切削加工的基础知识：类型、特点和加工要点

 

切削加工可分为三大类：车削、铣削和钻削。车削加工是一种回转工件进行切削的加工方法，而铣削和钻削则是回转刀具进行切削的加工方法。

• 车削加工

工件高速回转，使刀具与之接触来切削工件材料。由于该方法工件始终处于回转状态，因此适用于生产圆柱形零件。可用于车削圆柱体的外圆周面，车削圆柱体内孔面，加工外螺纹等。加工设备包括手动进行各种加工操作的通用车床、通过计算机编程来移动刀具进行加工的NC车床、CNC车床。

• 铣削加工

铣削加工是利用高速回转的刀具接触固定的工件进行加工。通过面铣刀、立铣刀、成形铣刀、平面铣刀等工具，能够完成铣削平面、侧面、槽等各种特征的加工。加工设备包括手动更换和控制刀具的通用铣床、自动控制刀具的NC铣床以及自动更换刀具的MC（加工中心）。在NC和MC中，还有名为三轴机床和五轴机床的加工设备，它们不仅能够控制刀具的位置，还能控制刀具与工件的倾斜角度。与加工圆柱体的车床不同，它可以加工的范围更广，例如将块状材料切削出复杂的形状，进行槽和孔等的加工。

• 钻削加工

钻床往往被认为“只用于钻孔”加工，但实际上根据所使用工具的不同，能够用于多种加工。其中包括提高孔精度的铰孔、扩大孔内径的镗孔、螺纹的攻丝加工等。

哪些形状的零件可以通过切削加工完成呢？首先，为了让您有个印象，我们介绍一些代表性的零件实例。

1.1～2轴加工

能够从一个方向上完成开孔或切削形状是最容易制作的零件。仅在一个轴向上进行的加工（如孔加工）和以相同高度加工轮廓、平面开槽等也都比较容易。如下图所示，仅在平板上加工螺纹孔或沉头孔、或在块状材料上局部铣削台阶或倒角等都是比较典型的例子，除了孔和台阶外，轮廓和凹槽也可以加工。

 

2.多面加工

下面是从多个方向施加1～2轴加工的工件。如左图，除了从一个方向进行轮廓、孔、凹槽、台阶形状的加工，还从另一个方向（横向）进行了孔加工。而右图，除了从横向进行槽加工，还从另一个方向进行了孔加工。这类加工的特点是不断改变工件材料的方向，并在各方向上进行形状加工。在一个方向上的加工完成后，将材料翻转并再次固定，这叫做工件的装夹。

3.3轴加工

即使从一个方向进行加工也能切削出光滑表面（自由曲面等）的方法叫做3轴联动加工。使用名为球形立铣刀的圆头刀具沿曲面移动，进行精加工。这种方法不仅可以加工具有自由曲面的零件（如左图所示），还可以对通过扫描人、动物等得到的曲面进行加工（如右图所示）。由于主轴必须沿曲面进行三维移动，因此要使用支持三维加工的名为CAM（Computer Aided Manufacturing）的专用应用程序来创建NC程序。这种加工方法也常用于注塑模具等的切削加工。

 

4.多轴加工

能够加工非块状、整体呈现复杂形状的零件。通过将材料在各个方向上进行固定，使用最新的5轴机床，能够加工多面且复杂的形状。这种加工方法多用于飞机零件等。下图是典型的飞机零件形状（示意图）。其特点是自由曲面和孔加工等相结合，通常具有复杂的薄壁结构。例如凸台或整体镂空形状。

5.多轴联动加工

即使是最新的5轴机床或复合加工中心，有些形状只能通过同步加工来完成，在同步加工过程中，材料也与刀具同步旋转。典型的例子如左图所示的转子叶片（4轴联动）或右图所示的叶轮（5轴联动）。对于像这种仅从一定的材料方向上无法进行加工的复杂形状，多轴同时切削能够发挥其优势。

