨是什么？如何提高圆柱形零件的圆柱度？

珩磨可改善圆柱形表面的形状公差，尤其是圆柱度。珩磨工具由一根金属棒和排列成环形的磨石组成，磨石在旋转和轴向移动的同时沿表面进行研磨。珩磨后的表面会呈现出特征性的螺旋状交叉划痕。

超精细表面精加工的研磨工艺

研磨是一种使用浸渍有极细磨料颗粒的金属、皮革或布料工具进行精加工的工艺。在硅晶片制备过程中，一个扁平的金属盘在工件上方略微旋转，盘内装有含有细磨料颗粒的研磨液。研磨液的运动可产生超精细的表面处理效果，尺寸公差可达≥0.5 μm，表面粗糙度可达0.1 μm。

7.0机械加工中的车削是什么？了解车床操作和工件夹持方法

车削工艺概述

车削是一种加工工艺，工件在车床上固定的切削刀具作用下旋转，切削材料并形成旋转形状。工件旋转的同时，切削刀具向工件进给。通常情况下，原材料为圆柱形，加工零件为旋转对称件，这意味着所有车床切削表面均为旋转表面。

车床的常见使用方法有两种：

• 尾座钻孔：安装在尾座上的钻头将刀具送入旋转部件的端面进行钻孔。圆柱形零件夹在卡盘中，高速旋转，尾座轮将刀具送入零件。
• 使用单点切削刀具进行车削：刀架上安装的单点刀具用于切削旋转部件。刀架通过刀架轮沿滑块移动，而横向滑块轮则使刀具靠近或远离旋转轴，从而控制切削深度和进给速度。

典型的车床切削操作

车削可以通过切割不同的表面产生各种旋转形状：

• 外圆柱面：车削、锥度切削、槽切削、切断、螺纹切削、滚花
• 平面端面：端面加工、端面槽切割、钻孔
• 内圆柱面：镗孔、内槽切削（通过自由平面进行）

只有钻孔操作需要通过沿滑块移动尾座来进给刀具。在其他操作中，棒料被固定在主轴夹具中，另一面自由。对于长棒料，尾座可以使用死点提供额外支撑。

车床加工顺序规划

当对一个工件进行多项操作时，必须精心规划操作顺序，以尽量减少重复装夹。例如，如果两个平面端面都需要端面加工，则至少需要使用卡盘进行两次装夹。

车床的常见工件夹持方法

库存通常使用以下方式之一保持在主轴侧：

• 夹头：常见于自动送料车床。长棒料被逐步加工并切断；夹头松开后，重新夹紧棒料，以便加工下一个工件。
• 三爪卡盘：三个夹爪同时移动，使棒料轴线与主轴保持对齐。可实现以下三种位置：
  • 夹紧外圆柱面（标准方法）。
  • 从内部用向外的力夹住内部圆柱形表面（例如管子）。
  • 通过反转钳口来夹紧不同的台阶高度，从而握住更大的杆。
• 四爪卡盘：允许加工轴线偏移但与零件轴线平行的旋转零件，因为相对的钳口对独立移动。
• 死点和活点支持：可将长部件固定在主轴的活动中心和尾座的死点之间，以确保稳定性。

8.0机械加工中的铣削是什么？铣削类型、切削动力学和刀具路径基础知识

铣削工艺概述

铣削是最通用的加工工艺之一，能够加工出各种形状的零件。制造业中使用的模具和冲模很大一部分都是通过铣削加工而成的。

最常见的铣削操作是：

• 板坯铣削
• 面铣
• 端铣

这些操作主要通过所使用的不同切削工具来区分。

端铣操作和刀具类型

端铣使用专门的工具来产生复杂的几何形状，包括曲面和槽。

• 平端铣刀：用于切割平面或略微弯曲的表面。
• 球头铣刀：提供光滑的表面处理，常用于模具。
• 成型立铣刀（T型槽铣刀）：专为切割 T 型槽和其他特殊轮廓而设计。

铣削的工作原理：刀具路径和刀具运动

大多数铣刀具有多个刀齿（2 到 20 个左右），每个刀齿围绕圆柱形刀体形成螺旋线。切削刃的方向决定了刀具的旋转方向和主轴的运动。

工件和刀具运动：工件夹在机床工作台上，工作台沿 X、Y 和 Z 轴移动（通常同时移动），以创建编程的“刀具路径”。虽然零件移动时刀具在空间中保持固定，但这种运动通常称为刀具运动。

