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[资料] 外圆表面的各种加工方法和加工方案

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发表于 2011-6-11 11:39:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。
6 t: L0 M1 W6 S, {% Z6 `4 f. _一、外圆表面的车削加工, C# D" I9 J! a1 @
  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。- T% q% @" }( M5 Q( Z; L: d- H
  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 。( N- e- R% b& y, [' }. P  ~9 p
  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。# ]2 [+ K$ X! O" E6 R, A" s
  精车后的尺寸精度可达 IT7~IT8 ,表面粗糙度 Ra1.6~0.8 μ m 。
' B% x+ r: L) |) F( i  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。" P2 `7 y( c; v* C
  二、外圆表面的磨削加工
4 r" X0 G* v( R& V, T' J8 m! |- u  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。
5 h) |5 T& G& [5 T8 j/ I  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。/ o/ [  Q7 {5 i( z) u
  (一)中心磨削
% S. \) t/ r% U5 m4 v, ~* 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。0 e3 o% v$ V; |) b% n, ^' \& f
  1 .纵向进给磨削法(纵向磨法)
/ Z5 V) E. p$ D: i7 Z$ H* 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。
8 }& T+ g/ A% d  x% h0 h 2008-07-16-11-58-57267.gif * d8 @5 ]" p& {' l
2 .横向进给磨削法(切入磨法); Z# Z2 u% v! k- x7 `$ X, S
  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。( P8 y4 i# c+ }  i
2008-07-16-11-59-06476.gif , g, x5 t; e- j- ]+ X
  (二)无心磨削
# {8 \8 U% @% u; S  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。- n' U2 v# c5 d0 U
  如图 6-4 所示为外圆贯穿磨法的原理。2 G9 P4 C: X4 T! E) w% C( A
  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
4 l' p% `7 v. ^  B5 u- K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 。
- z. l2 q8 I  W 2008-07-16-11-59-51392.gif    2008-07-16-12-00-00319.gif $ Q& w* U! ~" O% T1 u) Z( F/ B5 R
  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 ]' ?* F7 l/ ~. Q8 e; P  无心磨削时,必须满足下列条件:
' H: e/ ?( A4 @, H  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。
- E; ^4 Z- Z5 n  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。1 @, r+ I: q: p7 X" A* ?
  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 。
0 k$ I2 |% I6 x  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:' }/ j3 g% d8 M* |5 |/ |
  v 工 =v 导 · cos λ ; v 纵 =v 导 · sin λ
' A; Z' J+ Y' J0 L  粗磨时, λ 取 3 ° ~ 6 ° ;精磨时, λ 取 1 ° ~ 3 ° 。
  d# b  k' l' a: D4 _; M  无心磨削时,工件尺寸精度可达 IT6-IT7 ,表面粗糙度 Ra0.8-0.2um.
$ X, W3 `# C$ n$ F8 D2 i" Q  (三)外圆磨削的质量分析
! N- ]0 i! V9 R6 C  K) o  ?$ ^  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:
, c) e" G' m9 u% |* q  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。
4 _7 t) r* C+ K2 [. o, A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。
5 z8 C3 |2 t' G* F6 R 2008-07-16-12-00-14405.gif $ _3 }% v6 D. @/ \) }! ?3 N, H3 G
  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。
. l6 [% ]( s" ?8 F1 D: 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。
6 E3 b' R7 M7 |- D* H9 U 2008-07-16-12-00-24737.gif      2008-07-16-12-00-31362.gif % n  Y2 Q) Y7 r  ^8 y. W
  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。
$ J0 t5 F1 Y3 O. u! a$ W; z  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。  {  b( U, Y( l+ l( J; X  |
  4 .烧伤 可分为螺旋形烧伤和点烧伤,如图 6-9 所示。# h& n+ F( T' g8 s3 u& c3 V( 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。
8 V2 W, t" H+ x+ [" x  三、外圆表面的精密加工8 h/ z9 p8 }, C' w& ?6 L
  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。5 q8 n- u9 j& ^$ I+ l2 q! _$ k
高精度磨削
/ q( B5 C: S' H9 a 2008-07-16-12-01-14324.gif ; ~: K( g: A. |& m
    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)。
  l% [8 s) v" L0 g" R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。% K# b5 Z5 b) U6 M: W  {
2008-07-16-12-01-26450.gif
" L( O  ~4 Y% K& M 2008-07-16-12-01-36381.gif . ^  \4 d7 ]& t- r
  (二)超精加工
, j; Q! t, }* T6 r3 @  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。
) X8 E- X! o9 b0 @3 [  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。
3 m, `3 u" _% s  超精加工大致有四个阶段:) p7 Q, R: K9 g4 ?
