外圓表面各種加工方法

1、論外圓表面各種加工方法緒論 機(jī)電專業(yè)在中職教育中占有舉足輕重的地位， 現(xiàn)在我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的新時(shí)期， 此期 間我國(guó)制造業(yè)發(fā)展迅猛，急需大量的專業(yè)的機(jī)電類生產(chǎn)一線技術(shù)人才，而回轉(zhuǎn)面加工即外圓表 面加工在機(jī)械制造業(yè)的所有零件中所占比重達(dá)到占30%50% ，因此在中職教育中如何讓學(xué)生掌握外圓表面的多種加工方法并知道如何按需選擇顯得尤為重要。關(guān)鍵詞 車削、磨削、表面粗糙度、超精加工、滾壓加工 正文 總的來(lái)說(shuō)根據(jù)加工方法不同，外圓表面的加工可分為車削加工、磨削加工、滾壓加工等；根據(jù) 表面加工精度可分為粗加工、精加工、超精加工等，根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)在教學(xué)中采用類 比講述的方法效果最好，通過(guò)類

2、比可以讓學(xué)生深刻的掌握各種加工方法的特點(diǎn)與區(qū)別，加深學(xué)生的 記憶，讓學(xué)生更加明了各種加工方法的應(yīng)用范圍，做到心中有數(shù)、擇優(yōu)而取。首先，我們從外圓的加工方法入手先來(lái)看一下外圓表面的車削加工如圖 1，車削運(yùn)動(dòng)由機(jī)床主軸的主運(yùn)動(dòng) Vc 與車刀的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) Vf 共同形成，車削一般在車床上 進(jìn)行，它的應(yīng)用范圍很廣，可以車削金屬，橡膠，塑料，木料等多種材料，由于其生產(chǎn)效率高、適 應(yīng)范圍廣，因此在各行各業(yè)中都得到廣泛應(yīng)用。車削一般將工件左端通過(guò)卡盤爪或其他方式裝卡在車床卡盤上使之隨車床主軸旋轉(zhuǎn)，將工件右 端用頂尖頂緊或用托輥等直接支撐，當(dāng)工件較短時(shí)也可省略右端的固定。根據(jù)毛坯的制造精度和工件最終加工要求，外

3、圓車削一般可分為粗車、半精車、精車、精細(xì)車。粗車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 IT11IT13 ，表面粗糙度Ra5012.5 m 。半精車的尺寸精度可達(dá) IT8IT10 ，表面粗糙度 Ra6.33.2 m 。半精車可作為中等精度表 面的終加工，也可作為磨削或精加工的預(yù)加工。一般精車后的尺寸精度可達(dá) IT7IT8 ，表面粗糙度 Ra1.60.8 m 。精細(xì)車后的尺寸精度可達(dá) IT6IT7 ，表面粗糙度 Ra0.40.025 m 。精細(xì)車尤其適合于有色 金屬加工，有色金屬一般不宜采用磨削，所以常用精細(xì)車代替磨削。圖1般常以粗車、半精車做為精加工、超精加工的前道工序，所以在后

4、面按外圓表面加工精度講 解過(guò)程中我們將不再重復(fù)粗加工。 接下來(lái)，我們看一下外圓表面的磨削加工 磨削是外圓表面精加工的主要方法之一。 它既可加工淬硬后的表面， 又可加工未經(jīng)淬火的表面。 根據(jù)磨削時(shí)工件定位方式的不同，外圓磨削可分為：中心磨削和無(wú)心磨削兩大類。（一）中心磨削 中心磨削即普通的外圓磨削， 被磨削的工件由中心孔定位， 在外圓磨床或萬(wàn)能外圓磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可達(dá) IT6IT8 ，表面粗糙度 Ra0.80.1 m 。按進(jìn)給方式不同分為縱向進(jìn)給 磨削法和橫向進(jìn)給磨削法。1 縱向進(jìn)給磨削法（縱向磨法）如圖 2 所示，砂輪高速旋轉(zhuǎn)，工件裝在前后頂尖上，工件旋轉(zhuǎn)并和工作臺(tái)一起縱向往復(fù)運(yùn)

5、動(dòng)。圖22 橫向進(jìn)給磨削法（切入磨法）如圖 3 所示，此種磨削法沒(méi)有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，砂輪以慢速作連續(xù)的橫向進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)。其生產(chǎn)率高，適用于大批量生產(chǎn)，也能進(jìn)行成形磨削。但橫向磨削力較大，磨削溫度高，要求 機(jī)床、工件有足夠的剛度，故適合磨削短而粗，剛性好的工件；加工精度低于縱向磨法。圖3（二）無(wú)心磨削 無(wú)心磨削是一種高生產(chǎn)率的精加工方法，以被磨削的外圓本身作為定位基準(zhǔn)。目前無(wú)心磨削的 方式主要有：貫穿法和切入法。如圖 4 所示為外圓貫穿磨法的原理。工件處于磨輪和導(dǎo)輪之間， 下面用支承板支承。 磨輪軸線水平放置， 導(dǎo)輪軸線傾斜一個(gè)不大的 角。這樣導(dǎo)輪的圓周速度 導(dǎo) 可以分解為帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)

