《机械制造技术》-第六章

6.1概述6.1.1外圆表面加工方法外圆表面是构成零件的基本表面，根据外圆表面的尺寸、材料及加工要求不同，可选择不同的加工方法，如车削、磨削和各种光整加工方法。车削是最经济的加工方法，适宜作为外圆表面的粗加工和半精加工工序。磨削加工切削速度高、切削量较小，是外圆表面最主要的精加工方法，适用于各种高硬度材料和淬火后零件的精加工。但是，在某些情况下，磨削也可以作为粗加工工序。光整加工是精加工之后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。下一页返回6.1概述6.1.2外圆表面加工方案及其选择加工外圆表面可采用各种不同的方法以达到规定的技术要求。不同加工方法的组合即为加工方案。表6-1即为外圆表面的加工方案。返回上一页

6.2.1概述1.车床的种类按结构和用途的不同，车床可分为如表6-2所示的类型。2.卧式车床的分类和工艺范围（1）分类。根据不同的功能要求，卧式车床可分为卧式车床（普通车床）、马鞍车床、精整车床、无丝杠车床、卡盘车床、落地车床和球面车床等。根据被加工工件的大小或卧式车床的重量，可分为小型、中型和大型等。（2）工艺范围。卧式车床的工艺范围广，能进行多种表面的加工。如图6-4所示。如果再附加一些机床附件，工艺范围还能进一步扩大。下一页返回6.2车削6.2车削6.2.2CA6140卧式车床CA6140卧式车床的外形如图6-5所示。下一页返回上一页6.2车削下一页返回上一页6.2车削下一页返回上一页6.2车削2.传动系统CA6140卧式车床的传动系统如图6-6所示，由主运动传动链、螺纹进给运动传动链、纵向机动进给传动链、横向机动进给传动链和刀架快速移动传动链组成。（1）主运动传动链。主运动传动链的传动路线表达式为下一页返回上一页6.2车削下一页返回上一页6.2车削（2）螺纹进给运动传动链。CA6140卧式车床能够车削米制、英制、模数制和径节制4种标准螺纹，还能够车削大导程、非标准和较精密的螺纹，这些螺纹可以是左旋的，也可以是右旋的，如图6-6所示。车削螺纹进给传动链的功能就是要得到上述各种螺纹的导程。表6-3列出了米制、英制、模数制和径节制４种螺纹的螺距参数及其与螺距P、导程L之间的换算关系。下一页返回上一页6.2车削在平衡式中，通过改变传动链中的传动比u，就可以得到要加工的螺纹导程LICA6410型车床车削上述各种螺纹时传动路线表达式为下一页返回上一页6.2车削下一页返回上一页6.2车削下一页返回上一页6.2车削这表明，当车削螺纹传动链其他部分不变时，只做上述调整，便可使螺纹导程比正常导程相应地扩大4倍或16倍。在CA6140型车床上，通过扩大螺距机构，所能车削的最大米制螺纹导程为192mm。具体地说，主轴转速是10～32r/min时，导程可扩大16倍；主轴转速是40～125r/min时，导程可扩大4倍；主轴转速更高时，导程不能扩大，这也正好符合大导程螺纹只能在低速时车削的实际需要。下一页返回上一页6.2车削必须指出，扩大螺距机构的传动比u扩是由主运动传动链中背轮机构齿轮的啮合位置所确定的，而背轮机构一定的齿轮啮合位置，又对应一定的主轴转速，因此，主轴转速一定时，螺纹导程可能扩大的倍数是确定的。具体来讲，主轴转速是10～32r/min时，导程可扩大16倍；主轴转速是40～125r/min时，导程可扩大4倍；主轴转速更高时，导程不能扩大，这也正好符合大导程螺纹只能在低速时车削的实际需要。下一页返回上一页6.2车削当需要车削非标准螺纹和精密螺纹时，需将进给箱中的齿式离合器M3、M4和M5全部接合上，此时，轴Ⅻ、XⅣ、XⅦ和丝杠XⅧ连成一体，运动由挂轮直接传给丝杠，被加工螺纹的导程Ｌ工可通过选配挂轮来实现，因此可以车削任意导程的非标准螺纹。同时，由于传动链大大地缩短，减少了传动件制造和装配误差对螺纹螺距精度的影响，若选用高精度的齿轮作为挂轮，则可加工精密螺纹。挂轮换置公式为下一页返回上一页6.2车削（3）纵向和横向机动进给传动链。纵向进给用于外圆车削，横向进给用于端面车削。为了减少丝杠的磨损和便于操纵，机动进给是由光杠经溜板箱传动的，其传动路线表达式为下一页返回上一页6.2车削CA6140型车床纵向机动进给量有64级。其中，当进给运动由主轴经正常螺距米制螺纹传动路线时，可获得范围为0.08～1.22mm/r共32级正常进给量；当进给运动由主轴经正常螺距英制螺纹传动路线时，可获得范围为0.86～1.59mm/r共8级较大进给量；若接通扩大螺距机构，选用米制螺纹传动路线，并使ｕ倍＝1/8，可获得范围为0.028～0.054mm/r共8级用于高速精车的细进给量；而接通扩大螺距机构，采用英制螺纹传动路线，并适当调整增倍机构，可获得范围为1.71～6.33mm/r共16级供强力切削或宽刃精车之用的加大进给量。下一页返回上一页6.2车削分析可知，当主轴箱及进给箱中的传动路线相同时，所得到的横向机动进给量级数与纵向相同，且横向进给量ｆ横＝1/2ｆ纵，这是因为横向进给经常用于切槽或切断，容易产生振动，切削条件差，故使用较小进给量。（4）刀架快速移动传动链。刀架的快速移动是由装在溜板箱内的快速电动机（0.25kW,2800r/min）驱动的。按下快速移动按钮，启动快速电动机后，由溜板箱中的双向离合器M8和M9控制其纵、横双向快速移动。