第1章 机械制造概论
典型案例
机械产品的制造是把原材料通过加工变为产品的过程，确切的是从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的具体操作过程，包括毛坯制作、零件加工、检验、装配、包装、运输等过程。机器零件的加工过程是在金属切削机床上通过刀具与工件间的相对运动，从毛坯上切除多余金属，从而获得所需的加工精度和表面质量的过程。如图1-1所示的零件，采用何种制造过程和工艺过程？采用何种生产类型和组织方式？需要什么成形运动？采用什么机械加工方法？我们应清楚上述这些基本理论和概念。
图1-1 阶梯轴简图
1.1 机械制造过程的基本术语及概念
一、生产过程
机械产品的生产过程是指从原材料（或半成品）开始直到制造成为产品之间的各个相互联系的全部劳动过程的总和。它不仅包括毛坯制造、零件的加工及热处理、装配及检验、油漆、包装过程等直接生产过程，还包括原材料的运输和保管以及设备、工艺装备（刀具、夹具、量具）等的制造、维修等生产技术准备工作。
二、生产系统的概念
为了提高生产企业的管理和控制水平，用系统工程学的原理和方法来组织与指挥，则可以把生产企业看成是一个具有输入和输出的生产系统。一个生产系统又由多层次的子系统所组 成。如决策系统、经营管理系统和制造系统。在系统中，存在信息流、物质流和能源流的运作。通过计算机辅助管理，使各子系统之间互相协调，实现生产系统的最优化。图1-2所示为生产系统的基本框图。
图1-2 生产系统的基本框图
三、工艺过程及其组成
1．工艺过程
在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。它包括：毛坯制造、零件加工、部件或产品装配、检验和涂装包装等。其中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、表面质量和性能等，使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程。
2．工艺过程的组成
机械加工工艺过程由若干个按顺序排列的工序组成，而工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀等几个层次。
（1）工序
一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。工序是组成工艺过程的基本单元。划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续以及操作者和加工对象是否改变，共四个要素。在加工过程中，只要有其中一个要素发生变化，即换了一个工序。如图1-3所示的阶梯轴，其工序划分如表1-1所示。在工序１中，对轴的一端车端面、钻中心孔后，要调头车另一端面（含取长度）、钻中心孔。假如把一批工件的一端先全部加工好，再加工全部工件的另一端，那么同样是这些加工内容，由于对每个工件而言加工过程是不连续的，因此应算作是两道工序。
1-1
图1-3 阶梯轴简图
（2）安装
工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。在工件加工前，先要将工件在机床上放置准确，并加以固定。使工件在机床上占据一个正确的工作位置的过程称为定位；工件定位后将其固定，使其在加工过程中不发生变动的操作称为夹紧。定位和夹紧的过程称为安装。在表1-1的工艺过程中，工序１、２、４都要调头一次，即都有两次安装。
（3）工位
工件在一次装夹后，在机床上所占据的每一个工作位置，称为工位。生产中为了减少装夹次数，常采用回转工作台、回转或移动夹具等，使工件在一次装夹中可以先后处于不同的位置进行加工。机床或
夹具的工位有两个或两个以上的，称为多工位机床或多工位夹具。
（4）工步
在加工表面和加工工具不变以及切削用量中的切削速度和进给量不变的情况下，所连续完成的那部分工序称为一个工步。一般情况下，在一个工序内用一种工具每加工一个表面即为一个工步，如果某一个表面加工要分几次切削时，切削速度和进给量不改变的，算一个工步；切削速度或进给量改变则算两个工步。
对于连续进行的几个相同的工步，例如在法兰上依次钻四个Φ15的孔（见图1-4（ａ）），习惯上算作一个工步，称为连续工步。如果同时用几把刀具（或复合刀具）加工不同的几个表面，这也可看作是一个工步，称复合工步（见图1-4（ｂ））。
（a）连续工步 （b）复合工步
图1-4 连续工步和复合工步
（5）走刀
在一个工步内，若需切去的材料层较厚时，需要经几次切削才能完成，则每次切削所完成的工步内容称为走刀。切削刀具在加工表面上切削一次所完成的加工过程，称为一次走刀。一个工步可包括一次或数次走刀，而每一次切削就是一次走刀。如果需要切去的金属层很厚，不能在一次走刀下切完，则需分几次走刀进行切削，即为一个工步数次走刀，如图1-5所示。走刀是构成工艺过程的最小单元。
图1-5 工步与走刀
四、生产纲领
零件的生产纲领是包括备品和废品在内的年产量，可按下式计算
NQn(1)(1)
式中，N ——零件的年产量；
Q——产品的年产量；
n——每台产品中该零件的数量；
——备品的百分率；
——废品的百分率。
五、生产类型及其工艺特征
生产类型是对生产规模的一种分类。根据零件的生产纲领、尺寸大小和复杂程度，一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型：
1．单件生产
产品的生产数量很少，对每一个工作地而言，每种产品仅制造一个或少数几个，加工对象经常改变且很少重复。重型机械制造、新产品试制和修配件制造等都属于单件生产。
2．大量生产
产品的产量很大，大多数工作地长期重复地进行某种零件的某一工序的加工。例 如，汽车、自行车、手表、缝纫机等都属于大量生产。
3．成批生产
产品有一定的数量，工作地生产的产品品种较多，并按一定的周期分批投产。
同一产品（或零件）每批投人生产的数量称为批量。根据产品的特征和批量的大小，成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。在工艺上，小批生产的特点与单件生产相似，大批生产的特点与大量生产相似，中批生产的工艺特点则介于两者之间。
某些产品虽属小批生产，但其中的一些零件却属于大批或大量生产。
生产类型不同，产品制造的工艺方法、所用的设备和工艺装备以及生产的组织方式均不相同。大批大量生产采用高生产率的工艺方法及设备，生产质量稳定，单件成本可大大降低。单件小批生产采用通用设备及工装时，生产率低，单件成本较高；采用数控机床或加工中心等先进设备时，也能实现高质量和高效益。各种生产类型的工艺特征见表1-2。
表1-2 各种生产类型工艺过程的主要特点
生产类型的具体划分，不仅取决于产品的生产纲领，还取决于产品的大小和复杂程度。表1-3所列生产类型与生产纲领的关系，可供参考。
表1-3
六、机械装配的概念
机械产品都是由若干个零件和部件组成的，在整个产品的生产过程中，装配是最后阶段。按照规定的技术要求，将若干个零件接合成部件或将若干个零件和部件接合成产品的劳动过程，称为装配。前者称为部件装配，后者称为总装配。机器的装配是整个机器制造过程中的最后一个阶段。它包括装配、调整、检验和试验、涂装以及包装等工作。机械装配在产品制造过程中占有非常重要的地位，因为产品的质量最终是由装配工作来保证的。为了制造合格的产品，必须抓住以下 3 个主要环节：①产品结构设计的正确性；②组成产品的各零件的加工质量（包括加工精度、表面质量、热处理性能等）；③装配质量和装配精度。产品结构设计的正确性是保证产品质量的先决条件，零件的加工质量是产品质量的基础，而产品的质量最终是通过装配工艺保证的。因为装配过程并不是将合格零件简单地连接起来的过程，而是根据各级部装和总装的技术要求，通过校正、调整、平衡、配作以及反复检验来保证产品质量的复杂过程。若装配不当，即使零件的制造质量都合格，也不一定装配出合格的产品；反之，当零件的质量不
十分良好，只要在装配中采取合适的工艺措施，也能使产品达到或基本达到规定的要求。
1.2 机械加工表面的成型
一、工件表面的成型方法
零件的形状是由各种表面组成的，所以零件的切削加工归根到底是表面成形问题。
1．被加工工件的表面形状 图1-6是机器零件上常用的各种表面。可以看出，零件表面是由若干个表面元素组成的，如图1-7所示。这些表面元素有：（a）平面、（b）成形表面、（c）圆柱面、（d）圆锥面、（e）球面、（f）圆环面、（g）螺旋面等。
图1-6 零件表面的形状
2．工件表面的形成方法 各种典型表面都可以看做是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。为得到平面（图1-7（a）），应使直线1（母线）沿着直线 2（导线）移动，直线1和2就是形成平面的两条发生线。为得到直线成形表面（图1-7（b）），须使直线1（母线）沿着曲线2（导线）移动，直线1和曲线2就是形成直线成形表面的两条发生线。为形成圆柱面（图1-7（c）），须使直线1（母线）沿圆2（导线）运动，直线1和圆2就是它的两条发生线。其他表面的形成方法可依此同样分析。
（a）平面 （b）成形表面 （c）圆柱面 （d）圆锥面 （e）球面 （f）圆环面 （g）螺旋面
图1-7 组成工件轮廓的几种几何表面
需要注意的是，有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面。如图1-8中，母线均为直线1，导线均为圆2，轴心线均为OO′，所需要的运动也相同。但由于母线相对于旋转轴线 OO′的原始位置不同，所产生的表面也就不同，分别为圆柱面、圆锥面或双曲面。
图1-8 母线原始位置变化时形成的表面
3．零件表面的形成方法及所需的成形运动
要研究零件表面的形成方法，应首先研究表面发生线的形成方法。表面发生线的形成方法可归纳为以下4种：
（1）轨迹法
