第4章外圆面加工工艺与装备

•掌握外圆车削加工工艺。•掌握外圆磨削加工工艺。•理解外圆表面精密加工工艺。•掌握外圆表面加工方案的拟订方法。本章学习要求第4章外圆面加工工艺与装备•4.1车削加工与装备•4.2磨削加工与装备•4.3外圆表面的精密加工与装备•4.4外圆表面加工方案的确定•4.5实训——阶梯传动轴的加工本章大纲4.1车削加工与装备车削是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来改变毛坯形状和尺寸，将其加工成所需要零件的一种切削加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其精度来说，一般适合于作为外圆表面粗加工和半精加工方（1）易于保证工件各个加工表面间的位置精度。（2）切削过程平稳。（3）刀具简单。（4）适合有色金属的精加工。4.1.1车削的特点和应用1.车削加工的工艺特点2.车削加工的应用车削可以加工各种回转表面，如：•内外圆柱面•内外圆锥面•螺纹•沟槽•端面•成形面车削加工的应用4.1.2车削装备1.车床车床类机床主要用于加工各种回转面，如内外圆柱表面、圆锥表面、成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能加工螺纹面。车床种类丰富，主要有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动车床、数控车床等，能满足不同的生产需求。车床、车刀以及车床夹具是车削装备的主要组成要素。车床和车削加工（视频）2.车刀车刀是金属切削加工中使用最广的刀具。车刀可用于普通车床、转塔车床、立式车床、自动和半自动车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、切槽或切断等不同的加工工序。车刀按其用途不同可分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀等类型。车刀按其结构又可分为4种形式，即整体式车刀、焊接式车刀、机夹式车刀和可转位式车刀。认识车刀3.车床夹具及装夹方法机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。车床常用的夹具有：三爪卡盘、四抓卡盘、顶尖等。三爪卡盘四爪卡盘找正工件4.1.3外圆车削工艺1.车削过程（1）车削前的准备。（2）工件的装夹。（3）工件的校正。（4）车刀的选用。（5）车削用量选择。（6）车外圆的操作步骤：①检查毛坯，选择车削用量②确定车削长度③启动前准备④试切⑤停车⑥检测2.车削方式（1）荒车。一般切除余量为单面1～3mm。（2）粗车。中小型锻、铸件毛坯一般直接进行粗车。粗车主要切去毛坯大部分余量（一般车出阶梯轮廓）。（3）半精车。一般作为中等精度表面的最终加工工序，也可作为磨削和其他加工工序的预加工。（4）精车。外圆表面加工的最终加工工序和光整加工前的预加工。（5）精细车。高精度、细粗糙度表面的最终加工工序。适用于有色金属零件的外圆表面加工。由于有色金属不宜磨削，所以可采用精细车代替磨削加工。4.1.4加工实例【实例4-1】车台阶（零件图样见图)车削台阶时，不仅要车削组成台阶的外圆，还要车削环形的端面，是外圆车削和平面车削的组合。车削台阶时既要保证外圆的尺寸精度和台阶面的长度要求，还要保证台阶平面与工件轴线的垂直度要求。1.车刀的装夹粗车台阶时的偏刀装夹位置精车台阶时的偏刀装夹位置rr粗车时，余量多，为了增大切削深度和减少刀尖的压力，车刀装夹时实际主偏角以小于90º为宜。精车时，为了保证台阶平面与工件轴线的垂直，车刀装夹时实际主偏角应大于90º。2.车削步骤（1）用三爪自定心卡盘夹住工件，留出外圆长120mm左右，校正并夹紧。（2）粗车端面、外圆56.5mm。（3）粗车外圆46.5mm，长45mm。（4）精车端面、外圆，长45mm，倒角C1，表面粗糙度Ra为3.2m。（5）调头，垫铜皮夹住外圆，校正卡爪处外圆和台阶平面（反向），夹紧工件。（6）粗车端面（总长82mm）、外圆56.5mm。（7）精车端面，保证总长81mm，保证平等度误差在0.08mm以内。（8）精车外圆，素线度误差不大于0.05mm，表面粗糙度Ra为3.2mm。