外圓表面的各種加工方法和加工方案

1、外圓表面的各種加工方法和加工方案本章主要介紹常用的幾種外圓加工方法和常用的外圓加工方案。     一、外圓表面的車削加工根據(jù)毛坯的制造精度和工件最終加工要求，外圓車削一般可分為粗車、半精車、精車、精細(xì)車。粗車的目的是切去毛坯硬皮和大部分余量。加工后工件尺寸精度IT11IT13 ，表面粗糙度Ra5012.5 m 。半精車的尺寸精度可達(dá) IT8IT10 ，表面粗糙度 Ra6.33.2 m 。半精車可作為中等精度表面的終加工，也可作為磨削或精加工的預(yù)加工。精車后的尺寸精度可達(dá) IT7IT8 ，表面粗糙度 Ra1.60.8 m 。精細(xì)車后的尺寸精度可達(dá) IT6IT7 ，表

2、面粗糙度 Ra0.40.025 m 。精細(xì)車尤其適合于有色金屬加工，有色金屬一般不宜采用磨削，所以常用精細(xì)車代替磨削。二、外圓表面的磨削加工 磨削是外圓表面精加工的主要方法之一。它既可加工淬硬后的表面，又可加工未經(jīng)淬火的表面。根據(jù)磨削時(shí)工件定位方式的不同，外圓磨削可分為：中心磨削和無心磨削兩大類。（一）中心磨削中心磨削即普通的外圓磨削，被磨削的工件由中心孔定位，在外圓磨床或萬能外圓磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可達(dá) IT6IT8 ，表面粗糙度 Ra0.80.1 m 。按進(jìn)給方式不同分為縱向進(jìn)給磨削法和橫向進(jìn)給磨削法。 1 縱向進(jìn)給磨削法（縱向磨法） 如圖 6-2 所示，砂輪高速旋轉(zhuǎn)，工件裝在前

3、后頂尖上，工件旋轉(zhuǎn)并和工作臺(tái)一起縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2 橫向進(jìn)給磨削法（切入磨法） 如圖 6-3 所示，此種磨削法沒有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，砂輪以慢速作連續(xù)的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其生產(chǎn)率高，適用于大批量生產(chǎn)，也能進(jìn)行成形磨削。但橫向磨削力較大，磨削溫度高，要求機(jī)床、工件有足夠的剛度，故適合磨削短而粗，剛性好的工件；加工精度低于縱向磨法。 （二）無心磨削無心磨削是一種高生產(chǎn)率的精加工方法，以被磨削的外圓本身作為定位基準(zhǔn)。目前無心磨削的方式主要有：貫穿法和切入法。如圖 6-4 所示為外圓貫穿磨法的原理。工件處于磨輪和導(dǎo)輪之間，下面用支承板支承。磨輪軸線水平放置，導(dǎo)輪軸線傾斜一個(gè)不大的 角。這

4、樣導(dǎo)輪的圓周速度 導(dǎo) 可以分解為帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的 工 和使工件軸向進(jìn)給的分量 縱 。  如圖 6-5 為切入磨削法磨削的原理。導(dǎo)輪 3 帶動(dòng)工件 2 旋轉(zhuǎn)并壓向磨輪 1 。加工時(shí)，工件和導(dǎo)輪及支承板一起向砂輪作橫向進(jìn)給。磨削結(jié)束后，導(dǎo)輪后退，取下工件。導(dǎo)輪的軸線與砂輪的軸線平行或相交成很小的角度（ 0.51 o ），此角度大小能使工件與擋鐵 4 （限制工件軸向位置）很好地貼住即可。無心磨削時(shí)，必須滿足下列條件：1 由于導(dǎo)輪傾斜了一個(gè) 角度，為了保證切削平穩(wěn)，導(dǎo)輪與工件必須保持線接觸，為此導(dǎo)輪表面應(yīng)修整成雙曲線回轉(zhuǎn)體形狀。2 導(dǎo)輪材料的摩擦系數(shù)應(yīng)大于砂輪材料的磨擦系數(shù)；砂輪與導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn)

5、，且砂輪的速度應(yīng)大于導(dǎo)輪的速度；支承板的傾斜方向應(yīng)有助于工件緊貼在導(dǎo)輪上。3 為了保證工件的圓度要求，工件中心應(yīng)高出砂輪和導(dǎo)輪中心連線。高出數(shù)值 H 與工件直徑有關(guān)。當(dāng)工件直徑 d 工 =8 30mm 時(shí)， H d 工 /3 ；當(dāng) d 工 =30 70mm 時(shí)， H d 工 /4 。4 、導(dǎo)輪傾斜一個(gè) 角度。如圖 6-4 ，當(dāng)導(dǎo)輪以速度 v 導(dǎo) 旋轉(zhuǎn)時(shí)，可分解為：v 工 =v 導(dǎo) · cos ; v 縱 =v 導(dǎo) · sin 粗磨時(shí)， 取 3 ° 6 ° ；精磨時(shí)， 取 1 ° 3 ° 。無心磨削時(shí)，工件尺寸精度可達(dá) IT6-IT7

