切割工艺类型说明｜设计师需要了解的基本知识。

我们有了切割操作的类型和设计师需要了解的基本知识。说明：

在机械设计中，选择加工工艺来实现部件的形状是一个极其重要的过程，它决定了产品的质量、成本和交付时间。　在所有加工方法中，切削加工是最基本、应用最广泛的方法之一，但切削加工有许多不同的类型，每种类型都有自己的原理、优点和缺点。

如果设计人员在绘制图纸时没有深入了解这些差异，就可能出现返工现象，例如 "这种形状无法加工 "或 "意外成本"。　本文为希望了解 "切削类型 "的机械设计师和对制造感兴趣的人员提供了全面的说明，从基本知识到具体的加工方法，以及设计时必须牢记的注意事项。

构成设计基础的切割操作类型。

什么是机械加工？首先了解全局

机械加工是一种技术的总称，它使用机床和工具从金属和树脂等材料中去除不必要的部分，从而生产出具有所需尺寸和形状的零件。　的确如此。　我们身边随处可见的削铅笔机和磨萝卜机，从广义上讲，也是切削工具家族的成员。

这种加工工艺可分为三大类

本文涉及的主要内容。切削加工是该类别中最典型的 "去除加工 "方法。就是这样。　　通过使用刀具的刀片（切削刃）切割材料，同时将其作为切屑弹出，可以生产出高精度的零件。

典型加工方法 1：车削基础知识

车削是一种加工过程，在这一过程中，待加工材料（工件）被旋转，一个被称为 "咬合 "的固定刀具被应用到工件上。　就是这样。　如果想象一下将陶工的车轮转动成型，可能会更容易理解。　基于这一原理，车削主要用于生产圆柱形部件（圆形物体），如轴和销。

转身能做什么

在车削过程中，根据车刀的移动方式可以加工出各种形状。

• 外圆磨削：削去工件外径，使其变薄。
• 端面磨削（端面加工）：将工件端面磨平。
• 镗孔：扩大工件上钻孔的内径。
• 切入式切割：对工件进行深切槽或切割。
• 螺纹加工：在工件外圆周或内圆周上加工螺纹。

车削的优缺点

• 优点：因为工件在加工过程中不断旋转、高度同轴度和圆度。该公司专门从事其特点还包括相对较高的加工速度。
• 缺点：加工后的形状总是一个旋转体（如圆柱体、圆盘）。因此，无法在方形块上进行挖槽等加工。

车削过程中加工前的材料形状

人们通常认为只有圆棒才能用作车削材料，但事实并非如此。　在某些条件下，也可以从方形材料（矩形材料）上切割出圆形。　不过，这种方法被称为 "间歇切削"，即刀具刀片间歇地撞击材料。　这种方法对刀具的影响很大，会导致切削刃（刀片）磨损严重，因此需要考虑加工成本和刀具寿命。

还有例如，在大规模生产中，通常从一开始就将铸件和锻件加工成接近最终产品的形状。　是这样做的好处是减少了需要切割的材料数量，降低了材料成本，缩短了加工时间，在锻造的情况下，还提高了材料本身的强度。

大致车削表面粗糙度 (Ra)

在一般车削作业中、普通表面处理的 Ra 值为 3.2 微米至 6.3 微米，精细表面处理的 Ra 值为 0.4 微米至 1.6 微米。　表面的粗糙度。

车床上最常用的工具是一次性刀头，即切削刃磨损后即更换。　这样就能实现质量稳定的批量生产。如果要设计的零件是圆形零件，则应首先考虑车削。　情况将会如此。

典型加工方法 2：基础铣削

铣削与车削相反，是用高速旋转的工具（立铣刀或面铣床）对固定的工件进行切削。　这就好比电动罐头机在固定在地面上的木头上移动，将其压平。　这种方法可以生产出极其多样的形状，从平面、侧面、凹槽和台阶等矩形部件（方形物体）到复杂的三维曲面。

