零件表面的常规加工方法

第二章零件表面的常规加工方法本章教学学时：8~10本章以常见表面的加工为主线，介绍了各种传统切削加工方法的工艺特点、应用及零件加工的工艺规程制定。

本章内容实践性、直观性很强，是学生在完成工程训练实践环节基础上的理论提升。

本章内容是全书的重点，也是“教学基本要求”要求学生应掌握的基本内容。

授课采用多媒体教学，学生学习要理论联系实际，多作练习，以取得良好的教学效果。

本章教学方式：课堂讲课与安排自学主要内容：第一节回转面的加工.一、外圆面的加工外圆面的技术要求，大致有①尺寸精度：即外圆面直径和长度的尺寸精度；②形状和相互位置精度：前者有直线度、平面度、圆度、圆柱度等，后者如平行度、垂直度、同轴度、径向圆跳动等；③表面质量：主要是指表面粗糙度，也包括有些零件要求的表面层硬度、残余应力大小、方向和金相组织等。

（一）外圆面的车削车削是外圆面加工的主要工序。

工件旋转为主运动，刀具直线移动为进给运动。

车外圆可在不同类型车床上进行。

各种车刀车削中小型零件外圆的方法如图2-1a至e所示，图2-1f）为立式车床车削重型零件外圆的方法。

为了提高生产率及保证加工质量，外圆面的车削分为粗车、半精车、精车和精细车。

粗车粗车的目的是从毛坯上切去大部分余量，为精车作准备。

粗车的特点是采用较大的背吃刀量a p、较大的进图2-1 外圆面的车削方法给量以及中等或较低的切削速度v c，以a）尖刀车外圆 b）450弯头刀车外圆 c）右偏刀车外圆达到高的生产率。

粗车后的尺寸公差等d）圆弧刀车外圆 e）左偏刀车外圆 f）立式车床上车大外圆级一般为IT13～IT11，表面粗糙度R a值为50～12.5μm。

粗车也可作为低精度表面的最终工序。

半精车半精车的目的是提高精度和减小表面粗糙度，可作为中等精度外圆的终加工，亦可作为精加工外圆的预加工。

半精车的背吃刀量和进给量较粗车时小。

半精车的尺寸公差等级可达IT10～IT9，表面粗糙度R a值为6.3～3.2μm。

精车精车的主要目的是保证工件所要求的精度和表面粗糙度，作为较高精度外圆面的终加工，也可作为光整加工的预加工。

精车一般采用小的背吃刀量（a p ﹤0.15mm）和进给量(f﹤0.1mm/r)，可以采用高的或低的切削速度，以避免积屑瘤的形成。

精车刀的前后刀面及刀尖圆弧都应用油石研磨，以减小加工表面的粗糙度值。

精车的尺寸公差等级一般为IT8～IT7，表面粗糙度R a值为1.6～0.8μm。

精细车一般用于技术要求高的、韧性大的有色金属零件的加工。

精细车所用机床应有很高的精度和刚度，多使用仔细刃磨过的金刚石刀具。

车削时采用小的背吃刀量（a p≤0.03mm～0.05mm）、小的进给量（f= 0.02mm/r～0.2mm/r）和>2.6m/s）。

精细车的尺寸公差等级可达IT6～IT5，表面粗糙度高的切削速度（vcR a值为0.4～0.1μm。

车削的工艺特点：（1）易于保证相互位置精度对于轴、套筒、盘类等零件，各加工表面具有同一旋转轴线，可以在一次安装中加工出不同直径的外圆面、孔及端面，即可保证同轴度以及端面与轴线的垂直度。

（2）刀具简单车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，这就便于根据具体的加工要求，选用合理的车刀角度，有利于提高加工质量和生产率。

（3）应用范围广车削除了经常用于车外圆、端面、孔、切槽和切断等加工外，还用来车螺纹、锥面和成形表面。

加工的材料范围较广，可车削黑色金属、有色金属和某些非金属材料，特别是适合于有色金属零件的精加工。

（二）外圆面的磨削1．外圆磨床上磨削在外圆磨床上磨削时，轴类工件常用顶尖安装，其方法与车削基本相同，但磨床所用顶尖都不随工件一起转动；盘套类工件则用心轴和顶尖安装。

