第五章 形面加工1.doc

第五章 典型表面的加工 Special Surface Cutting第一节：外圆表面的加工 Outer Circus Surface Cutting 轴、套、盘类零件的主要表面或辅助表面常常由外圆面组成，外圆面的加工占有很大的比重。外圆表面的技术要求：(1)尺寸精度 包括外圆面直径和长度的尺寸精度。(2)形状精度 包括圆度、圆柱度和轴线的直线度等。(3)位置精度 包括与其他外圆面(或孔)间的同轴度，以及与规定平面间垂直度和径向圆跳动等。(4)表面质量 包括粗糙度、表面层的加工硬化、金相组织变化和残余应力等外圆表面的主要加工方法-车削、磨削及光整加工。一、外圆表面的车削（一） 外圆车削的工艺范围（车削用途）1粗车 外圆表面的粗车的目的是去掉零件大部分，加工余量以达到较高的生产率，为后续加工作好准备。一般粗车加工精度可达到粗车IT10ITl3，表面粗糙度为Ra12.56.3m。粗车外圆表面也可以作为不重要表面或次要表面的最终工序。2半精车 半精车的加工精度可达IT9 IT10，表面粗糙度为Ra3.26.3m。外圆表面的半精车的主要目的是为零件的精加工做准备，也可以作为外圆表面的最终加工工序。3精车 精车的加工精度可达IT7 IT8，表面粗糙度为Ra3.26.3m。外圆表面的精车可作为表面加工的最终工序或光整加工的预加工。4精细车 精细车的加工精度可达IT6IT7，表面粗糙度为Ra0.20.8m，因此常作为终加工工序。对于小型有色金属零件，高速精细车是主要加工方法，并可获得比加工钢和铸铁更低的表面粗糙度值。(Ra0.40.1m)。在加工大型精密外圆表面时，精细车可以代替磨削加工。精细车所使用的车床应具备较高的精度和刚度。（二） 外圆车削的工艺特点1生产率较高 外圆车刀结构简单、刚性好、制造、刃磨、安装方便，且车削过程是连续的，比较平稳，故可行高速切削或强力切削。2应用广泛 （车加工工序） 不仅轴和盘套类零件上的外圆可进行切削，而且其他能在车床上装夹的零件，其外圆也可进行车削。3加工的材料范围较广 钢、铸铁、非金属和某些金属均可车削。当非铁金属加工精度很高和表面粗糙度要求很小时，可在精车之后进行精细车，以代替磨削。（三） 细长轴外圆的车削加工细长轴-长径比（L/D510），其刚度很差，车削时容易弯曲和振动，产生腰鼓形或竹节形误差而不能保证加工质量。因此，必须采取有效措施来解决车削时的变形、振动等问题。1改进工件中的装夹工件的装夹采用一端在卡盘中夹紧，另一端支顶在顶尖中。 (图6-1)为了避免工件因切削热而膨胀伸长，而引起弯曲变形，尾顶尖采用弹性尾架顶尖，它能自动伸缩。在工件的左端绕上较细的钢丝（图6-1），以减少接触面积，使工件在卡盘内能自由调节其位置，可避免被卡爪卡死而引起弯曲变形。在卡盘一端的工件上车出一个缩颈部分(图6-2)，缩颈直径dD2(D为工件的坯料直径)，因而增加了工件的柔性，起到与万向接头类似的作用，缓解了由于坯料本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心线歪斜的影响。采用（图6-3）跟刀架。它有三个铸铁支承块，其圆弧面R经过和工件配研贴合紧密，宽度B常取工件直径的1.21.5倍。切削时工件外圆被限制在刀具和三个支承块之间，能有效地提高工件的刚性，减少切削振动和加工误差。粗车时跟刀架的支承块装在刀尖后面12mm处（图6-4a）；精车时则装在刀尖前面(图6-4b)，以防止划伤已精车的工件表面。2选择合理的切削方法 反向切削法（图6-1）-采用由车头向尾座走刀。