（9）倒角C1。（10）检查质量后取下工件。3.台阶工件的检测用钢直尺测量台阶长度用游标深度尺测量台阶长度台阶长度尺寸可用钢直尺，或游标深度尺进行测量。3.台阶工件的检测用90°角尺检测垂直用标准套和百分表检测垂直度端面、台阶平面对工件轴线的垂直度误差可用90º角尺，或标准套和百分表检测。【实例4-2】车通孔（零件图样见图)通孔的车削基本上与车外圆相同，在粗车或精车时也要进行试切削，只是进刀与退刀的方向相反。车孔时的切削用量应比车外圆时小一些，尤其是车小孔或深孔时，其切削用量应更小。1.车孔刀的装夹（1）车孔刀的刀尖应与工件中心等高或稍高。若刀尖低于工件中心，切削时在切削抗力的作用下，容易将刀柄压低而产生扎刀现象，并可造成孔径扩大。（2）刀柄伸出刀架不宜过长，一般比被加工孔长5～10mm。（3）车孔刀刀柄与工件轴线应基本平行，否则在车削到一定深度时刀柄后半部容易碰到工件的孔口。2.车削步骤（1）夹持外圆，校正并夹紧。（2）车端面（车平即可）。（3）钻孔18mm。（4）粗、精车孔径尺寸至要求。（5）孔口倒角C1。（6）检查后取下工件。4.2磨削加工与装备磨削是使用砂轮或者其他磨具精加工工件的过程。磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工，其主要特点如下：①精度高、表面粗糙度小。②砂轮具有自锐作用。③背向磨削力大。④磨削温度高。4.2.1磨削的特点和应用1.磨削加工的工艺特点磨削加工的基本原理2.磨削加工应用磨削可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料以及高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等难切削的材料。但不宜精加工塑性较大的有色金属材料。磨削可以加工外圆面、内孔、平面、成形面、螺纹和齿轮形等各种各样的表面用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨等）作为工具对工件表面进行切削加工的机床，统称为磨床。（1）外圆磨床。（2）内圆磨床。（3）平面磨床。（4）工具磨床。4.2.2磨削装备1.磨床磨床和磨削加工（视频）无心外圆磨床数控外圆磨床•砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。•砂轮是由一定比例的硬度很高的粒状磨料和结合剂压制烧结而成的多孔物体。•磨削时能否取得较高的加工质量和生产率，与砂轮的选择合理与否关系重要。砂轮的性能主要取决于砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素。•砂轮的磨料应具有很高的硬度、耐热性，适当的韧度和强度及边刃。•结合剂的作用是将磨料黏合成具有各种形状及尺寸的砂轮，并使砂轮具有一定的强度、硬度、气孔和抗腐蚀、抗潮湿等性能2.砂轮认识砂轮砂轮表面上的每个磨粒可以近似地看成一个微小刀齿，突出的磨粒尖棱，可以看作微小的切削刃，因此，砂轮可以看做具有极多微小刀齿的铣刀，这些刀齿随机地排列在砂轮表面上，其几何形状和切削角度具有较大差异（1）第一阶段：磨粒从工件表面滑擦而过，只有弹性变形而无切屑形成。（2）第二阶段：磨粒切入工件表面，刻划出沟痕并形成隆起。（3）第三阶段：切削层厚度增大到某一临界值时，切下切屑。4.2.3外圆磨削工艺1.磨削过程•外圆磨削主要在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行，根据磨削时工件定位方式的不同，外圆磨削可分为：中心磨削和无心磨削两大类。•中心磨削即普通的外圆磨削，被磨削的工件由中心孔定位，在外圆磨床或万能外圆磨床上加工。•磨削后工件尺寸精度可达IT6~IT8，表面粗糙度可达0.8~0.1µm。•按进给方式不同分为纵磨法、横磨法、综合磨法和深磨法。。2.普通的磨削方法磨削的种类及其应用无心磨削•无心外圆磨削是一种生产率很高的精加工方法。磨削时，工件放在砂轮和导轮之间，下方用托板托起，导轮实际上也是一个砂轮，用橡胶结合剂做成，磨粒较粗；另一个砂轮主要承担磨削任务，称为磨削轮。•安装时，导轮相对于磨削轮轴线倾斜一个角度α，以比磨削轮低得多的速度转动，从而靠摩擦力带动工件转动。