刀架快速移动时，可不必脱开机动进给传动链，在齿轮56与轴XX之间装有超越离合器M6，可保证光杠和快速电机同时传给轴XX运动而不相互干涉。下一页返回上一页6.2车削3.典型机构（1）主轴箱。①主轴组件。主轴组件如图6-7所示。主轴是一个空心阶梯轴，其内孔用于通过长棒料。主轴前端的莫氏6号锥孔用于安装前顶尖或心轴。主轴的前支承是Ｄ级精度的3182121型双列圆柱滚子轴承13，用于承受径向力。后支承有两个滚动轴承，一个是Ｄ级精度的46215型角接触轴承4，大口向外安装，用于承受径向力和由后向前方向的轴向力，后支承还采用一个Ｄ级精度的8215型推力球轴承5，用于承受由前向后的轴向力。下一页返回上一页6.2车削前支承轴承13径向间隙的调整方法如下：松开主轴前端螺母14，并松开前支承左端调整螺母11上的锁紧螺钉10。拧动螺母11，推动轴套12，轴承13的内环相对于主轴锥面（1∶12的锥度）作轴向移动，内孔在轴向移动的同时作径向弹性膨胀，从而调整轴承的径向间隙或预紧程度。调整后，再将螺母14和螺母11上的锁紧螺钉10拧紧。后支承的轴承4的径向间隙、轴承5的轴向间隙是用螺母１同时调整的，其方法是松开调整螺母１上的锁紧螺钉2，拧动螺母1，推动左轴套3和轴承4的内环，调整轴承4的间隙；同时，向后拉轴承5及右轴套6，调整轴承5的轴向间隙。下一页返回上一页6.2车削主轴的径向圆跳动及轴向窜动允差都是0.01mm，当主轴的跳动量超过允许值时，一般情况下，只需要适当地调整前支承的间隙，就可使主轴的跳动量调整到允许值以内，如果径向圆跳动仍达不到要求，再调整后轴承。主轴装有3个齿轮。右端的斜齿轮9空套在主轴15上，采用斜齿轮可以使主轴运转比较平稳；由于是左旋齿轮，在传动时作用于主轴上的轴向分力与纵向切削力方向相反，因此，还可以减小主轴后支承所承受的轴向力。中间齿轮8是滑移齿轮，它是内齿离合器。当离合器处在中间位置时，主轴空档，此时可较轻快地扳动主轴转动以便找正工件或测量主轴旋转精度。当离合器在左面位置时，主轴高速运转；移到右面位置时低速运转。左齿轮７固定在主轴上，用于进给传动链。下一页返回上一页6.2车削②主轴前端结构。安装卡盘座4时，如图6-8所示，使事先装在卡盘座4上的4个双头螺柱母5通过主轴肩及锁紧盘2的圆柱孔，然后将锁紧盘2转过一个角度，使双头螺柱5位于锁紧盘2的沟槽内，并拧紧螺钉1和螺母6，就可以使卡盘可靠地安装在主轴的前端。③离合器、制动器操纵机构。双向多片离合器装在轴Ⅰ上，如图6-9所示，左离合器推动主轴正转，右离合器反转。图6-9剖开部分是左离合器，图中内摩擦片2装在轴Ⅰ的花键上，与轴Ⅰ一起旋转，外摩擦片3的4个凸起装在齿轮1的缺口槽中，外摩擦片空套在轴Ⅰ上。当拉杆9通过销5向左推动压块7时，使内摩擦片2与外摩擦片3相互压紧，于是轴Ⅰ的运动便通过内、外摩擦片之间的摩擦力传给齿轮1，使主轴正向转动。下一页返回上一页6.2车削同理，当压块7向右压时，可使右离合器的内外摩擦片压紧，使主轴反转；压块7处于中间位置时，左、右离合器处于脱开状态，这时轴虽然转动，但离合器不传递运动，主轴处于停止状态。离合器的结合或脱开由手柄21操纵，它位于进给箱及溜板箱的右侧。当向上扳扳动手柄21时，轴20向外移动，扇形齿轮18顺时针方向转动，齿条轴17通过拨叉24使滑套10向右移动。滑套10的内孔两端为锥孔，中间为圆柱孔。滑套10向右移动时就将元宝杠杆11的右端向下压。下一页返回上一页6.2车削由于元宝杠杆11是用销23装在轴Ⅰ上的，所以这时元宝杠杆11就向顺时针方向摆动，于是元宝杠杆11的下端的凸缘便推动装在轴Ⅰ内孔中的拉杆9向左移动，拉杆9通过左端的销5带动压块7，使压块7向左压。故将手柄21扳到上端位置时，左离合器压紧，这时就可以推动主轴正转。同理，将手柄21扳至下端位置时，右离合器压紧，主轴反转。当手柄21处于中间位置时，离合器脱开，主轴停止转动。制动器（刹车）安装在轴Ⅳ上，它的功能是在多片离合器脱开的时刻制动主轴，使主轴迅速停止转动，以缩短辅助时间。制动器的结构如图6-9所示，它是由装在轴Ⅳ上的制动盘16、制动带15、调节螺钉12、弹簧13和杠杆14等组成的。下一页返回上一页6.2车削制动盘16是一个圆盘，它和轴Ⅳ用花键连接。制动带15为一条钢带，在它的内侧固定一层夹铁砂帆布，以增加摩擦面的摩控系数。制动带15的一端与杠杆14相连接。制动器和多片离合器共用一套操作机构。制动器也是由手柄21操作的。当离合器脱开时，齿条轴17上的凸起正处于与杠杆14下端相接触的位置，使杠杆14向逆时针方向摆动，将制动带拉紧，使轴Ⅳ与主轴迅速停止旋转。当齿条轴17移向左端或右端位置时，多片离合器接合，主轴旋转。制动时，制动带15在制动盘16上的拉紧程度应适当。如果制动带15拉得不紧，就不能起到制动作用，制动时主轴则不能迅速停止；但如果制动带15拉得过紧，则摩擦力太大，将烧坏摩擦表面。制动带的拉紧程度由调节螺钉12调整。下一页返回上一页6.2车削④变速操纵机构。图6-6中轴Ⅱ的双联滑移齿轮和轴Ⅲ上的三联滑移齿轮用一个手柄操纵，如图6-10所示，变速手柄每转1转，变换全部6种转速，故手柄共有均布的6个位置。变速手柄装在主轴箱的前壁上，通过链传动轴４上有盘形凸轮3和曲柄2。凸轮3上有一条封闭的曲线槽，由两段不同半径的圆弧和直线组成。凸轮3上有6个变速位置，位置a、b、c使杠杆5上端的滚子处于凸轮槽曲线的大半径圆弧处，杠杆5经拨叉6将轴Ⅱ上的双联滑移齿轮移向左端位置。