机械制造技术第3章-机械零件加工方法与设备.ppt

第3章机械零件加工方法与设备,第一节外圆表面加工及设备 第二节内圆表面加工及设备 第三节螺纹的加工 第四节平面加工 第五节齿轮的齿形加工,第一节外圆表面加工及设备,一、外圆表面的加工 外圆表面是构成机器零件的基本表面，如轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面的加工在机器零件制造中是很常见的，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。常见的外圆表面的加工方法及特点如下。1.外圆表面的车削加工(1)粗车。外圆表面的粗车是最经济、最有效的方法，粗车在车床工艺系统允许的前提下，尽可能地采用大的背吃刀量和进给量，以提高生产率，但为了保证刀具耐用度，切削速度通常选为低速，粗车所能达到的加工精度为IT11IT12，表面粗糙度Ra为12.550um。(2)精车。外圆表面的精车一般作为最终工序或光整加工的预加工工序。精车后工件尺寸精度可达IT7IT8，表面粗糙度Ra为0.81.6um。,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,(3)高速细精车。高速细精车是采用硬质合金、立式氮化硼或金刚石刀具，用高切削速度(160mm/min以上)，小的背吃刀量(0.030.05mm)和小的进给量(0.020.2mm/r)，对工件进行精细加工的方法。对于硬度较低的有色金属(如铜、铝)，如果采用磨削加工，磨屑容易糊住砂轮，一般在高精度的车床上，采用金刚石刀具进行高速细精车，工件尺寸精度可达IT5IT6，表面粗糙度Ra为0.11.0um,甚至可达镜面效果。2.外圆表面的磨削加工 外圆表面的磨削加工是主要精加工方法，能经济地获得高的加工精度和小的表面粗糙度值。加工精度通常可达IT5IT7，表面粗糙度Ra值可达0.20.8um。采用高精度的磨削方法，表面粗糙度Ra值可达0.0060.1um。磨削加工不但可精加工，而且可进行粗磨荒磨、重负荷磨削。特别适合于各种高硬度和悴火后的零件的精加工。3.外圆表面的精整、光整加工,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,外圆表面的精整、光整加工是精加工以后进行的超精密加工方法，适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。(1)研磨。用研磨工具和研磨剂，通过研具与工件在一定压力下，做相对滑动，从工件表面上磨掉一层极薄的金属，以提高工件尺寸、形状精度和降低表面粗糙度的精整加工方法。研磨精度可达0.025m，圆柱度可达0.1 m，表面粗糙度可达Ra0.01 m。研磨主要用于精密的零件，如量规、精密配合件、光学零件等。(2)抛光。抛光能降低表面粗糙度，但不能提高工件的尺寸精度和形状精度。普通抛光工件表面粗糙度可达Ra0.4 m。由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选择合理的加工方法。表3-1所示为外圆表面各种加工方案和经济加工精度。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,二、外圆表面的车削加工1.车床(1)车床主要类型及工艺范围。车床主要是用于进行车削加工。通常由工件旋转完成主运动，而由刀具沿平行或垂直于工件旋转轴线移动完成进给运动。与工件旋转轴线平行的进给运动称为纵向进给运动，垂直的称为横向进给运动。车床的种类很多，按其用途和结构的不同，主要可分为卧式车床及落地车床、立式车床、转塔车床、多刀半自动车床、仿形车床及仿形半自动车床、单轴自动车床、多轴自动车床及多轴半自动车床、车削加工中心。此外，还有各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、铲齿车床等。在大批量生产的工厂中还有各种专用车床。如表3-2所列为车床的主要类型、工作方法和应用范围。其中卧式车床的工艺范围很广，能进行多种表面的加工，如图3-1所示。能车削内外圆柱面、圆锥面、成形面、端面、各种螺纹、切槽、切断;也能进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工作。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,如果再利用一些特殊附件，那么卧式车床的工艺范围还能进一步扩大。(2)CA6140型卧式车床简介。CA6140型卧式车床的主要技术参数。