它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。用尖头车刀、刨刀等切削时，切削刃与被加工表面可看作点接触，因此切削刃可看作一个点，发生线为接触点的轨迹线。如图1-9a，车刀切削点1按一定的规律作轨迹运动3，形成所需的发生线2。采用轨迹法形成发生线时，刀具需要一个独立的成形运动。
（2）成形法
成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。如图1-9b，刀具的切削刃1与所需要形成的发生线2完全吻合，曲线形的母线由切削刃直接形成。用成形法来形成发生线，刀具不需要专门的成形运动。
（3）相切法
相切法是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工
时，如图1-9c，在垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃可看作是点，当切削点1绕着刀具轴线作旋转运动3，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动时，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线2。采用相切法生成发生线时，需要两个相互独立的成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的运动。
（4）展成法
展成法是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。图1-9d，刀具切削刃为切削线 1，它与需要形成的发生线 2 的形状不吻合。在形成发生线的过程中，切削线 1 与发生线 2 作无滑动的纯滚动（展成运动）。发生线 2 就是切削线 1 在切削过程中连续位置的包络线。用展成法生成发生线时，刀具与工件之间的相对运动通常由两个分运动组合而成，它们之间保持严格的运动关系，彼此不独立，共同组成一个运动，称为展成运动。如上述工件的旋转运动B和直线运动A都是形成渐开线的展成运动。
图1-9 形成表面发生线的四种方法
二、表面成形运动和辅助运动
由上述可知，机床加工零件时，为获得所需表面，必须形成一定形状的母线和导线，即发生线。要形成发生线，需要刀具与工件之间作相对运动。这种形成发生线，亦即形成被加工表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动。此外，机床还有多种辅助运动。
1．表面成形运动 成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动，按其组成情况不同，可分为简单运动和复合运动两种。如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成，则称此成形运动为简单成形运动。
如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或直线运动按照某种驱动的运动关系组合而成，则称此运动为复合成形运动，简称复合运动。
图1-10（a）所示为用螺纹车刀车削螺纹。螺纹车刀是成形刀具，其形状相当于螺纹沟槽的轴剖面形状。因而，形成螺旋面只需一个运动，即车刀相对于工件作螺旋运动。在车床上加工时，把这个螺旋运动分解成等速旋转运动B11和等速直线运动A12。为了得到一定导程的螺旋线，成形运动的两个部分 B11和A12必须严格保持相对运动关系，工件每转一转，刀具的移动量应为一个导程。由复合成形运动分解成的各个部分，虽然都是直线或旋转运动，与简单运动相像，但其本质是不同的。前者是复合运动的一部分，各个部分必须保持严格的相对运动关系，相互依存，而不是独立的。简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运动关系。所以复合运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。
图1-10 加工螺纹时的运动
在切削成形运动中又有主运动和进给运动之分，如图1-11（a）所示，它们是按照在切削加工中所起的作用而分的。主运动是切下切屑的最基本运动，其速度最高，消耗功率最大，同时主运动只有一个。进给运动是使金属层不断投入切削，从而获得完整表面的运动。与主运动相比，速度较低，消耗功率较少。进给运动可以有一个或几个，可以是连续的，也可以是间断的。
2．辅助运动 除了上述表面成形运动之外，为完成工件加工，机床还必须具备与形成发生线不直接有关的一些辅助运动，辅助运动一般包括以下几种：
①各种空行程运动。空行程运动是指进给前后的快速运动和各种调位运动。例如车床的刀架或铣床的工作台，在进给前后都有快进和快退的运动。
②切入运动。刀具相对工件切入一定深度，从而保证工件达到尺寸要求。
③分度运动。多工位的工作台、刀架等周期转位或移位，以便依次加工工件上的各表面。
④操作和控制运动。包括启动、停止、变速，工件的夹紧、松开及换刀等。
三、加工表面与切削要素
1．加工表面
加工表面是指切削加工时，工件上存在的待加工表面、已加工表面和过渡表面的统称，如图1-11（a）所示为外圆车削时的三个加工表面。
（1）待加工表面 它是工件上即将被切去切屑的表面。
（2）已加工表面 工件上经刀具切削后形成的表面。
（3）过渡表面 工件上被切削刃正在切削的表面。它总是处在待加工表面与己加工表面之间。
2．切削要素
切削要素主要指切削过程的切削用量要素和在切削过程中由余量变成切屑的切削层参数（如图1-11b、c所示）。
（a） （b） （c）
图1-11 车削加工时的切削运动、加工表面及切削层参数
（1）切削用量要素
所谓切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。它们分别定义如下：
1）切削速度vc 它是切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。切削刃上各点的切削速度可能是不同的。当主运动为旋转运动时，工件或刀具最大直径处的切削速度由下式确定：
vcdwn
1000
式中 vc——切削速度，单位为m/min；
dw——工件待加工表面的直径，单位为mm；
n——工件的转速，单位为r/min。
2）进给量f 它是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。当主运动是回转运动（如车削）时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r；当主运动是直线运动（如刨削）时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为
mm/双行程或mm/单行程；对于多齿的旋转刀具（如铣刀、切齿刀），常用每齿进给量fz，单位为mm/z或mm/齿，它与进给量f的关系为
fzfz
式中 z——铣刀刀齿齿数。
在切削加工中，也有用进给速度vf来表示进给运动的。所谓进给速度vf是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，其单位为mm/min。若进给运动为直线运动，则进给速度在切削刃上各点是相同的。在外圆车削中，
vff·n
式中 vf——进给速度，单位为mm/min；
f——进给量，单位为mm/r；
n——主运动转速，单位为r/min。
铣削时进给速度为
vff·nzfzn
因此，合成切削速度ve可表达为
vevcvf
（3）背吃刀量ap 在基面上垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸。由图1-11（b）可知，外圆车削
ap(dwdm)/2
式中 ap——背吃刀量，单位为mm；
dw——工件加工前（待加工表面）直径，单位为mm；
dm——工件加工后（已加工表面）直径，单位为mm。
由上述要素vc、f、ap构成了普通外圆车削的切削用量三要素。在金属切削过程中，切削用量三要素选配的大小，将影响切削效率的高低，通常用三要素的乘积作为衡量指标，称为材料切除率，用Qz表示，单位为mm3/min，即
Qz1000vcfap
2．切削层参数
切削层是指在切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。
切削层参数是指在基面中测量的切削层厚度、宽度和面积，它们与切削用量f、（图1-11c）。 ap有关
（1）切削层公称厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。
（2）切削层公称宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。
（3）切削层公称横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面面积。
切削用量要素与切削层参数的关系如下：
hDfsinr
bDap/sinr
ADhDbDapf
从上述公式中可看出hD、bD均与主偏角r有关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD或f、ap有关。
1.3机械加工方法
根据机床运动的不同、刀具的不同，可将去除零件毛坯多余材料的切削方法分为下列几种不同方法。主要有：车削、刨削、磨削、钻削和特种加工等。本节对这些主要方法逐一介绍。
一、车削
车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时，就形成内、外圆柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动，就形成锥面。仿形车床或数控车床上，可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度一般为IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm。精车时，可达IT6～IT5，表面粗糙度可达Ra0.4～0.1μm。车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较简单。图1-12是车床加工的典型工序。