位置d、e、f则将双联滑移齿轮移向右端位置。曲柄２随轴４转动，带动拨叉，拨动轴Ⅲ上的三联齿轮，使它位于左、中、右3个位置，顺次转动手柄，就可使两个滑移齿轮的位置实现6种组合，使轴Ⅲ得到6种转速。下一页返回上一页6.2车削（2）溜板箱。①溜板箱外形图。如图6-11所示，1为纵向手动移动手轮；2为手动液压泵手柄，拉压手柄，可将润滑油泵至床身、导轨和溜板箱内的各润滑点；3为开合螺母操纵手柄，顺时针扳动，使溜板箱内一对开合螺母与丝杠啮合，可以车削螺纹。为避免丝杠、光杠同时接通而造成机床损坏，两者的操纵机构之间有互锁装置，4为纵、横向机动进给与快速移动机构的操纵手柄及快速移动按钮；5为主轴正、反转启动手柄，它控制主轴箱内的摩擦离合器和制动器，使主轴正、反转或停车。下一页返回上一页6.2车削②溜板箱操纵机构。如图6-12所示，轴8的轴向位置是固定的，当手柄1绕a向左或向右摆动时，拨动轴3作轴向移动，经杠杆4和推杆5使凸轮6转动，凸轮6的螺旋槽带动拨叉7将双面牙嵌式离合器Ｍ8拨向啮合位置，接通了纵向进给运动（此时Ｍ9在脱开位置），进给方向跟手柄扳动后的方向一致。当接通任意一个方向的机动进给后，按压手柄中心的按钮，就可启动快速电机而获得该方向的快速移动。盖2上开有十字槽，以控制手柄的摆动位置，当手柄处于十字槽中心时，离合器Ｍ9及Ｍ9都脱开，机床各向进给均停止而此时允许开合螺母与丝杠啮合以加工螺纹。下一页返回上一页6.2车削③为了避免光杠ⅪX和快速电动机同时转动而造成轴XX损坏，在溜板箱轴XX与左端齿轮56之间装有超越离合器6和安全离合器7，如图6-13所示。由光杠传来的进给运动（低速），使外环1（即齿轮56）按图示逆时针方向转动。3个短圆柱滚子3分别在弹箦5的弹力与外环1的摩擦力作用下，楔紧在外环1和星形体2之间，外环通过滚子3带动星形体2一起转动，于是运动便经过超越离合器6、安全离合器7，传至轴XX，实现正常的机动进给。当按下快速移动按钮时，快速电机的运动由齿轮副13/29传至轴XX，使星形体2得到一个与齿轮56转向相同而转速却快得多的旋转运动（高速）。这时，滚子3与外环1及星形体2之间的摩擦力使滚子3通过柱销4压缩弹簧5而向楔形槽的宽端滚动，星形体2脱开外环１而快速转动，这时光杠XⅨ不再驱动轴XX，溜板箱可实现快速移动。下一页返回上一页6.2车削一旦快速电动机停止转动，超越离合器自动结合，光杠XⅨ继续驱动轴XX，溜板箱立即恢复正常的机动进给运动。（3）滑板刀架。滑板刀架由床鞍1、中滑板2、转盘3、小滑板4和方刀架5组成，如图6-14所示。①床鞍。床鞍１通过本身的导轨槽安装在床身的导轨上，在床鞍的前、后侧各装有两块压板13（图中未标出前侧压板），利用平镶条12调整床鞍与导轨间的配合间隙。拧紧可调压板11的调节螺钉可将床鞍锁紧在床身导轨上，以防车削大端面时，刀架纵向移动，影响加工精度。下一页返回上一页6.2车削②中滑板。中滑板2装在床鞍顶面的燕尾导轨上。此燕尾导轨与床鞍1、V形导轨槽保持严格的垂直度，以保证横车的精度。中滑板2由横向进给丝杠螺母副传动，沿燕尾导轨作横向移动。燕尾导轨的松紧程度由螺钉14和16来改变带斜度镶条15的位置进行调整。横向进给丝杠采用可调整间隙的双螺母结构。螺母6和8中间用楔块7隔开，8为固定螺母，当丝杠螺母间间隙过大时，先将螺母6的紧固螺钉10松开，然后拧动螺钉9将楔块7向上拉使螺母向右移动，从而消除丝杠螺母间的间隙。调整好后，重新拧紧螺钉10，使螺母固定在中滑板上。③转盘。转盘3安装在中滑板的顶面上，用它下面的圆形凸台与中滑板中间的止口配下一页返回上一页6.2车削合，以定中心，用安装在环形T形槽中的两个螺栓紧固。转盘的燕尾导轨上安装着小滑板4。因此，小滑板4及其上的方刀架可以转±90°的角度，以车削大锥度。④方刀架。方刀架5的结构如图6-15所示。它安装在小滑板上，以小滑板的圆柱凸台定中心。方刀架有4个工件位置，当需要刀架转位时，先逆时针方向转动手柄8，使刀架体松开，同时通过花键套筒5、7和单向斜齿离合器使凸轮14转动。凸轮14转动时其斜面ａ将定位销17在定位孔中拔出。继续转动手柄8，凸轮缺口ｂ面与方刀架体上的固定销19相碰，通过固定销19推动刀架转位，定位钢珠从定位孔中滑出，当刀架转到所需位置时，钢珠进入另一定位孔，进行粗定位。下一页返回上一页6.2车削然后反转手柄，凸轮13依靠弹簧6压向斜齿离合器所产生的摩擦力，也跟随反向转动，它的斜面退离定位销17，使定位销17在弹簧16作用下进入新的定位孔中作精确定位，刀架体不能再转动。手柄继续顺时针转动，在凸轮转到其缺口侧面ｃ与固定销19相碰不能再转时，花键套筒与凸轮断面之间的单斜齿离合器便开始打滑，因此不影响手柄继续转动，直到将刀架体夹紧。6.2.3工件装夹与车床附件工件的装夹速度和精度，直接影响生产率和加工质量。工件的形状、尺寸和加工质量不同采用的装夹方法也不相同。装夹时常用的车床附件有以下几种。下一页返回上一页6.2车削1.三爪自定心卡盘图三爪自定心卡盘的结构如图6-16（a）所示，它是通过连接盘（也称法兰盘）安装在车床主轴上的。使用时，将扳手方头插入小圆锥齿轮的方孔中转动，小圆锥齿轮就带动大圆锥齿轮转动，大圆锥齿轮背面的平面螺纹与3个卡爪背面的螺纹相啮合。当平面螺纹转动时，就带动3个卡爪作同步径向移动。