床身上最大工件回转直径 400mm 在刀架上最大工件回转直径 210mm 工件最大长度(四种规格)750;1 000;1 500;2000mm 主轴中心高度 205mm 主轴内孔直径 48mm 主轴前端锥孔的锥度 莫氏6号 主轴转速正转(24级)101400r/min 反转(12级)101580r/min 车削螺纹范围米制螺纹螺距(44种标准螺距)1192mm,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,英制螺纹螺距(20种标准螺距)224牙/in 模数螺纹(39种标准螺距)0.2548mm 径节螺纹(37种标准螺距)196牙/in纵向进给量(64级)0.0286.33mm/r横向进给量(64级)0.0143.16mm/r主电动机功率/转速 7.5 kW/1 450(r.min-1)快速电动机功率/转速 0.25kW/2 800(r.min-1)尾座顶尖套锥孔锥度 莫氏5号机床工件精度 圆度 0.0020.005mm 精车端面平面度 0.0050.01mm 表面粗糙度Ra 0.83.2um,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,CA6140型卧式车床的主要部件及其作用。CA6140型卧式车床的外形如图3-2所示，其主要部件如下。a.床身。床身4固定在左、右床腿上。床身是车床的基本支承件，在床身上安装着车床的各个主要部件并使它们在工作时保持准确的相对位置。b.主轴箱。主轴箱1固定在床身的左侧，作用是将电动机输出旋转运动传递给主轴，再通过装在主轴上夹具带动工件回转，实现主运动。主轴箱内有变速机构，通过变换箱外手柄的位置，可以改变主轴的转速，以满足不同车削工作的需要。c.进给箱。进给箱10固定在床身的左前侧，将主轴通过挂轮箱传递来的旋转运动传给光杠或丝杠。进给箱内有变速机构，可实现光杠或丝杠的转速变换，以调节机动进给的进给量或螺纹螺距。d.溜板箱。溜板箱8固定在床鞍的前侧，作用是将光杠或丝杠的回转运动变为床鞍或中滑板及刀具的进给运动。变换溜板箱外的手柄位置，可以控制刀具纵向或横向进给运动的方向和运动的启动或停止。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,e.刀架。刀架2装在床身的床鞍导轨上，床鞍可沿导轨纵向移动。刀架部分由几层滑板组成。其作用是装夹车刀并使车刀作纵向、横向或斜向运动。f.尾座。尾座3装在床身尾部的导轨上，并可沿此导轨纵向调整位置。尾座的作用是用顶尖支承工件，还可安装钻头等孔加工刀具进孔加工。g.挂轮箱。挂轮箱装在主轴箱的左边。它是把主轴的旋转运动传给进给箱的传动部件，挂轮箱内有挂轮装置，配换不同齿数的挂轮(齿轮)，可改变进给量或车螺纹时的螺距(或导程)。CA6140型卧式车床的传动。CA6140型卧式车床的传动过程可用传动框图来表示，如图3-3所示。主运动电动机的旋转运动，经皮带轮传到主轴箱，在箱内经过变向和变速机构再传到主轴，使主轴获得24级正向和12级反向转速。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,进给运动主轴经过主轴箱，再经过挂轮、进给箱把旋转运动传给光杠或丝杠，最后通过溜板箱变成滑板、刀架的直线移动，使车刀作纵向或横向进给运动及车削螺纹。刀架的快速移动刀架快速移动是刀具作机动、快速地退离或接近加工部位，以减轻工人劳动强度及缩短辅助时间。CA6140型卧式车床的传动系统(见图3-4)由主运动传动链、车削螺纹运动传动链、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。a.主运动传动链。运动由主电动机经V形带轮传动 副 传至主轴箱中的轴I，轴I上装有双向多片摩擦离合器M1，使主轴正转、反转或停止。主运动传动链的传动路线表达式为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,由传动路线表达式可以看出，主轴可获得 级正转转速，由于轴III至轴V间的两组双联滑移齿轮变速组的4种传动比为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,其中,所以实际只有3种不同的传动比，因此主轴只能获得 级正转转速。同理主轴可获得 级反转转速。主轴反转时，轴I-II间传动比的值大于正转时传动比的值，所以反转转速大于正转转速。主轴反转一般不用于切削，而是用于车削螺蚊时，切削完一刀后，使车刀沿螺旋线退回，以免下一次切削时“乱扣”。转速高，可节省辅助时间。b.车削螺纹运动传动链。CA6120型车床能够车削米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹，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。