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[资料] 外圆表面的加工方法和加工方案

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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外圆表面是轴类零件的主要表面,因此要能合理地制订轴类零件的机械加工工艺规程,首先应了解外圆表面的各种加工方法和加工方案。本章主要介绍常用的几种外圆加工方法和常用的外圆加工方案。; @; T  o4 W' r1 R% M. h
  一、外圆表面的车削加工
% E. f* B) A7 q% B  根据毛坯的制造精度和工件最终加工要求,外圆车削一般可分为粗车、半精车、精车、精细车。/ V9 L" C& J' Z2 |9 t0 U
  粗车的目的是切去毛坯硬皮和大部分余量。加工后工件尺寸精度IT11~IT13 ,表面粗糙度Ra50~12.5 μ m 。' `/ _, _0 W4 G
  半精车的尺寸精度可达 IT8~IT10 ,表面粗糙度 Ra6.3~3.2 μ m 。半精车可作为中等精度表面的终加工,也可作为磨削或精加工的预加工。
) M8 p  ]+ B  W# T. N; H; F  精车后的尺寸精度可达 IT7~IT8 ,表面粗糙度 Ra1.6~0.8 μ m 。
8 g( ?( Z4 @5 o4 x* X  精细车后的尺寸精度可达 IT6~IT7 ,表面粗糙度 Ra0.4~0.025 μ m 。精细车尤其适合于有色金属加工,有色金属一般不宜采用磨削,所以常用精细车代替磨削。
# K8 o5 ]0 Y$ T5 L; i  q  二、外圆表面的磨削加工
. e  R5 ^& h+ Z" V  磨削是外圆表面精加工的主要方法之一。它既可加工淬硬后的表面,又可加工未经淬火的表面。
0 `' u4 a( {7 j  x  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。
4 m0 |& g8 G6 R' {/ N5 G4 o  (一)中心磨削
$ F' K* e( z! I3 x: o  中心磨削即普通的外圆磨削,被磨削的工件由中心孔定位,在外圆磨床或万能外圆磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可达 IT6~IT8 ,表面粗糙度 Ra0.8~0.1 μ m 。按进给方式不同分为纵向进给磨削法和横向进给磨削法。, d6 U1 J$ J$ A! [
  1 .纵向进给磨削法(纵向磨法)0 {7 d4 }; v/ {8 `6 k" S
  如图 6-2 所示,砂轮高速旋转,工件装在前后顶尖上,工件旋转并和工作台一起纵向往复运动。" X$ [) Y$ `# K* d+ V
200871516147.gif
* Z; \# e3 J. Y! q2 .横向进给磨削法(切入磨法)$ \$ n8 O, j+ x! {
  如图 6-3 所示,此种磨削法没有纵向进给运动。当工件旋转时,砂轮以慢速作连续的横向进给运动。其生产率高,适用于大批量生产,也能进行成形磨削。但横向磨削力较大,磨削温度高,要求机床、工件有足够的刚度,故适合磨削短而粗,刚性好的工件;加工精度低于纵向磨法。
( d; t6 p9 C9 K 2008715161422.gif 8 P7 G+ A+ I4 O- c+ H* H
  (二)无心磨削) h: ]3 E  b" D0 |# V
  无心磨削是一种高生产率的精加工方法,以被磨削的外圆本身作为定位基准。目前无心磨削的方式主要有:贯穿法和切入法。: `9 Z# L2 Q4 H% d
  如图 6-4 所示为外圆贯穿磨法的原理。
  t- D2 }7 u  a. P  工件处于磨轮和导轮之间,下面用支承板支承。磨轮轴线水平放置,导轮轴线倾斜一个不大的 λ 角。这样导轮的圆周速- q- z; ?8 J/ W3 {
度 υ 导 可以分解为带动工件旋转的 υ 工 和使工件轴向进给的分量 υ 纵 。+ L. C" x* c% k