这时在轴向切削力Fx的作用下，从卡盘到车刀区段内，工件受到的是拉力；利用可伸缩的活顶尖，而不会把工件顶弯。选择较大的进给量和主偏角，增大了轴向切削力，工件在大的轴向拉力作用下，能有效地消除径向颤动，使切削过程平稳。3合理地选择刀具 粗车刀(图6-5)常用较大的主偏角(75)。以增大轴向力而减少径向力，可以防止工件的弯曲变形和振动。选用较大的前角(1520和较小的后角( 3)，以减少切削力又可加强刃口强度。通过磨出卷屑槽和选用十5的刃倾角，以控制切屑的顺利排出。刀片材料宜采用强度和耐磨性较好的硬质合金如Yw1，或YG 6A。精车刀常用宽刃高速钢刀片，装在图6-6所示的弹性可调节刀排内。刀片装入刀排内形成25的前角和10的后角，并旋转形成1.52的刃倾角，刀刃宽度B(1.31.55)f。切削时采用大进给星、低速切削(f1020mmr，v12mmin)。这种大前角、无倒棱的宽刀，刀刃易于切人工件，切下很薄的切屑，便于消除粗车时留在工件上的形状误差。刃倾角和弹性刀杆使得切入平稳并防让振动和啃刀，低速切削时可以避免积屑瘤和振动，宽平刀刃可以修光工件表面，因此可以获得良好的加工质量。粗车刀安装时刀尖可比工件中心高0.10.15mm，使刀尖部分的后刀面压住工件，车刀此时相当于跟刀架的第四个支承块，有效地增强了工件的刚度。精车时刀具安装高度低于中心0.10.15mm，以增大后角减少刀具磨损，并可使弹性刀杆让动时刀刃不会啃人工件。二、外圆表面的磨削（磨外圆）磨削加工是用砂轮作切削工具，是外圆精加工的主要方法。它既能加工淬火的黑色金属零件，也能加工不淬火的硬度较高的黑色金属零件和有色金属。外圆磨削分为粗磨、精磨、光整加工。(一)砂轮砂轮是重要的磨削工具。它是用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的多孔疏松物体（砂轮形状与代号）。砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。砂轮的组织是指砂轮中磨科、结合剂和气孔三者间的体积比例关系。按磨料在砂轮中所占体积的不同，砂轮的组织分为紧密、中等和疏松三大类（表2-5）。 组织号越大，磨粒所占体积越小，表明砂轮越疏松。这样，气孔就越多砂轮不易被切屑堵塞，同时可把冷却液或空气带入磨削区，使散热条件改善。但过分硫松的砂轮，磨粒含量少，容易密钝，砂轮廓形也不容易保持长久。生产中最常用的是中等组织(组织号47)的砂轮（表5-5）。表5-5砂轮的组织及选用组织号01234567891011121314磨粒率（%）626058565452504846444240383634用途成形磨削，精密磨削磨削淬火钢，刀具刃磨磨削韧性大而硬度不高的材料磨削热敏感性大的材料(二)磨削过程从本质上来看，磨削也是一种切削，砂轮表面上的每一个磨粒，可以近似地看成一个微小刀齿。砂轮上比较锋利而凸出的磨粒可以切下切屑；不太凸出或磨钝的磨粒，只在工件表面上刻划出细小的沟痕；比较凹下的磨粒，只从工件表面上滑擦而过。即使比较锋利且凸出的磨粒，其切削过程大致可分为三个阶段(图3-41)：1滑擦阶段磨粒从工件表面上滑擦而过，只有弹性变形而无切屑。2刻划阶段随着挤入深度增大逐步增大，表面金属由弹性变形逐步过渡到塑性变形，就表示磨削过程进入刻划阶段。此时磨粒切入金属表面，磨粒的前方及两侧出现表面隆起现象，在工件表面刻划成沟纹。3切削阶段随着切削厚度酌增加，在达到临界值时，被磨粒报挤的金属明显地滑移而形成切屑。(三)磨削工艺特点1精度高、表面粗糙度小 砂轮表面有极多的切削刃，并且刃口圆弧半径rn小。