加工T形螺母：制造非标件零件的关键步骤

学习目标

（1）能综合考虑零件材料、刀具材料、加工性质、机床性能等因素，查阅切削手册，确定切削三要素中的切削速度、进给量和切削深度，并能运用公式计算转速和进给量。

（2）能规范使用常用铣床夹具，运用不同装夹方法装夹工件并找正。

（3）能规范装夹刀具，确保刀具安全性，并根据加工要求，运用适当的对刀方法，正确对刀。

（4）在加工过程中，能严格按照铣床操作规程操作铣床，按工步切削工件；根据切削状态调整切削用量，保证正常切削；适时检查，保证精度。

（5）能用通用量具对工件的平面度、垂直度、平行度进行检测，保证加工质量。

（6）能正确选择粗、精基准，使用平面铣刀或端铣刀完成T 形螺母的切削加工。

（7）能在加工完毕后，按照图样要求进行自检。

内容结构

T 形螺母的加工内容结构如图5-1 所示。

图5-1　T 形螺母的加工内容结构

学习任务描述

某企业加工零件时，需要特制一批夹具，该批夹具中的T 形螺母（见图5-2）数量为100 件，业务部门将图样交予车间，要求交货期为10 天，材料由客户提供。现车间安排铣工组完成此加工任务。

扫码观看T 形螺母的任务描述

图5-2　T 形螺母

学习准备

一、基准平面的铣削

要顺利完成T 形螺母的加工，首先要学习基准面的铣削、垂直面与平行面的铣削，其次学习台阶面的铣削、钻孔和攻螺纹，最后在合理安排加工工艺的基础上，完成对T 形螺母的加工（见图5-3）。

图5-3　T 形螺母加工过程

1. 技术要求及铣削方法简介

平面的技术要求：平面度、表面粗糙度。

平面的铣削方法：周铣和端铣。

周铣时，可一次铣削比较深的切削层余量（αe），但受铣刀长度限制，不能切削太宽的宽度（αp），切削效率较低；端铣时，可以通过选取大直径的端铣刀来满足较宽的切削层宽度（αe），但切削层深度（αp）较小，一般取3～5 mm。

余量较大或表面粗糙度值要求高时，可分粗铣和精铣两步完成。

2. 对加工好的平面进行检测

加工完毕后，停车待工件退出后先用表面粗糙度比较样块[见图5-4（a）]通过目测法检测工件的表面粗糙度，合格后卸下工件，锉修毛刺。再根据图5-4（b）所示方法，用刀口直尺通过透光法来检测所加工平面的平面度是否合格。检测时，刀口应紧贴在工件被测表面上，观察刀口与被测平面之间透光缝隙的大小，并沿加工面的纵向、横向和对角线方向逐一检测，以透光的均匀度来判断加工面是否平直。加工表面平面度误差的大小可用塞尺来检查确定。

图5-4　 平面检测

二、周铣垂直面的铣削方法

铣垂直面——铣削与基准面具有相互垂直要求的平面。

技术要求：平面度、粗糙度、相对其基准面位置精度（垂直度）。

关键问题：保证工件定位的准确与可靠。

工件在装夹铣削时应采取以下措施：

（1）在平口钳上装夹并加工高精度工件时，若以其固定钳口面为定位基准，就要检测并校正固定钳口与工作台台面的垂直度是否符合要求（见图5-5）。

（2）擦拭干净固定钳口和工件的定位基准面，将工件的基准面紧贴固定钳口，并在工件与活动钳口之间位于活动钳口一侧中间的位置上加一根圆棒，以保证工件的基准面在夹紧后仍然与固定钳口贴合（见图5-6）。

图5-5　检测固定钳口面的垂直

图5-6　用圆棒夹紧工件

（3）在装夹时，钳口的方向可与工作台纵向进给方向垂直或平行，对于较薄或较长的工件，一般采用钳口的方向与工作台纵向进给方向平行的方法（见图5-7）。

图5-7　平口钳钳口的方向设置

（4）对于薄而宽大的工件可选择在弯板（角铁）上装夹来进行铣削或直接装夹在工作台面上进行铣削（见图5-8）。

图5-8　宽大工件的装夹

三、周铣平行面的方法

铣平行面——铣削与基准面有平行要求的表面。

技术要求：平面度、粗糙度、相对其基准面位置精度（平行度）。

在卧式铣床上用平口钳装夹进行铣削时，平口钳钳体导轨面是主要定位表面。铣削时装夹方法如下：

（1）铣削时以其钳体导轨面为定位基准表面，因此要检测钳体导轨平面与工作台台面的平行度是否符合要求。检测时，将一块表面光滑平整的平行垫铁擦净后放在钳体导轨面上。移动工作台，用百分表检测平行垫铁平面的平行度是否符合要求（见图5-9）。