1 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2
图1-12 车床加工的典型工序
1—主运动 2—进给运动
二、铣削
如图1-13所示，主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面上的刀刃形成的；立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。前者称为周铣法，后者称为端铣法。提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度，因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。这种冲击，也加剧了刀具的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。在刀齿切离工件的一段时间内，可以得到一定冷却，因此散热条件较好。在铣削加工中按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向是否相同，又分为顺铣和逆铣。相同时为顺铣，相反时为逆铣，如图1-14所示。
图1-13 铣削加工
顺铣：铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，工件台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在，因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大，引起打刀。在铣削铸件或锻件等表面有硬皮的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。
逆铣：可以避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段，加速了刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力将工件上抬，易引起振动，这是逆铣的不利之处。
图1-14 顺铣和逆铣
（a）逆铣 （b）顺铣
铣削的加工精度一般可达IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm。
普通铣削一般只能加工平面，用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。数控铣床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来，这时一般采用球头铣刀。数控铣床对加工叶轮机械的叶片、模具的模芯和型腔等形状复杂的工件，具有特别重要的意义。
三、刨削
刨削时，刀具（或工作台）的往复直线运动为切削主运动，如图1-15所示。由于刨削速度不可能很高，因而生产率较低。刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm，精刨平面度可达0.02/1000，表面粗糙度为Ra0.8～0.4μm。
图1-15 刨削加工
四、磨削
磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工，其主运动是砂轮的旋转，如图1-16所示。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的滑擦、耕犁和切削三种作用的综合效应。磨削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削力超过砂轮粘合剂强度时，磨钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，此即为砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞，因而，磨削一定时间后，需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。
磨削时，由于刀刃很多（一个磨粒相当于一把微型刀刃），所以加工时平稳、精度高，表面粗糙度数值小，磨削精度可达IT6～IT4，表面粗糙度Ra可达1.25～0.01μm，甚至可达0.1～0.008μm。磨削
的另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此，往往作为最终加工工序。磨削时，产生热量大，需有充分的切削液进行冷却。按功能不同，磨削还可分为外园磨、内孔磨、平磨等。
图1-16 磨削加工
（a）磨外圆 （b）磨内孔 （c）磨平面
五、钻削与镗削
在钻床上，用旋转的钻头钻削孔的方法，称为钻削。它是孔加工的最常用方法。钻削中钻头的旋转是其主运动，而进给运动则是钻头的直线移动，如图1-17所示。钻削的加工精度较低，一般只能达到IT10，表面粗糙度一般为Ra12.5～6.3μm，因此在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻，铰孔采用铰刀进行加工。铰削加工精度一般为IT9～IT6，表面粗糙度为Ra1.6～0.4μm。扩孔、铰孔时，扩孔钻、铰刀一般顺着原底孔的轴线进行加工，即采用自为基准的原则，因此无法提高孔的位置精度。镗孔则可以校正孔的位置。镗孔可在镗床上或车床上进行，如图1-18，1-19所示。在镗床上镗孔时，镗刀基本与车刀相同，不同之处是镗刀与镗杆一起所作的旋转运动是其主运动，而工件作直线运动，如图1-18所示。镗孔加工精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～0.8mm。
图1-17 钻削加工 图1-18 镗床镗孔 图1-19 车床镗孔
六、齿面加工
齿轮齿面加工方法可分为两大类：成形法和展成法。成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两个简单成形运动：刀具的旋转运动B1为其主运动和直线移动A2为其进给运动，如图1-20所示。展成法加工齿面的常用机床有滚齿机（如Y3150E型滚齿机）、插齿机（如工件径向进
给和调位Y5132型插齿机）等。在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时，滚刀的旋转为其主运动，同时还需要两个复合成形运动：由滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12组成的展成运动，由刀架轴向移动A21和工件附加旋转运动B22组成差动运动。前者产生渐开线齿形，后者切出螺旋线齿长。图1-21所示为滚齿机滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图，共由四条传动链组成：速度传动链“电机－1－2－uv－3－4”，即主运动传动链，使滚刀获得一定速度和方向的运动；展成传动链“4－5－Σ－6－7－ux－8－9”，产生展成运动并保证滚刀与工件之间的严格运动关系（滚刀转一转，工件转过一个齿）；轴向进给传动链“9－10－uf－11－12”，使刀架获得轴向进给运动；差动传动链“12－13－uy－14－15－Σ－6－7－ux－8－9”，保证差动运动的严格运动关系（刀架移动一个导程，工件附加转一转）。滚切直齿圆柱齿轮时，一般不需要差动运动。
图1-20 成形法加工齿轮 图1-21 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理
七、复杂曲面加工
三维曲面的切削加工，主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法（见本节九）。仿形铣必须有原型作为靠模。加工中球头仿形头，一直以一定压力接触原型曲面。仿形头的运动变换为电感量，经过放大控制铣床三个轴的运动，形成刀头沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。数控技术的出现为曲面加工提供了更好更有效的方法。被加工曲面在数控铣床或加工中心上加工时，是通过球头铣刀逐点按坐标值加工而成。采用加工中心加工复杂曲面的优点是：加工中心上有刀库，配备几十把刀具。对曲面的粗、精加工，可用不同刀具进行加工。对凹曲面的不同曲率半径，也可选用到合适的刀具。同时，可在一次安装中加工完成各主要表面和各种辅助表面，如孔、螺纹、槽等。从而很好地保证了各表面间的相对位置精度。
八、精密与超精密加工
现代机械工业之所以要致力于提高加工精度，其主要原因在于：提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性，促进产品的小型化，增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。精密、超精密加工技术的提高，有力地推动了各种新技术的发展，它是尖端技术产品发展中不可缺少的关键加工手段。
精密和超精密加工主要是根据加工精度和表面质量两项指标来划分的。精密加工是指在一定的发展时期，加工精度和表面粗糙度达到较高程度的加工工艺（当前条件下加工精度10～0.1μm，相当于公差等级IT5以上，表面粗糙度为Ra0.1μm以下）；超精密加工是指在一定的发展时期，加工精度和表面粗糙度达到最高程度的加工工艺（当前条件下加工精度0.1～0.01μm，表面粗糙度为Ra0.001μm数量级）。图1-22为精密加工和超精密加工的发展情况。
图1-22 精密加工与超精密加工
精密和超精密加工目前包含三个领域：
⑴超精密切削。如超精密金刚石切削，可加工各种镜面，它成功地解决了高精度大型抛物面镜面的
加工，用于激光光核聚变系统和天体望远镜。