2008715161441.gif    2008715161452.gif 0 F! i2 k0 j% ^3 o3 j
  如图 6-5 为切入磨削法磨削的原理。导轮 3 带动工件 2 旋转并压向磨轮 1 。加工时,工件和导轮及支承板一起向砂轮作横向进给。磨削结束后,导轮后退,取下工件。导轮的轴线与砂轮的轴线平行或相交成很小的角度( 0.5~1 o ),此角度大小能使工件与挡铁 4 (限制工件轴向位置)很好地贴住即可。7 M. l' T7 @: ~! T) i
  无心磨削时,必须满足下列条件:6 Z( I; R& D# w" P) ?0 `& U4 j$ g: \
  1 .由于导轮倾斜了一个 λ角度,为了保证切削平稳,导轮与工件必须保持线接触,为此导轮表面应修整成双曲线回转体形状。7 C  A, g, A6 X- k2 [5 ]
  2 .导轮材料的摩擦系数应大于砂轮材料的磨擦系数;砂轮与导轮同向旋转,且砂轮的速度应大于导轮的速度;支承板的倾斜方向应有助于工件紧贴在导轮上。5 H9 F# v- K3 v, N. L
  3 .为了保证工件的圆度要求,工件中心应高出砂轮和导轮中心连线。高出数值 H 与工件直径有关。当工件直径 d 工 =8 ~ 30mm 时, H ≈ d 工 /3 ;当 d 工 =30 ~ 70mm 时, H ≈ d 工 /4 。
* Z4 v. |7 I- L5 r! P. p  v  4 、导轮倾斜一个 λ 角度。如图 6-4 ,当导轮以速度 v 导 旋转时,可分解为:
( b/ r  T0 B# f: p) y  v 工 =v 导 · cos λ ; v 纵 =v 导 · sin λ4 Z; N$ w6 q6 W
  粗磨时, λ 取 3 ° ~ 6 ° ;精磨时, λ 取 1 ° ~ 3 ° 。
' H% S, ~* U; V8 {0 \8 \3 N  无心磨削时,工件尺寸精度可达 IT6-IT7 ,表面粗糙度 Ra0.8-0.2um.3 b+ a8 w! o0 d
  (三)外圆磨削的质量分析) _7 b. T! O* i- a! X8 n" q! t2 e" z
  在磨削过程中,由于有多种因素的影响,零件表面容易产生各种缺陷。常见的缺陷及解决措施分析如下:
4 t8 P8 j5 N, r  1 .多角形 在零件表面沿母线方向存在一条条等距的直线痕迹,其深度小于 0.5 μ m ,如图6-6 所示。, r3 E8 k4 j9 L: g! j
产生原因主要是由于砂轮与工件沿径向产生周期性振动所致。如砂轮或电动机不平衡;轴承刚性差或间隙 太大 ;工件中心孔与顶尖接触不良;砂轮磨损不均匀等。消除振动的措施,如仔细地平衡砂轮和电动机;改善中心孔和顶尖的接触情况;及时修整砂轮;调整轴承间隙等。
. h& Z9 o) N& @! i( H. u6 ? 2008715161529.gif
+ r; T( a* Q, W1 h  {2 [  2 .螺旋形 磨削后的工件表面呈现一条很深的螺旋痕迹,痕迹的间距等于工件每转的纵向进给量。如图 6-7 所示。
4 q) e5 k: a) c8 Q5 h) q& g% U  产生原因主要是砂轮微刃的等高性破坏或砂轮与工件局部接触。如砂轮母线与工件母线不平行;头架、尾座刚性不等;砂轮主轴刚性差。消除的措施,修正砂轮,保持微刃等高性;调整轴承间隙;保持主轴的位置精度;砂轮两边修磨成能成台肩形或倒圆角,使砂轮两端不参加切削;工件台润滑油要合适,同时应有卸载装置;使导轨润滑为低压供油。- L$ ~% C" s+ I5 b/ y6 p' J
200871516160.gif      2008715161619.gif ) I8 c, I3 [+ N! i
  3 .拉毛(划伤或划痕) 常见的工件表面拉毛现象如图 6-8 所示。& G- ~% p2 O) r% J) E6 Y8 W: J* t
  产生原因主要是磨粒自锐性过强;切削液不清洁;砂轮罩上磨屑落在砂轮与工件之间等。消除拉毛的措施,选择硬度稍高一些的砂轮;砂轮修整后用切削液和毛刷清洗;对切削液进行过滤;清理砂轮罩上的磨屑等。# g- ^2 w' s5 D, q. B
