机械加工——外圆加工

1、项目2 外圆加工,机械制造技术,(任务)目录,机械制造技术,任务一 熟悉车削加工及设备,任务引入,不同的表面具有不同的切削加工方法。 外圆表面是各种轴类零件、套类零件和盘类零件的主要表面，在机械加工中占有很大的比例,机械制造技术,车削加工 车床上利用车刀对工件进行切削的加工方法,知识链接,一、车削加工的特点和应用,车刀结构简单,切削过程平稳,加工精度优良,工艺范围广,机械制造技术,车削加工的应用,机械制造技术,按整体结构布局的不同，车床可分为卧式车床、立式车床、转塔车床、仿形车床等 。,二、车床的类型及其应用,1. 卧式车床,卧式车床CA6140,机械制造技术,立式车床布局的主要特点是主轴垂直

2、布置，并有一个直径较大的圆形工件台，简称立车,2. 立式车床,有单柱式和双柱式两种； 有侧刀架和垂直刀架两个刀架。,立式车床,主要用于重量偏重、直径大于高度（高度与直径之比H/D = （0.320.8）的工件加工,机械制造技术,转塔车床的特征：没有尾座和丝杆，尾座的位置装有一个多工位的转塔刀架，刀架上可安装多把刀具，通过转塔转位实现不同刀具的依次工作。,3. 转塔车床,转塔车床,机械制造技术,仿形车床是通过仿形刀架按样板或样件表面，作纵、横向随动进给，使车刀自动复制出相应形状的被加工零件。,4. 仿形车床,液压仿形车床,机械制造技术,主运动执行部件,进给运动部件,三、车床的基本组成,进给运动部

3、件,刀具安装装置,工件安装装置,基础部件,卧式车床CA6140,机械制造技术,车刀的性能取决于刀具的结构、材料和几何参数。,1. 常用车刀的类型,按用途外圆车刀、端面车刀、切断刀等；,按切削部分材料高速钢车刀、硬质合金车刀、陶瓷车刀等,按结构整体式、机夹重磨式、机夹可转位式、焊接式,四、车刀的类型与选用,车刀,机械制造技术,硬度和耐磨性,HRC60；抗摩擦和磨损,强度和韧性,抗切削力、冲击、振动,耐热性,高温下强度、硬度、韧性,传导性、耐热冲击,传热性、抗热冲击,抗粘合性,高温高压下不互相吸附产生粘合,化学稳定性,加工工艺性、经济性,2. 车刀材料的选用,机械制造技术,常用刀具材料,高速钢,硬

4、质合金,碳素工具钢,合金工具钢,陶瓷材料,含有较多的钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢,适合于各类刀具，可加工材料的范围广。目前使用量最大的刀具材料,由难熔的金属碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)和金属粘结剂(等Co、Ni)经粉末冶金工艺烧结而成,机械制造技术,硬质合金,YT类,YG类,WCCo类硬质合金,TiC WCCo类硬质合金,硬度高、耐磨性好,加工钢料,强度较好，硬度耐磨性较差,铸铁、有色金属、非金属材料,3. 车刀角度的选择,机械制造技术,车刀角度的合理选择 是指在保证加工质量和刀具寿命的前提下，确定一组能满足生产率高、加工成本低的几何参数，选择

5、时要综合考虑车刀的材料、结构、使用条件以及刀具各角度相互作用和影响。,机械制造技术,根据刀具材料：高速钢车刀可选择较大前角，硬质合金车 刀应选择较小前角。 根据工件材料：加工塑性材料时，取较大前角；加工脆性 材料时，前角宜取小值。 根据加工条件：加工阶段不同，前角的选择不一样。粗加 工时，采用较小的前角；精加工时，选择 较大的前角；,（1）前角的选择,车刀的前角会影响切削区的变形、温度、切削力、功率消耗和切削刃强度等。选择时，一般根据以下几方面综合考虑。,机械制造技术,（2）后角的选择,粗加工时，取较小后角；精加工时，取较大后角,（3）主偏角的选择,后角的选择原则是：在保证刀具有足够的散热性能

