外圓表面是軸類零件的主要表面,因此要能合理地制訂軸類零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程,首先應(yīng)了解外圓表面的各種加工方法和加工方案秆尝。本章主要介紹常用的幾種外圓加工方法和常用的外圓加工方案。

一吊骤、外圓表面的車削加工

根據(jù)毛坯的制造精度和工件最終加工要求,外圓車削一般可分為粗車登失、半精車、精車塔逃、精細(xì)車

粗車的目的是切去毛坯硬皮和大部分余量讯壶。加工后工件尺寸精度IT11～I(xiàn)T13 ,表面粗糙度Ra50～12.5 μ m 。

半精車的尺寸精度可達(dá) IT8～I(xiàn)T10 ,表面粗糙度 Ra6.3～3.2 μ m 湾盗。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)加工伏蚊。

精車后的尺寸精度可達(dá) IT7～I(xiàn)T8 ,表面粗糙度 Ra1.6～0.8 μ m 。

精細(xì)車后的尺寸精度可達(dá) IT6～I(xiàn)T7 ,表面粗糙度 Ra0.4～0.025 μ m 格粪。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)車代替磨削躏吊。

二、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帐萎。它既可加工淬硬后的表面,又可加工未經(jīng)淬火的表面比伏。根據(jù)磨削時工件定位方式的不同,外圓磨削可分為:中心磨削和無心磨削兩大類。

(一)中心磨削

(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,在外圓磨床或萬能外圓磨床上加工辐逝。磨削后工件尺寸精度可達(dá) IT6~IT8 ,表面粗糙度 Ra0.8～0.1 μ m 吸畸。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 6-2 所示,砂輪高速旋轉(zhuǎn),工件裝在前后頂尖上,工件旋轉(zhuǎn)并和工作臺一起縱向往復(fù)運動黄惭。

2 ．橫向進(jìn)給磨削法(切入磨法)

如圖 6-3 所示,此種磨削法沒有縱向進(jìn)給運動翁脓。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時,砂輪以慢速作連續(xù)的橫向進(jìn)給運動。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)床漫北、工件有足夠的剛度,故適合磨削短而粗,剛性好的工件殷宴；加工精度低于縱向磨法。

(二)無心磨削

無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)淹误。目前無心磨削的方式主要有:貫穿法和切入法窜货。

如圖 6-4 所示為外圓貫穿磨法的原理。

工件處于磨輪和導(dǎo)輪之間,下面用支承板支承湘发。磨輪軸線水平放置,導(dǎo)輪軸線傾斜一個不大的 λ 角末雪。這樣導(dǎo)輪的圓周速度 υ 導(dǎo) 可以分解為帶動工件旋轉(zhuǎn)的 υ 工 和使工件軸向進(jìn)給的分量 υ 縱 。

如圖 6-5 為切入磨削法磨削的原理宰僧。導(dǎo)輪 3 帶動工件 2 旋轉(zhuǎn)并壓向磨輪 1 材彪。加工時,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,取下工件琴儿。導(dǎo)輪的軸線與砂輪的軸線平行或相交成很小的角度( 0.5~1 o ),此角度大小能使工件與擋鐵 4 (限制工件軸向位置)很好地貼住即可段化。

無心磨削時,必須滿足下列條件:

1 ．由于導(dǎo)輪傾斜了一個 λ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)造成；砂輪與導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn),且砂輪的速度應(yīng)大于導(dǎo)輪的速度显熏；支承板的傾斜方向應(yīng)有助于工件緊貼在導(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)輪中心連線晒屎。高出數(shù)值 H 與工件直徑有關(guān)喘蟆。當(dāng)工件直徑 d 工 =8 ～ 30mm 時, H ≈ d 工 /3 ；當(dāng) d 工 =30 ～ 70mm 時, H ≈ d 工 /4 鼓鲁。

4 蕴轨、導(dǎo)輪傾斜一個 λ 角度。如圖 6-4 ,當(dāng)導(dǎo)輪以速度 v 導(dǎo) 旋轉(zhuǎn)時,可分解為:

v 工 =v 導(dǎo) · cos λ ; v 縱 =v 導(dǎo) · sin λ

粗磨時, λ 取 3 ° ～ 6 ° 骇吭；精磨時, λ 取 1 ° ～ 3 ° 橙弱。

無心磨削時,工件尺寸精度可達(dá) IT6-IT7 ,表面粗糙度 Ra0.8-0.2um.