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,车削螺纹传动链的作用，就是要得到上述各种螺纹的导程。不同标准的螺纹用不同的参数表不其螺距，表3-3列出了米制、英制、模数制和径节制四种螺纹的螺距参数及其与螺距P导程L之间的换算关系。车削螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹的一个导程L工，其运动平衡式为-从主轴到钟杠之间的总传动比;L丝-机床钟杠上的导程(CA6120型车床L丝=12 mm)L工-被加工螺纹的导程(mm)。在这个平衡式中，通过改变传动链中的传动比，就可以得到要加工的螺纹导程。不同螺纹种类螺纹传动路线也不同，CA6120型车床车削米制螺纹时传动路线表达式为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,其中 是轴XIII和轴XIV之间变速机构的8种传动比，即,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,上述变速机构是获得各种螺纹的基本机构，称为基本螺距机构或称基本组。是轴XV和轴XVII之间变速机构的4种传动比，即 上述4种传动比按倍数关系排列。用于扩大机床车削螺纹导程的种数。这个变速机构称为增倍机构或增倍组。在力口工正常螺纹导程时，主轴VI直接传动轴IX，其间传动比。时能加工的最大螺纹导程L=12mm。如果需要车削导程更大的螺纹时，可将轴IY的滑移齿轮58向右移动，使之轴珊上的齿轮26啮合，从主轴VI至轴IX间的传动比为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,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。通常把上述传动机构称之为扩大螺距机构。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。必须指出，扩大螺距机构的传动比 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。具体地说，主轴转速是1032 r/min时，导程可扩大16倍;主轴转速是40125 r/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。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,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批联成一体，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 c.纵向和横向机动进给传动链。纵向进给一般用于外圆车削，而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 CA6140型车床纵向机动进给量有64级。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,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0.081.22mm/r的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0.861.59 mm/r的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，可获得0.0280.054 mm/r的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1.716.33 mm/r的16级供强力切削或宽刃精车之用的加大进给量。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。这是因为横向切槽或切断，容易产生振动，切削条件差，故使用较小进给量。a.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(0.25kW2800 r/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。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,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。(3)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、尺寸大小和加工质量不同，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。