铣削可以做什么

铣削加工可以无限组合刀具和运动方式。

• 平铣：将工件顶面铣平。主要使用一种叫做面铣的工具。
• 侧面加工：铣削工件的侧面。使用立铣刀的外缘。
• 沟槽铣削：加工特定形状的沟槽，如 T 型槽或燕尾槽。使用铣槽机和立铣刀。
• 套筒加工：挖掘工件内部。用立铣刀铣出轮廓，然后取出内含物。
• 三维曲面加工：使用球形端铣刀头加工光滑曲面。

铣削的优缺点

• 好处加工方形和复杂形状的自由度极高这是该机器最重要的特点。此外，还可以加工出车床无法加工的凹槽和肋条形状。
• 缺点：与车削相比，切割大型表面可能需要更长的时间。还有工具无法触及的暗切形状　无法处理。

铣削表面粗糙度 (Ra)

通过普通铣削获得的表面粗糙度为标准表面处理的 Ra 值为 3.2 µm 至 6.3 µm，表面处理的 Ra 值为 0.4 µm 至 1.6 µm。　是的。　　通过优化刀具和加工条件，也可以获得更光滑的表面。

铣床有立式和卧式两种，刀具主轴垂直安装。　一般来说，立式铣床更适用于铣槽和平面，而卧式铣床更适用于铣深槽。如果要设计的零件有一个以上的平面、槽或孔，则铣削是基本工艺。　情况将会如此。

典型加工方法 (iii)：钻孔和孔精加工

钻孔，顾名思义，就是在材料上钻孔，但它是一系列工序的组合，涉及多个不同的工序和工具，以达到设计所要求的精度。　这是因为仅仅用钻头钻孔往往不足以保证尺寸精度和表面光滑度。

高质量的孔一般按以下步骤加工

1. 定位（定心）：为防止钻尖偏移，用中心孔钻头钻出一个小凹痕，以提供准确的起点。
2. 预钻孔（钻孔）：使用最常见的麻花钻钻出接近所需直径的孔。这是最有效的材料去除步骤。
3. 孔精加工（铰孔）：在需要高尺寸精度和光滑表面粗糙度的情况下，使用一种叫做铰刀的工具对孔的内表面进行轻微的剃削加工。铰刀不能钻孔，但却是精确加工现有孔洞的专用工具。
4. 高精度精加工（镗孔）：在需要更精确的直径和圆度时，使用镗刀（镗杆）像车床一样磨削孔的内部，以提高精度。

额外的螺栓孔加工

需要进行额外的加工，以安装螺栓和螺钉头。

• 屈曲（反孔）：为防止螺栓头从部件表面突出，孔的入口要加工得更深更平。
• 沉孔加工：将孔的入口磨成圆锥形，使沉孔螺钉的头部紧密贴合的加工方法。

钻孔表面粗糙度 (Ra)

钻出的孔表面粗糙、一般为 Ra 12.5 微米至 50 微米　这样，表面就会变得光滑。　相比之下，铰孔和镗孔等精加工工艺能使表面光滑得多。Ra 0.8 µm 至 3.2 µm 用于铰孔，Ra 0.2 µm 级精加工可用于高精度项目。　是

典型加工方法 4：螺纹加工基础知识

螺纹加工是一种形成螺旋槽（螺纹）的工艺，它是将零件紧固在一起的关键。根据加工位置的不同，主要有两种螺纹：内螺纹（孔内）和外螺纹（轴外），每种螺纹都要使用专用工具。

内螺纹加工（孔内）

加工内螺纹主要有两种方法。

螺纹（轴外侧）

• 螺纹钻头：作为车削工艺的一部分，专用钻头用于在旋转工件上切削螺纹。
• 模具：圆形工具，用于通过圆棒旋转模具形成螺纹。主要用于手工作业和小批量生产。

螺纹加工表面粗糙度 (Ra)

与其他加工表面相比，螺纹加工对表面粗糙度的控制没有那么严格，因为螺纹加工的主要目的是实现螺纹的功能（紧固）。　的确如此。　然而，在螺纹切削加工中（丝锥、螺纹铣刀、螺纹钻头）、可获得 Ra 1.6 µm 至 6.3 µm 的精加工表面，相当于一般的切削加工。