6、，表面粗糙度 Ra0.8-0.2um.（三）外圓磨削的質(zhì)量分析 在磨削過程中，由于有多種因素的影響，零件表面容易產(chǎn)生各種缺陷。常見的缺陷及解決措施分析如下： 1 多角形 在零件表面沿母線方向存在一條條等距的直線痕跡，其深度小于 0.5 m ，如圖6-6 所示。 產(chǎn)生原因主要是由于砂輪與工件沿徑向產(chǎn)生周期性振動(dòng)所致。如砂輪或電動(dòng)機(jī)不平衡；軸承剛性差或間隙 太大 ；工件中心孔與頂尖接觸不良；砂輪磨損不均勻等。消除振動(dòng)的措施，如仔細(xì)地平衡砂輪和電動(dòng)機(jī)；改善中心孔和頂尖的接觸情況；及時(shí)修整砂輪；調(diào)整軸承間隙等。2 螺旋形 磨削后的工件表面呈現(xiàn)一條很深的螺旋痕跡，痕跡的間距等于工件每轉(zhuǎn)的縱向進(jìn)給量。如圖

7、 6-7 所示。產(chǎn)生原因主要是砂輪微刃的等高性破壞或砂輪與工件局部接觸。如砂輪母線與工件母線不平行；頭架、尾座剛性不等；砂輪主軸剛性差。消除的措施，修正砂輪，保持微刃等高性；調(diào)整軸承間隙；保持主軸的位置精度；砂輪兩邊修磨成能成臺(tái)肩形或倒圓角，使砂輪兩端不參加切削；工件臺(tái)潤(rùn)滑油要合適，同時(shí)應(yīng)有卸載裝置；使導(dǎo)軌潤(rùn)滑為低壓供油。  3 拉毛（劃傷或劃痕） 常見的工件表面拉毛現(xiàn)象如圖 6-8 所示。產(chǎn)生原因主要是磨粒自銳性過強(qiáng)；切削液不清潔；砂輪罩上磨屑落在砂輪與工件之間等。消除拉毛的措施，選擇硬度稍高一些的砂輪；砂輪修整后用切削液和毛刷清洗；對(duì)切削液進(jìn)行過濾；清理砂輪罩上的磨屑等。4 燒傷

8、 可分為螺旋形燒傷和點(diǎn)燒傷，如圖 6-9 所示。 燒傷的原因主要是由于磨削高溫的作用，使工件表層金相組織發(fā)生變化，因而使工件表面硬度發(fā)生明顯變化。消除燒傷的措施，降低砂輪硬度；減小磨削深度；適當(dāng)提高工件轉(zhuǎn)速；減少砂輪與工件接觸面積；及時(shí)修正砂輪；進(jìn)行充分冷卻等。 三、外圓表面的精密加工 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工件和加工精度和表面質(zhì)量要求也越來越高。因此在外圓表面精加工后，往往還要進(jìn)行精密加工。外圓表面的精密加工方法常用的有高精度磨削、超精度加工、研磨和滾壓加工等。 · 高精度磨削使軸的表面粗糙度值在 Ra0.16 m 以下的磨削工藝稱為高精度磨削，它包括精度磨削（ Ra0.6-0.0

9、6 m ）、超精密磨削（ Ra0.04-0.02 m ）和鏡面磨削（ Ra 0.01 m）。 高精度磨削的實(shí)質(zhì)在于砂輪磨粒的作用。經(jīng)過精細(xì)修整后的砂輪的磨粒形成了同時(shí)能參加磨削的許多微刃。如圖 6 -10a,b，這些微刃等高程度好，參加磨削的切削刃數(shù)大大增加，能從工件上切下微細(xì)的切屑，形成粗糙度值較小的表面。隨著磨削過程的繼續(xù)，銳利的微刃逐漸鈍化，如圖 6 -10c。鈍化的磨粒又可起拋光作用，使粗糙度進(jìn)一步降低。 （二）超精加工 用細(xì)粒度磨具的油石對(duì)工件施加很小的壓力，油石作往復(fù)振動(dòng)和慢速沿工件軸向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)微量磨削的一種光整加工方法。 如圖 6-11 所示為其加工原理圖。加工中有三種運(yùn)動(dòng)：