6、和强度的基础上，还应确保刀具锋利， 以减少刀具工件摩擦。,选择主偏角的原则是：在工艺系统刚度允许的 范围内，主偏角应尽量选小些.,但车细长轴时为了减轻工件弯曲和振动应采用较大主偏角，一般在 7590之间选取；车阶台轴时则取 90,机械制造技术,副偏角的主要作用是：减少副刀刃与工件之间的摩擦。 副偏角的合理选择，还能改善工件表面质量和刀具散热性能。副偏角一般在1015之间选取。,（4） 副偏角的选择,（5）刃倾角的选择,刃倾角为负值时，切屑流向待加工表面，刀尖强度弱些； 刃倾角为正值时，切屑从已加工方向流出，刀尖强度高； 刃倾角取0时，切削则垂直于刀刃方向流出。 选取刃倾角时，粗加工取正值，精加

7、工取负值。 一般刃倾角通常在-44之间选取。,刃倾角的作用是：改变切屑流动方向，以增加刀尖强度。,机械制造技术,（1）主轴转速与刀具进给速度调节 （2）床鞍、中滑板和小滑板操作 （3）刻度盘调节,车刀刃磨有机械刃磨和手工刃磨两种方法,五、外圆车削工艺,1. 车前的操作准备,2. 车刀的刃磨与安装,车刀切削部分的形状和几何角度通常是在砂轮机上刃磨形成的。,机械制造技术,车刀的手工刃磨,安装车刀时，要注意以下几个方面： 1）保证车刀刀尖与工件轴心线位于同一水平线。 2）为保证车刀具有足够的刚度。 3）装夹车刀时，应使刀杆与进给方向垂直。,机械制造技术,三爪卡盘自定心装夹,双顶尖装夹,四爪单动卡盘装

8、夹,中心架装夹,芯轴装夹,3. 工件的装夹,机械制造技术,粗车时，一般为0.30.5 mm/r； 精车时，一般为0.10.3 mm/r。,4. 切削用量的选择,（1）背吃刀量的选择,一般情况下取值为25mm。 粗车时，尽可能选用较大的背吃刀量； 精车时，选择较小的背吃刀量。,（2）进给量的选择,背吃刀量选定以后，进给量应尽量选大些。,机械制造技术,（3）切削速度的选择,选择切削速度一般从车刀材料、工件材料、表面粗糙度、背吃刀量和进给量、切削液等几个方面综合考虑。,在实际生产中，一般已知工件直径、选定切削速度，再求出主轴转速，即：,计算出的转速按车床转速表最接近的一档选取。,机械制造技术,试切削

9、过程,试切削的方法与步骤：,5. 试切削,机械制造技术,任务二 车削加工案例分析,任务引入,机械制造技术,知识链接,精车的目的是切除粗车余下的少量金属层，以获得所需尺寸和表面粗糙度的零件。,一、车削外圆,外圆车削是车床上最基本的加工方法， 通常经过粗车与精车等两个加工阶段。,1. 粗车,粗车的目的是快速切除毛坯上多余坯料，使工件接近于最后的形状与尺寸。,2. 精车,机械制造技术,车端面时，装夹于卡盘上的工件做旋转运动的同时，安装在刀架上的车刀做横向进给运动。 对于既车外圆又车端面的场合，常使用弯头车刀和偏刀来车削端面。,二、车削端面,机械制造技术,三、车槽与切断,1. 车槽,与车端面相似，如同

10、左右偏刀同时车削左右两个端面。 车槽刀具有一个主切削刃和一个主偏角以及两个副切削刃和两个副偏角,切窄槽（宽度 5 mm）时，可选取主切削刃宽度等于槽宽的切断刀，横向走刀一次即可将槽切出。 切较宽的沟槽时，主切削刃宽度小于其槽宽，切槽刀分几次纵向进给，先把槽的大部分余量车去，但必须在槽的底部与两侧留有余量，最后根据槽的位置、宽度、深度进行精车。,机械制造技术,机械制造技术,切断与切槽相似。当切断工件的直径较大时，切断刀刀头较长，切屑容易堵塞在槽内，刀头容易折断。因此往往将切断刀刀头的高度加大，以增加强度，将主切削刃两边磨出斜刃以利于排屑。,2. 切断,四、车圆锥面,（1）旋转小拖板法,操作简单，