⑵精密和超精密磨削研磨。可以解决大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘的加工等。
⑶精密特种加工。如电子束、离子束加工，使美国超大规模集成电路线宽达0.1μm（八十年代水平）。
九、特种加工
特种加工方法是指应用物理的（电、声、光、力、热、磁）或化学的方法，对具有特殊要求（如高精度）或特殊加工对象（如难加工材料、形状复杂或尺寸微小的材料、刚度极低的材料）进行加工的手段。这些加工方法包括：化学加工(CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械加工(ECMM)、电火花加工(EDM)、电接触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光束加工(LBM)、离子束加工(IBM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料喷射加工(AJM)、液体喷射加
工(HDM)、快速成形（RP）及各类复合加工等。
特种加工与传统切削加工的显著不同是加工时主要不是依靠机械能来切除金属，而且工具材料的硬度可以低于被加工材料的硬度。
1、电火花加工
电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件表面材料来实现加工的。它是在专用的电火花加工机床上进行的。电火花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体及工作液循环过滤系统等部分组成。图1-23是其工作原理简图。工件固定在机床工作台上。脉冲电源提供加工所需的能量，其两极分别接在工具电极与工件上。当工具电极与工件在进给机构的驱动下在工作液中相互靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电，释放大量的热。工件表层吸收热量后达到很高的温度(10000℃以上)，其局部材料因熔化甚至气化而被蚀除下来，形成一个微小的凹坑。工作液循环过滤系统强迫清洁的工作液以一定的压力通过工具电极与工件之间的间隙，及时排除电蚀产物，并将电蚀产物从工作液中过滤出去。多次放电的结果，工件表面产生大量凹坑。工具电极在进给机构的驱动下不断下降，其轮廓形状便被“复印”到工件上(工具电极材料尽管也会被蚀除，但其速度远小于工件材料)。
图1-23 电火花加工原理示意图
1－床身 2－立柱 3－工作台 4－工件电极 5－工具电极
6－进给机构及间隙调节器 7－工作液 8－脉冲电源 9－工作液循环过滤系统
电火花加工的应用范围：
⑴加工硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料；
⑵加工半导体材料及非导电材料；
⑶加工各种型孔、曲线孔和微小孔；
⑷加工各种立体曲面型腔，如锻模、压铸模、塑料模的模膛；
⑸用来进行切断、切割以及进行表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。
2、电解加工
电解加工是利用金属在电解液中产生的电化学阳极溶解，将工件加工成形。加工时，工件接直流电源（10～20V）的正极，工具接电源负极。工具向工件缓慢进给，使两极之间保持较小间隙（0.1mm～1mm），具有一定压力（0.5MPa～2Mpa）的电解液从两极间的间隙中高速（5～60m/s）流过。当工具阴极向工件不断进给时，在面对阴极的工件表面上，金属材料按阴极型面的形状不断溶解，电解产物被高速电解液带走，于是工具型面的形状就相应地“复印”在工件上。图1-24是电解加工原理示意图。
与其它加工方法比较，电解加工具有下述特点：
⑴工作电压小，工作电流大；
⑵可以简单的直线进给运动一次加工出复杂形状的型腔或型面；
⑶加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料；
⑷生产率较高，约为电火花加工的5～10倍；
⑸加工中无机械切削力或切削热，适于易变形或薄壁零件的加工；
⑹可以达到较好的表面粗糙度（Ra1.25～0.2μm）和±0.1mm左右的平均加工精度；
⑺附属设备多，占地面积大，造价高；
⑻电解液既腐蚀机床，又容易污染环境。
电解加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、小直径深孔、膛线以及进行去毛刺、刻印等。
图1-24 电解加工原理示意图
1－直流电源 2－工件 3－工具电极 4－进给机构
3、激光加工
激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。利用激光的极高能量密度产生的上万度高温聚焦到工件表面上，工件被照射的局部在瞬间急剧的熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射出来以改变工件形状的加工方法。对工件的激光加工是由激光加工机来完成的。如图1-25所示。激光加工机通常由激光器、电源、光学系统和机械系统等组成。激光器(常用的有固体激光器和气
体激光器)把电能转变为光能，产生所需的激光束，经光学系统聚焦后，照射在工件上进行加工。工件固定在三坐标精密工作台上，由数控系统控制和驱动，完成加工所需的进给运动。
图1-25 激光加工机示意图
1－激光器 2－光阑 3－反射镜
4－聚焦镜 5－工件 6－工作台 7－电源
激光加工具有如下特点：
① 不需要加工工具；
② 激光束的功率密度很高（108～1010W/cm2），几乎对任何难加工的金属和非金属材料都可以加工； ③ 激光加工是非接触加工，工件无受力变形；
④ 激光打孔、切割的速度很高，加工部位周围的材料几乎不受切削热的影响，工件热变形很小。 ⑤激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。
激光加工已广泛用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、发散式气冷冲片的多孔蒙皮、发动机喷油咀、航空发动机叶片等的小孔加工（小孔直径可以小到φ0.01mm以下，深径比可达50:1）以及多种金属材料和非金属材料的切割加工。
4、超声波加工
超声波加工是利用超声频（16KHz～25KHz）振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒，由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法，即利用超声波的机械冲击和空化作用去除工件上多余材料的方法。超声发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将此超声频电振荡转变为超声机械振动，借助于振幅扩大棒把振动的位移幅值由0.005mm～0.01mm放大到0.01～0.15mm，驱动工具振动。工具端面在振动中冲击工作液中的悬浮磨粒，使其以很大的速度，不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒后打击下来。虽然每次打击下来的材料很少，但由于打击的频率高，仍有一定的加工速度。由于工作液的循环流动，被打击下来的材料微粒被及时带走。随着工具的逐渐伸入，其形状便“复印”在工件上。图1-26是超声波加工原理示意图。
超声波加工的特点是：
在加工难切削材料时，常将超声振动与其它加工方法配合进行复合加工，如超声车削、超声磨削、超声电解加工、超声线切割等。这些复合加工方法把两种甚至多种加工方法结合在一起，能起到取长补短的作用，使加工效率、加工精度及工件的表面质量显著提高。超声波加工的表面粗糙度可达Ra1～0.1μm，加工精度可达0.01～0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件。
超声波加工主要应用于硬脆材料的孔加工、套料、切割、雕刻、研磨和超声电加工等复合加工。
图1-26 超声波加工原理示意图
1－超声波发生器 2、3－冷却水 4－换能器
5－振幅扩大棒 6－工具 7－工件 8－工作液
本章重点、难点和知识拓展
重点：工艺过程、生产纲领、生产类型；零件表面的成形方法；常见的机械加工方法、工艺特征及应用范围。
难点：展成法及其展成运动。
知识拓展：
选择加工方法主要考虑零件的表面形状、尺寸精度和位置精度要求、表面粗糙度要求、零件材料的可加工性、零件的结构形状和尺寸、生产类型以及现有机床和刀具等资源情况、生产批量、生产率和经济技术分析等因素。例如平面的加工，如平面是回转体的端面，则可选择车平面；如平面是要求不高的台阶面，可以采用铣削方法；当加工精度高或淬火钢终加工时，则选择平面磨床磨削方法。再如孔的加工，如果是回转体上的孔，并且其轴线与外圆轴线平行，则可在车床上钻孔、镗孔。如果是一般棱柱体上的孔，要求不高可以钻、扩而成。如果孔的表面质量、尺寸精度要求较高，则选择钻、扩、铰而成，如果该孔要求与某个表面或另外的孔有精确的位置关系，则选择镗床或加工中心进行加工。该零件如属大批大量生产，则可采用专用机床加工，如属多品种、中小批量生产，则适宜在加工中心或通用机床上加工。
思考题与习题
1-1 什么是机械制造的生产过程和工艺过程？
1-2 什么是工序、工位、工步、走刀和安装？试举例说明。
1-3什么是生产纲领，如何确定企业的生产纲领？
1-4什么是生产类型？如何划分生产类型？各生产类型各有什么工艺特点？
1-5 试为某车床厂丝杠生产线确定生产类型，生产条件如下：加工零件：卧式车床丝杠（长为1617mm，直径为40mm，丝杠精度等级为8级，材料为Y40Mn）；年产量：5000台车床；备品率：5％；废品率：0.5％。
1-6 表面发生线的形成方法有哪几种？试简述其成形原理？
1-7 何谓简单运动，何谓复合运动？试举例说明。
1-8 从外圆车削来分析，vc、f、ap各起什么作用？它们与切削层厚度hD和切削层宽度bD各有什么关系？
1-9 车削加工都能成形哪些表面？
1-10 何谓顺铣？何谓逆铣？画图说明。
1-11 镗削与车削有哪些不同?
