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第四章典型表面加工方法第一节概述机器零件的结构形状虽然多种多样，但是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、平面等）组成的。机器零件的加工过程就是获得这些零件上基本几何表面的过程。同一种表面，可选用加工精度、生产率和加工成本各不相同的加工方法进行加工。加工精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。图4-1加工误差与成本的关系统计资料表明，各种加工方法的加工误差和加工成本之间的关系呈负指数函数曲线形状。要获得高精度，则成本就要加大。加工经济精度是指在正常加工条件下(采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间)所能保证的加工精度。若延长加工时间，就会增加成本，虽然精度能提高，但不经济。经济表面粗糙度的概念类同于经济精度的概念。本章主要介绍典型表面(外圆柱表面、孔、平面、齿面)的加工方法。一、工件表面的形成原理组成工件的表面：平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面（圆环面、螺旋面等）。任何表面都可以看成是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。如图母线为1，导线为2，如图。另外还要注意两条发生线之间的相对位置。第二节平面加工一、平面的分类及加工要求根据平面的作用不同，其加工要求亦不同，平面有：非结合平面结合平面导向平面精密量具表面平面的技术要求主要有：形状精度：平面度、直线度。tt位置精度：平面之间的尺寸精度、位置精度等。tBtAAB表面质量：表面粗糙度、硬度、残余应力及微观组织等选择平面加工方法的依据：1）表面粗糙度；2）表面的形状、位置精度3）工件材料的切削加工性能；4）工件的形状结构特点；5）工厂现有设备情况。二、平面的加工方式车平面；铣平面；刨平面；拉平面；磨平面；刮研平面；研磨平面。常用的粗加工方法常用的精加工方法平面的光整加工方法1.刨平面(1)刨平面的工艺特征和应用范围因刨削的切削速度、加工表面质量、几何精度和生产率，在一般条件下都不太高，所以在批量生产中常被铣削、拉削和磨削所取代。但在加工一些中小型零件上的槽时（如V形槽、T形槽、燕尾槽），刨削也有突出的优点。(2)宽刃精刨1)采用宽刃刨刀2)切削速度极低(5～12m/min)，切削过程发热量小。3)切深极微2.铣平面铣平面有周铣和端铣两种方式。周铣法（用圆柱铣刀加工平面）a.逆铣铣削时，铣刀刀齿在工件切入处的切削速度与工件进给速度方向相反。b.顺铣铣削时，铣刀刀齿在工件切入处的切削速度方向与工件进给速度方向相同。端铣法（用面铣刀加工平面）a.对称铣削工件相对于铣刀回转中心处于对称位置的铣削方式，称为对称铣削。b.不对称铣削铣刀轴线与工件铣削宽度对称中心线不重合的铣削不对称逆铣不对称顺铣根据铣刀偏移位置不同2.3铣削特点1）断续切削，冲击、振动大；2）多刀多刃切削；3）半封闭式切削；4）切削负荷呈周期变化。常用铣床立式升降台铣床床身底座主轴工作台床鞍（滑座）升降台常用铣床龙门铣床主轴箱工作台床身立柱顶梁横梁立铣头卧铣头卧铣头立柱3.拉平面拉平面方式刨平面需经多次行程才能完成一个平面的加工，铣平面虽然在一次行程中就能完成一个平面的加工，但其进给速度也较小，故对于一些批量较大、表面粗糙度要求较小的平面也可采用拉削的方式进行加工。拉削过程按余量分切方式的不同，平面的拉削方式有成形法和分段切削法两种，其中分段切削法每齿切削厚度厚而窄，动力消耗少，可直接加工毛坯面，一次行程可切除厚度为8mm的余量。按拉削运动的不同，平面拉削可分为直拉和转拉。直拉时速度低且有空行程；转拉时工件依次通过拉刀，完成拉削，拉削过程可连续进行，其拉削速度较高，生产率比直拉法高6～10倍。