11、不受锥度大小限制 但受小拖板行程的限制不能加工较长的圆锥，而且表面粗糙度的高低靠操作技术控制，手动进给，劳动强度较大。,机械制造技术,短圆锥工件可用宽刃刀进行加工。,偏移尾座法车锥面,宽刃刀加工圆锥面,（2）偏移尾座法,可加工小锥度长锥体，可自动进给，劳动强度低。,（3）宽刃刀加工圆锥面,机械制造技术,五、车螺纹,螺纹按牙形分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹等。 车螺纹时，为了获得准确的螺纹，必须用丝杠带动刀具进给，使工件旋转一圈，刀具移动一个螺距。,1.三角形螺纹车刀的刃磨与安装,螺纹车刀是属于成形刀具，刃磨后的螺纹车刀的刀尖角应与螺纹牙形一致，否则会影响加工质量。刀具刃磨角度准确与否，一般

12、可用样板来检验，检查时样板的底面应与车刀底面平行。,机械制造技术,对于三角形螺纹、梯形螺纹及矩形螺纹，它的牙形均要求垂直对称于工件轴线。如果装斜，车出的螺栓牙形将不准确。,（a）装偏后的牙形角,（b）正确的牙形角,机械制造技术,左右进刀法是利用横拖板刻度控制螺纹车刀的垂直进 刀，用小拖板的刻度控制车刀左右的微 量进刀。,2. 三角形螺纹车削方法,（1）直进法,牙形较准确。但由于车刀两刃同时切削而且排屑不畅，受力大，车刀易磨损，切削会划伤螺纹表面。,（2）斜进法,当工件螺距大于3mm时，一般采用斜进法车削螺纹。,斜进法是车刀沿螺纹牙形一侧在径向进刀的同时作轴 向进给，经多次走刀完成螺纹的加工。,

13、（3）左右进刀法,机械制造技术,任务三 熟悉磨削加工及其设备,任务引入,主要用于工件的精加工，尤其适合各种淬硬零件和高强度特殊材料零件的精加工。 磨削能加工内外圆柱面和圆锥面、平面、螺旋面、花键、齿轮、导轨和各种成形面等，还能进行刃磨工件和切断工件等，其工艺应用极为广泛。,磨削是指用磨料磨具为工具进行零件加工的切削 方法，是一种多刀多刃的高速切削方法。,机械制造技术,知识链接,外圆磨削可以在普通外圆磨床和万能外圆磨床 上进行，对于外径较小的短轴也可采 用无心磨床。 外圆磨削包括磨削外圆柱面、磨削外圆锥面和 磨削台阶面等。 磨削 加工精度可达IT6IT5， 粗糙度能达到Ra1.250.32m。,

14、机械制造技术,一、磨削加工,1. 磨削过程,磨削过程是由磨具上的无数个磨粒的微切削刃对工件 表面进行的切削加工。,磨削特点：加工厚度非常薄、磨削速度与磨削温 度均很高、能耗大。,单个磨粒的典型磨削过程可分为： 滑擦、刻滑和切削三个阶段。,机械制造技术,2. 磨削运动与磨削用量,外圆磨削时，砂轮的旋转运动为主运动，砂轮的横向进给和工件的旋转运动及其纵向进给为进给运动。,机械制造技术,（2） 横向进给量,粗磨时，一般为0.010.03mm； 精磨时，一般为0.0010.017mm。,磨削速度越高，单位时间内通过单位磨削表面的磨粒越多，加工后工件的表面粗糙度越小。通常砂轮的磨削速度一般为 3040