1-12 试分析滚齿加工原理。
1-13 试说明下列加工方法的主运动和进给运动：（1）车端面；（2）在车床上钻孔；（3）在车床上镗孔；（4）在钻床上钻孔；（5）在镗床上镗孔；（6）在牛头刨床上刨平面；（7）在铣床上铣平面；（8）在平面磨床上磨平面；（9）在内圆磨床上磨孔。
1-14简述电火花加工、电解加工、激光加工和超声波加工的表面成形原理和应用范围。
第1章 机械制造概论
典型案例
机械产品的制造是把原材料通过加工变为产品的过程，确切的是从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的具体操作过程，包括毛坯制作、零件加工、检验、装配、包装、运输等过程。机器零件的加工过程是在金属切削机床上通过刀具与工件间的相对运动，从毛坯上切除多余金属，从而获得所需的加工精度和表面质量的过程。如图1-1所示的零件，采用何种制造过程和工艺过程？采用何种生产类型和组织方式？需要什么成形运动？采用什么机械加工方法？我们应清楚上述这些基本理论和概念。
图1-1 阶梯轴简图
1.1 机械制造过程的基本术语及概念
一、生产过程
机械产品的生产过程是指从原材料（或半成品）开始直到制造成为产品之间的各个相互联系的全部劳动过程的总和。它不仅包括毛坯制造、零件的加工及热处理、装配及检验、油漆、包装过程等直接生产过程，还包括原材料的运输和保管以及设备、工艺装备（刀具、夹具、量具）等的制造、维修等生产技术准备工作。
二、生产系统的概念
为了提高生产企业的管理和控制水平，用系统工程学的原理和方法来组织与指挥，则可以把生产企业看成是一个具有输入和输出的生产系统。一个生产系统又由多层次的子系统所组 成。如决策系统、经营管理系统和制造系统。在系统中，存在信息流、物质流和能源流的运作。通过计算机辅助管理，使各子系统之间互相协调，实现生产系统的最优化。图1-2所示为生产系统的基本框图。
图1-2 生产系统的基本框图
三、工艺过程及其组成
1．工艺过程
在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。它包括：毛坯制造、零件加工、部件或产品装配、检验和涂装包装等。其中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、表面质量和性能等，使其成为零件的过程，称为机械加工工艺过程。
2．工艺过程的组成
机械加工工艺过程由若干个按顺序排列的工序组成，而工序又可依次细分为安装、工位、工步和走刀等几个层次。
（1）工序
一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。工序是组成工艺过程的基本单元。划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续以及操作者和加工对象是否改变，共四个要素。在加工过程中，只要有其中一个要素发生变化，即换了一个工序。如图1-3所示的阶梯轴，其工序划分如表1-1所示。在工序１中，对轴的一端车端面、钻中心孔后，要调头车另一端面（含取长度）、钻中心孔。假如把一批工件的一端先全部加工好，再加工全部工件的另一端，那么同样是这些加工内容，由于对每个工件而言加工过程是不连续的，因此应算作是两道工序。
1-1
图1-3 阶梯轴简图
（2）安装
工件经一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。在工件加工前，先要将工件在机床上放置准确，并加以固定。使工件在机床上占据一个正确的工作位置的过程称为定位；工件定位后将其固定，使其在加工过程中不发生变动的操作称为夹紧。定位和夹紧的过程称为安装。在表1-1的工艺过程中，工序１、２、４都要调头一次，即都有两次安装。
（3）工位
工件在一次装夹后，在机床上所占据的每一个工作位置，称为工位。生产中为了减少装夹次数，常采用回转工作台、回转或移动夹具等，使工件在一次装夹中可以先后处于不同的位置进行加工。机床或
夹具的工位有两个或两个以上的，称为多工位机床或多工位夹具。
（4）工步
在加工表面和加工工具不变以及切削用量中的切削速度和进给量不变的情况下，所连续完成的那部分工序称为一个工步。一般情况下，在一个工序内用一种工具每加工一个表面即为一个工步，如果某一个表面加工要分几次切削时，切削速度和进给量不改变的，算一个工步；切削速度或进给量改变则算两个工步。
对于连续进行的几个相同的工步，例如在法兰上依次钻四个Φ15的孔（见图1-4（ａ）），习惯上算作一个工步，称为连续工步。如果同时用几把刀具（或复合刀具）加工不同的几个表面，这也可看作是一个工步，称复合工步（见图1-4（ｂ））。
（a）连续工步 （b）复合工步
图1-4 连续工步和复合工步
（5）走刀
在一个工步内，若需切去的材料层较厚时，需要经几次切削才能完成，则每次切削所完成的工步内容称为走刀。切削刀具在加工表面上切削一次所完成的加工过程，称为一次走刀。一个工步可包括一次或数次走刀，而每一次切削就是一次走刀。如果需要切去的金属层很厚，不能在一次走刀下切完，则需分几次走刀进行切削，即为一个工步数次走刀，如图1-5所示。走刀是构成工艺过程的最小单元。
图1-5 工步与走刀
四、生产纲领
零件的生产纲领是包括备品和废品在内的年产量，可按下式计算
NQn(1)(1)
式中，N ——零件的年产量；
Q——产品的年产量；
n——每台产品中该零件的数量；
——备品的百分率；
——废品的百分率。
五、生产类型及其工艺特征
生产类型是对生产规模的一种分类。根据零件的生产纲领、尺寸大小和复杂程度，一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型：
1．单件生产
产品的生产数量很少，对每一个工作地而言，每种产品仅制造一个或少数几个，加工对象经常改变且很少重复。重型机械制造、新产品试制和修配件制造等都属于单件生产。
2．大量生产
产品的产量很大，大多数工作地长期重复地进行某种零件的某一工序的加工。例 如，汽车、自行车、手表、缝纫机等都属于大量生产。
3．成批生产
产品有一定的数量，工作地生产的产品品种较多，并按一定的周期分批投产。
同一产品（或零件）每批投人生产的数量称为批量。根据产品的特征和批量的大小，成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。在工艺上，小批生产的特点与单件生产相似，大批生产的特点与大量生产相似，中批生产的工艺特点则介于两者之间。
某些产品虽属小批生产，但其中的一些零件却属于大批或大量生产。
生产类型不同，产品制造的工艺方法、所用的设备和工艺装备以及生产的组织方式均不相同。大批大量生产采用高生产率的工艺方法及设备，生产质量稳定，单件成本可大大降低。单件小批生产采用通用设备及工装时，生产率低，单件成本较高；采用数控机床或加工中心等先进设备时，也能实现高质量和高效益。各种生产类型的工艺特征见表1-2。
表1-2 各种生产类型工艺过程的主要特点
生产类型的具体划分，不仅取决于产品的生产纲领，还取决于产品的大小和复杂程度。表1-3所列生产类型与生产纲领的关系，可供参考。
表1-3
六、机械装配的概念
机械产品都是由若干个零件和部件组成的，在整个产品的生产过程中，装配是最后阶段。按照规定的技术要求，将若干个零件接合成部件或将若干个零件和部件接合成产品的劳动过程，称为装配。前者称为部件装配，后者称为总装配。机器的装配是整个机器制造过程中的最后一个阶段。它包括装配、调整、检验和试验、涂装以及包装等工作。机械装配在产品制造过程中占有非常重要的地位，因为产品的质量最终是由装配工作来保证的。为了制造合格的产品，必须抓住以下 3 个主要环节：①产品结构设计的正确性；②组成产品的各零件的加工质量（包括加工精度、表面质量、热处理性能等）；③装配质量和装配精度。产品结构设计的正确性是保证产品质量的先决条件，零件的加工质量是产品质量的基础，而产品的质量最终是通过装配工艺保证的。因为装配过程并不是将合格零件简单地连接起来的过程，而是根据各级部装和总装的技术要求，通过校正、调整、平衡、配作以及反复检验来保证产品质量的复杂过程。若装配不当，即使零件的制造质量都合格，也不一定装配出合格的产品；反之，当零件的质量不
十分良好，只要在装配中采取合适的工艺措施，也能使产品达到或基本达到规定的要求。
1.2 机械加工表面的成型
一、工件表面的成型方法
零件的形状是由各种表面组成的，所以零件的切削加工归根到底是表面成形问题。
1．被加工工件的表面形状 图1-6是机器零件上常用的各种表面。可以看出，零件表面是由若干个表面元素组成的，如图1-7所示。这些表面元素有：（a）平面、（b）成形表面、（c）圆柱面、（d）圆锥面、（e）球面、（f）圆环面、（g）螺旋面等。
图1-6 零件表面的形状
2．工件表面的形成方法 各种典型表面都可以看做是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。为得到平面（图1-7（a）），应使直线1（母线）沿着直线 2（导线）移动，直线1和2就是形成平面的两条发生线。为得到直线成形表面（图1-7（b）），须使直线1（母线）沿着曲线2（导线）移动，直线1和曲线2就是形成直线成形表面的两条发生线。为形成圆柱面（图1-7（c）），须使直线1（母线）沿圆2（导线）运动，直线1和圆2就是它的两条发生线。其他表面的形成方法可依此同样分析。
（a）平面 （b）成形表面 （c）圆柱面 （d）圆锥面 （e）球面 （f）圆环面 （g）螺旋面
图1-7 组成工件轮廓的几种几何表面
需要注意的是，有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面。如图1-8中，母线均为直线1，导线均为圆2，轴心线均为OO′，所需要的运动也相同。但由于母线相对于旋转轴线 OO′的原始位置不同，所产生的表面也就不同，分别为圆柱面、圆锥面或双曲面。
图1-8 母线原始位置变化时形成的表面
3．零件表面的形成方法及所需的成形运动
要研究零件表面的形成方法，应首先研究表面发生线的形成方法。表面发生线的形成方法可归纳为以下4种：
（1）轨迹法