在加工昂贵部件或考虑在自动化生产线上加工时，丝锥断裂的风险至关重要。　如果成本和交货时间允许，指定安全的螺纹铣削工艺是另一项重要的风险管理措施。

补充信息：包括其他加工在内的表面粗糙度

如果您想了解通过切削以外的加工过程获得的表面粗糙度，请参阅" "。表面粗糙度和不同加工方法获得的表面粗糙度见《国家政府在发展世界上最可持续的经济中的作用》。

用于部件设计的各种加工类型。

专业加工方法 1：什么是齿轮切削？

齿轮切削是一种专门的加工方法，用于精确加工齿轮的复杂齿形，而齿轮对电机和其他设备的动力传输至关重要。　齿轮齿廓设计为特殊曲线，称为渐开线曲线，需要极高的精度才能确保平稳高效的动力传输。

齿轮切割主要有两种方法。

1. 生成法：齿轮齿廓由刀具和齿轮材料在运动中相互啮合 "生成"。　在专用机床上使用被称为滚刀的蜗轮蜗杆刀具和被称为小齿轮铣刀的齿轮刀具。高效生产高精度齿轮是当前的主流。以下是研究结果摘要。
2. 成形法：这种方法使用的是与齿轮齿槽形状完全相同的齿轮齿铣床，并按其形状进行转移。　原理简单，但精度一般不如成形法。

设计齿轮时，不仅需要绘制几何图形，还需要在图纸上准确描述 "模数"、"齿数 "和 "压力角 "等专业参数。没有这些信息，处理器就无法生产出正确的齿轮。

齿轮切削表面粗糙度 (Ra)

齿轮切削产生的齿面必须光滑，以利于动力传输。　在使用滚刀和小齿轮铣刀的加工方法中一般为 Ra 1.6 微米至 3.2 微米　表面粗糙度可达 0.5 毫米。　如果需要更精确的表面粗糙度，可在后续工序中进行齿面磨削。

专业加工方法 2：特殊形状加工

除了前面介绍的处理方法外，还有一些专门为实现特定目标而设计的处理方法。　这里介绍两个典型的例子。

拉削

拉削是一种加工工艺，在这种工艺中，一种被称为 "拉刀 "的长形工具上有许多呈直线排列的切削刃，只需在工件上拉动或推动一次，即可完成所需的形状。　它主要用于加工电机轴上的键槽、多槽花键形状和方孔。

拉削工艺的优缺点和表面粗糙度。

• 好处一次加工即可完成，生产率极高的确如此。在大规模生产相同形状的产品时，它具有压倒性的成本优势。
• 缺点：工具非常昂贵，一把拉刀只能加工一种形状。因此完全不适合小批量生产。此外，由于其加工原理，它不能用于加工止动孔；必须始终加工通孔。

拉削是一种表面光滑的高精度加工工艺。　一般。Ra 1.6 µm 至 3.2 µm 左右。表面粗糙度。

研磨过程

磨削是一种由无数坚硬磨粒组成的砂轮工具高速旋转，以微米为单位轻微切削工件表面的过程。　这就是磨削、它是车削和铣削后的 "精加工 "工序，用于获得更高的尺寸精度和更光滑的表面（表面粗糙度）。

磨削工艺的优缺点和表面粗糙度。

• 优点：尺寸公差大，加工表面光滑如镜，这是切割无法实现的。还可对硬化材料进行精加工，如淬火。　是
• 缺点：由于材料只能切成小块，因此加工过程非常耗时且昂贵。

磨削工艺的主要优点是可以获得极佳的表面粗糙度。Ra 0.2 µm 至 0.8 µm 用于一般研磨抛光，结合更精确的研磨和抛光，可实现 Ra 0.05 µm 或更小的镜面抛光。　是