三爪自定心卡盘的卡爪有正爪和反爪之分，也有一副卡爪可正反通用。反爪用来装夹较大直径的工件。安装卡爪时，要注意每个卡爪要与卡盘上的槽相对应。三爪自定心卡盘能自动定心，校正和安装工件简单迅速，也可用工件端面较大的孔装夹，但夹紧力小，不能装夹不规则形状和大型工件。下一页返回上一页6.2车削2.四爪单动卡盘四爪单动卡盘的外形如图6-16（b）所示。它有4个各不相关的卡爪1、2、3、4，每个爪的后面有一半内螺纹与丝杠啮合，当扳手方头插入丝杠方孔转动丝杠时，与它啮合的卡爪就单独移动，以适应工件形状需要。卡盘也是通过连接盘安装在车床主轴上的。四爪单动卡盘可装成正爪和反爪两种。四爪单动卡盘夹紧力较大，但校正工件比较麻烦，适用于单件或小批生产中安装较重或形状不规则的工件。下一页返回上一页6.2车削3.顶尖和鸡心夹头顶尖和鸡心夹头如图6-17所示。安装工件时，由装在主轴和尾座锥孔的两个顶尖顶入工件两端已钻好的中心孔内予以支承和定位。安装在主轴上的拨盘，通过夹在工件上的鸡心夹头可带动工件旋转进行车削工件。顶尖可分为死顶尖和活顶尖两种。车削时，死顶尖和工件中心孔之间由滑动摩擦而产生高温，高速车削时，钢料顶尖往往被退火、磨损或烧坏。因此，目前常采用镶硬质合金的顶尖，如图6-18（b）所示。支承细小工件时可用反顶尖，如图6-18（c）所示。图6-18（d）为活顶尖的结构。它的顶尖与工件一起转动可避免顶尖和工件中心孔之间的摩擦，能承受很高的旋转速度，但活顶尖存在装配累积误差，当轴承磨损后，会使顶尖产生径向摆动，降低加工精度。下一页返回上一页6.2车削4.中心架与跟刀架当车削特别长的轴类工件（L/D>10）时，要使用辅助支承———中心架或跟刀架，以防止工件的弯曲变形。较长轴类工件在端面、钻孔或车孔时，也要以中心架作为支承。使用这两种附件时，在工件的支承部件都必须预先车出光滑的定位用圆柱面。中心架使用情况如图6-19（a）所示。中心架用压板固定在床身导轨上，3个径向布置的支承柱3可以用手柄2单独调节，支承柱3用支承4支承工件加工好的光滑面上，调节支承柱3使工件轴线与回转轴线重合，且与工件接触松紧适当，然后压紧螺母1。跟刀架使用情况如图6-19（b）所示。跟刀架固定在床鞍上，并与车刀同步移动。跟刀架一般只有两个支承柱６，另一个支承柱由车刀５代替。跟刀架的支承柱在工件上的支承部位，一般是车刀刚车出的部位，因此每次走刀前必须重新调节支承柱，并保持松紧适当的接触。下一页返回上一页6.2车削5.花盘花盘的工作平面上有若干径向排列的直槽，可用螺栓3、压板4等将工件1压紧在花盘平面上，如图6-20(a)所示。根据工件的结构特征和加工部位的需要，有时还将工件装夹在弯板（有两个互相垂直平面的角铁）上，弯板固定在花盘5上，如图6-20（b）所示。安装工件时，应根据工件7上事先画好的基准线（内、外圆或十字线）进行找正，然后用螺栓８和压板等压紧工件。若工件质量不均衡，必须在花盘上加装平衡铁６予以平衡，以防振动和保证安全。花盘主要用于单件、小批生产中形状比较特殊的零件安装。下一页返回上一页6.2车削6.2.4车刀的种类（1）整体车刀。如图6-21（a）所示，用整块高速钢做成长条形状，俗称“白钢刀”。刃口可磨得较锋利，主要用于小型车床或加工有色金属。（2）焊接车刀。如图6-21（b）所示，它是将一定形状的刀片和刀柄用钎焊连接成一体的车刀，一般刀片选用硬质合金,刀柄用45钢。（3）机夹车刀。如图6-22所示，机夹车刀是指用机械方法定位、夹紧刀片，通过刀片体外刃磨与安装倾斜，综合形成刀具角度的车刀。机夹车刀的优点在于避免焊接所引起的缺陷，刀柄能多次使用，刀片夹紧方式分为图6-22（a）上压式和图6-22(b）侧压式两种。下一页返回上一页6.2车削（4）可转位车刀。如图6-23所示，可转位车刀是将可转位刀片用机械夹固的方法装夹在特制刀杆上的一种车刀。刀片上压制出断屑槽，周边经过精磨。刃口磨钝后将夹紧件松开，刀片转位，重新夹紧，就可投入使用，只有当全部切削刃都用钝后才需要更换新刀片。可转位车刀优点是不用焊接，避免了焊接、刃磨引起的热应力，提高刀具寿命及抗破坏能力；刀片转位、更换方便，刀杆可重复使用；刀具已标准化，能实现一刀多用。可转位车刀刀片形状很多，如图6-24所示。（5）成型车刀。如图6-25所示。成型车刀又称样板刀，是在普通车床、自动车床上加工内外成形表面的专用刀具，用它能一次切出成形表面，故操作简便，生产率高。成型车刀制造较为复杂，当切削刃的工作长度过长时，易产生振动，故主要用于批量加工小尺寸的零件。返回上一页6.3磨削加工6.3.1概述磨削加工是在磨床上用磨料磨具（如砂轮、沙带、油石、研磨料等）为工具进行切削的加工方法，是零件精加工的主要方法之一。它的应用范围很广，不仅能加工一般材料，如钢、铸铁等，还可以加工一般刀具难以加工的材料，如淬火钢、硬质合金、玻璃及陶瓷等，但不适合加工塑性较大的有色金属材料（如铜、铝及其合金）。磨削加工可以达到的经济精度为IT5～IT6，表面粗糙度Ra值1.25～0.32μｍ。磨削面磨削。预磨的工件精度可达IT8～ＩIT9，表面粗糙度Ra值1.0～1.25μｍ；精磨的工件精度可达IT6～IT8，表面粗糙度Ra值为1.25～0.63μｍ；镜面磨削后工件的精度为IT5，表面粗糙度Ra值可达到0.01μｍ。下一页返回6.3磨削加工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。