拉平面的工艺特征生产效率高拉平面时，由于拉刀齿多刃，故可在拉刀的一次行程中完成一个平面的粗精加工，其生产率要比刨削和铣削高得多。加工质量好由于拉床刚度和刀具支承刚度均较好，且拉刀后部还设有校准齿，故拉平面可获得很高的加工精度，一般平面位置精度可控制在0.02～0.06mm，表面粗糙度Ra1.25μm。4.磨平面一、平面磨削方法1.周边磨削优点：砂轮和工件的接触面小，发热量小，磨削区的散热、排屑条件好，砂轮磨损较为均匀，可以获得较高的精度和表面质量。缺点：磨削力易使砂轮主轴受弯变形，故要求砂轮主轴应有较高的刚度，否则容易产生振纹。适于在成批生产条件下加工精度要求较高的平面。2.端面磨削优点：a、磨头主轴伸出的长度短，刚性好，磨头的弯曲变形小，允许采用较大的磨削用量工作。b、磨削面积大，生产效率高。缺点：a、砂轮与工件的接触面积大，易发热，散热及冷却条件差，b、砂轮各点的圆周速度不同，砂轮磨损不均匀，故加工精度较低。适于在大批大量生产中加工精度要求不很高的工件。二、平面磨削的特点及应用1)平面磨床的结构简单，机床。砂轮和工件系统刚性较好，故加工质量和生产率较内、外圆磨削高2)平面磨削由于利用电磁吸盘装夹工件，可很好地保证磨削平面与基准平面间的乎行度，中小件可多件磨削，以提高生产率。3)在大批大量生产中，用磨削来代替刨、铣削加工精确毛坯表面上的硬皮既可提高生产宰，又可有效地保证加工质量。磨平面已广泛地应用于平板平面、托板的支承面、轴承、盘类的端面或环端面等大小机件的精密加工及机床导轨、工作台等大型平面以磨代刮的精加工。一般经磨削加工的平面，直线度可达0.01～0.03mm/m，表面粗糙度可达Ra=0.8～0.2μm，两平面间的尺寸精度可达IT6～IT5，平行度可达0.0l～0.03mm。5.刮研平面刮研是利用刮刀在工件表面上刮去很薄一层金属的光整加工方法，一般是在精刨之后进行。刮研可以获得很高的表面质量，表面粗糙度Ra=0.8～0.1μm，平面的直线度可达0.0lmm/m，甚至可达0.005～0.0025mm/m。刮研既能提高配合精度，又能在两平面间形成贮油间隙，减少摩擦，提高工件的耐磨性。另外，刮研还能使工件表面美观。刮研目前由手工操作来完成，不需要复杂的设备和工具，但劳动强度大，生产率低。常用于单件小批生产，加工未淬火要求高的固定联接面(如车床床头箱底面)、导向面(如各种导轨面)及大型精密平板和直尺等。在大批大量生产中，刮研多为专用磨床磨削或宽刃精刨所代替。图4-2平面的加工方法及顺序粗铣IT11~13Ra5~20粗磨IT8~10Ra1.25~10高速精铣IT6~8Ra0.16~1.25精铣IT6~8Ra0.63~5抛光Ra0.008~1.25半精铣IT8~11Ra2.5~10研磨IT5~6Ra0.008~0.63半精刨IT8~11Ra2.5~10粗刨IT11~13Ra5~20精磨IT6~8Ra0.16~1.25导轨磨IT6Ra0.16~1.25宽刀精刨IT6Ra0.16~1.25精刨IT6~8Ra0.63~5金刚石车IT6Ra0.02~1.25精密磨IT5~6Ra0.01~0.32刮研Ra0.04~1.25砂带磨IT5~6Ra0.01~0.32粗车IT12~13Ra10~80半精车IT8~11Ra2.5~10精车IT6~8Ra1.25~5精拉IT6~9Ra0.32~2.5粗拉IT10~11Ra5~20第三节外圆加工一、概论外圆表面是回转体类零件(轴类、套筒类、盘环类)主要表面，是机械加工中最常遇到的表面。常用的加工方法有车削和磨削，若尺寸精度或表面粗糙度要求很高，可采用光整加工等方法(详见第五章)。一、外圆表面的技术要求1尺寸精度：外圆表面直径和长度的尺寸精度2形状精度：外圆表面的圆度、圆柱度、素线和轴线直线度3位置精度：同轴度、对称度、位置度、径向跳动、垂直度等4表面质量：表面粗糙度、表面硬度、残余应力、显微组织二、外圆表面加工工艺特点1加工方法:车削、磨削、研磨、超级光磨2车削加工分类：粗车、半精车、精车3磨削：粗磨、精磨外圆面加工方案分析1、粗车2、粗车—半精车3、粗车—半精车—磨粗车—半精车—粗磨式半精磨4、粗车—半精车—粗磨—精磨5、粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨6、粗车—精车—精细车(有色金属)二、外圆表面的加工方式车外圆车外圆方式车外圆是车削加工中最常见、最基本和最有代表性的加工方法，是加工外圆表面的主要方法。