6、的 工 和使工件軸向進(jìn)給的分量圖4如圖 5 為切入磨削法磨削的原理。導(dǎo)輪 3 帶動(dòng)工件 2 旋轉(zhuǎn)并壓向磨輪 1 。加工時(shí)，工件和 導(dǎo)輪及支承板一起向砂輪作橫向進(jìn)給。磨削結(jié)束后，導(dǎo)輪后退，取下工件。導(dǎo)輪的軸線與砂輪的軸 線平行或相交成很小的角度( 0.51 o )，此角度大小能使工件與擋鐵 4 (限制工件軸向位置)很 好地貼住即可。無(wú)心磨削時(shí)，必須滿足下列條件：1 由于導(dǎo)輪傾斜了一個(gè) 角度，為了保證切削平穩(wěn)，導(dǎo)輪與工件必須保持線接觸，為此導(dǎo)輪 表面應(yīng)修整成雙曲線回轉(zhuǎn)體形狀。2 導(dǎo)輪材料的摩擦系數(shù)應(yīng)大于砂輪材料的磨擦系數(shù)；砂輪與導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn)，且砂輪的速度應(yīng) 大于導(dǎo)輪的速度；支承板的傾斜方向應(yīng)有助于

7、工件緊貼在導(dǎo)輪上。3 為了保證工件的圓度要求，工件中心應(yīng)高出砂輪和導(dǎo)輪中心連線。高出數(shù)值 H 與工件直 徑有關(guān)。當(dāng)工件直徑 d 工 =8 30mm 時(shí)， H d 工 /3 ；當(dāng) d 工 =30 70mm 時(shí)， H d 工 /4 。4 、導(dǎo)輪傾斜一個(gè) 角度。如圖 5 ，當(dāng)導(dǎo)輪以速度 v 導(dǎo) 旋轉(zhuǎn)時(shí)，可分解為：v 工 =v 導(dǎo) · cos ; v 縱 =v 導(dǎo) · sin 粗磨時(shí)， 取 3 ° 6 ° ；精磨時(shí)， 取 1 ° 3 ° 。 無(wú)心磨削時(shí)，工件尺寸精度可達(dá) IT6-IT7 ，表面粗糙度 Ra0.8-0.2um.其次，我們從外圓表

8、面的加工精度入手來(lái)看一下外圓表面的超精加工隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工件和加工精度和表面質(zhì)量要求也越來(lái)越高。因此在外圓表面精加工 后，往往還要進(jìn)行精密加工。外圓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 滾壓加工等。高精度磨削：使軸的表面粗糙度值在 Ra0.16 m 以下的磨削工藝稱為高精度磨削，它包括精度磨削( Ra0.6-0.06 m )、超精密磨削( Ra0.04-0.02 m )和鏡面磨削( Ra 0.01 m )。 高精度磨削的實(shí)質(zhì)在于砂輪磨粒的作用。經(jīng)過(guò)精細(xì)修整后的砂輪的磨粒形成了同時(shí)能參加磨削的許 多微刃。如圖 6 a,b，這些微刃等高程度好，參加磨削的切削刃數(shù)大大增加

9、，能從工件上切下微細(xì)的 切屑，形成粗糙度值較小的表面。隨著磨削過(guò)程的繼續(xù)，銳利的微刃逐漸鈍化，如圖 6 c。鈍化的 磨粒又可起拋光作用，使粗糙度進(jìn)一步降低。(二)超精加工 用細(xì)粒度磨具的油石對(duì)工件施加很小的壓力，油石作往復(fù)振動(dòng)和慢速沿工件軸向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn) 微量磨削的一種光整加工方法。如圖 7 所示為其加工原理圖。加工中有三種運(yùn)動(dòng)：工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 1 ；磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 2 ；磨頭高速往復(fù)振動(dòng) 3 。如果暫不考慮磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，磨粒在工件表面上走過(guò)的軌跡是正弦 曲線，如圖 7 b 所示。圖7超精加工大致有四個(gè)階段：1 強(qiáng)烈切削階段 開始時(shí)，由于工件表面粗糙，少數(shù)凸峰與油石接觸，單位面積壓力很

10、大，破 壞了油膜，故切削作用強(qiáng)烈。2 正常切削階段 當(dāng)少數(shù)凸峰磨平后， 接觸面積增加， 單位面積壓力降低， 致使切削作用減弱， 進(jìn)入正常切削階段。3 微弱切削階段 隨著接觸面積進(jìn)一步增大，單位面積壓力更小，切削作用微弱，且細(xì)小的切 屑形成氧化物而嵌入油石的空隙中，因而油石產(chǎn)生光滑表面，具有摩擦拋光作用。4 自動(dòng)停止切削階段 工件磨平， 單位面積上的壓力很小， 工件與油石之間形成液體摩擦油膜， 不再接觸，切削作用停止。經(jīng)超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 m. 。然而由于加工余量較小(小于 0.01mm )，因而只能去除工件表面的凸峰，對(duì)加工精度的提高不顯著。（三）研磨 用研磨

