第三章外圆表面加工

机械制造基础——第3章
第三章 外圆表面加工
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§1外圆面加工概述
• 外圆面是轴类、套类和盘类等回转体 零件的主要表面
• 外圆面的主要技术要求有
尺寸 精度
形状 精度
位置 精度
表面 质量
尺寸精度主要是直径和长度; 形位精度形状和位置如:圆度、圆柱度、同轴度、垂直度、跳动量等; 表面2质021/量3/15即表面粗糙度,表层的加工硬化和加工应力,金相组织变化等2 。
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• 问题:
磨削为什么能加工淬硬的材料?为什么磨削工件的 精度高、表面粗糙度低?
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答:
因为
1）磨床的结构刚性好;
2）砂轮切入运动机构可以精密调节,因而可精密控制切削 深度ap ;
3)砂轮的磨粒微细、锐利、分布稠密且高速运动,每一磨 粒只从工件表面切下极薄的一层切屑。
1）在三爪卡盘与工件之间,增加一圈钢丝,减少接触面积, 使工件在卡盘内能自由调节位置,避免夹紧时弯曲力矩 和避免切削产生内应力;
2）尾架采用弹性顶尖,工件受热伸长时,顶尖可后退,避免 因此顶弯细轴;
3）采用三支承块的跟刀架,提高工件刚性;
4）改变走刀方向,反向进给,使工件受拉向力而不易产生 弯曲变形。
所以磨削可加工淬硬材料和加工出精度高、表面粗糙 度低的工件。
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无心磨削
直接以磨削表面定位加工
无心外圆磨削工作原理
工件靠自身外圆柱定位,置于砂轮和导轮之间,由托板 支承,其中心略高于砂轮和导轮中心连线,由于导轮与工件 的摩擦力较大,。故磨削时工件由导轮带动旋转。而导轮轴 线相对于工件倾斜一角度,它与工件接触点的线速度可分解 为使工件旋转的V工和使工件轴向移动的V通,从而对直通式 工件进行自动加工。
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五、抛光
• 抛光是用涂有抛光膏的高速旋转的软轮对工作表面进 行光整加工的过程。
抛光的工作原理 用布、皮革或毛毡等叠制的抛光轮的圆周上涂刷
抛光膏(磨料加油脂配成),作高速旋转,使压在抛光轮上 的工件表面受高速擦磨而出现高温,于是表层金属被磨 粒挤压而产生塑性流动,填平原有的微观不平度,遂使工 件表面呈镜状。
四、热处理等工序与其他切削加工的顺序 正、退粗前,调粗后,淬（半）精前。螺纹、键槽在淬前。
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7.研磨与超精加工外圆面,有哪些共同之处?哪些不同之 处?
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9.加工如题图所示的外圆面A,请按下表所列的不同要求, 选择加工方法及加工顺序（包括热处理在内）。
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荒车
毛坯为自由锻件或大型铸件时, 其加工余量很大且不均匀,荒车 可以切除大部分余量,减少其形 状和位置偏差,为保证后续加工 的加工精度作准备
粗车
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中小型铸锻件可直接进行粗车
粗车的主要任务是采用较大的背吃 刀量、较大的进给量和中等切削速 度,迅速切除毛坯上多余的金属层, 尽可能提高生产率
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• 深磨法
工件旋转和作慢速轴向运动;砂轮只作高速旋转运 动。适于加工刚性大短轴（大量）。
深磨法是一种比较先进的方法,生产率高,磨削余量 一般为0.1~0.35mm．用这种方法可一次走刀将整个余 量磨完。磨削时,进给量较小,一般取纵进给量为1~2 mm／r, 约为“纵磨法”的15%,加工工时约为纵磨法的 30~75%。
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外圆磨削方式
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• 提问:
上述中心磨削法是以轴的中心孔作定位基 准,它是怎样使该轴旋转的?在上图中 代表什 么?
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• 问题
车削细长轴时,常采用哪些措施增加工件的刚性,提 高加工质量?