  4 .烧伤 可分为螺旋形烧伤和点烧伤,如图 6-9 所示。- f% T0 h& \3 K7 D
  烧伤的原因主要是由于磨削高温的作用,使工件表层金相组织发生变化,因而使工件表面硬度发生明显变化。消除烧伤的措施,降低砂轮硬度;减小磨削深度;适当提高工件转速;减少砂轮与工件接触面积;及时修正砂轮;进行充分冷却等。" K( \& S% @5 F+ z+ d2 O! f* U
  三、外圆表面的精密加工
5 k7 i9 ]& s2 ^8 B% X1 s& T  随着科学技术的发展,对工件和加工精度和表面质量要求也越来越高。因此在外圆表面精加工后,往往还要进行精密加工。外圆表面的精密加工方法常用的有高精度磨削、超精度加工、研磨和滚压加工等。4 k  ^; N) Q# d- j0 ?& s
高精度磨削
$ T3 X6 p6 S5 V) c 2008715161640.gif
/ J+ I5 X, R) n4 t4 k) J    使轴的表面粗糙度值在 Ra0.16 μ m 以下的磨削工艺称为高精度磨削,它包括精度磨削( Ra0.6-0.06 μ m )、超精密磨削( Ra0.04-0.02 μ m )和镜面磨削( Ra ﹤ 0.01 μ m)。/ S8 t0 X% I  H6 F5 v9 g
高精度磨削的实质在于砂轮磨粒的作用。经过精细修整后的砂轮的磨粒形成了同时能参加磨削的许多微刃。如图 6 -10a,b,这些微刃等高程度好,参加磨削的切削刃数大大增加,能从工件上切下微细的切屑,形成粗糙度值较小的表面。随着磨削过程的继续,锐利的微刃逐渐钝化,如图 6 -10c。钝化的磨粒又可起抛光作用,使粗糙度进一步降低。
4 j* e  o' h$ ?& w 200871516171.gif
8 q) j& Z0 L" y9 }) y 2008715161742.gif
( k' m* Z% R8 C' Y  (二)超精加工
. a& F' k4 q5 M1 }$ r, z  用细粒度磨具的油石对工件施加很小的压力,油石作往复振动和慢速沿工件轴向运动,以实现微量磨削的一种光整加工方法。: g+ C8 q& p! t2 W* F" z
  如图 6-11 所示为其加工原理图。加工中有三种运动:工件低速回转运动 1 ;磨头轴向进给运动 2 ;磨头高速往复振动 3 。如果暂不考虑磨头轴向进给运动,磨粒在工件表面上走过的轨迹是正弦曲线,如图 6-11b 所示。/ y) T; m- E: C
  超精加工大致有四个阶段:6 Y. ^( w" V& p2 v: C
  1 .强烈切削阶段 开始时,由于工件表面粗糙,少数凸峰与油石接触,单位面积压力很大,破坏了油膜,故切削作用强烈。
7 h- G& G' \$ b  2 .正常切削阶段 当少数凸峰磨平后,接触面积增加,单位面积压力降低,致使切削作用减弱,进入正常切削阶段。
3 u; Z: c/ U( w3 }5 U7 d, q  3 .微弱切削阶段 随着接触面积进一步增大,单位面积压力更小,切削作用微弱,且细小的切屑形成氧化物而嵌入油石的空隙中,因而油石产生光滑表面,具有摩擦抛光作用。" F" O1 }1 f0 h# v! }7 P- @7 L9 r
  4 .自动停止切削阶段 工件磨平,单位面积上的压力很小,工件与油石之间形成液体摩擦油膜,不再接触,切削作用停止。$ r: v; O! i  t
  经超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 μ m. 。然而由于加工余量较小(小于 0.01mm ),因而只能去除工件表面的凸峰,对加工精度的提高不显著。
* e) J, |+ I6 h) n5 F- _, q. \  (三)研磨
9 R3 k5 L3 b6 e# I0 |  用研磨工具和研磨剂,从工件表面上研去一层极薄的表层的精密加工方法称为研磨。