若不平行，可采取在导轨或底座上加垫纸片的方法校正；批量加工时如有必要，可在平面磨床上修磨钳体导轨面。

（2）工件高度低于平口钳钳口高度时，要在工件基准面与平口钳钳体导轨面之间垫两块高度相等的平行垫铁（见图5-10）。若工件宽度较窄时，可只垫一块垫铁，但垫铁的厚度必须小于工件的宽度。

图5-9　检测导轨面

图5-10　平行垫铁的设置

四、端铣垂直面和平行面的方法

1. 端铣法铣垂直面和平行面

若用端铣的方法铣削该工件的垂直面和平行面，工件一般用平口钳装夹，多在立式铣床上进行铣削（见图5-11）。

图5-11　端铣平行面和垂直面

装夹、调整和铣削的方法与周铣时基本相同，其不同之处在于：

（1）端铣时不会因铣刀的圆柱度或刀齿高低不齐而影响所铣平面与基准面间的垂直度和平行度。

（2）在端铣时会因铣床“零位”不准而影响所铣削平面与基准面间的垂直度和平行度。具体情况如下：

① 在立式铣床上进行端铣时，若立铣头“零位”不准：用横向进给时，会能削出一个与工作台面倾斜的平面；用纵向进给做非对称铣削时，则会铣出一个不对称的凹面。

② 在卧式铣床上进行端铣时，若工作台“零位”不准：用升降进给时，会铣出一个斜面；用纵向进给作非对称铣削时，也会铣出一个不对称的凹面。

2. 端铣较大工件

用端铣的方法铣削较大工件的垂直面和平行面，可直接将工件装夹在工作台面上，用立式铣床或卧式铣床进行铣削。其方法如下：

（1）若工件的基准面窄长，可以采用定位垫铁进行定位，在卧式铣床的工作台面上装夹铣削如图5-12（a）所示；用压板将定位垫铁轻轻压上，再用百分表校正定位基准表面。用这种方法铣出的表面，可同时保证与定位垫铁和工作台面相接触的两个基准平面相互垂直，如图5-12（b）所示。

图5-12　用定位垫铁装夹铣垂直面

（2）当工件上有台阶时，可直接用压板将工件装夹在立式铣床的工作台面上，使基准与工作台面贴合，铣削平行面。为了防止工件在铣削力作用下产生位移，在没有布置压板且迎着铣削力方向的侧面，可通过设置挡铁来避免工件在铣削中发生移动（见图5-13）。

图5-13　端铣带台阶的平行面

（3）在卧式铣床上端铣垂直面和平行面。铣削以侧面为基准面的平行面时，可用定位键定位。若底面与基准面不垂直，则须通过底面垫铜皮或纸片进行校准；若底面与基准面垂直，可同时保证铣出的平面与基准面平行、与底面垂直（见图5-14）。

图5-14　在卧式铣床上端铣垂直面和平行面

五、台阶的铣削方法

铣削台阶可分别在卧式铣床和立式铣床上进行，在卧式铣床上铣台阶，通常采用三面刃铣刀进行铣削；而在立式铣床上则可用端铣刀、立铣刀进行铣削。

扫码观看台阶的铣削方法

1. 三面刃铣刀铣台阶（见图5-15）

在铣削时，三面刃铣刀的圆柱面刀刃起主要的铣削作用，两侧面刀刃起着修光的作用。由于三面刃铣刀的直径、刀齿和容屑槽都比较大，所以刀齿的强度大，冷却和排屑效果好，生产效率高。因此，在铣削宽度不太大（受三面刃铣刀规格限制，一般刀齿宽度B＜25 mm）的台阶时，基本上都采用三面刃铣刀铣削。

2. 端铣刀铣台阶（见图5-16）

宽而浅的台阶工件，常用端铣刀在立式铣床上进行加工。端铣刀刀杆刚度大，切削平稳，加工质量好，生产效率高。端铣刀的直径D 应按台阶宽度尺寸B 选取：D≈1.5B。

图5-15　三面刃铣刀铣台阶

图5-16　端铣刀铣台阶

3. 立铣刀铣台阶（见图5-17）

窄而深的台阶工件，常用立铣刀在立式铣床上加工。由于立铣刀的刚度较低，铣削时的铣刀也容易产生“让刀”现象，甚至造成铣刀折断。为此，一般采取分层粗铣，最后将台阶的宽度和深度精铣至要求的尺寸。在条件许可的情况下，应选用直径较大的立铣刀铣台阶，以提高铣削效率。