三爪自定心卡盘。图3-5所示为三爪自定心卡盘的结构。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人小圆锥齿轮2的方孔1中转动，小圆锥齿轮2就带动大圆锥齿轮3转动，大圆锥齿轮3背面的平面螺纹与三个卡爪4背面的螺纹相啮合。当平面螺纹转动时，就带动三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。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,四爪单动卡盘。四爪单动卡盘的外形如图3-6所示。它有四个各不相关的卡爪1,2,3,4，每个爪的后面有一半内螺纹与丝杠5啮合，当扳手方头插人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。顶尖及鸡心夹头。车削轴类零件时，采用两顶尖和鸡心夹头来安装工件，如图3-7所示。安装工件时，由装在主轴和尾座锥孔的两顶尖顶人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3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。图3-8所示为死顶尖的结构。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3-8(b)所示。支承细小工件时可用反顶尖，如图3-8(c)所示。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,图3-9所示为活顶尖的结构。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，而且当轴承磨损后，会使顶尖产生径向摆动，降低加工精度。两顶尖及鸡心夹头适用于安装长度和直径之比较大(L/D=410)的轴类零件。其特点是:能保证位置精度在多工序加工条件下，均以中心孔定位，能保证各加工表面间的相互位置精度。但因工件长径比较大，工件的安装刚性差，故不宜选用较大的切削用量，也不宜进行断续切削。中心架与跟刀架。当车削特别长的轴类工件(L/D10)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。另外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。中心架和跟刀架的结构及使用情况如图3-10所示。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。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,中心架用压板固定在床身导轨上，三个径向布置的支承柱可以单独调节，支承柱支承在工件已车好的光滑柱面上，调节支承柱时应使工件轴线与回转轴线重合，且使支承柱与工件接触松紧适当。跟刀架固定在车床鞍上，并跟车刀一起移动。跟刀架一般只有两个支承柱。另一个支承柱由车刀来代替。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。花盘。花盘及其使用如图3-11所示，花盘的工作平面上布置有若干条径向排列的直槽，以便用螺栓、压板等将工件压紧在花盘平面上。根据工件的结构特征和加工部位的需要，有时还使用弯板(有两个互相垂直平面的角铣)。工件装夹在弯板上，弯板固定在花盘上安装工件时，应根据工件上事先划好的基准线(内、外圆或i一字线)进行找正，然后用螺栓、压板等压紧工件，如图3-11(b)所示。若工件质量不均衡，必须在花盘上加装平衡铣予以平衡，以防振动和保证安全。花盘主要用于单件、小批产生中形状比较特殊的零件安装。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,2.车刀(1)车刀的种类。车刀是车削加工使用的刀具，可用于各类车床。车刀的种类很多，按结构分有整体式车刀、焊接式车刀、机夹重磨式车刀和可转位式车刀等，如图3-12所示。按用途可为分外圆车刀、撞孔车刀、端面车刀、螺纹车刀、切断刀和成形车刀等，如图3-13所示。外圆车刀有直头和弯头之分，常以主偏角的数值来命名，如Kr=90o时称为90o外圆车刀;Kr=45o时称为45o外圆车刀。(2)车刀的刃磨。常用的磨刀砂轮有氧化铝砂轮(呈白色)、碳化硅砂轮(呈绿色)和人造金刚石砂轮。氧化铝砂轮的磨粒韧性好，比较锋利，硬度稍低，用来刃磨高速钢刀具。碳化硅砂轮的磨粒硬度高，切削性能好，但较脆，用来刃磨硬质合金刀具。人造金刚石砂轮刃磨刀具，这种砂轮的磨粒硬度极高，强度较高，导热性好，自锐性好。