6.3.2砂轮1.砂轮的性能砂轮是由很多磨粒用黏结材料结合在一起经烧结而成的多孔体。如图6-26所示，砂轮的结构由磨粒、结合剂和空隙构成。其中磨具表面无数高硬度的锋利磨粒作为刀具起切削作用，在砂轮高速旋转时，磨粒切除工件上一层薄金属，形成光洁精确的加工表面；结合剂黏结磨粒使磨具形成适用于不同加工要求的各种形状，并在磨削过程中保持形状稳定；孔隙用于容屑、散热，均匀产生自砺效果，避免整块崩裂失去砂轮合适的轮廓形状。砂轮的性能主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定的。下一页返回上一页6.3磨削加工（1）磨料。磨料在磨削中担负主要的切削工作。磨料必须具备高硬度、高耐热性、耐磨性和一定的韧性，还要具有相当锋利的形状，以利磨削金属。常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨料系三大类，其代号、特点及应用范围如表6-4所示。各种磨料中，立方氮化硼是近年发展起来的新型磨料，它的硬度虽然比金刚石略低，但它的耐热性（1400℃）比金刚石（800℃）几乎高１倍，而且对铁元素的化学惰性高，所以特别适合磨削既硬又韧的钢材。在加工高速钢、磨具钢、耐热钢时，立方氮化硼的工作能力超过金刚石5～10倍。同时，立方氮化硼的磨粒切削刃锋利，在磨削时可减少加工表面材料的塑性变形，因此，磨出的表面粗糙度值比用一般砂轮小1～2级。下一页返回上一页6.3磨削加工（2）粒度。粒度是指磨料颗粒尺寸的大小。颗粒尺寸大于40μｍ的磨料，称为磨粒。用筛选法分级，粒度号以磨粒通过的筛网上每英寸长度内的孔眼数表示。如60＃的磨粒表示其大小刚好能通过每英寸长度上有60孔眼的筛网。颗粒尺寸小于40μｍ的磨料，称为微粉。用显微测量法分级，用Ｗ和后面的数字表示粒度号，其Ｗ后的数值代表微粉的实际尺寸。如Ｗ20表示微粉实际尺寸为20μｍ。粒度的选用如表6-5所示。（3）结合剂。结合剂起黏结磨粒的作用。结合剂的性能对砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性及耐热性有显著影响，并对磨削温度及磨削表面质量有一定影响。下一页返回上一页6.3磨削加工结合剂应具有良好的黏结性能，保证磨具高速旋转且不破裂；有足够的耐磨性，以承受摩擦；对磨粒有适当的把持力，使磨粒锋利时不脱落，磨钝后及时更新，保持磨具良好的磨削性能；具有较好的物理化学性能、一定的抗腐蚀能力，以适应不同的环境。结合剂的性能及用途如表6-6所示。（4）硬度。砂轮硬度是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下脱落的难易程度。砂轮硬，表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示砂轮容易脱落。砂轮的硬度与磨料的硬度是完全不同的两个概念。硬度相同的磨料可以制成硬度不同的砂轮，砂轮的硬度主要取决于结合剂性质、数量和砂轮的制造工艺。例如，结合剂与磨粒粘固程度越高，砂轮硬度越高。砂轮的硬度等级如表6-7所示。下一页返回上一页6.3磨削加工在磨削时，磨粒磨钝后会从砂轮表面上自行脱落下来，使新的磨粒露出并代替旧磨粒进行磨削，这一过程称为砂轮的自砺性。砂轮的硬度要选择适当，选择的原则如下。①工件材料硬，砂轮硬度应选用软一些，以便砂轮磨钝磨粒及时脱落，露出锋利的新磨粒并继续正常磨削，即砂轮能及时自砺，避免磨削温度过高而烧伤工件。例如磨削硬质合金时选软的G；磨削淬火的合金钢、高速钢可选K～L，比前者选得略硬一些；加工未淬火的钢，砂轮可选更硬一些的M～N。加工软材料时，由于易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬一些。但对于像有色金属这种特别软而韧的材料，由于切屑容易堵塞砂轮，砂轮的硬度可选较软一些的。下一页返回上一页6.3磨削加工②砂轮与工件接触面积和弧长较大时，砂轮硬度应选软一些，以便磨钝砂粒及时脱落，以免磨屑堵塞砂轮表面引起表面烧伤。内圆磨削和端面平磨时，砂轮硬度应比外圆磨削的砂轮硬度低。磨削薄壁零件及导热性差的工件时，砂轮硬度也应选得低些。③精磨和成形磨削时，应选用硬一些的砂轮，以保持砂轮必要的形状精度。④砂轮的粒度越大时，为避免砂轮堵塞，应选用硬度低一些的砂轮。⑤磨有色金属、橡胶、树脂等软材料应选用较软的砂轮，以免砂轮堵塞。在机械加工中，常用的砂轮硬度是软2（H）至中2（N）。若磨钢锭及铸件时可用中硬2（Q）的砂轮。下一页返回上一页6.3磨削加工（5）组织。砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔等３部分体积的比例关系。通常以磨粒所占砂轮体积的百分比来分级，有３种组织状态，即紧密、中等、疏松；细分成0～14号，共15级。组织号越小，磨粒所占比例越大，砂轮越紧密；反之，组织号越大，磨粒比例越小，砂轮越疏松，如表6-8所示。紧密组织的砂轮适用于重压力下的磨削。在成形磨削和精密磨削时，紧密组织的砂轮能保持砂轮的成形性，并可获得较小的表面粗糙度值。中等组织的砂轮适用于一般的磨削工作，如淬火钢的磨削及刀具刃磨等。疏松组织的砂轮不易堵塞，适用于平面磨、内圆磨等磨削接触面积较大的工序，以及磨削热敏性强的材料或薄工件。