4. 组合铣刀铣台阶（见图5-18）

成批生产双肩等高台阶时，常采用两把铣刀组合起来铣削。不仅可以提高生产效率，而且操作简单，并能保证加工质量。

用组合铣刀铣台阶时，应仔细调整两把铣刀之间的距离，使其符合台阶凸台宽度尺寸的要求。同时，也要调整好铣刀与工件的铣削位置。

选择铣刀时，两把铣刀必须规格一致，直径相同（必要时将两把铣刀一起装夹，同时在磨床上刃磨其外圆柱面上的刀刃）。

图5-17　立铣刀铣台阶

图5-18　组合铣刀铣台阶

两把铣刀内侧刀刃间的距离，需由多个铣刀杆垫圈进行间隔调整。通过不同厚度垫圈的换装，使其符合台阶凸台宽度尺寸的铣削要求。在正式铣削之前，应使用废料进行试铣削，以保证组合铣刀符合工件的加工要求。装刀时，两把铣刀应错开半个刀齿，以减轻铣削时的振动。

六、钻 孔

在实体材料上加工孔的方法称为钻孔。在铣床上钻孔时，钻头的回转运动是主运动，工件（工作台）或钻头（主轴）沿钻头的轴向移动是进给运动。

钻孔的精度较低，一般尺寸精度为IT10～IT11 级，表面粗糙度值一般为Ra50～12.5，常用于精度要求不高的孔或螺纹孔底孔的加工。

1. 钻孔的方法

钻孔方法：钻孔时，一般先将钻头旋转，使钻头中心对准孔位置中心样冲眼，试钻一个浅坑，观察钻孔位置是否正确，并不断校正，使浅坑与划线圆同轴。当中心距精度要求较高时，可用“十字线”找正法，即用以同轴顶尖代替钻头夹在钻床主轴上，使其旋转，从互相垂直的两个方向对工件“十字线”中心找正，确定钻孔位置后，用旋转的顶尖冲一样冲眼，然后换上钻头试钻一浅坑，当钻头切削部分进入工件后，再进入正常的钻孔状态。这种方法消除了冲眼误差，提高了位置精度，但生产效率较低（见图5-19）。

图5-19　在铣床上钻孔

2. 麻花钻与钻孔时的切削用量

（1）麻花钻的结构与种类。

常用的麻花钻有很多种分类方法，如按制造材料可分为高速钢钻头和硬质合金钻头；按刀柄形式可分为直柄式和锥柄式；按刀体形式可分为标准式和加长式等。麻花钻主要由刀体、颈部和刀柄构成，如图5-20 所示。

图5-20　麻花钻

麻花钻的刀体包括切削部分和导向部分。切削部分主要起切削工件的作用，其各部名称如图 5-21 所示。麻花钻在其轴线两侧对称分布着两个切削部分。两螺旋槽槽面是其前面，位于顶端的两个曲面是后面，两后面的相交线称为横刃，前面与后面相交形成主切削刃。导向部分在钻削时沿进给方向起引导和修光孔壁的作用，同时还是切削部分的后备。导向部分包括副切削刃、第一副后面（刃带）、第二副后面及其螺旋糟等。

（2）钻削用量。

① 切削速度vc。

麻花钻切削刃外缘处的线速度与其直径、主轴转速之间的计算式为

图5-21　麻花钻刀体各部名称

钻孔时，钻头切削速度的选择主要根据钻头品质，以及被钻孔工件的材料和所钻孔的表面粗糙度等要求来确定。一般在铣床上钻孔时，由于工件做进给运动，因此钻削速度应选低一些。此外，当所钻孔直径较大时，也应在钻削速度范围内选择低一些。高速钢钻头钻削速度的选择可参见表5-1。

表5-1　钻削速度（vc）选择　　　　　　　　　　　　m/min

② 进给量f。

每转进给量f ——麻花钻每回转一周，麻花钻与工件在进给方向（麻花钻轴向）上的相对位移量（mm/r）。

麻花钻为多刃刀具，有两条刀刃（即刀齿），其每齿进给量fz（单位为符号为mm/z）等于每转进给量的一半，即：

钻孔时进给量的选择也与所钻孔直径的大小、工件材料及孔表面质量要求等有关。在铣床上钻孔一般采用手动进给，但也可采用机动进给。每转进给量 f 在加工铸铁和有色金属材料时可取 0.15～0.50 mm/r，加工钢件时可取0.10～0.35 mm/r。