除可刃磨硬质合金刀具外，还可磨削玻璃、陶瓷等高硬度材料。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,车刀的刃磨有机械刃磨和手工刃磨两种。机械刃磨效率高，质量稳定，操作方便，主要用于刃磨标准刀具。手工刃磨比较灵活，对磨刀设备要求不高，这种刃磨方法在一般工厂较为普遍。对于车工来说，手工刃磨是必须掌握的基本技能。现以主偏角为90o的焊接式硬质合金车刀为例，介绍其刃磨的步骤和方法。先磨去车刀前面、后面和副后面等处的焊渣，并磨平车刀的底平面。磨削时应采用粗粒度的氧化铝砂轮。粗磨后面和副后面的刀杆部分，其后角应比刀片处的后角大2o3o，以便刃磨刀片处的后角。用氧化铝砂轮磨削。粗磨刀片上的后面和副后面，粗磨出来的后角、副后角应比所要求的后角大2o左右，刃磨方法如图3-14所示。刃磨时应采用粗粒度的碳化硅砂轮。磨前面，磨出车刀的前角和刃倾角，磨削时应采用碳化硅砂轮。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,磨断屑槽。为了使断屑容易，通常要在车刀的前面上磨出断屑槽。断屑槽常用的形式有两种，即直线形和圆弧形。刃磨圆弧形断屑槽，必须先把砂轮的外圆与平面的相交处修整成相应的圆弧。刃磨直线形断屑槽，其砂轮的外圆与平面的相交处必须修整得比较尖锐。刃磨时，刀尖可向上或向下磨削，磨削方法如图3-15所示。磨削断屑槽时应注意，刃磨时的起点位置应和刀尖、主切削刃离开一小段距离，以防止将刀尖和切削刃磨坍;磨削时用力不能过大，应将车刀沿刀杆方向上下缓慢移动。精磨后面和副后面。将车刀底平面靠在调整好角度的台板上，并使刀刃轻轻靠住砂轮的端面上进行刃磨(见图3-16)。刃磨过程中，车刀应左右缓慢移动，使砂轮磨损均匀。砂轮粒度应选180号220号的碳化硅砂轮或金刚石砂轮。磨负倒棱。加工钢料的硬质合金车刀一般要磨出负倒棱，其倒棱的宽度b=(0.50.8)f，倒棱前角。刃磨负倒棱时，用力要轻微，车刀沿主切削刃的后端向刀尖方向摆动。刃磨时，应采用细磨粒的碳化硅砂轮或金刚石砂轮。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,磨过渡刃。过渡刃有直线形和圆弧形两种，刃磨方法与精磨后面时基本相同。对于车削较硬材料的车刀，也可以在过渡刃上磨出负倒棱。对于大进给量车削的车刀，可以用同样的方法在副切削刃上磨出修光刃。采用的砂轮与精磨后面时所用的砂轮相同。研磨。对精加工用车刀，为了保证工件表面加工质量，常对车刀进行研磨。研磨时，用油石加些机油，然后在刀刃附近的前面和后面以及刀尖处贴平进行研磨，直到车刀表面光洁，看不出磨削痕迹为止。这样既可使刀刃锋利，又能增加刀具的耐用度。刃磨刀具时的注意事项如下:握刀姿势要正确，手指要稳定，不能抖动。磨碳素钢、合金钢及高速钢刀具时，要经常冷却，不能让刀头烧红，否则，会失去其硬度。磨硬质合金刀具时，不要进行冷却，否则，突然冷却会使刀片碎裂。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,在盘形砂轮上磨刀时，尽量避免使用砂轮的侧面;在杯形砂轮上磨刀时，不准使用砂轮的内圈。刃磨时，应将刀具往复移动，不要固定在砂轮的某一处，否则，会使砂轮表面磨成凹槽，为再刃磨其他刀时造成困难。(3)车刀的安装。车刀的安装正确与否，直接影响到切削能否顺利进行和工件的加工质量。如果车刀安装不正确，即使车刀的各个角度刃磨是合理的，但在切削时，其工作角度也会发生改变。所以在安装车刀时，一定要注意以下几点:车刀悬仲部分要尽量缩短。一般悬仲长度约为车刀厚度的11.5倍。悬仲过长，车刀切削时刚性差，容易产生振动、弯曲甚至折断，影响加工质量。车刀一定要夹紧，否则，车刀崩出将造成难以想象的后果。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,车刀刀尖一般应与工件旋转轴线等高，否则，将使车刀工作时的前角和后角发生改变(见图3-17)。车外圆时，如果车刀刀尖高于工件旋转轴线，则使前角增大，后角减小，从而加剧后面与工件之间的摩擦;如果车刀刀尖低于工件旋转轴线，则使后角增大，前角减小，从而使切削不顺利。在车削内孔时，其角度的变化情况正好与车外圆时相反。车刀刀杆中心线应与进给运动方向垂直，如图3-18(b)所示，否则将使车刀工作时的主偏角和副偏角发生改变。主偏角减小，如图3-18(c)所示，进给力增大;副偏角减小，如图3-18(a)所示，加剧摩擦。这些要求对各种车刀的安装是通用的，但对不同的切削情况，又有其特殊的要求。3.车外圆 工件旋转做主运动，车刀做纵向进给运动，就能车出外圆柱表面。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,车外圆可用图3-19所示的几种车刀。