比较每种加工方法的优势

我们已经了解了各种切削工艺。　重要的是要了解每种加工方法的优势，并根据所设计零件的规格要求选择最合适的加工方法。　下表总结了每种加工方法的主要优点。

例如，如果要设计 "高精度轴"，可以考虑车削和磨削相结合，而 "形状复杂的支架 "则主要采用铣削加工。　重要的是要从零件功能的角度考虑所需的形状，并选择能够实现该形状的加工方法。

每种加工方法的缺点和设计考虑因素

在优点的背后，总是存在缺点和加工限制。　如果设计忽略了这些因素，就会导致无法进行加工或意外增加成本。本节总结了作为设计师必须了解的典型预防措施。

加工方法的主要设计考虑因素

• 车削过程：
  • 限制：不能加工方形和偏离圆心的孔。
  • 注：加工长轴时，必须采取措施防止材料变形。
• 研磨过程：
  • 限制：无法加工刀具无法触及的 "下切 "形状。
  • 备注口袋的四角始终是圆角 (R)。这个 R 不能小于所用立铣刀的半径，也不可能形成销角 (R0)。此外，凹槽太深或槽壁太薄也会导致颤振（振动）和精度不高。
• 钻探过程：
  • 限制条件：钻尖呈圆锥形（通常为 118°），因此止动孔底部并非完全平坦。
  • 注：如果需要有效螺纹深度或平底，必须在图纸上清楚标明。
• 拉削工艺：
  • 限制条件：必须始终为通孔。不能在止动孔上进行键槽加工（在这种情况下，可以选择开槽）。
  • 注：由于初始工具制造成本非常高，因此不适合原型制造或小批量生产。

不同加工方法的成本与精度之间的关系。

在设计时，成本意识至关重要。　切割作业的成本与 "精度 "密切相关。　结论精度越高，成本和加工时间就会成倍增加。　因为要达到高度精确、

• 功能更强大、价格更昂贵的机床
• 昂贵的低磨损切削工具
• 能优化加工条件的熟练技术人员
• 加工时间长，因为材料只能切成小块

这是因为它需要以下要素。　例如一般铣削加工的尺寸公差约为±0.1 毫米，但要将其降低到±0.01 毫米，则需要在温控环境中进行磨削，这就使成本增加了许多倍。

这种宽容真的有必要吗？

在设计零件时，重要的是要经常问自己："为了使零件正常工作，真的需要这么小的公差吗？在设计零件时，一定要经常问自己："该零件的功能是否真的需要这么小的公差？只有在真正需要高精度的地方，如零件与其他零件互锁的地方，才应设置严格的公差，而其他零件则应尽可能设置宽松（大）的公差。　这是节约成本和巧妙设计最重要的一点。是

优化部件设计的加工类型。

本文介绍了机器设计人员应了解的切割操作类型、相关优缺点和设计注意事项。　最后，总结了本文的要点。

• 切削是切割和塑造材料的最基本加工方法之一
• 车削是一种工件旋转加工工艺，主要生产圆形零件。
• 铣削加工涉及旋转刀具，主要生产方形零件和复杂形状的零件。
• 车削加工具有出色的同轴度和圆度，而铣削加工则具有高度的形状自由度。
• 钻孔是一种钻孔和扩孔的工艺，或使用镗孔工具来提高精度。
• 攻丝和螺纹铣削是加工内螺纹的典型方法。
• 攻丝容易，但有工具破损的风险
• 螺纹铣削安全可靠，适用于昂贵部件和自动化生产线
• 切齿是在齿轮上加工出精确齿形的专业加工工艺。
• 拉削加工在批量生产中效率极高，因为键槽和其他零件可在一次操作中加工完成。
• 磨削用于在切削后获得高精度的尺寸和表面。
• 每种加工方法都有其优势和局限性，例如无法加工的形状。
• 铣削不能使袋角呈针角状
• 由于钻尖的角度问题，止动孔的底部并不完全平整
• 当需要高精度时，加工成本和时间都会大大增加。
• 对部件功能而言并非必要的严格公差是增加成本的主要因素。
• 在设计阶段了解加工方法的特点和局限性并选择最合适的切削工艺非常重要。

上图