(三)外圓磨削的質(zhì)量分析

在磨削過程中,由于有多種因素的影響,零件表面容易產(chǎn)生各種缺陷。常見的缺陷及解決措施分析如下:

1 ．多角形 在零件表面沿母線方向存在一條條等距的直線痕跡,其深度小于 0.5 μ m ,如圖6-6 所示咱取。

產(chǎn)生原因主要是由于砂輪與工件沿徑向產(chǎn)生周期性振動所致傻椿。如砂輪或電動機(jī)不平衡；軸承剛性差或間隙 太大 披痕；工件中心孔與頂尖接觸不良萤野；砂輪磨損不均勻等。消除振動的措施,如仔細(xì)地平衡砂輪和電動機(jī)诞只；改善中心孔和頂尖的接觸情況；及時修整砂輪剧胚；調(diào)整軸承間隙等包惹。

2 ．螺旋形 磨削后的工件表面呈現(xiàn)一條很深的螺旋痕跡,痕跡的間距等于工件每轉(zhuǎn)的縱向進(jìn)給量。如圖 6-7 所示落六。

產(chǎn)生原因主要是砂輪微刃的等高性破壞或砂輪與工件局部接觸箫乳。如砂輪母線與工件母線不平行枷瀑；頭架、尾座剛性不等浊丑；砂輪主軸剛性差常枢。消除的措施,修正砂輪,保持微刃等高性；調(diào)整軸承間隙湖笨；保持主軸的位置精度旗扑；砂輪兩邊修磨成能成臺肩形或倒圓角,使砂輪兩端不參加切削；工件臺潤滑油要合適,同時應(yīng)有卸載裝置慈省；使導(dǎo)軌潤滑為低壓供油臀防。

3 ．拉毛(劃傷或劃痕) 常見的工件表面拉毛現(xiàn)象如圖 6-8 所示。

產(chǎn)生原因主要是磨粒自銳性過強边败；切削液不清潔袱衷；砂輪罩上磨屑落在砂輪與工件之間等。消除拉毛的措施,選擇硬度稍高一些的砂輪笑窜；砂輪修整后用切削液和毛刷清洗致燥；對切削液進(jìn)行過濾；清理砂輪罩上的磨屑等排截。

4 ．燒傷 可分為螺旋形燒傷和點燒傷,如圖 6-9 所示篡悟。

燒傷的原因主要是由于磨削高溫的作用,使工件表層金相組織發(fā)生變化,因而使工件表面硬度發(fā)生明顯變化。消除燒傷的措施,降低砂輪硬度匾寝；減小磨削深度搬葬；適當(dāng)提高工件轉(zhuǎn)速；減少砂輪與工件接觸面積黍鸡；及時修正砂輪芜监；進(jìn)行充分冷卻等。

三秀坤、外圓表面的精密加工

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對工件和加工精度和表面質(zhì)量要求也越來越高锦售。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荒懒、超精度加工茉蔗、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 μ 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 μ m )装芬、超精密磨削( Ra0.04-0.02 μ m )和鏡面磨削( Ra ﹤ 0.01 μ m)锚躺。

高精度磨削的實質(zhì)在于砂輪磨粒的作用。經(jīng)過精細(xì)修整后的砂輪的磨粒形成了同時能參加磨削的許多微刃援栗。如圖 6 -10a,b,這些微刃等高程度好,參加磨削的切削刃數(shù)大大增加,能從工件上切下微細(xì)的切屑,形成粗糙度值較小的表面骄雇。隨著磨削過程的繼續(xù),銳利的微刃逐漸鈍化,如圖 6 -10c。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)粒度磨具的油石對工件施加很小的壓力,油石作往復(fù)振動和慢速沿工件軸向運動,以實現(xiàn)微量磨削的一種光整加工方法瑰侥。