2 j; Y' z& I6 C2 f7 A  研磨用的研具采用比工件材料软的材料(如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等)制成。研磨时,部分磨粒悬浮在工件和研具之间,部分研粒嵌入研具表面,利用工件与研具的相对运动,磨粒应切掉一层很薄的金属,主要切除上工序留下来的粗糙度凸峰。一般研磨的余量为 0.01 -0.02mm 。研磨除可获得高的尺寸精度和小的表面粗糙度值外,也可提高工件表面形状精度,但不能改善相互位置精度。! z. z; P/ z2 R  y7 k4 T9 v
  当两个工件要求良好配合时,利用工件的相互研磨(对研)是一种有效的方法。如内燃机中的气阀与阀座,油泵油咀中的偶件等。8 `. A! @# q& G7 k$ ^( c2 @
  (四)滚压加工
: u3 n' x0 L2 j  滚压加工是用滚压工具对金属材质的工件施加压力,使其产生塑性变形,从而降低工件表面粗糙度,强化表面性能的加工方法。它是一种无切屑加工。, E) g9 {" A' g; K: n
  图 6-12 为滚压加工示意图。滚压加工有如下特点:
, e# Z$ z. J* K2 _5 [7 u 2008715161752.gif 9 ]# k* C( b6 c/ \$ c
  1 .滚压前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 μ m ,表面要求清洁,直径余量为 0.02 -0.03mm 。) W  }, ~9 D8 a  @  e# T1 u% l
  2 .滚压后的形状精度和位置精度主要取决于前道工序。/ ]' t( @# a; q
  3 .滚压的工件材料一般是塑性材料,并且材料组织要均匀。铸铁件一般不适合滚压加工。/ X* f* `7 L/ x  h7 p
  4 .滚压加工生产率高。
4 P% `: h7 n5 O  四、外圆表面加工方案的选择, B7 N  b8 p1 u% Q2 c
  上面介绍了外圆表面常用的几种加工方法及其特点。零件上一些精度要求较高的面,仅用一种加工方法往往是达不到其规定的技术要求的。这些表面必须顺序地进行粗加工、半精加工和精加工等加工方法以逐步提高其表面精度。不同加工方法有序的组合即为加工方案。表 3-14 即为外圆柱面的加工方案。) u; Z7 C7 C5 @
表3-14  外圆柱面加工方法
2 b. M5 y- B) k7 q! N2 \序号$ u- G: |. f9 Y+ ?6 x" ]
加工方法. m/ W: Z8 u5 K; x" R
经济精度
! h$ y6 d/ L/ V1 {9 E1 o0 K8 ~0 k( 公差等级表示 )
% l3 |1 r! e# E. _; ]- V9 F$ ?经济粗糙度值* f  R! D8 c8 p' U% z- `
Ra / um
& F4 M" O$ j# ^% A适用范围
' i7 e$ ~/ ?2 w7 \! j8 Y) f6 ?15 T' O" F% I" m) E
粗车
) N' D- M! L9 E4 fIT18~13, \* x9 Y1 {! Q! M) @( q9 R
12.5~50: d  Q0 i6 n) q  ~$ k) g4 p1 @
适用于淬火钢以外的各种金属9 W' j( I+ G; n# P* B" l) s
2& @3 ^. L. b: S, _
粗车 - 半精车. s4 U" i* f3 B" a8 n
IT11~10
  n1 ]& F, _4 V) [3.2~6.3$ d* O7 g8 F% e# L7 U8 v
3
2 f0 a4 A. C! u; w( P/ ~粗车 - 半精车 - 精车
( k# K" `$ N  j* C/ `9 ]IT7~8
  T( ^7 A  z. Y" B- z# Z0.8~1.60 w4 ]3 U. R! e  B: `: E! i
4' r% e/ q. l) |& |/ Q
粗车 - 半精车 - 精车 -滚压(或抛光)
' D% l* e; }; o4 M$ E* ~IT7~8; h* t* B8 [, I3 J8 f
0.25~0.2
2 k7 w( F- ^9 @* h$ o, b- u* X50 m  ?3 X/ T* M# A! c/ V! \! S
粗车 - 半精车 -磨削
  m. b$ t, _1 \2 J( sIT7~8% }7 ^% B3 P, g0 w1 e/ l