15、m/s,（1）磨削速度,磨削速度是指砂轮磨削时圆周速度。,横向进给量是指工作台往复一次运动后，砂轮相对工件横向移动的距离。,机械制造技术,（3） 圆周进给速度,圆周进给速度是指工件绕其自身轴线的旋转运动。 工件的圆周旋转速度的计算公式为：,（4）纵向进给量,纵向进给量是指工件绕其自身轴线旋转一圈时，工件 相对砂轮沿轴线移动距离。,若砂轮宽度为B，则粗度磨削时ft为（0.50.8）B， 精磨时ft为（0.30.6）B。,机械制造技术,（1）磨削速度高 （2）磨削温度高 （3）加工余量小 （4）加工精度高 （5）磨削工艺范围广,3. 磨削工艺特点,机械制造技术,常见的外圆磨床，主要包括万能外圆磨床

16、、普通外圆 磨床和无心外圆磨床。,1. 万能外圆磨床,M1432A型万能外圆磨床,二、外圆磨床的种类及其应用,可磨削内外圆柱面与圆锥面，也能磨削阶梯轴的轴肩和端平面，但其生产率低，仅适用于单件小批量生产，常用于工具车间和机修车间。,机械制造技术,2. 普通外圆磨床,与万能外圆磨床相比，普通外圆磨床的特征在于： 磨床的头架和砂轮架不能绕其轴心在水平面内调整角度位置，头架主轴直接固定在箱体上不能转动，工件只能用顶尖支撑进行磨削，无内置的内圆磨头装置。 普通外圆磨床的工艺范围较窄，但由于简化了主要部件的结构层次，刚度高，容易保证磨削的精度和表面质量，同时能采用较大的磨削用量，故其生产率较高，适用于中

17、批量、大批量生产的外圆磨削。,机械制造技术,无心外圆磨床的尺寸精度和几何精度均较高，适用于大批量生产中磨削细长轴以及不带中心孔的轴、套、销等零件。,3. 无心外圆磨床,无心外圆磨床，也称无心磨床。,无心外圆磨床,机械制造技术,砂轮是磨削加工的主要工具，它是用磨料和黏 合剂按一定的比例制成的圆形固结磨具。,三、砂轮,影响磨削质量及生产率的因素是砂轮的工作特性：包括砂轮的磨粒、粒度、黏合剂、硬度及组织的不同。,磨料以其裸露在表面部分的棱角为切削刃；而黏合剂将磨粒黏结在一起，经过加压和焙烧使之具有一定的形状和强度。,机械制造技术,1. 磨料,磨料是砂轮的主要成分，直接担负切削工作。 磨削时，磨料要经

18、受剧烈的摩擦、挤压及高温的作用。 磨料必须有很高的硬度、耐热性以及相当的韧性。 目前常用的磨料有刚玉类、碳化硅类、高硬磨料类三种。,2. 粒度,粒度是指磨料颗粒的大小，分为磨粒和微粒两种。 砂轮粒度对磨削的工件表面质量和磨削效率有很大影响。,机械制造技术,3. 黏合剂,常用的黏合剂有：陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结 合剂、金属结合剂,黏合剂是将磨粒黏固成各种砂轮的黏结材料。 黏合剂的种类及其性质将影响砂轮的强度、耐冲击性、耐热性和耐腐蚀性等，同时对磨削表面质量和磨削温度也有一定的影响。,4. 硬度,砂轮的硬度是指结合剂黏结磨粒的牢固程度，也是指磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。,

19、砂轮的硬度对磨削生产率和加工的表面质量影响极大。,机械制造技术,5. 组织,一般外圆、内圆、平面、无心磨以及刃磨用的砂轮都采用组织中等的砂轮,组织是表示砂轮内部结构的松紧程度，它与磨粒、结 合剂和气孔三者的体积比例密切相关。,根据磨粒在砂轮中占有的体积百分数，砂轮组织可分为112共12个组织号，砂轮组织号越小，越紧密，磨粒占砂轮体积的百分比越大，因而磨粒与磨拉之间的气孔小。反之，磨粒间的气孔大。,6. 砂轮的形状,平形砂轮、薄片砂轮、筒形砂轮、碗形砂轮、蝶形砂轮、双斜边砂轮、杯形砂轮等。,机械制造技术,任务四 磨削加工案例分析,任务引入,主 轴,机械制造技术,知识链接,一、常见外圆磨削方法,外