11、工具和研磨劑，從工件表面上研去一層極薄的表層的精密加工方法稱為研磨。 研磨用的研具采用比工件材料軟的材料（如鑄鐵、銅、巴氏合金及硬木等）制成。研磨時(shí)，部 分磨粒懸浮在工件和研具之間，部分研粒嵌入研具表面，利用工件與研具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨粒應(yīng)切掉 一層很薄的金屬， 主要切除上工序留下來(lái)的粗糙度凸峰。 一般研磨的余量為 0.01 -0.02mm 。研磨除 可獲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狀精度，但不能改善相互位置精 度。當(dāng)兩個(gè)工件要求良好配合時(shí)，利用工件的相互研磨（對(duì)研）是一種有效的方法。如內(nèi)燃機(jī)中的 氣閥與閥座，油泵油咀中的偶件等。（四）滾壓加工 滾壓加工是用滾壓工具對(duì)金屬

12、材質(zhì)的工件施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而降低工件表面粗 糙度，強(qiáng)化表面性能的加工方法。它是一種無(wú)切屑加工。圖 8 為滾壓加工示意圖。滾壓加工有如下特點(diǎn)：1 滾壓前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 m ，表面要求清潔，直徑余量為 0.02 -0.03mm 。2 滾壓后的形狀精度和位置精度主要取決于前道工序。3 滾壓的工件材料一般是塑性材料，并且材料組織要均勻。鑄鐵件一般不適合滾壓加工。4 滾壓加工生產(chǎn)率高。圖8 最后我們來(lái)看一下外圓表面加工方案的選擇 上面我們介紹了外圓表面常用的幾種加工方法及其特點(diǎn)。但零件上一些精度要求較高的面，僅 用一種加工方法往往是達(dá)不到其規(guī)定的技術(shù)要求的。這些表面必須

13、順序地進(jìn)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組合即為加工方案。 表 1 即為外圓 柱面的加工方案。表 1 通過(guò)總結(jié)各種加工方法綜合應(yīng)用的方案，使學(xué)生在更加深刻認(rèn)識(shí)各種加工方 法的不同特點(diǎn)的同時(shí)也知曉了各種加工方法的非獨(dú)立性與配合使用性，將各種方法更加靈活的組合 應(yīng)用。表 1 外圓柱面加工方法序號(hào)加工方法加工方法經(jīng)濟(jì)精度 （公差等級(jí)表 示）經(jīng)濟(jì)粗糙度 值Ra um適用范圍1粗車IT181312.550適用于淬火鋼以外的各種金屬2粗車 - 半精車IT11103.26.33粗車 - 半精車 - 精車IT780.81.64粗車 - 半精車 - 精車 - 滾壓

14、 （或拋光）IT780.250.25粗車 - 半精車 -磨削IT780.40.8主要用于淬火鋼， 也可用于未淬火 鋼，但不宜加工有 色金屬6粗車 - 半精車 -粗磨 -精磨IT670.10.47粗車 - 半精車 -粗磨 - 精磨 - 超精加工（或輪式超精磨）IT50.0120.18粗車 - 半精車 - 精車 -精細(xì)車 （金剛車IT670.0250.4主要用于要求較 高的有色金屬加 工9粗車 - 半精車 - 粗磨 -精磨 - 超精磨（或鏡面磨）IT5 以上0.0060.025極高精度的外圓 加工10粗車 - 半精車 -粗磨 - 精磨 - 研磨IT5 以上0.0060.1確定某個(gè)表面的加工方案時(shí)，

15、先由加工表面的技術(shù)要求（加工精度、表面粗糙度等）確定最終 加工方法，然后根據(jù)此種加工方法的特點(diǎn)確定前道工序的加工方法，如此類推。但由于獲得同一精 度及表面粗糙度的加工方法可有若干種，實(shí)際選擇時(shí)還應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸大小及材料 和熱處理的要求全面考慮。表 1 中序號(hào) 3 （粗車半精車精車）與序號(hào) 5 （粗車半精車磨）的兩種加工方案能達(dá) 到同樣的精度等級(jí)。但當(dāng)加工表面需淬硬時(shí)，最終加工方法只能采用磨削。如加工表面未經(jīng)淬硬， 則兩種加工方案均可采用。若零件材料為有色金屬，一般不宜采用磨削。再如表 1 中序號(hào) 7 （粗車半精車粗磨精磨超精加工）與序號(hào) 10 （粗車半精車 粗磨精磨研磨）兩種加工方案也能達(dá)到同樣的加工精度。當(dāng)表面配合精度要求比較高時(shí)，終加 工方法采用研磨較合適；當(dāng)只需要求較小的表面粗糙度值，則采用超精加工較合適。但不管采用研 磨還超精加工，其對(duì)加工表面的形狀精度和位置精度改善均不顯著，所以前道工序應(yīng)采用精磨，使 加工表面的位置精度和幾何形狀精度已達(dá)到技術(shù)要求。結(jié)語(yǔ)： 通過(guò)上述各