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答:
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四、超精加工
• 超精加工是降低零件表面粗糙度,延长零 件零件寿命的一种高生产率的光整加工 方法。
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超精加工工作原理
它由油石条组成的简单磨头以衡力轻压于工件表 面,两者之间注入切削液形成油膜,并作往复摆动。工件 (一般是轴类零件)作旋转运动,且工件相对于磨头作轴 向进给运动,油石条便对工件表面的微观毛刺和切痕进 行修磨。初时接触面小,单位面积压力大,工件的微观不 平度迅速被磨平,随着接触面不断增大,单位面积压力不 断下降,同时油石条磨粒变钝,切削过程转变为摩擦抛光 的光整加工过程。最后,因单位压力极小,油石与工件被 油膜完全隔开。
• 高光洁磨削除使用高精度磨床外,还采用具有微刃性及 微刃之间等高性的砂轮。磨削中,锐利的微刃逐渐磨损 为半钝化状态,这时的微刃能在一定压力下对工件表面 产生摩擦抛光,从而得到低Ra值的加工表面。
• 高光洁磨削可加工各种回转面、平面和成形面,生产效 率高,能部分地修正工件的形位公差。
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削
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采用 新型 刀具 材料
采用 先进 的车 削设
备
采用加热车 削、低温冷 冻车削、振 动车削等方 法加工,减 少切削阻力, 提高刀具寿
命
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车削外圆的特点: • l. 可采用高速或强力切削,生产率高; • 2．刀具成本低; • 3．可一次装夹同时加工几个不同表面; • 4．适于加工除淬硬钢以外的各种材料。
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2）高效磨削——指金属切除率（mm3/s·mm）高于常规 磨削5倍的磨削。
（1）高速磨削 主运动速度＞50m/s的磨削。进给量与 普通磨削相同,故磨削时每个磨粒切削厚度很薄,即每个 磨粒的负荷很小。从而使砂轮使用寿命和生产率提高; 工件表面精度高,表面质量高。高速磨削应采用含极压 添加剂的切削液,含硫、磷、氯、碘等的添加剂在高温 下能与金属表面生成吸附膜,可防止高温时磨粒与工件 直接接触,保持润滑作用。
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二、外圆磨削
• 外圆面精加工的主要方法
Ra:0.4～0.2μm,精度IT6级。
• 既能加工淬硬零件,也能加工未淬火零件 • 根据不同的加工精度和粗糙度要求,外圆磨
削可分为粗磨、精磨、精密磨削和超精密
磨削
• 根据工件的定位方式和装夹状况,外圆磨削
202分1/3/1为5 中心磨削和无心磨削两种方式
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车削外圆的方法及效果
分类 精度(IT) Ra（μm)
措施
荒车 ＞13 ＞50 大进给量,较低切削速度
粗车 12～ll 50-12.5 大进给量,切削速度低
半精 车
精车
10～9 6.3-312 进给量较小,切削速度稍 高
8～7 1.6-0.8 高速切削,小进给量
精细 车 2021/3/15
6～5 0.4以下 超高速切削:微小进给
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• 提问: 1.采用工件中心为何要高于砂、导轮连线? 2.无心磨的导轮外形为何要修整成单叶双曲面? 3.为什么无心磨床上不能加工带长键的轴?
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• 无心磨削具有以下工艺特征
无须打中心孔,且安装工件省时省力, 可连续磨削,故生产效率高
尺寸精度较好;但不能改变工 件原有的位置误差
由于纵磨法每次的径向进给量少,磨削力小,散热条件好,充分 提高了工件的磨削精度和表面质量,能满足较高的加工质量要求,但 磨削效率较低。纵磨法磨削外圆适合磨削较大的工件,是单件、小 批量生产的常用方法。
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• 横磨法
采用横磨法磨削外圆时,砂轮宽度比工件的磨削宽度大,工件 不需作纵向（工件轴向）进给运动,砂轮以缓慢的速度连续地或断 续地沿作横向进给运动,实现对工件的径向进给,直至磨削达到尺寸 要求。
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一、外圆车削
• 单件、小批量中常采用卧式车床加工;成
批、大量生产中常采用仿形车床、自动
车床、多刀半自动车床和转塔车床加工; 对于大尺寸工件常采用大型立式车床加
工;对于复杂形状的高精度外圆成形表面 还可采用数控车床加工。
• 依据毛坯情况和加工要求,分为粗车、半
精车、精车和精细车等加工阶段。
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中心磨削
又称普通外圆磨削,工件 以中心孔或外圆定位
纵磨法
横磨法
深磨法
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• 纵磨法