顺铣与逆铣：切削动力学

刀具和工件之间的相互作用根据相对运动而变化：

逆铣

• 齿啮合时，切屑厚度最初为零，然后切屑厚度逐渐增加，在脱离啮合时达到最大值。
• 适用于切割具有坚硬表面氧化物（氧化皮）的锻造或铸造零件，减少初始切削力。
• 然而，在切削开始之前，初始滑动会引起高摩擦、刀具后刀面磨损以及由于塑性变形而导致的应变硬化。

顺铣

• 刀齿以最大切屑厚度与工件啮合，并在切出时逐渐减小切削力。
• 与逆铣相比，可产生更好的表面光洁度和更长的刀具寿命。
• 尽管优化的刀具路径可能会混合上铣和下铣，但它是大多数现代铣削操作的首选。

9.0铣削操作的工件夹持：夹具、夹具和设置

铣削加工中常见的工件夹持方法

在铣削操作过程中，通常使用几种类型的夹具来牢固地固定零件：

• 钳住：一般铣削应用中最常见的夹具。
• 直接夹紧在机床工作台上：可以使用沿工作台长度的 T 型槽将零件直接夹紧到机器工作台上，以定位和固定夹具。
• 索引虎钳：允许快速旋转零件，使不同的表面暴露于铣削工具，从而提高加工多个面时的效率。

了解铣削操作中的设置

如果铣刀需要接触零件的不同表面或面，则可能需要松开并重新装夹零件。每个固定位置称为 设置.

• 每个设置有多个工具：在一次设置中，可以使用多种切削刀具来加工不同的特征。
• 零件位置和机器坐标：每当设置或工具发生变化时，机械师必须定位零件，确定零件相对于工具的坐标。
• 机床工作台反馈：铣床工作台提供沿 X、Y 和 Z 轴的相对运动反馈。正确定位零件可确保工作台精确移动，这对于实现精确的特征尺寸至关重要。

10.0常见问题 (FAQ)

1.什么是金属切削？为什么它在制造业中很重要？

金属切削 切削是利用切削力去除工件材料的过程，切削力会导致塑性变形和剪切。切削在制造过程中至关重要，有助于加工出尺寸精确、表面光洁度高的零件。

2.金属切削工艺主要有哪些类型？

主要方法包括：

• 锯切
• 整形/刨削
• 拉削
• 钻孔
• 研磨
• 转弯
• 铣削

3. 锯切在金属切割中是如何工作的？

锯切用于将原材料粗略地切割成更小、更易于处理的尺寸。这通常是进行更精密加工之前的第一步。

锯的种类：

• 钢锯：手动或电动直往复式刀片。
• 带锯：连续环形刀片，适合稳定切割。
• 圆锯：快速旋转的圆盘形刀片，可实现干净的切割。

刀片类型：

• 波齿：适用于薄金属板。
• 左右牙齿：适用于铝或塑料等软材料。
• 耙齿：适用于碳或合金钢等硬质材料。

4.机械加工中的成型是什么？

整形加工使用单点切削刀具往复运动来创建平面。这种方法非常适合在矩形块上加工出平面。

5. 什么是拉削？何时使用拉削？

拉削是一种高精度加工方法，用于加工键槽、花键或非圆形孔等复杂的内部形状。它非常适合要求严格公差的批量生产。

6. 钻孔、铰孔、镗孔、攻丝有什么区别？

7. 钻井作业使用什么工具？

• 麻花钻：最常见，带有用于排屑的凹槽。
• 中心钻：开始打孔并确保对齐。
• 枪钻：适用于深孔、高纵横比孔。
• 铲钻：适用于大直径或深孔。
• 埋头孔/沉头孔：适用于阶梯孔或倒角孔。
• 水龙头：用于内螺纹。

8. 什么是研磨？何时使用研磨？

磨削是一种磨料加工工艺，用于：

• 实现高表面光洁度
• 提高尺寸精度
• 切割硬/脆材料
• 去除毛刺和表面缺陷

它使用带有粘合磨料颗粒（如氧化铝或金刚石）的工具。

 

参考

https://www.uniquespm.com/broaching-machines.html

https://lnf-wiki.eecs.umich.edu/wiki/Lapping

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/lapping-plate