其中，Kr=45o的弯头刀能车外圆、端面和倒角，是一种多用途的车刀。但切削时径向分力大，如果是车细长工件时，工件容易被顶弯并引起振动，所以常用来车削刚性好的工件。90o偏刀能车外圆、端面和阶台。其径向分力较小，不易引起工件的弯曲与振动，但因刀尖角 较小，刀尖强度小，散热条件差，容易磨损。75o的外圆车刀刀尖强度较高，散热情况好，径向分力也不大，工件刚性稍差时也能采用，适用于粗、精车外圆。为了保证加工质量和提高生产效率，一般将加工过程分为粗车、半精车和精车三个阶段。粗车时，应以尽快切除粗车余量为主，为此，背吃刀量和进给量可取较大值，而切削速度则应取较小值，以防车床过载，并且保证车刀耐用度。半精车和精车时，则应以保证加工质量为主，尽可能减小由于切削力、切削热引起工艺系统(指机床-夹具-工件-刀具)的变形，以减小加工误差。所以，背吃刀量和进给量应取较小值，而切削速度一般取较大值。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,外圆车削时，最常见的车削装夹方式如表3-4所示。三、外圆表面的磨削加工 1.磨床(1)磨床的主要类型及应用范围。用磨料磨具(砂轮、砂带、油石和研磨料等)为工具进行切削加工的机床，称为磨床。用油石或磨料作磨具进行磨削加工的机床，称为研磨机床或超精磨削机床，也可统称为磨床。磨床可以加工各种表面。凡是车床、钻床、撞床、铣床、齿轮和螺纹加工机床等加工的零件表面，都能够在相应的磨床上进行磨削精加工。此外，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛，所以磨床的类型和品种比其他机床多。磨床的类型有以下几种。为适应磨削不同的零件表面发展的通用磨床有普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、普通内圆磨床、行星内圆磨床以及各种平面磨床、齿轮磨床和螺纹磨床等。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,为适应提高生产率要求发展的高效磨床有高速磨床、高速深切快进给磨床、低速深切缓进给磨床、宽砂轮磨床、多砂轮磨床以及各种砂带磨床。为适应磨削特殊零件发展的专门化磨床有曲轴磨床、凸轮轴磨床、轧辊磨床、花键磨床、导轨磨床以及各种轴承滚道磨床等。此外，还有各种超精加工磨床和工具磨床等。(2)M1432B型万能外圆磨床。M1432B型万能外圆磨床(见图3-20)属于普通精度的万能外圆磨床，其工艺范围较宽，除了能磨削外圆柱面和外圆锥面外，还可磨削内孔和台阶面等。M1432B型万能外圆磨床的组成和作用。a.床身。床身用以支承磨床其他部件。床身上面有纵向导轨和横向导轨，分别为磨床工作台和砂轮架的移动导向。b.头架。头架主轴可与卡盘连接或安装顶尖，用以装夹工件。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,头架主轴由头架上的电动机经带传动、头架内的变速机构带动回转，实现工件的圆周进给，共有25224 r/min的6级转速。头架可绕垂直轴线逆时针回转。0o90o。c.砂轮架。砂轮架用以支承砂轮主轴，可沿床身横向导轨移动，实现砂轮的径向(横向)进给。砂轮的径向进给量可以通过手轮3手动调节。安装于主轴的砂轮由一独立电动机通过带传动使其回转，转速为1 670 r/min。砂轮架可绕垂直轴线回转-30o+30o。d.工作台。工作台由上、下两层组成，上层可绕下层中心轴线在水平面内顺(逆)时针回转3o(6o)，以便磨削小锥角的长锥体工件。工作台上层用以安装头架和尾座，工作台下层连同上层一起沿床身纵向导轨移动，实现工件的纵向进给。纵向进给可通过手轮11手动调节。工作台的纵向运动由床身内的液压传动装置驱动。P.尾座。套简内安装尾顶尖，用以支承工件另一端。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,后端装有弹簧，利用可调节的弹簧力顶紧工件，也可在长工件受磨削热影响而仲长或弯曲变形的情况下便于工件装卸。装卸工件时，可采用手动或液动方式使尾座套简缩回。f.内圆磨头。其上装有内圆磨具5，用来磨削内圆。它由专门的电动机经平带带动其主轴高速回转(10 000 r/min以上)实现内圆磨削的主运动。不用时，将内圆磨头翻转到砂轮架上方，磨内圆时翻下。机床的运动和传动。为了完成各种加工，机床必须具备以下运动。a.主运动(no)。磨外圆时为砂轮的回转运动;磨内圆时为内圆磨具的砂轮的回转运动。b.进给运动。