第3章 常见表面加工方法-1外圆面加工

三、研磨
研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一 层极薄表面层的精加工方法。 1、研磨方法 研磨的基本原理是研具以一定的压力作用于 工件表面，二者间作复杂的相对运动，靠研磨剂 的机械及化学作用，从工件表面切除一层极微薄 的金属层。从而获得高精度和低的表面粗糙度值。 研磨分手工研磨和机械研磨两种方法。
由于车刀的几何角度不同和切削用量不同，车削可以 获得不同的精度和表面粗糙度，所以，车削外圆可分为粗 车、半精车、精车和精细车。
粗车对加工质量无太高的要求，提高生产率是主要 的。一般多使用切削部分强度高的外圆车刀，以较大的 切削深度、较大的进给量和较低的切削速度，尽快地从 毛坯上切去大部分多余的金属层。 半精车的目的是提高精度和减小表面粗糙度Ra值， 可作为中等精度外圆的终加工，也可作为精加工外圆前 的预加工。半精车的切削深度和进给量较粗车时小。
手工研磨是操作者手持研具或工件进行研磨的方法， 所用研具为研磨环。研磨时，将弹性研磨环套在工件上， 并在研磨环与工件之间涂上研磨剂，调整螺钉使研磨环 对工件表面形成一定的压力。工件装夹在前后顶尖中， 以低速旋转（20m/min~30m/min），同时手握研磨环 作轴向往复移动，并经常检测工件，直至合格为止。手 工研磨生产率低，只适用于单件小批生产。
③ 磨削温度高。磨削时，砂轮表面的磨粒在高速下切 削金属，因此金属变形速度很高，磨削区的温度很高， 瞬时温度可达100℃左右。磨削的高温使工件表面容易 产生烧伤，使金相组织发生变化，表面硬度降低。对于 导热性差的材料，磨削的高温容易在工件内部与表层之 间产生很大的温度差，使工件表层产生残余应力。当残 余应力超过材料的强度极限时，会产生很细的表面裂纹， 降低了表面质量。 为了减少磨削高温对加工质量的影响，在磨削过程 中应采用大量的切削液。切削液不仅可以降低磨削温度， 而且可以冲走细碎的切屑以及碎裂和脱落的磨粒，减小 砂轮与工件表面的摩擦，从而减小工件的表面粗糙度和 提高砂轮的耐用度。
图5-14 无心外圆磨削示意图
1一工件；2—磨轮 3—托板 4—导轮
2、外圆磨削的特点
① 可以较容易地达到高精度和小的表面粗糙度，同时 形位公差还可以达到较高的要求。其主要原因是：磨床的 结构刚性好；砂轮切入运动机构可以精密调节，所以可精 密控制切削深度ap；同时砂轮的磨粒锐利、微细、分布稠 密并作高速旋转，每一个磨粒仅从工件表面切下极薄的一 层切屑，因而在工作表面留下的残留面积小。 ② 由于砂轮的磨料硬度和耐热性都高，所以磨削既可 以加工未经淬火的钢件和铸铁件，也可以加工金属刀具难 以切削的淬火钢和硬质合金等材料。但对于塑性较大、硬 度较低的材料（如铜、铝等有色金属），由于其切屑容易 嵌塞砂轮，一般不适于磨削，常用精车和精细车代替。
① 纵磨法
磨削时砂轮高速旋转为主运动，工件旋转为圆周进 给，工件直线往复运动为纵向进给。每一往复行程终了 时，砂轮作周期性横向进给（磨削深度）。每次的磨削 深度很小，经多次横向进给磨去全部磨削余量。 纵磨法的精度较高，表面粗糙度较小。此外，用一个 砂轮可以加工不同长度的外圆面，但生产率较低，故广 泛用于单件小批生产，特别适于细长轴的精磨。
第三章 常见表面加工方法
组成零件的各种典型表面，如外圆面、孔、平面、螺 纹面、齿轮齿面、成形面等，不仅有一定的形状和尺寸， 而且还有一定的技术要求，如尺寸精度、形状和位置精度、 表面质量等。因而工件表面的加工过程，也就是逐步实现 符合技术要求的过程。
加工方法和工艺的选配都应遵循下两个基本原则： （1）粗、精加工要分开。粗加工是切除大部分赘余的 材料，为精加工准备好条件；精加工则是获得符合技术要 求的表面。
精车的主要目的是保证零件所要求的精度和表面 粗糙度。一般以较小的切削深度、较小的进给量、高 速或低速进行精车。 精细车一般适合技术要求高的有色金属零件的加 工，是代替磨削的光整加工。精细车所用机床应有很 高的精度和刚度，多使带切削部分经仔细刃磨的金刚 石 车 刀 。 车 削 时 采 用 小 的 切 削 深 度 （ ap≤0.03mm~0.05mm ） 、 小 的 进 给 量 （ f=0.02mm/r~0.2mm/r ） 和 高 的 切 削 速 度 （vc>2.6m/s）。