③ 切削深度αp。

切削深度——一般指已加工表面与待加工表面间的垂直距离。钻孔时的切削深度等于麻花钻直径的一半（见图5-22），即

图5-22　钻削用量

任务实施

一、零件工艺分析

1. 阅读生产任务单，明确加工任务

领取T 形螺母的生产任务单、零件图样、工艺卡，明确本次加工任务的内容。阅读生产任务单（见表5-2）。

表5-2　生产任务单

（1）本生产任务需要加工的名称：___________；材料：___________；加工数量：___________。

（2）本生产任务加工周期为8 天，你准备如何分配任务完成零件的加工？

（3）图5-23 所示是一些常用的T 形螺母零件，请查阅资料，写出T 形螺母常用哪些材料制造，适用于哪些场合。

(www.xing528.com)

图5-23　常用T 形螺母

2. 分析零件图（见图5-24）。

图5-24　T 形螺母零件图

（1）写出零件图中下列几何公差的具体含义。

（2）请列举零件图样哪些尺寸有公差要求。

（3）该零件图样采用了怎样的表达方法？目的是什么？

（4）请按1∶1 比例绘T 形螺母零件图。

3. 识读工艺卡（见表5-3）

表5-3　T 形螺母加工工艺卡

（1）在T 形螺母的加工中，需要在铣床上完成哪几道工序？

（2）从工艺卡中可以看出，T 形螺母加工需要用到端铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀、钻头、丝锥等刀具。识读图5-25 和图5-26 所示刀具图样，写出刀具名称及加工内容。

图5-25　刀具（一）

刀具名称：___________刀具名称：___________

加工内容：___________加工内容：___________

图5-26　刀具（二）

刀具名称：___________刀具名称：___________

加工内容：___________加工内容：___________

（3）确定加工本零件时用的端铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀、钻头、丝锥的规格。

（4）从工艺卡中可以看出，在铣六面体和阶台时选用千分尺对工件进行测量。回答以下问题，掌握千分尺和百分表的使用方法。

① 如图5-27 所示，写出千分尺各组成部分的名称。

图5-27　千分尺

② 参照图5-28，写出所示千分尺的读数。

图5-28　千分尺读数

③ 如图5-29 所示，写出百分表各组成部分的名称。

图5-29　百分表

1_______________2______________3______________4______________5_______________6_________________7_________________8_________________9_________________

④ 结合图5-30，写出用百分表检测工件的平面度或平行度的方法。

图5-30　百分表检测

二、制定T 形螺母的加工工艺

1. 铣削六面体

参照平行垫铁加工步骤，制定铣削六面体（见图5-31）的步骤。

扫码观看六面体的加工

图5-31　六面体

2. 铣削阶台

（1）首先对平口钳进行校正，根据加工需要指出平口钳的固定钳口应与哪个进给方向平行。

（2）T 形螺母的阶台在铣削加工前应对工件进行划线，写出划线的操作过程。

小提示

阶台形状通常由单面直阶台和双面阶台（如T 形螺母）组成。当阶台类零件的精度要求较高时，在铣削加工时除要保证尺寸精度和表面粗糙度外， 还应保证其几何公差精度要求。

（3）如果用一把三面刃铣刀铣削T 形螺母零件中的阶台，如图5-32 所示，请计算其外圆直径、宽度是多少。

图5-32　三面刃铣刀铣阶台

（4）叙述用一把三面刃铣刀切削阶台的加工步骤。

（5）当阶台的加工尺寸及余量较大时，可采用分段铣削，及先分层粗铣掉大部分余量，并预留精加工余量，后精铣至最终尺寸，查阅资料，参照图5-33 写出具体的操作方法。

图5-33　粗铣和精铣

（6）如图5-34 所示，如果用三面刃铣刀铣削T 形螺母阶台一侧，请计算需要测量的尺寸值并叙述装夹工件和加工的过程。

图5-34　铣一侧阶台

（7）请写出（6）中的测量过程。

（8）如果实际测量值超出图样中尺寸公差值，请分析产生这种误差的原因。

（9）请简述在实际操作过程中修正尺寸误差的具体操作过程。

（10）如果用立铣刀铣阶台，参照图5-35，请说明其刀具选择及铣削方法与三面刃铣刀有何不同。

图5-35　立铣刀铣阶台

（11）如果用端铣刀铣阶台，参照图5-36，请写出其刀具选择及铣削方法与三面刃铣刀有何不同。

图5-36

（12）由于工作台零位不准造成加工阶台出现误差，请查阅资料，参照图5-37，描述消除阶台出现上窄下宽误差的方法。

图5-37　工作台零位不准产生的误差

（13）用三面刃铣刀铣阶台，三面刃铣刀的圆周刃起主要切削作用，而侧刃起修光作用。三面刃铣刀的直径和刀齿尺寸都比较大，刀齿强度较高，便于排屑，冷却性较好，能选择较大的切削用量，效率高，精度好，因此通常采用三面刃铣刀铣台阶。铣T 形螺母阶台另一侧，如图5-38 所示，请计算工件移动距离并写出其加工步骤。