磨削软质材料最好采用组织号为10号以上的疏松组织，以免堵塞砂轮。下一页返回上一页6.3磨削加工大气孔砂轮的组织大约相当于10～14号的组织。这种砂轮的气孔尺寸可能要比磨粒尺寸大好几倍，适用于磨削热敏性材料（如磁钢、钨银合金等）、薄壁零件、软金属（如铝）和硬质合金等，也可用于磨削非金属软质材料。一般砂轮若未标明组织号即为中等组织。2.砂轮的形状与尺寸为了适应在不同类型的磨床上磨削各种不同形状和尺寸工件的需要，砂轮需制成不同的形状和尺寸。表6-9列出了砂轮的名称、代号和用途。砂轮的形状和尺寸是根据磨削条件和工件形状来选择的，其原则如下。（1）在可能的条件下，在安全线速度范围内，砂轮外径宜选大一些，以提高生产率和降低工件表面粗糙度。下一页返回上一页6.3磨削加工（2）纵磨时应选用较宽的砂轮。（3）磨削内圆时，砂轮外径一般取工件孔径的2/3左右。3.砂轮的安装、平衡与修正（1）砂轮的安装。由于砂轮工作时的转速很高，而砂轮的质地又较脆，因此，必须正确地安装砂轮，以免砂轮碎裂飞出，造成严重的设备事故和人身伤害。安装砂轮时，应根据砂轮形状、尺寸的不同而采用不同的安装方法，常用的安装方法如图6-27所示，其中，（a）、（b）为用台阶法兰盘安装砂轮；（c）为用平面法兰盘安装砂轮；（d）为用螺母垫圈安装砂轮；（e）、（f）为内圆磨削用砂轮的安装；（g）为内圆磨削用黏结法安装砂轮；（h）为筒形砂轮的安装。下一页返回上一页6.3磨削加工砂轮安装前必须仔细检查砂轮的外形，不允许砂轮有裂纹和损伤。装拆砂轮时，必须注意压紧螺母的螺旋方向。在磨床上，为了防止砂轮工作时压紧螺母在磨削力的作用下自动松开，对砂轮轴端的螺旋方向作如下规定：逆着砂轮旋转方向拧螺母是旋紧，顺着砂轮旋转方向转动螺母是松开。（2）砂轮的平衡。砂轮的重心与旋转中心不重合，称为砂轮的不平衡。在高速旋转时砂轮的不平衡会使主轴振动，从而影响加工质量，严重时甚至使砂轮碎裂，造成事故，所以砂轮安装后，首先需对砂轮进行平衡调整。平衡砂轮是通过调整法兰盘上环形槽内平衡块的位置来实现的，如图6-28所示。下一页返回上一页6.3磨削加工（3）砂轮的修正。新砂轮或使用过一段时间后的砂轮，磨粒逐渐变钝，砂轮工作表面空隙被磨屑堵塞，最后使砂轮丧失切削能力，所以砂轮工作一段时间后必须进行修正，以便磨钝的磨粒脱落，恢复砂轮的切削能力和外形精度。修正砂轮的常用工具是金刚笔。修正砂轮时，金刚笔相对砂轮的位置如图6-29所示，以避免笔尖扎入砂轮，同时也可保持笔尖的锋利。6.3.3中心磨床磨削中心磨床磨削是指以外圆磨床上的前顶尖（或卡盘）或后顶尖为中心，以工件的中心孔或外圆表面定位来进行外圆磨削加工。下一页返回上一页6.3磨削加工1.M1432B型万能外圆磨床M1432B型万能外圆磨床主要用于磨削内外圆柱面、内外圆锥面、阶梯轴轴肩和端面及简单的成形回转表面等。如图6-30所示，床身1的纵向导轨上装有工作台9，台面上装有头架2和尾架8，用于夹持不同长度的工件，头架带动工件旋转。工作台9沿床身导轨实现自动往复移动，实现纵向进给运动，距离由挡块10控制，也可手动纵向进给手轮11以实现纵向进给运动。工作台由上下两层组成，其上部可相对下部在水平面内偏转一定的角度（一般不大于±10°），以便磨削小锥度的圆锥面。砂轮架7在水平面内偏转一定的角度，砂轮4安装在砂轮架7上。砂轮架7安装在滑鞍上，由滑鞍移动实现横向进给运动。下一页返回上一页6.3磨削加工也可通过横向进给手轮3带动滑鞍及砂轮架７作横向进给运动。内圆磨具6上装有内圆磨头5，放下内圆磨具6，可用内圆磨头5磨削内孔，如图6-31所示。2.顶尖孔的修研轴类零件通常是以顶尖孔作为定位基准，两个顶尖孔的精度直接影响轴的磨削质量。（1）顶尖孔对加工精度的影响。①顶尖孔深度不一，将影响零件在机床上定位的轴向位置，应当适当控制深浅一致。②两端顶尖孔不同轴，如图6-32所示，造成顶尖与孔接触不良，出现圆度及位置误差。下一页返回上一页6.3磨削加工③顶尖孔不圆，如图6-33所示，造成误差复映，顶尖孔圆度误差直接反映到工件外圆上。（2）顶尖孔的修研。为提高外圆加工精度，必须修研顶尖孔，方法有以下几种：①用油石或橡胶砂轮修研。将圆柱形状的油石夹在车床卡盘上，用装在刀架上的金刚石笔将它前端修整成顶尖形状（60°圆锥体），然后把工件顶在油石和车床后顶尖之间，如图6-34所示。修研时先加入少量润滑油（柴油或润滑油），然后开动车床使油石转动，手持工件断续缓缓转动进行修研。②用铸铁顶尖修研。与以上方法基本相似，不同之处是以铸铁顶尖代替油石顶尖，且顶尖转速略低，研磨时，使用研磨剂。下一页返回上一页6.3磨削加工③用硬质合金顶尖修研顶尖孔。如图6-35所示为修研顶尖孔的硬质合金顶尖，其结构特点是在60°圆锥面上磨成六角形，并留有ｆ＝0.2～0.5mm的等宽刃带，此刃带具有微量切削作用，对顶尖孔几何形状有修正和挤光作用。这种方法生产率高，但质量稍差，多用于普通轴顶尖孔修研或作为精密轴顶尖孔的粗研。6.3.4无心磨床磨削无心磨削是在无心磨床上，将工件放在砂轮与导轮之间，由托板支承，被磨削的外圆面作为定位面，用砂轮磨削工件，如图6-36所示。导轮是用橡胶结合剂制作的磨粒较粗的砂轮，其转速很低(20~80mm/min)，靠摩擦力带动工件同步旋转。下一页返回上一页6.3磨削加工1.无心外圆磨削方法