由于导轮安装时倾角的作用，工件在导轮摩擦力作用下，一方面旋转作圆周运动，另一方面作轴向进给运动。•无心磨削时，工件不必用顶尖支持，安装方便，简化了装夹过程，因此称为无心磨削。•机床调整好后，可以连续加工，易于实现自动化，生产效率高。•工件被夹持在两个砂轮之间，不会因背向磨削力而顶弯，可以很好地保证其直线度，这对于加工细长零件非常有利。无心外圆磨削的原理无心磨削的工作原理随着生产和科学技术的发展，磨削逐步向高精度和高效率方向发展（1）高速磨削。普通磨削时，砂轮线速度常在30～35m/s。砂轮线速度高于45m/s的磨削称为高速磨削。经济的磨削速度是50～60m/s。（2）强力磨削。强力磨削又叫深磨、蠕动磨削或大切深缓进给磨削。（3）砂带磨削。砂带过去用于粗糙或抛光，现在砂带磨削已成为一种很有发展前途的加工方法。砂带磨床由砂带、接触轮、张紧轮、支撑轮、工作台等基本部件组成。3.先进的磨削方法简介4.2.4加工实例【实例4-3】光滑轴的磨削（零件图样见图）光轴零件图样校对头架、尾座中心外圆磨削一般根据工件的形状大小、精度要求、磨削余量的多少和工件的刚性等来选择磨削的方法。磨削光轴要分两次调头装夹磨削才能完成，要求无明显接刀痕迹，对工件的定位基准（中心孔与顶尖）有较高的要求，以保证工件的同轴度和圆柱度公差磨削步骤•修研中心孔，校正头架、尾座中心，以防工件产生明显的接刀痕迹。•将工件装夹在两顶尖间（顶尖、中心孔擦净加油）。•确定工作台行程，调整行程挡块位置，使接刀长度小于30mm，过长易变形产生接刀痕。•找正工作台，要求接刀处比另一端大0.005mm，这样接刀时易接平。•粗磨外圆，每次进给量0.01mm，切削液要充分，留精磨余量0.03~0.05mm。•精磨外圆至尺寸（圆柱度小于0.005mm，接刀处比右端大0.005mm），每次进给量0.005mm。•工件调头垫铜片装夹，粗磨接刀处外圆（中心孔、顶尖擦净加油）留精磨余量0.03~0.05mm。•接刀外圆处涂上红丹粉，精磨接刀处外圆时用纵磨法磨削，每次横向进给0.0025mm，当红丹粉变淡，说明砂轮已磨到工件外圆，待红丹粉消失，立即退刀。找正工作台接刀磨削要注意中心孔的清理和润滑，要注意调整顶尖的顶紧力，不要顶得过紧。要保证砂轮的锋利，并浇注充分的切削液，以避免工件产生烧伤痕迹。接刀时，动作要协调，要注意砂轮横向进给与工作台纵向进给的配合。要避免进给过头，使工件产生接刀痕迹或圆柱度误差。4.3外圆表面的精密加工与装备外圆表面的精密加工方法常用的有外圆研磨、外圆超精加工、高精度磨削等。4.3.1外圆研磨1.研磨的方法•研磨是用研磨工具和研磨剂，从零件上研去一层极薄表面层的精加工方法。研磨用的研具采用比工件材料软的材料（如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等）制成。•研磨有手工研磨和机械研磨两种方式。（1）手工研磨。手工研磨是人手持研磨具或零件进行研磨的方法。（2）机械研磨。机械研磨是在研磨机上进行。2.研具材料和研磨剂•研具材料的硬度应比工件材料低，以便磨料嵌入研具表面，较好地发挥切削作用；•材料组织要均匀，应有一定的耐磨性，以便保持研具原有的几何形状，获得良好的研磨精度。最常用的研具材料为铸铁。•研磨剂由磨料和研磨液混合而成。磨料常用氧化铝和碳化硅的极细磨粒或微粉，粗研磨料的粒度用240#～W14，精研用W14～W5。•研磨液可用煤油、植物油或煤油加机油，再加入适量化学活性较强的油酸、硬脂酸或工业用甘油，使工件表面产生一层氧化膜以加速研磨过程。4.3.2外圆超精加工•超精加工主要是为了降低表面粗糙度的一种加工方法。•超精加工生产率很高，要在精磨或精车的基础上进行，加工余量仅需0.003mm~0.01mm。外圆超精加工外圆超精加工过程4.3.3高精度磨削•使轴的表面粗糙度Ra在0.16m以下的磨削工艺称为高精度磨削，它包括精度磨削、超精密磨削和镜面磨削。•高精度磨削的实质在于砂轮磨粒的作用，经过精细修整后的砂轮的磨粒形成了同时能参加磨削的许多微刃。磨粒微刃及磨削中微刃变化4.4外圆表面加工方案的确定•外圆表面的精密加工方法常用的有外圆研磨、外圆超精加工、高精度磨削等。4.4.1外圆面的技术要求（1）本身精度：直径和长度的尺寸精度、外圆面的圆度、圆柱度等形状精度。（2）位置精