磨削方法分为：（1）纵磨法（图2-2a）砂轮高速旋转为主运动，工件旋转并和磨床工作台一起往复直线运动分别为圆周进给运动和纵向进给运动，工件每转一周的纵向进给量为砂轮宽度的三分之二，致使磨痕互相重叠。

每当工件一次往复行程终了时，砂轮作周期性的横向进给（背吃刀量）。

每次背吃刀量很小，磨削余量是在多次往复行程中切除的。

由于背吃刀量小，所以磨削力小，产生的磨削热少，散热条件较好；还可以利用最后几次无背吃刀量的光磨行程进行精磨，因此加工精度和表面质量较高。

此外，纵磨法具有较大的适应性，可以用一个砂轮加工不同长度的工件。

但是，其生产率较低，故广泛适用于单件、小批生产及精磨，特别适用于细长轴的磨削。

（2）横磨法（图2-2b）又称切入法，工件不作纵向移动，而由砂轮以慢速作连续的横向进给，直至磨去全部磨削余量。

横磨法生产率高，但砂轮的宽度一般比工件的长度大，工件图2-2 在外圆磨床上磨外圆与砂轮的接触面积大，发热量大，a）纵磨法 b）横磨法 c）混合磨法 d）深磨法散热条件差，工件容易产生热变形和烧伤现象，且因背向力F p大，工件易产生弯曲变形。

由于无纵向进给运动，磨粒在工件表面的磨削痕迹较为明显，所以工件表面粗糙度R a值较纵磨法大。

横磨法一般用于大批大量生产中磨削刚性较好、长度较短的外圆以及两端都有台阶的轴颈。

若将砂轮修整为成形砂轮，可利用横磨法磨削成形面。

（3）混合磨法（图2-2c）先用横磨法将工件表面分段进行粗磨，相邻两段间有5～10mm的搭接，工件上留有0.01～0.03mm的余量，然后用纵磨法进行精磨。

此法综合了横磨法和纵磨法的优点。

（4）深磨法（图2-2d）磨削时用较小的纵向进给量（一般取1～2mm/r），把全部余量（一般为0.2mm～0.6mm）在一次走刀中全部磨去。

磨削用的砂轮前端修磨成锥形或阶梯形，砂轮的最大外圆面起精磨和修光作用，锥形或其余阶梯面起粗磨或半精磨作用。

深磨法的生产率约比纵磨法高一倍，但修整砂轮较复杂，只适用于大批量生产并允许砂轮越出加工面两端较大距离的工件。

2．无心外圆磨床上磨削图2-3所示，磨削时工件放在两个砂轮之间，下方用托板托住，不用顶尖支持，所以称为无心磨。

两个砂轮中，较小的一个是用橡胶结合剂做的，磨粒较粗，以o.16m/s～0.5m/s速度回转，此为导轮；另一个是用来磨削工件的砂轮，以3om/s～40m/s速度回转，称为磨削轮。

导轮轴线相对于工件轴线倾斜一个角度α（10～50），以使导轮与工件接触点的线速度v导分解为两个速度，一个是沿工件圆周切线方向的v工，另一个是沿工件轴线方向的v通，因此，工件一方面旋转作圆周进给，另一方面作轴向进给运动。

工件从两个砂轮间通过后，即完成外圆磨削。

为了使工件与导轮保持线接触，应当将导轮母线修整成双曲线形。

无心外圆磨削与一般外圆磨削比较，其优点是生产率高，工件尺寸稳定，不需用夹具，操作技术要求不高；缺点是工件圆周面上不允许有键槽或小平面，对于套筒类零件不能保证内、外圆的同轴度要求，机床的调整较费时。

因此，无心外圆磨削适用于成批、大量生产光滑的销、轴类零图2-3 无心外圆磨削示意图件。

1—工件 2—磨削轮 3—托板 4—导论3．磨削的工艺特点（1）精度高、表面粗糙度小磨削所用的砂轮的表面有极多的、具有锋利的切削刃的磨粒，而每个磨粒又有多个刀刃，磨削时能切下薄到几微米的磨屑。