它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。用尖头车刀、刨刀等切削时，切削刃与被加工表面可看作点接触，因此切削刃可看作一个点，发生线为接触点的轨迹线。如图1-9a，车刀切削点1按一定的规律作轨迹运动3，形成所需的发生线2。采用轨迹法形成发生线时，刀具需要一个独立的成形运动。
（2）成形法
成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。如图1-9b，刀具的切削刃1与所需要形成的发生线2完全吻合，曲线形的母线由切削刃直接形成。用成形法来形成发生线，刀具不需要专门的成形运动。
（3）相切法
相切法是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工
时，如图1-9c，在垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃可看作是点，当切削点1绕着刀具轴线作旋转运动3，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动时，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线2。采用相切法生成发生线时，需要两个相互独立的成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的运动。
（4）展成法
展成法是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。图1-9d，刀具切削刃为切削线 1，它与需要形成的发生线 2 的形状不吻合。在形成发生线的过程中，切削线 1 与发生线 2 作无滑动的纯滚动（展成运动）。发生线 2 就是切削线 1 在切削过程中连续位置的包络线。用展成法生成发生线时，刀具与工件之间的相对运动通常由两个分运动组合而成，它们之间保持严格的运动关系，彼此不独立，共同组成一个运动，称为展成运动。如上述工件的旋转运动B和直线运动A都是形成渐开线的展成运动。
图1-9 形成表面发生线的四种方法
二、表面成形运动和辅助运动
由上述可知，机床加工零件时，为获得所需表面，必须形成一定形状的母线和导线，即发生线。要形成发生线，需要刀具与工件之间作相对运动。这种形成发生线，亦即形成被加工表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动。此外，机床还有多种辅助运动。
1．表面成形运动 成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动，按其组成情况不同，可分为简单运动和复合运动两种。如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成，则称此成形运动为简单成形运动。
如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或直线运动按照某种驱动的运动关系组合而成，则称此运动为复合成形运动，简称复合运动。
图1-10（a）所示为用螺纹车刀车削螺纹。螺纹车刀是成形刀具，其形状相当于螺纹沟槽的轴剖面形状。因而，形成螺旋面只需一个运动，即车刀相对于工件作螺旋运动。在车床上加工时，把这个螺旋运动分解成等速旋转运动B11和等速直线运动A12。为了得到一定导程的螺旋线，成形运动的两个部分 B11和A12必须严格保持相对运动关系，工件每转一转，刀具的移动量应为一个导程。由复合成形运动分解成的各个部分，虽然都是直线或旋转运动，与简单运动相像，但其本质是不同的。前者是复合运动的一部分，各个部分必须保持严格的相对运动关系，相互依存，而不是独立的。简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运动关系。所以复合运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。
图1-10 加工螺纹时的运动
在切削成形运动中又有主运动和进给运动之分，如图1-11（a）所示，它们是按照在切削加工中所起的作用而分的。主运动是切下切屑的最基本运动，其速度最高，消耗功率最大，同时主运动只有一个。进给运动是使金属层不断投入切削，从而获得完整表面的运动。与主运动相比，速度较低，消耗功率较少。进给运动可以有一个或几个，可以是连续的，也可以是间断的。
2．辅助运动 除了上述表面成形运动之外，为完成工件加工，机床还必须具备与形成发生线不直接有关的一些辅助运动，辅助运动一般包括以下几种：
①各种空行程运动。空行程运动是指进给前后的快速运动和各种调位运动。例如车床的刀架或铣床的工作台，在进给前后都有快进和快退的运动。
②切入运动。刀具相对工件切入一定深度，从而保证工件达到尺寸要求。
③分度运动。多工位的工作台、刀架等周期转位或移位，以便依次加工工件上的各表面。
④操作和控制运动。包括启动、停止、变速，工件的夹紧、松开及换刀等。
三、加工表面与切削要素
1．加工表面
加工表面是指切削加工时，工件上存在的待加工表面、已加工表面和过渡表面的统称，如图1-11（a）所示为外圆车削时的三个加工表面。
（1）待加工表面 它是工件上即将被切去切屑的表面。
（2）已加工表面 工件上经刀具切削后形成的表面。
（3）过渡表面 工件上被切削刃正在切削的表面。它总是处在待加工表面与己加工表面之间。
2．切削要素
切削要素主要指切削过程的切削用量要素和在切削过程中由余量变成切屑的切削层参数（如图1-11b、c所示）。
（a） （b） （c）
图1-11 车削加工时的切削运动、加工表面及切削层参数
（1）切削用量要素
所谓切削用量是指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。它们分别定义如下：
1）切削速度vc 它是切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。切削刃上各点的切削速度可能是不同的。当主运动为旋转运动时，工件或刀具最大直径处的切削速度由下式确定：
vcdwn
1000
式中 vc——切削速度，单位为m/min；
dw——工件待加工表面的直径，单位为mm；
n——工件的转速，单位为r/min。
2）进给量f 它是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。当主运动是回转运动（如车削）时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r；当主运动是直线运动（如刨削）时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为
mm/双行程或mm/单行程；对于多齿的旋转刀具（如铣刀、切齿刀），常用每齿进给量fz，单位为mm/z或mm/齿，它与进给量f的关系为
fzfz
式中 z——铣刀刀齿齿数。
在切削加工中，也有用进给速度vf来表示进给运动的。所谓进给速度vf是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，其单位为mm/min。若进给运动为直线运动，则进给速度在切削刃上各点是相同的。在外圆车削中，
vff·n
式中 vf——进给速度，单位为mm/min；
f——进给量，单位为mm/r；
n——主运动转速，单位为r/min。
铣削时进给速度为
vff·nzfzn
因此，合成切削速度ve可表达为
vevcvf
（3）背吃刀量ap 在基面上垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸。由图1-11（b）可知，外圆车削
ap(dwdm)/2
式中 ap——背吃刀量，单位为mm；
dw——工件加工前（待加工表面）直径，单位为mm；
dm——工件加工后（已加工表面）直径，单位为mm。
由上述要素vc、f、ap构成了普通外圆车削的切削用量三要素。在金属切削过程中，切削用量三要素选配的大小，将影响切削效率的高低，通常用三要素的乘积作为衡量指标，称为材料切除率，用Qz表示，单位为mm3/min，即
Qz1000vcfap
2．切削层参数
切削层是指在切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。
切削层参数是指在基面中测量的切削层厚度、宽度和面积，它们与切削用量f、（图1-11c）。 ap有关
（1）切削层公称厚度hD 垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。
（2）切削层公称宽度bD 平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。
（3）切削层公称横截面积AD 在切削层参数平面内度量的横截面面积。
切削用量要素与切削层参数的关系如下：
hDfsinr
bDap/sinr
ADhDbDapf
从上述公式中可看出hD、bD均与主偏角r有关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD或f、ap有关。
1.3机械加工方法
根据机床运动的不同、刀具的不同，可将去除零件毛坯多余材料的切削方法分为下列几种不同方法。主要有：车削、刨削、磨削、钻削和特种加工等。本节对这些主要方法逐一介绍。
一、车削
车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时，就形成内、外圆柱面。刀具沿与轴线相交的斜线运动，就形成锥面。仿形车床或数控车床上，可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度一般为IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm。精车时，可达IT6～IT5，表面粗糙度可达Ra0.4～0.1μm。车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较简单。图1-12是车床加工的典型工序。