图5-38　铣阶台另一侧

（14）如图5-39 所示，选用组合铣刀铣削图样中的阶台，通过查阅资料，请叙述其与一把三面刃铣刀在选择直径及宽度的不同之处，并写出用两把三面刃铣刀铣削的调整过程。

图5-39　组合铣刀铣阶台

（15）请简述图样中尺寸17.5 mm、11 mm 在铣削时是如何保证的。

（16）如果实际测量值超出图样中尺寸公差值，请分析产生这种加工误差的原因。

（17）请简述在实际操作过程中修正尺寸误差的具体操作过程。

3. 钻孔、攻螺纹

（1）T 形螺母零件螺纹尺寸是M14，如图5-40 所示，请选择钻头直径并阐述安装钻头的过程，并叙述如何确定零件上孔的位置。

图5-40　T 形螺母螺纹

（2）孔的位置尺寸是17.50 mm，且对称度为0.06 mm，请阐述零件装夹后的加工过程。

（3）请阐述（2）中的测量过程。

（4）图样中尺寸为17.50 mm，如果实际测量值为17.10 mm，请分析产生这种加工误差的原因。

（5）请阐述在实际操作过程中修正对称度误差的具体过程。

（6）参照图3-4，请写出手动螺纹的操作要点。

三、识读工序卡

（1）本任务采用三面刃铣刀进行阶台的铣削加工，铣刀的直径为100 mm，主轴转速n＝95 r/min，刀具的齿数为z＝8，铣刀宽度B＝10 mm。请计算切削速度和进给量（每分钟进给量，每转进给量，每齿进给量）。

（2）本任务采用锯片铣刀进行工件切断的铣削加工，铣刀的直径为100 mm，主轴转速为n＝37.5 r/min，刀具的齿数z＝30，铣刀宽度B＝3 mm。请计算切削速度，验证工序卡里的数据。

（3）本任务采用钻头进行钻孔加工，钻头的直径为12 mm，主轴转速为235 r/min，刀具的齿数为2，请计算切削速度。

四、T 形螺母的加工

1. 填写领料单（见表5-4），并领取材料

表5-4　领料单

2. 填写工量具清单（见表5-5）并领取工量具

表5-5　工量具清单

3. 加 工

在实训场地按照表5-6 操作过程的提示，完成T 形螺母的加工。

表5-6　操作过程

续表

续表

五、T 形螺母的测量及误差分析

1. 检测工件

对工件进行检测，并将结果填写在表5-7 中。

表5-7　测量结果

2. 误差分析

根据检测结果进行误差分析，将分析结果填写在表5-8 中。

表5-8　误差分析

（1）测量目的：

（2）测量步骤：

（3）测量要领：

（4）结论（误差分析，见表5-9）：

表5-9　误差分析

六、总结与评价

1. 个人及小组评价

把个人制作好的T 形螺母分组展示，再由小组推荐代表作必要的介绍。在展示过程中，以小组为单位进行评价。评价完成后，根据其他小组成员对本组展示成果的评价意见进行归纳总结。完成以下项目：

（1）展示的T 形螺母符合技术标准吗？

合格□ 不良□ 返修□ 报废□

（2）与其他小组相比，你认为本小组的T 形螺母工艺：

工艺优化□ 工艺合理□ 工艺一般□

（3）本小组成果介绍表达是否清楚？

很好□ 一般，常补充□ 不清楚□

（4）本小组演示的T 形螺母检测方法操作正确吗？

正确□ 部分正确□ 不正确□

（5）本小组在演示操作时遵循了“7S”的工作要求吗？

符合工作要求□ 忽略了部分要求□ 完全没有遵循□

（6）本小组的成员团队创新精神如何？

良好□ 一般□ 不足□

自我评价（心得体会）

2. 教师评价

教师对展示的作品分别作评价。

（1）找出各组的优点进行点评。

（2）对展示过程中各组的缺点进行点评，并提出改进方法。

（3）对学生在整个任务完成中出现的亮点和不足进行点评。

表5-10　学习评价