工件的圆周进给运动(nw)，即头架主轴的回转运动;工作台的纵向进给运动(fa)，即采用液压传动，以保证运动的平稳性及实现无级调速和自动往复运动，也可手动调整工作台位置;,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,砂轮架的横向进给运动，每当工作台一个纵向往复运动终了，由机械传动机构使砂轮架横向移动一个位移量(控制磨削深度)，为步进运动。此外，机床还有两个辅助运动:砂轮架横向快速进退和尾座套简缩回，以便装卸工件。这两个运动都采用液压传动。(3)无心外圆磨床。无心外圆磨床是一种生产率很高的精加工方法。无心外圆磨床进行磨削时，工件不是支承在顶尖上或夹持在卡盘中，而直接置于砂轮和导轮之间的托板上，以工件自身外圆为定位基准，其中心略高于砂轮和导轮的中心连线。磨削时，导轮转速nt与砂轮转速no相比较低，由于工件与导轮(通常用橡胶黏合剂做的，磨粒较粗)之间的摩擦较大，所以工件以接近于导轮转速回转(nw)。从而在砂轮与工件间形成很大的速度差，据此产生磨削作用。改变导轮的转速，便可以调整工件的圆周进给速度。如图3-21所示为无心外圆磨床外观简图。由床身、砂轮架、砂轮修整器、导轮修整器、座架和支座等主要部件组成。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,无心磨床所磨削的工件，尺寸精度和几何精度都较高，且有很高的生产率。如果配备自动上下料机构，很容易实现单机自动化，适用于大批量生产。2.砂轮 砂轮是磨削加工的主要工具，它是由磨料和黏合剂构成的疏松多孔物体，如图3-22所示。磨粒、黏合剂和空隙是构成砂轮的三要素。随着磨料、黏合剂及砂轮制造工艺的不同，砂轮特性差别很大，对磨削加工的精度及生产率等有着重要的影响，必须根据具体情况选用。(1)砂轮的特性。砂轮的特性由磨料、粒度、黏合剂、硬度及组织等五个方面的因素决定。磨料。磨料是制造砂轮的主要原料，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。如表3-5所示。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,粒度。粒度表示磨料颗粒的大小。砂轮的粒度对磨削加工生产率和工件表面质量影响较大。一般来说，粗磨时，应选用粗粒度的砂轮，以保证较高的生产率;精磨时，选用细粒度砂轮，以减低磨削表面的粗糙度值;磨软而粘的材料，应选用粗粒度的砂轮，以防工作表面堵塞;磨削脆、硬材料，则应选用细粒度砂轮。粒度的选用如表3-6所示。合剂。用于黏合磨粒，制成各种不同形状和尺寸的砂轮。黏合剂的性能决定了砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性、耐热性和使用寿命。常用的黏合剂有陶瓷黏合剂、树脂黏合剂、橡胶黏合剂和金属黏合剂等，其中以陶瓷黏合剂应用最广。黏合剂的性能与用途如表3-7所示。硬度。砂轮的硬度是指在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。如磨粒容易脱落，表明砂轮硬度低，反之则表明砂轮硬度高。砂轮的硬度与磨粒的硬度是两个不同的概念，硬度相同的磨粒，可以制成不同硬度的砂轮。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,砂轮硬度的选择，对磨削质量、磨削效率和砂轮损耗都有很大影响。一般来说，磨削较硬的材料，应选用较软的砂轮;磨削较软的材料，应选用较硬的砂轮。磨削有色金属时，应选用较软砂轮，以免切屑堵塞砂轮;在精磨和成形磨削时，应选用较硬砂轮。砂轮硬度代号如表3-8所示。组织。砂轮的总体积是由磨粒、黏合剂和气孔构成的，这三部分体积的比例关系，在工程中常称为砂轮的组织。砂轮的组织与用途如表3-9所示。(2)砂轮的形状。常用砂轮的形状、代号及主要用途如表3-10所示。(3)砂轮的平衡、安装与修正。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3-23所示。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,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)为内圆磨削用粘接法安装砂轮;(h)为简形砂轮的安装。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为松开。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砂轮法兰盘上环形槽内平衡块的位置来实现的，如图3-24所示。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,砂轮的修正。新砂轮或使用过一段时间后，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。