(贯穿磨削法。磨削时将工件从机床前面放到托板上，推入磨削区。如图6-36(a)所示，由于导轮轴线在垂直平面内倾斜a角，导轮与工件接触处的线速度v导可以分解成水平和垂直两个方向的分速度，v导水平和v导垂直，v导垂直使工件作圆周进给;v导水平使工件作纵向进给，穿过磨削区，工件磨削完毕。a角增大，生产率高，但表面粗糙度值增大;反之相反。为保证导轮与工件呈线接触状态，需将导轮形状修整成回转双曲面形，这种磨削方法不适用于带台阶的圆柱形工件。

(2)切入磨削法。如图6-36(b)所示，将工件放在托板和导轮之间，然后由工件(连同导轮)或磨削砂轮横向切入进给，磨削工件表面。下一页返回上一页6.3磨削加工这时，导轮的中心线仅倾斜很小角度，以便对工件产生一个微小的轴向推力，使它靠住挡板，得到可靠轴向定位，如图6-36(c)所示。切入磨法适用于磨削有阶梯或成形回转表面的工件，但磨削表面长度不能大于磨削砂轮宽度。在磨床上磨削钢件时，一般用苏打水或乳化液作为切削液;铸铁、青铜件一般不用切削液，而用吸尘器清除尘屑。