车削时，工件作旋转的主运动，刀具作直线的进给运动。车削外圆可分为粗车、半精车、精车和精细车等。外圆车削的特点为：1)外圆车刀结构简单、刚性好，制造、刃磨和装夹均方便，刀具价格低。2)车削过程比较平稳。3)车削除了加工外圆表面外，还可以在一次装夹下加工同一零件上的其它表面。4)车削适于加工各种材料。提高外圆表面车削生产率的措施1)高速车削，强力车削2)减少切削阻力，提高刀具寿命①加热车削法采用加热车削技术时应注意以下两点：a)要合理选择加热方式，使热量尽可能集中在切削区而不扩散至内层金属，以减少能耗和防止内层金属组织发生变化。b)对于不同性质的加工材料要合理地选择加热温度，避免因温度选择不当而影响切削效果，其至影响刀具寿命。②低温冷冻车削采用低温冷冻车削，可冷却刀具，使其寿命提高几倍到几十倍；同时，它可使材料脆性增加，从而改善被加工材料的性能；另外，它还减少了积屑瘤的产生，有利于表面质量的提高磨外圆视频a)纵磨法b)横磨法c)综合磨法d)深磨法1)普通磨削工件以中心孔或外圆定位，根据进给方式的不同，中心磨削又可分为以下几种磨削方法；外圆磨床的磨削方法外圆表面磨削一般在外圆磨床或无心磨床上进行，也可采用砂带磨床磨削。在外圆磨床上常用的磨削方法有：1)纵磨法纵磨法适于磨削长度与砂轮宽度之比大于3的工件。磨削时，砂轮两边角承受的切削力大，磨耗也大，砂轮中间部位则起摩擦或耕犁作用。纵磨法工作效率虽低，但可获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度。2)横磨法横磨法又称切人磨法。磨削时，砂轮只作连续的径向进给运动，被磨表面的长度必须小于砂轮宽度，生产效率比较高，但由于砂轮与工件无相对轴向运动，磨粒在工件表面上留下重复的磨痕，因此表面粗糙度比纵磨法大，一般可达0.16μmRa≤0.32μm。横磨法常用于大批大量生产中磨削刚度较好的工件，横磨法还可用于加工成形表面。3）综合磨法先用横磨法将工件进行粗磨，相邻之间有5~15mm的搭接，每段上留有0.01~0.03mm的精磨余量，精磨时采用纵磨法。是横磨法和纵磨法的综合应用，先用横磨法将工件分段粗磨，相邻两段间搭接5～10mm，工件上留有0.0l～0.03mm的精磨余量，最后用纵磨法将精磨余量磨去。此法兼有横磨法生产效率高和纵磨法加工精度高、表面粗糙度小的优点。4)深磨法又称阶梯磨法，磨削时用较小的轴向进给量(0.05-0.15)Bmm/r，其中B(mm)为砂轮宽度，在一次纵进给中磨去绝大部分余量。深磨法所用砂轮应修整成锥形或阶梯形，最大的砂轮外圆面起精磨和修光作用，所以应修整得细一些。深磨法相当于在一次纵向行程中完成了粗磨和精磨工作，缩短了纵向行程次数，生产效率高，但修整砂轮比较费事，且被磨工件在结构上应允许砂轮越出被加工面二端相当一段距离。深磨法只适用于在大批大量生产中磨削刚性较好的长轴颈。2)高速磨削砂轮线速度vs50m/s的磨削加工。高速磨削对砂轮和机床的特殊要求主要是：①提高砂轮的强度，增大结合剂的结合能力防止砂轮因离心力而破裂。②砂轮主轴的轴承间隙应适当加大。③砂轮的防护罩应加厚，开口角度应减小，以确保安全。④改善切削液的输送方式。⑤注意解决防振问题在无心磨床上磨外圆表面1)无心磨外圆表面的工作原理无心磨削时，工件以被加工表面自身定位，用托板支持着放在砂轮与导轮之间进行磨削，工件的轴心线稍高于砂轮与导轮连线中心，如图4-7所示。磨削时，工件靠导轮与工件之间的摩擦力带动旋转。棱圆形成a)加工状态b)加工误差导轮接触，左右两接触点在工件的同一直径上，如果工件外圆右面与导轮接触处有凸起，工件中心就将被推向左方，被磨工件的左方就将被切去一块金属，反之，如果工件外圆与导轮接触处有凹坑，工件中心就将被推向右方，被磨工件就会少切掉一块金属；这样，工件就容易被磨成等直径的棱圆(