2、车削外圆的工艺特点
① 容易保证零件各加工面的位置精度。车削时，工件上各表面具有同 一个回转轴线。一次装夹中车出外圆、内孔、端平面、沟槽等。能保 证各外圆轴线之间及外圆与内孔轴线间的同轴度要求，保证外圆轴线 与端面的垂直度等。 ② 生产率较高。车削的切削过程大多是连续的，切削面积不变，切削 力变化很小，切削过程比刨削和铣削平稳，常可采用高速切削和强力 切削，生产率较高，车削加工既适宜单件小批生产，也适宜大批大量 生产。 ③ 生产成本较低。车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均 很方便，故刀具费用低，车床附件多，装夹及调整时间较短，加之切 削生产率高，故车削成本较低。 ④ 适于车削加工的材料广泛。除难以切削30HRC以上硬度高的淬火 钢件外，可以车削黑色金属、有色金属及非金属材料，特别适合有色 金属零件的精加工。
2、研磨的工艺特点
① 方法简便。研磨除可在专用研磨机床上进行外，也可在 改装后的通用机床上研磨。设备和研具均简单。 ② 研磨质量高。因研磨的切削力小、切削热少，所以可提 高尺寸、形状精度，降低表面粗糙度值。但不能纠正位置 误差。 ③ 研磨工件材料广泛。可加工钢件、铸铁件、铜、铝等有 色金属件和高硬度的淬火钢件、硬质合金及半导体元件、 陶瓷元件等。 ④ 金属切除率低。研磨对工件进行的是微量切削，前道工 序为研磨留的余量，一般不超过0.01mm~0.03mm。
形状精度：圆度、轴线的直线度和圆柱度等； 位置精度：与其它外圆表面（或孔）之间的同轴度、与规 定平面间的垂直度等； 表面质量：表面粗糙度等。 外圆面的主要加工方法有车削、磨削、研磨、超精加 工、抛光等。
一、车削
1、车削方法
车削外圆面视频 机动进给车削外圆面与平面视频
车削是外圆面加工的主要方法，可在不同类型车床上 进行。 单件小批生产中，各种轴、盘、套等类的中小型零件， 多在卧式车床上加工； 生产率要求高的中小型零件，可选用数控车床加工； 大型圆盘类零件（如火车轮、大型齿轮等），多用立 式车床加工； 成批或大批生产中小型轴、套类件则广泛使用多刀半 自动车床及自动车床进行加工。
视频
图 纵磨法
② 横磨法
磨削时工件不作纵向往复运动，而由砂轮作慢速的横 向进给，直到磨去全部磨削余量。
这种方法生产率高，但由于砂轮与工件接触面大，磨 削力大，发热量多，磨削温度高，工件易发生变形和烧伤。 同时砂轮的修整精度以及砂轮的磨钝情况，均直接影响到 工件的尺寸精度和形状精度，所以横磨法适宜用于成批、 大量生产中，加工精度较低、刚性较好的工件。
图 超精加工外圆
2、超精加工工艺特点 ① 设备简单、操作方便。超精加工除可以在 专门机床上进行外，也可以在改装的卧式车床上进 行。 ② 生产率较高。因超精加工只是切去工件表 面的微观凸峰，加工时间很短，一般约为30s-60s。 ③ 表面粗糙度值小。因超精加工的工件表面 呈 现 交 叉 致 密 的 网 纹 、 使 表 面 粗 糙 度 Ra 值 可 达 0.1~0.08μ m。但超精加工不能提高工件的尺寸精 度和形位精度，所以前道工序不留加工余量。
2、抛光工艺特点 ① 方法简便、成本低。抛光一般不用复杂、特殊设备， 加工方法简单，成本低。 ② 适宜曲面的加工。由于弹性的抛光轮压于工件曲面 时，能随工件曲面而变形，也即与曲面相吻合，所以 容易实现曲面的抛光。 ③ 不能提高加工精度。由于抛光轮与工件间无刚性的 运动联系，又因抛光轮的弹性，所以不能保证从工件 表面去除均匀的材料，而只能减小表面粗糙度值，不 能提高加工精度。所以抛光仅限于某些制品表面的装 饰加工，或者作为产品电镀前的预加工。
（2）要组合采用多种不同的加工方法。
第一节 外圆面加工 第二节 孔加工
第三节 平面加工
第四节 螺纹加工 第五节 齿轮齿形加工 第六节 成形面加工
第一节 外圆面加工
外圆面是轴、圆盘、套筒类零件的主要或辅助表面， 在零件的切削加工中占有很大的比重。 对外圆提出的技术要求，主要有：