1 1 1 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2
图1-12 车床加工的典型工序
1—主运动 2—进给运动
二、铣削
如图1-13所示，主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面上的刀刃形成的；立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。前者称为周铣法，后者称为端铣法。提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度，因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过程容易产生振动，因而限制了表面质量的提高。这种冲击，也加剧了刀具的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。在刀齿切离工件的一段时间内，可以得到一定冷却，因此散热条件较好。在铣削加工中按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向是否相同，又分为顺铣和逆铣。相同时为顺铣，相反时为逆铣，如图1-14所示。
图1-13 铣削加工
顺铣：铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，工件台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在，因此切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大，引起打刀。在铣削铸件或锻件等表面有硬皮的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。
逆铣：可以避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤压滑行的阶段，加速了刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力将工件上抬，易引起振动，这是逆铣的不利之处。
图1-14 顺铣和逆铣
（a）逆铣 （b）顺铣
铣削的加工精度一般可达IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm。
普通铣削一般只能加工平面，用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。数控铣床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来，这时一般采用球头铣刀。数控铣床对加工叶轮机械的叶片、模具的模芯和型腔等形状复杂的工件，具有特别重要的意义。
三、刨削
刨削时，刀具（或工作台）的往复直线运动为切削主运动，如图1-15所示。由于刨削速度不可能很高，因而生产率较低。刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm，精刨平面度可达0.02/1000，表面粗糙度为Ra0.8～0.4μm。
图1-15 刨削加工
四、磨削
磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工，其主运动是砂轮的旋转，如图1-16所示。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的滑擦、耕犁和切削三种作用的综合效应。磨削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削力超过砂轮粘合剂强度时，磨钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，此即为砂轮的“自锐性”。但切屑和碎磨粒仍会将砂轮阻塞，因而，磨削一定时间后，需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。
磨削时，由于刀刃很多（一个磨粒相当于一把微型刀刃），所以加工时平稳、精度高，表面粗糙度数值小，磨削精度可达IT6～IT4，表面粗糙度Ra可达1.25～0.01μm，甚至可达0.1～0.008μm。磨削
的另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此，往往作为最终加工工序。磨削时，产生热量大，需有充分的切削液进行冷却。按功能不同，磨削还可分为外园磨、内孔磨、平磨等。
图1-16 磨削加工
（a）磨外圆 （b）磨内孔 （c）磨平面
五、钻削与镗削
在钻床上，用旋转的钻头钻削孔的方法，称为钻削。它是孔加工的最常用方法。钻削中钻头的旋转是其主运动，而进给运动则是钻头的直线移动，如图1-17所示。钻削的加工精度较低，一般只能达到IT10，表面粗糙度一般为Ra12.5～6.3μm，因此在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻，铰孔采用铰刀进行加工。铰削加工精度一般为IT9～IT6，表面粗糙度为Ra1.6～0.4μm。扩孔、铰孔时，扩孔钻、铰刀一般顺着原底孔的轴线进行加工，即采用自为基准的原则，因此无法提高孔的位置精度。镗孔则可以校正孔的位置。镗孔可在镗床上或车床上进行，如图1-18，1-19所示。在镗床上镗孔时，镗刀基本与车刀相同，不同之处是镗刀与镗杆一起所作的旋转运动是其主运动，而工件作直线运动，如图1-18所示。镗孔加工精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～0.8mm。
图1-17 钻削加工 图1-18 镗床镗孔 图1-19 车床镗孔
六、齿面加工
齿轮齿面加工方法可分为两大类：成形法和展成法。成形法加工齿面所使用的机床一般为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两个简单成形运动：刀具的旋转运动B1为其主运动和直线移动A2为其进给运动，如图1-20所示。展成法加工齿面的常用机床有滚齿机（如Y3150E型滚齿机）、插齿机（如工件径向进
给和调位Y5132型插齿机）等。在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时，滚刀的旋转为其主运动，同时还需要两个复合成形运动：由滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12组成的展成运动，由刀架轴向移动A21和工件附加旋转运动B22组成差动运动。前者产生渐开线齿形，后者切出螺旋线齿长。图1-21所示为滚齿机滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图，共由四条传动链组成：速度传动链“电机－1－2－uv－3－4”，即主运动传动链，使滚刀获得一定速度和方向的运动；展成传动链“4－5－Σ－6－7－ux－8－9”，产生展成运动并保证滚刀与工件之间的严格运动关系（滚刀转一转，工件转过一个齿）；轴向进给传动链“9－10－uf－11－12”，使刀架获得轴向进给运动；差动传动链“12－13－uy－14－15－Σ－6－7－ux－8－9”，保证差动运动的严格运动关系（刀架移动一个导程，工件附加转一转）。滚切直齿圆柱齿轮时，一般不需要差动运动。
图1-20 成形法加工齿轮 图1-21 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理
七、复杂曲面加工
三维曲面的切削加工，主要采用仿形铣和数控铣的方法或特种加工方法（见本节九）。仿形铣必须有原型作为靠模。加工中球头仿形头，一直以一定压力接触原型曲面。仿形头的运动变换为电感量，经过放大控制铣床三个轴的运动，形成刀头沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头等半径的球头铣刀。数控技术的出现为曲面加工提供了更好更有效的方法。被加工曲面在数控铣床或加工中心上加工时，是通过球头铣刀逐点按坐标值加工而成。采用加工中心加工复杂曲面的优点是：加工中心上有刀库，配备几十把刀具。对曲面的粗、精加工，可用不同刀具进行加工。对凹曲面的不同曲率半径，也可选用到合适的刀具。同时，可在一次安装中加工完成各主要表面和各种辅助表面，如孔、螺纹、槽等。从而很好地保证了各表面间的相对位置精度。
八、精密与超精密加工
现代机械工业之所以要致力于提高加工精度，其主要原因在于：提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性，促进产品的小型化，增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。精密、超精密加工技术的提高，有力地推动了各种新技术的发展，它是尖端技术产品发展中不可缺少的关键加工手段。
精密和超精密加工主要是根据加工精度和表面质量两项指标来划分的。精密加工是指在一定的发展时期，加工精度和表面粗糙度达到较高程度的加工工艺（当前条件下加工精度10～0.1μm，相当于公差等级IT5以上，表面粗糙度为Ra0.1μm以下）；超精密加工是指在一定的发展时期，加工精度和表面粗糙度达到最高程度的加工工艺（当前条件下加工精度0.1～0.01μm，表面粗糙度为Ra0.001μm数量级）。图1-22为精密加工和超精密加工的发展情况。
图1-22 精密加工与超精密加工
精密和超精密加工目前包含三个领域：
⑴超精密切削。如超精密金刚石切削，可加工各种镜面，它成功地解决了高精度大型抛物面镜面的
加工，用于激光光核聚变系统和天体望远镜。
⑵精密和超精密磨削研磨。可以解决大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘的加工等。
⑶精密特种加工。如电子束、离子束加工，使美国超大规模集成电路线宽达0.1μm（八十年代水平）。
九、特种加工