0.4~0.8
9 b( {8 w$ ]0 l6 r/ \8 N主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不宜加工有色金属
- Q1 m6 s5 b+ `6 f  X$ z6/ F/ k) `+ B$ |% z+ j- w
粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨
+ Z5 Z, Q6 g! O" A9 g* C8 eIT6~7
$ p; M( M0 C8 m9 x! O$ T, q0.1~0.4
* s- d- p/ x4 i3 h0 P7
4 ]4 p& _. {% r5 l2 A& s$ b2 R粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -超精加工(或轮式超精磨)
  t  a+ r& b1 o8 jIT5
2 |4 t; N" g% \' w: G* s0.012~0.1$ N7 W- f& O. B+ q3 u
( 或 R Z 0.1)
8 N/ d; i) ^3 g/ x84 L1 t; u+ X8 C5 S$ g- A; P
粗车 - 半精车 -精车 -精细车(金刚车)
1 ?  f. p; j7 oIT6~70 A' s2 _) m3 `# O" N
0.025~0.4/ r- }( G2 y. S4 h
主要用于要求较高的有色金属加工
% Y+ N7 [: Y7 d6 T& c- W+ s0 b9
6 X3 d" Y2 e6 t* }粗车 - 半精车 - 粗磨 -精磨 -超精磨(或镜面磨)
) @! {+ T% c# |' m$ JIT5 以上
9 K7 e! C% Y1 D- G' [! F, J- o0.006~0.025
8 o- q6 d+ N5 ]) k* ~) d( 或 R Z 0.05)
2 H. o" E- o$ B6 S6 v0 @/ l极高精度的外圆加工' e  g0 O8 @5 _* h' {  M  ?
10
; ?, }1 y8 Q$ y* w6 b粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -研磨6 A: l4 x6 M" ?2 o6 g
IT5 以上
" a$ M5 O* v0 M+ ~4 [0.006~0.1& ~, y- P! s) h- e9 L  H( x% ^
( 或 R Z 0.05)$ |) ~6 R! y: O/ `
  确定某个表面的加工方案时,先由加工表面的技术要求(加工精度、表面粗糙度等)确定最终加工方法,然后根据此种加工方法的特点确定前道工序的加工方法,如此类推。但由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法可有若干种,实际选择时还应结合零件的结构、形状、尺寸大小及材料和热处理的要求全面考虑。
2 y$ j' R4 `6 S, |: h  表 3-14 中序号 3 (粗车—半精车—精车)与序号 5 (粗车—半精车—磨)的两种加工方案能达到同样的精度等级。但当加工表面需淬硬时,最终加工方法只能采用磨削。如加工表面未经淬硬,则两种加工方案均可采用。若零件材料为有色金属,一般不宜采用磨削。   再如表 3-14 中序号 7 (粗车—半精车—粗磨—精磨—超精加工)与序号 10 (粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨)两种加工方案也能达到同样的加工精度。当表面配合精度要求比较高时,终加工方法采用研磨较合适;当只需要求较小的表面粗糙度值,则采用超精加工较合适。但不管采用研磨还超精加工,其对加工表面的形状精度和位置精度改善均不显著,所以前道工序应采用精磨,使加工表面的位置精度和几何形状精度已达到技术要求。: [2 I, T) ^5 }  `4 z2 I9 x" g
文章关键词: 车削加工
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