关于切削加工的具体操作在下面的文章中有详细介绍。

让我们来模拟体验切削加工吧！

 

不能进行切削加工的材料，包括像陶器一样易碎、脆性高的材料，或像橡胶这样韧性强、有弹性的材料。切削加工能够加工除此之外的金属材料、木材和部分树脂材料等，加工范围非常广泛。但需要注意的是，材料不同切削加工的难易度和加工成本也不同。基本上可以理解为较硬的材料更难切削，加工成本也更高。

・铁系材料

S45C、SS400这些常见的钢材，也是极常用的切削加工材料。由于材料在淬火等热处理后会变硬，因此淬火一般在切削加工后进行。

・不锈钢材料

不锈钢（如 SUS 304）也可以切削加工，但与普通钢材相比，其硬度较高、会缩短刀具寿命。此外它们的加工时间也更长，因此成本更高。

・铝

铝基材料基本上都是非常容易进行切削加工的材料，如A2017（硬铝）和A5056。不过，它们的强度往往不如铁基材料，材料本身的成本也较高。还应注意的是，它们可能不适合焊接等其他工艺。

・树脂

被称为工程塑料的工业树脂也可以进行切削加工。在某些情况下，ABS 和聚乙烯等材料可用于制作齿轮或切削加工试做品。PET、丙烯酸和聚碳酸酯等透明树脂材料不适合切削复杂形状，但可以进行开孔或切口等切削加工。例如，透明树脂板钻孔后，可作为窗子用螺栓固定在机器窗口。

・其他

钛、铬镍铁合金、钨等都是非常坚硬的金属，加工困难。除非有特殊原因，否则在切削加工中不应使用这些材料。

 

进行切削加工时，刀具与材料之间的摩擦会产生热量。因此，对热敏感的材料可能会发生变形或改变其特性。这种情况下必须要采取措施来降低温度，例如使用切削油、冷却液或调整加工速度等。另外加工后产生的毛刺问题也需要注意，虽然毛刺的形成会因材料和加工种类而异，但必须考虑到在进行切削操作时极易产生毛刺。在某些情况下，毛刺还会影响零件的功能性，或对用户或加工人员造成伤害。所以建议提前考虑好毛刺的应对措施。

 

下面从切削加工现场的角度来具体介绍两个设计方面的要点。

1.将内倒角纳入设计中

在切削加工中，是通过“刀具回转”进行切削的，所以一定会产生刀具半径大小的圆角（内倒角）。

特别是3面结构的拐角部位，一定会有圆角存在。

在加工这种形状时，务必在图纸中注明圆角半径。如果不做任何标注，可能会被询问：“在哪里进行了未注圆角说明？”。有时还可能会被拒绝：“这样的东西做不了！”。兼顾切削加工的“内倒角”设计详细内容请参考这里。

 

2.设计孔时考虑加工性

孔是切削加工中最容易出问题的部分。孔在加工中出现问题最多的因素是底孔的存在。无论是加工螺纹孔或者是铰孔，都需要预先钻底孔。如果是通孔，问题还会少一些，在进行攻丝或铰孔加工时遇到“盲孔”需要特别注意。与孔有关的常见问题以及设计孔时的注意事项请参考这里。关于切削加工品的设计要点本文仅介绍了其中2点，此外还包括应尽可能减小切削深度、减少装夹次数等。

切削加工零件的有效设计技巧请参考这里。

 

切削加工用机床包括回转工件进行加工的车床，固定工件回转刀具进行加工的铣床和钻床。机床的类型和加工轴的数量需要根据所需形状进行选择。切削加工的可加工材料范围很广，包括铁基材料、铝基材料和树脂材料等，但很难加工像陶瓷那样易碎的材料以及像橡胶那样的有弹性和韧性的材料。在设计切削加工产品时，需要充分考虑机床的性能和刀具的形状进行设计。

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