如圖 6-11 所示為其加工原理圖饼暑。加工中有三種運動:工件低速回轉(zhuǎn)運動 1 ；磨頭軸向進(jìn)給運動 2 洗做；磨頭高速往復(fù)振動 3 弓叛。如果暫不考慮磨頭軸向進(jìn)給運動,磨粒在工件表面上走過的軌跡是正弦曲線,如圖 6-11b 所示。

超精加工大致有四個階段:

1 ．強烈切削階段 開始時,由于工件表面粗糙,少數(shù)凸峰與油石接觸,單位面積壓力很大,破壞了油膜,故切削作用強烈诚纸。

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)入正常切削階段撰筷。

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,切削作用停止咬清。

經(jīng)超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 μ m. 闭专。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,對加工精度的提高不顯著。

(三)研磨

用研磨工具和研磨劑,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旧烧。

研磨用的研具采用比工件材料軟的材料(如鑄鐵影钉、銅、巴氏合金及硬木等)制成掘剪。研磨時,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運動,磨粒應(yīng)切掉一層很薄的金屬,主要切除上工序留下來的粗糙度凸峰平委。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夺谁。

當(dāng)兩個工件要求良好配合時,利用工件的相互研磨(對研)是一種有效的方法廉赔。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金屬材質(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,強化表面性能的加工方法固荷。它是一種無切屑加工祥怖。

圖 6-12 為滾壓加工示意圖。滾壓加工有如下特點:

1 ．滾壓前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 μ m ,表面要求清潔,直徑余量為 0.02 -0.03mm 应婴。

2 ．滾壓后的形狀精度和位置精度主要取決于前道工序抽胁。

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林邪。

4 ．滾壓加工生產(chǎn)率高喜即。

四、外圓表面加工方案的選擇

上面介紹了外圓表面常用的幾種加工方法及其特點初禁。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)要求的套芦。這些表面必須順序地進(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棘魏。不同加工方法有序的組合即為加工方案短材。表 3-14 即為外圓柱面的加工方案。

表3-14 外圓柱面加工方法

序號

加工方法

經(jīng)濟(jì)精度

( 公差等級表示 )

經(jīng)濟(jì)粗糙度值

Ra ／ um

適用范圍

1

粗車

IT18~13

12.5~50

適用于淬火鋼以外的各種金屬

2

粗車 - 半精車

IT11~10

3.2~6.3

3

粗車 - 半精車 - 精車

IT7~8

0.8~1.6

4

粗車 - 半精車 - 精車 -滾壓(或拋光)

IT7~8

0.25~0.2

5

粗車 - 半精車 -磨削

IT7~8

0.4~0.8

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

IT6~7

0.1~0.4

7

粗車 - 半精車 -粗磨 -精磨 -超精加工(或輪式超精磨)

IT5

0.012~0.1

( 或 R Z 0.1)

8

粗車 - 半精車 -精車 -精細(xì)車(金剛車)

IT6~7

0.025~0.4

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

0.006~0.025

( 或 R Z 0.05)

極高精度的外圓加工

10

粗車 - 半精車 -粗磨 -精磨 -研磨

IT5 以上

0.006~0.1

( 或 R Z 0.05)

確定某個表面的加工方案時,先由加工表面的技術(shù)要求(加工精度酝侯、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確定前道工序的加工方法,如此類推溉浙。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,實際選擇時還應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)烫止、形狀蒋荚、尺寸大小及材料和熱處理的要求全面考慮戳稽。

表 3-14 中序號 3 (粗車—半精車—精車)與序號 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。但當(dāng)加工表面需淬硬時,最終加工方法只能采用磨削期升。如加工表面未經(jīng)淬硬,則兩種加工方案均可采用惊奇。若零件材料為有色金屬,一般不宜采用磨削。

再如表 3-14 中序號 7 (粗車—半精車—粗磨—精磨—超精加工)與序號 10 (粗車—半精車—粗磨—精磨—研磨)兩種加工方案也能達(dá)到同樣的加工精度播赁。當(dāng)表面配合精度要求比較高時,終加工方法采用研磨較合適颂郎；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)要求容为。

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