20、圆磨削可以在普通外圆磨床、万能外圆磨或无心外圆磨床上进行。,1. 纵磨法,适应性强，利用同一砂轮能磨削不同长度的工件，加工精度高，表面质量好，但磨削效率较低，因此广泛应用于单件、小批量生产及精磨，特别适合细长轴的磨削。,纵磨法,机械制造技术,2. 横磨法,横磨法又称径向磨削法或切入磨削法。,横磨法,生产率高，质量稳定，适用于大批量生产。尤其对于短外圆表面及两侧有台阶的轴颈或成形表面，多采用横磨法。,工件与砂粒的接触面积大，磨削热量多，磨削温度高，工件易发生变形和烧伤，磨削质量不如纵磨法高。,机械制造技术,阶段磨削法： 综合了纵、横两种磨法的优点，适合磨削余量较大的工件。,3. 阶段磨削法,阶段

21、磨削法又称综合磨削法 是纵磨法和横磨法的综合运用.,阶段磨削法,机械制造技术,深磨法特点： 可获得较高的加工精度和生产率，粗糙度值较小。但修整砂轮费时，要求工件的结构必须留有砂轮有足够的切入和切出空间。,4. 深磨法,深磨法采用较大的吃刀深度和较小的纵向进给量， 在一次走刀中磨去全部余量。,深磨法,机械制造技术,磨削余量是指上道工序留下的并要在磨削工序中 切除的余量。,二、 磨削余量的合理分配,磨削余量确定的一般原则如下：, 工件形状复杂、技术要求高、工艺顺序复杂时，磨 削余量应较大。 工件细长或薄壁，磨削余量应大些。 需要经过热处理的工件，考虑到热处理变形，磨削 余量应大些。 工件尺寸越大，

22、应相应增大余量。 磨削余量与上道工序的加工质量有关。上道工序的 加工误差越小，则磨削余量可相应减小。,机械制造技术,任务五 了解外圆表面的精密加工与装备,任务引入,对于超精密零件的加工表面往往需要采用特殊的加工方法，在特定的环境下加工才能达到要求，外圆表面的光整加工是提高零件加工质量的特殊加工方法。,机械制造技术,知识链接,一、研磨,研磨是一种简便可靠的表面光整加工方法， 属自由磨粒加工。,在加工过程中直接参与切除工件材料的磨粒不像砂轮、油石、沙带和砂纸那样总是固结或涂附在磨具上，而是处于自由游离状态。,经研磨表面，尺寸和几何形状精度可达13m，Ra值为0.160.01m。若研具精度足够高，其

23、尺寸和几何形状精度可达0.30.1m ，Ra值小于0.040.01m。,机械制造技术,研磨是通过研具在一定压力下与加工面做复 杂的相对运动而完成的。 研具和工件之间的磨粒与研磨剂在相对运动中，分别起机械切削作用和物理、化学作用，使磨粒能从工件表面上切去极薄的一层材料，从而得到极高的尺寸精度和极细的表面粗糙度。,1. 研磨原理,机械制造技术,研磨时磨料的切削作用,研磨时，有大量磨粒在工件表面浮动着，它们在一定的压力下滚动、刮擦和挤压。起着切除细微材料层的作用。,机械制造技术,粗研套,2. 研磨方法,研磨方法主要有手工研磨和机械研磨两种。,（1）手工研磨,研磨外圆时，工件夹持在车床卡盘上或用顶尖支撑，做低速回转，研具套在工件上，在研具与工件之间加入研磨剂，然后用手推动研具做往复