修理砂轮时，金刚笔相对砂轮的位置如图3-25所示，以避免笔尖扎人砂轮，同时也可保持笔尖的锋利。3.外圆磨削加工方法 外圆磨削可以在普通外圆磨床、万能外圆磨床或无心磨床上进行。常用的磨削方法有轴向磨削法、径向磨削法、阶段磨削法和深度磨削法等四种。磨削对象主要是各种圆柱体、圆锥体、带肩台阶轴、环形工件以及旋转曲面。经外圆磨削后的工件表面粗糙度一般能达到Ra0.20.8um，尺寸精度可达IT6IT7级。(1)工件的装夹。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,用前、后顶尖装夹工件。如图3-26所示是外圆磨削中最常用的装夹方法。装夹时，利用工件两端的顶尖孔将工件支承在磨床的头架及尾座顶尖间，这种装夹方法的特点是装夹迅速方便，加工精度高。用三爪卡盘或四爪卡盘装夹工件。三爪卡盘适用于装夹没有中心孔的工件，而四爪卡盘特别适用于夹持表面不规则的工件。利用心轴装夹工件。心轴装夹适用于磨削套类零件的外圆。常用心轴有以下几种。a.小锥度心轴，如图3-27所示。b.台肩心轴，如图3-28所示。c.可胀心轴，如图3-29所示。(2)外圆的一般磨削方法。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,纵向法。磨削时，工件在主轴带动下做旋转运动，并随工作台一起做纵向移动，当一次纵向行程或往复行程结束时，砂轮需按要求的磨削深度再做一次横向进给，这样就能使工件上的磨削余量不断被切除，如图3-30所示。磨削特点是:精度高、表面粗糙度值小、生产效率低。适用于单件小批量生产及零件的精磨。横向法(切入磨法)。磨削时，工件只需与砂轮作同向转动(圆周进给)，而砂轮除高速旋转外，还需根据工件加工余量作缓慢连续的横向切入，直到加工余量全部被切除为止。磨削特点是:磨削效率高，磨削长度较短，磨削较困难，如图3-31(a)所示。横磨法适用于批量生产，磨削刚性好的工件上较短的外圆表面。阶段磨削法。阶段磨削法又称综合磨削法，是横向法和纵向法的综合应用，即先用横向法将工件分段粗磨，相邻两段间有一定量的重叠，各段留精磨余量，然后用纵向法进行精磨，如图3-31(b)所示。这种磨削方法既保证了精度和表面粗糙度，又提高了磨削效率。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,无心外圆磨削法。无心外圆磨削是在无心外圆磨床上进行的一种外圆磨削。无心外圆磨削时，工件不定中心自由地置于磨削轮和导轮之间，由托板和导轮支承，工件被磨削外圆表面本身就是定位基准面，其中起磨削作用的砂轮称为磨削轮，起传动作用的砂轮称为导轮(见图3-32)。导轮由橡胶黏合剂制成其轴线在垂直方向上与磨削轮成a角，带动工件旋转和纵向进给运动。无心磨削时，磨削轮以大于导轮s倍左右的圆周速度旋转，由于工件与导轮间的摩擦力大于工件与磨削轮间的摩擦力，所以工件被导轮带动并与它成相反方向旋转;而磨削轮则对工件进行磨削。无心磨削后工件的精度可达IT6IT7级，表面粗糙度达Ra0.20.8um。在无心外圆磨床上磨削工件的方法主要有贯穿磨削法、切入磨削法和强迫贯穿法。a.贯穿磨削法。磨削时，工件一面旋转一面纵向进给，穿过磨削区域，工件的加工余量需要在几次贯穿中切除。此种方法用于磨削无阶台的外圆表面(见图3-33)。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,工件的纵向进给速度等于导轮的纵向分速度，工件的圆周速度等于导轮切线方向的分速度。导轮的倾斜角增大时，工件纵向进给速度增大，生产率提高而工件的表面粗糙度变粗，通常精磨时取;粗磨时取。每次贯穿的吃刀量粗磨时取0.020.06 mm,精磨时取0.0050.01mm。b.切入磨削法(见图3-34)。磨削时，工件不做纵向进给运动，通常将导轮架回转较小的倾斜角()，使工件在磨削过程中有一微小轴向力，使工件紧靠挡销，因而能获得理想的加工质量。切入磨削法适用于加工带肩台的圆柱形零件或锥销、锥形滚柱等成形旋转体零件。采用切入法时需精细修整磨削轮，砂轮表面要平整，当工件表面粗糙度值超出所要求时，要及时修整磨削轮，磨削时，导轮横向切入要慢而且均匀。四、外圆表面的精整、光整加工 1.研磨,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,(1)研磨的分类和适用范围。湿研磨。湿研磨是将稀糊状或液状研磨剂涂敷或连续注人研具表面，磨粒在工件与研具之间不停地滑动或滚动，形成对工件的切削运动，加工表面呈无光泽的麻点状，一般用于粗研磨。干研磨。干研磨是在一定的压力下，将磨料均匀地压嵌在研具的表层中，研磨时只需在研具表面涂以少量的润滑剂，干研磨可获得很高的加工精度和低表面粗糙度，但研磨效率较低，一般用于精研磨。半干研磨。