纵磨法磨削外圆时,砂轮的高速旋转为主运动,工件作圆周进 给运动的同时,还随工作台作纵向往复运动,实现沿工件轴向进给。 每单次行程或每往复行程终了时,砂轮作周期性的横向移动,实现沿 工件径向的进给,从而逐渐磨去工件径向的全部留磨余量。磨削到 尺寸后,进行无横向进给的光磨过程,直至火花消失为止。
支承刚度好,刚度差的工件也可采 用较大的切削用量进行磨削
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容易实现工艺过程的自动化
前工序的形状误差会影响磨削的加工精 度,且不能改善加工表面与工件上其它表 面的位置精度,并有一定的棱圆度误差产
生,圆度误差一般不小于0.002mm
所能加工的工件有一定局限,不 能磨带槽的工件,也不能磨内外
其特点是:充分发挥了砂轮的切削能力,磨削效率高,同时也适 用于成形磨削。然而,在磨削过程中砂轮与工件接触面积大,使得磨 削力增大,工件易发生变形和烧伤。另外,砂轮形状误差直接影响工 件几何形状精度,磨削精度较低,表面粗糙度值较大。因而必须使用 功率大,刚性好的磨床,磨削的同时必须给予充分的切削液以达到降 温的目的。使用横磨法,要求工艺系统刚性要好,工件宜短不宜长。 短阶梯轴轴颈的精磨工序,通常采用这种磨削方法。
圆同轴度要求较高的工件
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• 2.外圆磨削的特点
1)加工精度高,包括尺寸精度、形位公差精 度和表面粗糙度的要求;
2)可加工普通钢和淬硬钢,但不适于加工塑 性大的材料;
3)加工面的高温易使工件表层产生残余应 力或微小的裂纹。
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• 3.先进磨削方法
1）高光洁磨削——磨削后工件表面得到Ra＜0.1μm的方 法。
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§3外圆加工方案的选择
选择外圆的加工方 法,除应满足图纸技 术要求之外,还与零 件的材料、热处理 要求、零件的结构、 生产纲领及现场设 备和操作者技术水 平等因素密切相关
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外圆加工的主要方法是 车削和磨削。对于精度 要求高、表面粗糙度值 小的工件外圆,还需经 过研磨、超精加工等才 能达到要求;对某些精 度要求不高但需光亮的 表面,可通过滚压或抛 光获得
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• 提问:
分隔板的作用是什么?分隔板作何种运动?为什么 会作这种运动?为什么要作这种运动?
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• 研具应采用比工件软的材料制成,一般采用灰 铸铁,或是铜、铅和木材制成,在研磨时,部分磨 粒在一定的切削压力下嵌入研具表面,从而在工 件表面磨去一层极薄的金属。
（2）强力磨削 大的进给量（十几mm）和小的轴向进 给量（0.000166～0.005m/s）的磨削。生产率高,磨削范 围大,加工精度稳定。
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（3）砂带磨削 用粘有砂粒的砂带作工具的磨削。其特 点是加工精度、生产率高,散热条件好,加工表面质量好 ;设备简单,可加工回转内、外表面、平面和成形表面。
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外圆表面的加工方案
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一、加工淬火钢件
粗车一半精车─淬火一粗磨一精磨一研磨或抛光等 (IT7~IT6,Ra0.1～0.008) 。
二、加工不淬钢件或铸铁件 粗车一半精车一精车(IT8～IT7,Ral.6-~0.8μm)
三、加工有色金属等韧性材料 粗车一半精车─精车一精细车(1T7~IT6,Ra0.8～0.4μm)
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半精车
粗车之后为磨削或精车安排 的预加工,其主要任务是提 高尺寸精度和减小粗糙度值
精车
达到精度要求的最终加工或为磨 加工和光整加工作准备的预加工
精细车
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用于有色金属加工或者精度要 求很高而形状复杂、不便磨削 与光整加工的钢件的最终加工
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提高外圆表面车削 生产率的措施
采用 高速 车削 或强 力车
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三、研磨外圆
• 研磨是在研具和工件之间置发研磨剂,对工件表面进行 光整加工的过程。
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• 机械研磨工作原理
磨盘由上、下铸铁研磨盘组成。下研磨盘与机床 转轴刚性联接,上研磨盘为浮动联接,可按下研磨盘自动 调整。两磨盘之间的分隔板上开有放置工件的长槽,槽 与隔板径向线倾斜一定的角度。当下研磨盘转动时,分 隔板由偏心轴带动作偏心转动,工件除在槽内转动外,还 作轴向滑动,故其表面在研磨剂作用下便均匀地切除余 量,获得复杂的网状轨迹,。