10、工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 1 ；磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 2 ；磨頭高速往復(fù)振動(dòng) 3 。如果暫不考慮磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，磨粒在工件表面上走過的軌跡是正弦曲線，如圖 6-11b 所示。 超精加工大致有四個(gè)階段：1 強(qiáng)烈切削階段 開始時(shí)，由于工件表面粗糙，少數(shù)凸峰與油石接觸，單位面積壓力很大，破壞了油膜，故切削作用強(qiáng)烈。2 正常切削階段 當(dāng)少數(shù)凸峰磨平后，接觸面積增加，單位面積壓力降低，致使切削作用減弱，進(jìn)入正常切削階段。3 微弱切削階段 隨著接觸面積進(jìn)一步增大，單位面積壓力更小，切削作用微弱，且細(xì)小的切屑形成氧化物而嵌入油石的空隙中，因而油石產(chǎn)生光滑表面，具有摩擦拋光作用。4 自動(dòng)停止切削階段 工件磨平，單位面積

11、上的壓力很小，工件與油石之間形成液體摩擦油膜，不再接觸，切削作用停止。經(jīng)超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 m. 。然而由于加工余量較?。ㄐ∮?），因而只能去除工件表面的凸峰，對(duì)加工精度的提高不顯著。耐磨焊條 （三）研磨用研磨工具和研磨劑，從工件表面上研去一層極薄的表層的精密加工方法稱為研磨。研磨用的研具采用比工件材料軟的材料（如鑄鐵、銅、巴氏合金及硬木等）制成。研磨時(shí)，部分磨粒懸浮在工件和研具之間，部分研粒嵌入研具表面，利用工件與研具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨粒應(yīng)切掉一層很薄的金屬，主要切除上工序留下來的粗糙度凸峰。一般研磨的余量為 0.01 。研磨除可獲得高的尺寸精度和小的表面粗糙度

12、值外，也可提高工件表面形狀精度，但不能改善相互位置精度。當(dāng)兩個(gè)工件要求良好配合時(shí)，利用工件的相互研磨（對(duì)研）是一種有效的方法。如內(nèi)燃機(jī)中的氣閥與閥座，油泵油咀中的偶件等。（四）滾壓加工滾壓加工是用滾壓工具對(duì)金屬材質(zhì)的工件施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而降低工件表面粗糙度，強(qiáng)化表面性能的加工方法。它是一種無切屑加工。圖 6-12 為滾壓加工示意圖。滾壓加工有如下特點(diǎn)： 1 滾壓前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 m ，表面要求清潔，直徑余量為 0.02 。2 滾壓后的形狀精度和位置精度主要取決于前道工序。3 滾壓的工件材料一般是塑性材料，并且材料組織要均勻。鑄鐵件一般不適合滾壓加工。

13、4 滾壓加工生產(chǎn)率高。四、外圓表面加工方案的選擇 上面介紹了外圓表面常用的幾種加工方法及其特點(diǎn)。零件上一些精度要求較高的面，僅用一種加工方法往往是達(dá)不到其規(guī)定的技術(shù)要求的。這些表面必須順序地進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工等加工方法以逐步提高其表面精度。不同加工方法有序的組合即為加工方案。表 3-14 即為外圓柱面的加工方案。表3-14  外圓柱面加工方法序號(hào)加工方法經(jīng)濟(jì)精度（ 公差等級(jí)表示 ） 經(jīng)濟(jì)粗糙度值Ra um適用范圍1粗車IT181312.550適用于淬火鋼以外的各種金屬2粗車 - 半精車IT11103粗車 - 半精車 - 精車IT784粗車 - 半精車 - 精車 -滾壓（或拋

14、光）IT785粗車 - 半精車 -磨削IT78主要用于淬火鋼，也可用于未淬火鋼，但不宜加工有色金屬6粗車 - 半精車 -粗磨 -精磨IT677粗車 - 半精車 -粗磨 -精磨 -超精加工（或輪式超精磨）IT5（ 或 R Z 0.1）8粗車 - 半精車 -精車 -精細(xì)車（金剛車）IT67主要用于要求較高的有色金屬加工9粗車 - 半精車 - 粗磨 -精磨 -超精磨（或鏡面磨）IT5 以上（ 或 R Z 0.05）極高精度的外圓加工10粗車 - 半精車 -粗磨 -精磨 -研磨IT5 以上（ 或 R Z 0.05）確定某個(gè)表面的加工方案時(shí)，先由加工表面的技術(shù)要求（加工精度、表面粗糙度等）確定最終加工方法，然后根據(jù)此種加工方法的特點(diǎn)確定前道工序的加工方法，如此類推。但由于獲得同一精度及表面粗糙度的加工方法可有若干種，實(shí)際選擇時(shí)還應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸大小及材料和熱處理的要求全面考慮。表 3-14 中序號(hào) 3 （粗車半精車精車）與序號(hào) 5 （粗車半精車磨）的兩種加工方案能達(dá)到同樣的精度等級(jí)。但當(dāng)加工表面需淬硬時(shí)，最終加工方法只能采用磨削。如加工表面未