磨床比一般切削加工机床精度高，刚性及稳定性较好，并且具有控制小背吃刀量的微量进给机构，可以进行微量磨削，从而保证了精密加工的实现。

磨削时，磨削速度高，如普通外圆磨削v c≈30～35m/s，高速磨削v c＞50m/s。

一般磨削的尺寸公差等级为可达IT7～IT6，表面粗糙度R a值为0.2～0.8μm；当采用小粒度砂轮磨削时，R a可达到0.008～0.1μm。

（2）砂轮有自锐作用磨削过程中，磨钝了的磨粒会自动脱落而露出新鲜锐利的磨粒，这就是砂轮的自锐作用。

实际生产中，有时就利用这一原理进行强力磨削，以提高磨削加工的生产率。

（3）磨削温度高磨削时的切削速度高达一般切削加工的10～20倍，磨粒又多为负前角，所以产生的切削热很多；同时砂轮本身传热性很差，因此磨削区产生瞬间高温，有时高达800～1000℃。

高的磨削温度容易烧伤工件表面，使淬火钢表面回火，硬度降低，也会在工件表面产生残余应力及微裂纹，降低零件的表面质量和使用寿命。

（4）适宜磨削高硬度材料由于砂轮的磨粒具有很高的硬度、耐热性及一定的韧性，所以磨削不仅能加工钢件、铸铁件，还能加工淬硬钢件和硬质合金、宝石、玻璃等硬脆性材料。

但对于塑性较大的某些铜、铝等有色金属件，由于切屑易堵塞砂轮空隙，一般不宜采用磨削。

（5）背向力大较大的背向力会使刚性差的工艺系统产生变形，影响加工精度。

例如用纵磨法磨削细长轴时，因有较大的背向力，工件易成鼓形。

为此，需在最后进行多次光磨，逐步消除变形。

（三）外圆面的光整加工1．研磨研磨是把研磨剂放在研具与工件之间，在一定压力作用下研具与工件作复杂的相对运动，通过研磨剂的微量切削及化学作用，去除工件表面的微小余量，以提高尺寸精度、形状精度和降低表面粗糙度。

研磨方法分手工研磨和机械研磨两种。

图2-4为手工研磨外圆面的示意图。

图2-5 机械研磨示意图图2-4 手工研磨外圆a)研磨示意图 b)分隔盘1-上研磨盘 2-下研磨盘3-工件 4-分隔盘 5-偏心轴 6-悬臂轴机械研磨在专用研磨机床上进行。

图2-5为研磨小件外圆用的研磨机示意图。

研磨余量一般不超过0.01～0.03mm，研磨前的工件应进行精车或精磨。

研磨可以获得IT5或更高的尺寸公差等级，表面粗糙度R a值为0.1～0.008μm。

研磨除了加工外圆面外，还可以加工孔、平面等。

2．超级光磨超级光磨是用细粒度的油石，以较低的压力（5～20MPa），在复杂的相对运动下，对工件表面进行光整加工的方法。

图2-6为外圆面的超级光磨示意图，加工时，工件旋转（转速一般为0.16～0.25m/s），油石以恒力轻压于工件表面，在轴向进给（进给量为0.1～0.15mm/r）的同时，沿工件的轴向作高速而短幅的往复运动，每秒钟往复的次数一般为6～25次，行程长度2～6mm。

图2-7表示了超级光磨的加工过程。

在油石和工件间注入充分的切削液（一般为80～90%的煤油，其余为锭子油），光磨的初始阶段，油膜与工件表面凸峰接触，接触面积小，压强大，油石与工件间不能形成完整的油膜，表面凸峰很快被磨平。

随着尖峰高度的降低，油图2-6 超级光磨图2-7 超级光磨过程石同工件接触面积逐渐扩大，单位压力也随之减小，直到油石压力不能将油膜破坏，工件与油石被油膜分开，加工过程停止。

超级光磨的余量很小（约0.005～0.02mm），光磨后表面粗糙度值R a为0.1～0.008μm，但不能提高工件的尺寸精度及几何形状精度，该精度必须由前一道工序保证。

超级光磨只是切去工件表面的微小凸峰，加工时间很短，一般为30s～60s,所以生产率很高。