磨粒上锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属 ，切削厚度可以小到数微米（图3-42）。磨床有较高的精度和刚度，并有实现微量进给机构，可以实现微量切削。磨削的切削速度高，磨削时有很多切削刃同时参加切削，每个磨刃只切下极细薄的金属，残留面积的高度很小，有利于形成光洁的表面。2砂轮自锐性在磨削过程中，磨粒的破碎产生新的较锋利的棱角，以及由于磨粒的脱落而露出一层新的锋利磨粒，能够部分地恢复砂轮的切削能力，这种现象叫做砂轮的自锐作用，也是其他切削刀具所没有的。在实际生产中，可利用这一原理进行强力连续切削，提高生产力。3磨削的径向磨削力Fy大Fy作用在工艺系统刚性较差的方向上。因此，加工 刚性较差的工件时，应采取相应的措施。4磨削温度高磨削时切削速度高，再加上磨粒多为负前角，挤压和摩擦严重，产生的切削热多，加上砂轮的导热性很差，大量的磨削热在磨削区形成瞬时高温容易造成工件表面烧伤和微裂纹。因此，磨削时应采用大量的切削液以降低磨削温度。(四)外圆表面的磨削方法粗磨后工件的精度可达到IT8IT9，表面粗糙度为Ra1.60.8m，精磨后工件的粗糙度可达IT6IT7，表面粗糙度为Ra0.80.2m1.中心磨削法 中心磨削法是在外圆磨床上以工件的两顶尖孔定位进行外圆磨削。（1）纵向进给磨削法 如图6-7所示，磨削时工件每往复一次(或单行程)砂轮横向进给一次，由于走刀次数多，故生产率较低，但能够获得较高的精度和较小的表面租糙度，因而应用范围较广。除可磨削外圆柱面外，通过转动磨床的工作台，还可以磨削锥度不大的外圆锥面。(2)横向进给磨削法 又称切人磨法。如图6-8(a)所示，磨削时砂轮作连续横向(径向)进给运动，砂轮宽度要大于工件被磨表面的宽度(一般约大510mm)。由于这种磨削方法不用纵向进给故一般横磨机床砂轮能作纵向5 mm左右的抖动，以便改善砂轮表面不平整而增大工件表面粗糙度的不良状况。横磨法采用了宽砂轮和连续进给，生产率高，但径向力大要求机床、工件、刀具有足够的刚度，其加工质量比纵磨法要低；横磨法还可以磨削同个零件上的几个表面和成形面(图6-8(b)、(c)，故在成批大量生产中得到广泛的应用。(3)综合磨削法 即先用横磨法分段粗磨被加工表面的全长，相邻各段搭接515mm，最后用纵磨法进行精磨。此法兼有横磨法生产率高和纵磨法加工质量好的优点，适用于成批生产中磨削刚度好的长轴外圆表面。2无心磨削法（图5-13教材中）为无心磨床的加工原理图。无心磨床磨削外圆时，工件不是用顶尖或卡盘定心，而是直接由托板和导轮支承用被加工表面本身定位。图中1为磨削砂轮，以高速旋转作切削主运动，导轮3是用树脂或橡胶为结合剂的砂轮，它与工件之间的摩擦系数较大，当导轮以较低的速度带动工件旋转时，工件的线速度与导轮表面线速度相近。工件4由托扳2与导轮3共同支承，工件的中心一般应高于砂轮与导轮的连心线，以免工件加工后出现棱圆形。无心外圆磨削有两种方式：贯穿磨削法(纵磨法)-将工件从机床前面放到托板上并推至磨削区。导轮轴线在垂直平面内倾斜一个角度，导轮表面经修整后为一回转双曲面，其直母线与托板表面平行。工件被导轮带动回转时产生一个水平方向的分速度(图5-13(b)，从导轮与磨削砂轮之间穿过。贯穿法磨削时，工件可以一个接一个地连续进入磨削区，生产率高且易于实现自动化。贯穿法可以磨削圆柱形、圆锥形、球形工件，但不能磨削带台阶的圆柱形工件。切人磨削法-导轮轴线的倾斜角度很小，仅用于使工件产生小的轴向推力，顶住挡块5而得到可靠的轴向定位(图5-13（c）