尺寸精度：外圆面直径和长度尺寸精度；
图5Hale Waihona Puke Baidu15 手工研磨外圆
机械研磨在专用研磨机床上进行。下图是研磨小件外圆 用的研磨机，研具由上下两块铸铁研磨盘5、2组成，二者可 同向或反向旋转。下研磨盘与机床转轴刚性联接，上研磨盘 与悬臂轴6活动铰接，可按照下研磨盘自动调位，以保证压 力均匀。在上下研磨盘之间有一个与偏心轴1相联的分隔盘4， 其上开有安置工件的长槽，槽与分隔盘径向倾斜角为γ 。当 研磨盘转动时，分隔盘由偏心轴带动作偏心转动，工件3既 可在槽内自由转动，又可因分隔盘的偏心而作轴向滑动，因 而其表面形成网状轨迹 。从而保证从工件表面切除均匀的 加工余量。悬臂轴可向两旁摆动，以便装夹工件。 机械研磨生产率高，适合大批大量生产。
五、抛光
1、抛光方法 抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件获 得光亮、平整表面的加工方法。 抛光轮用棉织品、皮革、毛毡、橡胶或压制纸板等 材料叠制而成；是具有一定弹性的软轮。抛光膏由磨料 和油脂（硬脂酸、石蜡、煤油）调制而成。 抛光时，由于工件表面与抛光膏的化学作用而形成 一层极薄的软化氧化膜，其中的磨料一般比工件材料软， 因此，工件表面不留划痕。另外，高速抛光产生的高温， 使工件表面出现极薄的熔流层，工件表面的微观凹谷被 其填平。
二、磨削
磨削是外圆面精加工的主要方法，多作为半精车 外圆后的精加工工序。对精密铸造、精密模锻、精密 冷轧的毛坯，因加工余量小，也可不经车削，直接磨 削加工。 由于砂轮粒度及采用的磨削用量不同，磨削外圆 的精度和表面粗糙度也不同。磨削可分粗磨和精磨。
磨外圆视频
1、磨削方法
外圆磨削多在外圆磨床上进行。外圆磨削可采用纵 磨法、横磨法或深磨法，也可在无心磨床上进行无心外 圆磨削。
图 横磨法
③ 深磨法 工件的运动与纵磨法相同，但在一次走刀中磨去全部 余量，因此砂轮不需作横向进给运动，磨削深度可达0.10.35mm。纵向进给量较小，一般f=l-2mm/ r，约为纵磨 法的15%。 深磨法生产率高，适宜于磨削刚性大的短轴。
图5-13 深磨法
④ 无心外圆磨削
无心外圆磨视频
无心外圆磨削是一种生产率很高的精加工方法。工件置于磨轮和 导轮之间，靠托板支承。由于不用顶尖支承，所以称为无心磨削。工 件用外圆柱面自身定位，其中心略高于磨轮与导轮中心连线。磨削时， 磨轮以一般的磨削速度（v轮=30~40m/s）旋转，导轮以较低的速度同向 旋转（v导=0.16~0.5m/s）。由于导轮是用橡胶结合剂做的，磨粒较粗， 工件与导轮之间摩擦较大，所以工件由导轮带动旋转。导轮轴线相对 于工件倾斜一角度（α =1~5），故导轮和工件接触点的线速度可以分 解为两个分量v工和v通。v工为工件旋转速度，即圆周进给速度。v通为工 件轴向移动速度，即纵向进给速度。v通使工件沿轴向作自动进给。
四、超精加工
1、加工方法 超精加工是用细粒度的磨具对工件施加很小的压力， 并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一 种光整加工方法，见下图,加工时，工件以0.lm/s~0.5m/s低 速回转，磨头除了以1mm/r的进给量沿工件轴线作缓慢的 进给运动外，还以8s-1、~33s-1的频率和lmm~5mm的振幅作 往复振动。由于磨头与工件间的这种运动关系，使磨粒在 工件表面形成密集的网状轨迹，从而获得良好的表面质量。
图 研磨机工作示意图
1一偏心轴 2下研磨盘 3一工件 4一分隔盘 5上研磨盘 6一悬臂 轴
研磨所用研具的材料应比工件材料软，以便磨料 部分嵌入研具表面，对工件表面进行切削和挤压摩擦。 研具材料还应组织均匀，具有耐磨性，以使其磨损均 匀，保持原有几何形状精度。 铸铁是最常用的研具材料，适合加工各种材料的 工件，并能保证较好的研磨质量和生产效率，制造容 易，成本也低。此外，还可以用软钢、黄铜、塑料及 硬木等制造研具。 对有精密配合要求的两个零件，如柱塞泵的柱塞 与泵体、液压阀心与阀套、发动机的气门与气门座等， 往往采用两个零件互为研具，用配研的方法达到配合 精度要求。