1、2021/3/151机械制造基础机械制造基础第第3章章2021/3/152外圆面是轴类、套类和盘类等回转体外圆面是轴类、套类和盘类等回转体零件的主要表面零件的主要表面外圆面的主要技术要求有外圆面的主要技术要求有 尺寸尺寸精度精度 形状形状精度精度 位置位置精度精度 表面表面质量质量 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;表面质量即表面粗糙度,表层的加工硬化和加工应力,金相组织变化等。2021/3/153单件、小批量中常采用单件、小批量中常采用卧式车床卧式车床加工加工;成成批、大量生产中常采用批、大量生产中常采用仿形车床仿形车床、自动自动车床车床
2、、多刀半自动车床多刀半自动车床和和转塔车床转塔车床加工加工;对于大尺寸工件常采用对于大尺寸工件常采用大型立式车床大型立式车床加加工工;对于复杂形状的高精度外圆成形表面对于复杂形状的高精度外圆成形表面还可采用还可采用数控车床数控车床加工。加工。依据毛坯情况和加工要求依据毛坯情况和加工要求,分为分为粗车粗车、半半精车精车、精车精车和和精细车精细车等加工阶段。等加工阶段。2021/3/154分类 精度(IT)Ra（m)措施荒车1350大进给量,较低切削速度粗车12ll50-12.5大进给量,切削速度低半精车1096.3-312 进给量较小,切削速度稍高精车871.6-0.8高速切削,小进给量精细车6
3、50.4以下超高速切削:微小进给车削外圆的方法及效果2021/3/155毛坯为自由锻件或大型铸件时毛坯为自由锻件或大型铸件时,其加工余量很大且不均匀其加工余量很大且不均匀,荒车荒车可以切除大部分余量可以切除大部分余量,减少其形减少其形状和位置偏差状和位置偏差,为保证后续加工为保证后续加工的加工精度作准备的加工精度作准备 中小型铸锻件可直接进行粗车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吃刀量、较大的进给量和中等切削速度削速度,迅速切除毛坯上多余的金迅速切除毛坯上多余的金属层属层,尽可能提高生产率尽可能提高生产率 2021/3
4、/156粗车之后为磨削或精车安排粗车之后为磨削或精车安排的预加工的预加工,其主要任务是提其主要任务是提高尺寸精度和减小粗糙度值高尺寸精度和减小粗糙度值 达到精度要求的最终加工或为磨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加工和光整加工作准备的预加工 用于有色金属加工或者精度要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与光整加工的钢件的最终加工 2021/3/157采用采用高速高速车削车削或强或强力车力车削削采用采用新型新型刀具刀具材料材料采用采用先进先进的车的车削设削设备备采用加热车采用加热车削、低温冷削、低温冷冻车
5、削、振冻车削、振动车削等方动车削等方法加工法加工,减减少切削阻力少切削阻力,提高刀具寿提高刀具寿命命 2021/3/158 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。2021/3/159外圆面精加工的主要方法外圆面精加工的主要方法 Ra:0.40.2m,精度IT6级。既能加工淬硬零件既能加工淬硬零件,也能加工未淬火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根据不同的加工精度和粗糙度要求,外圆磨外圆磨削可分为粗磨、精磨、精密磨削和超精密削可分为粗磨、精磨、精密磨削和超精密磨削磨削 根据工件的定位
6、方式和装夹状况根据工件的定位方式和装夹状况,外圆磨削外圆磨削分为分为中心磨削中心磨削和和无心磨削无心磨削两种方式两种方式 2021/3/1510中心磨削中心磨削又称普通外圆磨削又称普通外圆磨削,工件工件以中心孔或外圆定位以中心孔或外圆定位 深磨法深磨法纵磨法纵磨法横磨法横磨法2021/3/1511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。由于纵磨法
7、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。2021/3/1512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。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
8、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。2021/3/1513 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0.10.35mm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12 mmr,约为“纵磨法”的15%,加工工时约为纵磨法的3075%。2021/3/1514外圆磨削方式外圆磨削方式2021/3/1515 提问:上述中心磨
9、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?2021/3/15162021/3/1517 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?2021/3/1518答: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。2021/3/15192021/3/15202021/3/1521 问题:磨削为什么能加工淬硬的材
10、料?为什么磨削工件的精度高、表面粗糙度低?2021/3/1522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。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。2021/3/1523无心磨削无心磨削直接以磨削表面定位加工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
11、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。2021/3/1524 提问提问: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?2021/3/1525无心磨削具有以下工艺特征无心磨削具有以下工艺特征无须打中心孔无须打中心孔,且安装工件省时省力且安装工件省时省力,可连续磨削可连续磨削,故生产效率高故生产效率高尺寸精度较好尺寸精度较好;但不能改变工但不能改变工件原有的位置误差件原有的位置误差支承刚度好支承刚度好,刚度差的工件也可采刚度差的工件也可采用较大的切削用量进行磨削用较大的切削用量进
12、行磨削2021/3/1526容易实现工艺过程的自动化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前工序的形状误差会影响磨削的加工精度度,且不能改善加工表面与工件上其它表且不能改善加工表面与工件上其它表面的位置精度面的位置精度,并有一定的棱圆度误差产并有一定的棱圆度误差产生生,圆度误差一般不小于圆度误差一般不小于0.002mm0.002mm所能加工的工件有一定局限所能加工的工件有一定局限,不不能磨带槽的工件能磨带槽的工件,也不能磨内外也不能磨内外圆同轴度要求较高的工件圆同轴度要求较高的工件2021/3/1527 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
13、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。2021/3/1528 3.先进磨削方法1）高光洁磨削磨削后工件表面得到Ra0.1m的方法。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。2021/3/15292）高效磨削指金属切除率（mm3/smm）高于常规磨削5倍的磨削。（1）高速磨削 主运动速度50m/s
14、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。（2）强力磨削 大的进给量（十几mm）和小的轴向进给量（0.0001660.005m/s）的磨削。生产率高,磨削范围大,加工精度稳定。2021/3/1530（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。2021/3
15、/1531 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。2021/3/1532 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,。2021/3/1533 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?2021/3/1534 研具应采用比工件软的材料制成,一般采用
16、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。2021/3/1535 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。2021/3/1536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
17、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。2021/3/1537 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。2021/3/1538选择外圆的加工方选择外圆的加工方法法,除应满足图纸技除应满足图纸技术要求之外术要求之外,还与零还与零件的材料、热处理件的材料、热处理要求、零件的结构、要求、零件的结构、生产纲领及现场设生产纲领及现场设备和操作者
18、技术水备和操作者技术水平等因素密切相关平等因素密切相关外圆加工的主要方法是外圆加工的主要方法是车削和磨削。对于精度车削和磨削。对于精度要求高、表面粗糙度值要求高、表面粗糙度值小的工件外圆小的工件外圆,还需经还需经过研磨、超精加工等才过研磨、超精加工等才能达到要求能达到要求;对某些精对某些精度要求不高但需光亮的度要求不高但需光亮的表面表面,可通过滚压或抛可通过滚压或抛光获得光获得2021/3/1539外圆表面的加工方案2021/3/1540一、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(IT7IT6,Ra0.10.008)。二、加工不淬钢件或铸铁件粗车一半精车一精车(IT8IT7,Ral.6-0.8m)三、加工有色金属等韧性材料粗车一半精车精车一精细车(1T7IT6,Ra0.80.4m)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。2021/3/15417.研磨与超精加工外圆面,有哪些共同之处?哪些不同之处?2021/3/15429.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）。2021/3/1543