2.无心磨削的特点无心外圆磨削与中心外圆磨削相比，有下列特点。

(1)适于磨削套圈等薄壁工件，由于工件不用中心定位，磨削余量相对较小。

下一页返回上一页6.3磨削加工(2)不能磨轴向带槽沟的工件，不能修正套筒类零件的内、外圆间的同轴度误差。

(3)易于实现磨削过程自动化，生产效率高。

(4)无心磨削机床的调整时间长，技术要求高，不适于单件小批量生产。返回上一页6.4外圆面的精密加工外圆表面的精密加工是指精加工后，从工件表面上不切除或切除极薄金属层，以提高加工表面精度、减小表面粗糙度或强化表面的加工方法。加工方法有高精度磨削、研磨、滚压等。6.4.1高精度磨削

1.原理与方法在砂轮表面上，每一颗磨粒就是一个切削刃(简称微刃)如图6-37(b)所示，这些微刃不等高，不在同一个圆周上，如图6-37(a)所示，磨削时，有的微刃参加工作，有的微刃不参加工作，参与磨削的微刃少，则加工表面粗糙。经过精细修整砂轮后，微刃趋向等高，磨削时参加切削的微刃多，能磨削出表面粗糙度值小的表面。磨削继续进行，锐利的微刃逐渐钝化到半钝状态，如图6-37(c)所示。下一页返回6.4外圆面的精密加工这种半钝化的微刃，切削作用降低，但是在压力作用下，能产生摩擦抛光作用，使工件表面获得更细的表面粗糙度。

2.特点

(1)高精度磨削的生产率高，加工精度容易保证，适于大批量生产。

(2)高精度磨削加工范围广。

(3)设备精度高，投资大。6.4.2研磨研磨是在研具与工件的外圆柱表面之间加入研磨剂，在相对转动过程中，对工件表面进行光整加工的方法。

1.研磨原理研磨过程中大量磨粒在工件表面浮动，分别起到3种作用。

下一页返回上一页6.4外圆面的精密加工(1)机械切削作用，磨粒在压力作用下滚动、刮切下细微的金属层，如图6-38(a)为加工韧性材料，图6-38(b)为加工脆性材料的情况。

(2)物理作用，磨粒与工件接触点局部压强大，瞬时产生高温、挤压等作用，形成平滑而粗糙度较细的表面。

(3)研磨液中加人硬脂酸或油酸，与工件表面金属原子产生化学作用，软化研磨表面，提高研磨效果。

2.研磨方法研磨外圆时，使用的外圆研具如图6-39所示，图6-39(a)是粗研具，孔内有油槽，可储存研磨剂;图6-