特种加工方法是指应用物理的（电、声、光、力、热、磁）或化学的方法，对具有特殊要求（如高精度）或特殊加工对象（如难加工材料、形状复杂或尺寸微小的材料、刚度极低的材料）进行加工的手段。这些加工方法包括：化学加工(CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械加工(ECMM)、电火花加工(EDM)、电接触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光束加工(LBM)、离子束加工(IBM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料喷射加工(AJM)、液体喷射加
工(HDM)、快速成形（RP）及各类复合加工等。
特种加工与传统切削加工的显著不同是加工时主要不是依靠机械能来切除金属，而且工具材料的硬度可以低于被加工材料的硬度。
1、电火花加工
电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件表面材料来实现加工的。它是在专用的电火花加工机床上进行的。电火花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体及工作液循环过滤系统等部分组成。图1-23是其工作原理简图。工件固定在机床工作台上。脉冲电源提供加工所需的能量，其两极分别接在工具电极与工件上。当工具电极与工件在进给机构的驱动下在工作液中相互靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电，释放大量的热。工件表层吸收热量后达到很高的温度(10000℃以上)，其局部材料因熔化甚至气化而被蚀除下来，形成一个微小的凹坑。工作液循环过滤系统强迫清洁的工作液以一定的压力通过工具电极与工件之间的间隙，及时排除电蚀产物，并将电蚀产物从工作液中过滤出去。多次放电的结果，工件表面产生大量凹坑。工具电极在进给机构的驱动下不断下降，其轮廓形状便被“复印”到工件上(工具电极材料尽管也会被蚀除，但其速度远小于工件材料)。
图1-23 电火花加工原理示意图
1－床身 2－立柱 3－工作台 4－工件电极 5－工具电极
6－进给机构及间隙调节器 7－工作液 8－脉冲电源 9－工作液循环过滤系统
电火花加工的应用范围：
⑴加工硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料；
⑵加工半导体材料及非导电材料；
⑶加工各种型孔、曲线孔和微小孔；
⑷加工各种立体曲面型腔，如锻模、压铸模、塑料模的模膛；
⑸用来进行切断、切割以及进行表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。
2、电解加工
电解加工是利用金属在电解液中产生的电化学阳极溶解，将工件加工成形。加工时，工件接直流电源（10～20V）的正极，工具接电源负极。工具向工件缓慢进给，使两极之间保持较小间隙（0.1mm～1mm），具有一定压力（0.5MPa～2Mpa）的电解液从两极间的间隙中高速（5～60m/s）流过。当工具阴极向工件不断进给时，在面对阴极的工件表面上，金属材料按阴极型面的形状不断溶解，电解产物被高速电解液带走，于是工具型面的形状就相应地“复印”在工件上。图1-24是电解加工原理示意图。
与其它加工方法比较，电解加工具有下述特点：
⑴工作电压小，工作电流大；
⑵可以简单的直线进给运动一次加工出复杂形状的型腔或型面；
⑶加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料；
⑷生产率较高，约为电火花加工的5～10倍；
⑸加工中无机械切削力或切削热，适于易变形或薄壁零件的加工；
⑹可以达到较好的表面粗糙度（Ra1.25～0.2μm）和±0.1mm左右的平均加工精度；
⑺附属设备多，占地面积大，造价高；
⑻电解液既腐蚀机床，又容易污染环境。
电解加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、小直径深孔、膛线以及进行去毛刺、刻印等。
图1-24 电解加工原理示意图
1－直流电源 2－工件 3－工具电极 4－进给机构
3、激光加工
激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。利用激光的极高能量密度产生的上万度高温聚焦到工件表面上，工件被照射的局部在瞬间急剧的熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射出来以改变工件形状的加工方法。对工件的激光加工是由激光加工机来完成的。如图1-25所示。激光加工机通常由激光器、电源、光学系统和机械系统等组成。激光器(常用的有固体激光器和气
体激光器)把电能转变为光能，产生所需的激光束，经光学系统聚焦后，照射在工件上进行加工。工件固定在三坐标精密工作台上，由数控系统控制和驱动，完成加工所需的进给运动。
图1-25 激光加工机示意图
1－激光器 2－光阑 3－反射镜
4－聚焦镜 5－工件 6－工作台 7－电源
激光加工具有如下特点：
① 不需要加工工具；
② 激光束的功率密度很高（108～1010W/cm2），几乎对任何难加工的金属和非金属材料都可以加工； ③ 激光加工是非接触加工，工件无受力变形；
④ 激光打孔、切割的速度很高，加工部位周围的材料几乎不受切削热的影响，工件热变形很小。 ⑤激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。
激光加工已广泛用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、发散式气冷冲片的多孔蒙皮、发动机喷油咀、航空发动机叶片等的小孔加工（小孔直径可以小到φ0.01mm以下，深径比可达50:1）以及多种金属材料和非金属材料的切割加工。
4、超声波加工
超声波加工是利用超声频（16KHz～25KHz）振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒，由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法，即利用超声波的机械冲击和空化作用去除工件上多余材料的方法。超声发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将此超声频电振荡转变为超声机械振动，借助于振幅扩大棒把振动的位移幅值由0.005mm～0.01mm放大到0.01～0.15mm，驱动工具振动。工具端面在振动中冲击工作液中的悬浮磨粒，使其以很大的速度，不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒后打击下来。虽然每次打击下来的材料很少，但由于打击的频率高，仍有一定的加工速度。由于工作液的循环流动，被打击下来的材料微粒被及时带走。随着工具的逐渐伸入，其形状便“复印”在工件上。图1-26是超声波加工原理示意图。
超声波加工的特点是：
在加工难切削材料时，常将超声振动与其它加工方法配合进行复合加工，如超声车削、超声磨削、超声电解加工、超声线切割等。这些复合加工方法把两种甚至多种加工方法结合在一起，能起到取长补短的作用，使加工效率、加工精度及工件的表面质量显著提高。超声波加工的表面粗糙度可达Ra1～0.1μm，加工精度可达0.01～0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件。
超声波加工主要应用于硬脆材料的孔加工、套料、切割、雕刻、研磨和超声电加工等复合加工。
图1-26 超声波加工原理示意图
1－超声波发生器 2、3－冷却水 4－换能器
5－振幅扩大棒 6－工具 7－工件 8－工作液
本章重点、难点和知识拓展
重点：工艺过程、生产纲领、生产类型；零件表面的成形方法；常见的机械加工方法、工艺特征及应用范围。
难点：展成法及其展成运动。
知识拓展：
选择加工方法主要考虑零件的表面形状、尺寸精度和位置精度要求、表面粗糙度要求、零件材料的可加工性、零件的结构形状和尺寸、生产类型以及现有机床和刀具等资源情况、生产批量、生产率和经济技术分析等因素。例如平面的加工，如平面是回转体的端面，则可选择车平面；如平面是要求不高的台阶面，可以采用铣削方法；当加工精度高或淬火钢终加工时，则选择平面磨床磨削方法。再如孔的加工，如果是回转体上的孔，并且其轴线与外圆轴线平行，则可在车床上钻孔、镗孔。如果是一般棱柱体上的孔，要求不高可以钻、扩而成。如果孔的表面质量、尺寸精度要求较高，则选择钻、扩、铰而成，如果该孔要求与某个表面或另外的孔有精确的位置关系，则选择镗床或加工中心进行加工。该零件如属大批大量生产，则可采用专用机床加工，如属多品种、中小批量生产，则适宜在加工中心或通用机床上加工。
思考题与习题
1-1 什么是机械制造的生产过程和工艺过程？
1-2 什么是工序、工位、工步、走刀和安装？试举例说明。
1-3什么是生产纲领，如何确定企业的生产纲领？
1-4什么是生产类型？如何划分生产类型？各生产类型各有什么工艺特点？
1-5 试为某车床厂丝杠生产线确定生产类型，生产条件如下：加工零件：卧式车床丝杠（长为1617mm，直径为40mm，丝杠精度等级为8级，材料为Y40Mn）；年产量：5000台车床；备品率：5％；废品率：0.5％。
1-6 表面发生线的形成方法有哪几种？试简述其成形原理？
1-7 何谓简单运动，何谓复合运动？试举例说明。
1-8 从外圆车削来分析，vc、f、ap各起什么作用？它们与切削层厚度hD和切削层宽度bD各有什么关系？
1-9 车削加工都能成形哪些表面？
1-10 何谓顺铣？何谓逆铣？画图说明。
1-11 镗削与车削有哪些不同?
1-12 试分析滚齿加工原理。
1-13 试说明下列加工方法的主运动和进给运动：（1）车端面；（2）在车床上钻孔；（3）在车床上镗孔；（4）在钻床上钻孔；（5）在镗床上镗孔；（6）在牛头刨床上刨平面；（7）在铣床上铣平面；（8）在平面磨床上磨平面；（9）在内圆磨床上磨孔。
1-14简述电火花加工、电解加工、激光加工和超声波加工的表面成形原理和应用范围。