  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 i5 l/ X( ]; I8 G0 V0 P5 v  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。( F" K- p4 F9 O2 X/ E1 F& X
  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。  J6 V8 S' X! k# l
  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。
( ]& k% z: N/ ^* B, X' i! i9 r* Z. ?+ ^  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。耐磨焊条
& F/ W8 j0 u- ?1 b/ J) K* c  (三)研磨
* E0 g/ s( C: e2 U! L6 S# B( H  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。
* }5 p8 ~, `) N8 J  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。
$ {0 t. Y: X/ O  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。# C) b- t' b' D9 G( {  g
  (四)滚压加工; g* T3 N3 U' b
  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。
8 }* C6 f5 e; v0 n1 a$ k  图 6-12 为滚压加工示意图。滚压加工有如下特点:/ W9 Q3 N7 L& e5 a* C* \' r
2008-07-16-12-01-48798.gif
( Y0 f8 E4 U3 c5 g7 o- I  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 。
! w1 w4 k* }# e2 b- N  2 .滚压后的形状精度和位置精度主要取决于前道工序。$ F% e+ \. x8 p$ _  I5 U8 M
  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。
: Y: Y5 K; i! M, [+ t# }3 s% C/ B  4 .滚压加工生产率高。
* f6 O$ J; p8 Y9 |2 L  四、外圆表面加工方案的选择
/ X' K. K* F6 ?7 E; @6 ^& E  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。2 ^1 l: n1 ?, \, ?. a4 {
表3-14  外圆柱面加工方法( }; g8 ]' `: {1 E3 b9 H  A, u# Y
序号
* D5 l+ J7 \0 {4 k# @+ g2 M# E加工方法) J" G4 N. h+ M4 b
经济精度
2 @. i0 ]- g6 E8 p( 公差等级表示 )5 A7 U' Y& r" I- R; b7 P+ V6 K
经济粗糙度值
# h0 P# s1 z. I' M# hRa / um% f/ m& N2 a" A
适用范围* D1 I. n" W; f/ Z% X( \, T) M6 e  Q
1. B9 @" p% N, {: R! f9 l, B
粗车. H4 Y$ N  W  Q# X8 X3 T
IT18~13
& h3 \7 Q/ K0 n% }% _0 k/ T) M0 `1 d12.5~50
& ^: m! Y+ ?+ J9 a6 q( i% \3 |- h适用于淬火钢以外的各种金属
& T0 M- U  [4 ?2/ T5 R0 M' d7 G% j& J
粗车 - 半精车$ T" z  B8 x# v! [+ ]
IT11~10, a: M" ~) y8 s
3.2~6.3
. g1 x* A* O/ T, h( O3
- Y3 q7 i3 a1 r! u6 s8 M5 V粗车 - 半精车 - 精车
$ D5 V. v. n9 l3 |5 S/ ^& YIT7~8
8 b9 n! @5 S: T8 F; D7 U0.8~1.62 j: n. Z. n+ p9 m' `$ f- o
4
7 b, P$ _7 W  H; g: l. B粗车 - 半精车 - 精车 -滚压(或抛光)2 p% o8 |+ D/ T. i  r  L8 l1 N
IT7~8, R0 d+ l3 c3 ?
0.25~0.2
1 C6 f1 b3 Z# Z5) x7 _2 g) ~- h1 H6 n. s
粗车 - 半精车 -磨削; W/ d+ k; y9 u9 d5 Z% j# Y
IT7~8& q* x; ]5 Q- X2 ^" t3 B! k
0.4~0.8
+ ~7 E1 I+ [. ~2 |+ c4 F- n. w$ Z$ b主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不宜加工有色金属
. B. k/ h7 R) ]! C# D60 T4 T5 o, m0 F
粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨6 e2 `! V% J8 O
IT6~7
, N. E7 q1 H8 D8 y4 a0.1~0.42 a0 T; n9 Y% ^5 }. V
79 V9 P8 y! M& I" ?% k* m
粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -超精加工(或轮式超精磨)
% [( L  ~. _  a, v3 j6 A1 \$ PIT5
$ c  V% ]- n9 @% ~# Z0.012~0.1
% ?4 I1 R2 I* E8 c( 或 R Z 0.1)
4 f$ j6 B9 C# H$ K8' q% w3 v0 x1 s- L( `
粗车 - 半精车 -精车 -精细车(金刚车)9 Q! z; s" G, q0 W. B0 r& i+ P
IT6~7. v& O0 E' G6 e" Y3 z0 T* b
0.025~0.4
* J& }, R. z8 T) y% q4 u( A2 U% b主要用于要求较高的有色金属加工' ?6 v/ d! C# }' O
9% q/ l5 s: g7 `4 Q4 \
粗车 - 半精车 - 粗磨 -精磨 -超精磨(或镜面磨)$ i5 h( Y0 @6 ?2 f+ n
IT5 以上. Z  P% l8 P/ R% ~6 E, r% l
0.006~0.025
, n' K& v# p! ~, s* p7 u( 或 R Z 0.05)# D! u. f1 n  t# m+ b2 K7 y
极高精度的外圆加工0 V( p- k5 ]; z( _2 A8 _
10
+ Z( \1 ^! X( x8 u5 B, ?0 d+ q粗车 - 半精车 -粗磨 -精磨 -研磨
: e) z  v) x) j3 oIT5 以上
6 c, h8 z% ]5 o6 C- ]; h0 p0.006~0.1
% k/ k7 k" Q$ D& F) f0 `6 ?" o( 或 R Z 0.05)
+ C* c$ W7 K+ J5 y# s  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。
% b3 x- C& w( `* j: o  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。
, d% t8 g( B3 J4 J/ ?$ m  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。
% g: u+ c+ k& M' D6 m& r; `文章关键词:
发表于 2012-5-17 13:19:22 | 显示全部楼层
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