第3章--金属切削加工方法与设备--教案

1、第三章,外园表面加工及设备,3.1外圆表面的加工方法,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。 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,粗车： 尺寸精度可达IT12IT11，表面粗糙度Ra为5012.5m 精车： 尺寸精度可达IT8IT7，表面粗糙度Ra为1.60.8m。 高速细精车： 尺寸精度可达IT6IT5级，表面粗糙度Ra为1.00.1m，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，加工精度通常可达IT7IT5，表面粗糙度Ra

2、值可达0.80.2m。采用高精度的磨削方法，表面粗糙度Ra值可达0.10.006m。 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淬火后的零件的精加工。,3. 外圆表面的精整、光整加工,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。 研磨:研磨精度可达0.025m 、圆柱度可达0.1m， 表面粗糙度可达Ra 0.01m 。研磨主要用于精密的零件， 如量规、精密配合件、光学零件等。 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Ra0.4m 。,表31为外圆表面各种加工方案和经济加工精度,3.2 外圆表面

3、车削加工,3.2.1 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。 如表32所列为车床的主要类型、工作方法和应用范围。,表32 车床的主要类型、工作方法和应用范围,卧式车床的工艺范围很广，如下图所示。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卧式车床简介,图3-2 CA6140卧式车床的外形 1主轴箱；2刀架；3尾座；4床身；5、9床腿；6光杠；7丝杠；8溜板箱；10进给箱；11挂轮变

4、速机构,（3）CA6140卧式车床主要机构的调整, 主轴箱内主要机构的调整 主轴轴承隙的调整,前轴承7间隙调整方法,松螺母8和螺母4上锁紧螺钉5,拧紧螺母4使轴承内圈向右移动,间隙调整好后，紧螺母8和螺母4上锁紧螺钉5,一般情况下，只调整前轴承即可，如果还达不到旋转精度时，才调整后轴承,后轴承3间隙调整方法,松螺母1上锁紧螺钉2,紧螺母1，使轴承3的内圈相对主轴锥颈向右移动，,间隙调整好后，紧锁紧螺钉2,图3-7 前轴承间隙调整,图3-8 后轴承间隙调整,图3-9 主轴轴承间隙检查,片式摩擦离合器间隙的调整,离合器摩擦片之间间隙 不合适，都会影响车床的正常使用。 间隙过大：产生闷车 间隙过小：

5、摩擦片易烧坏 间隙调整方法：用一字旋具压下弹簧销，拨动带缺口的螺母即可,制动器松紧的调整,制动带的松紧程度应适当。 制动带拉太松：制动时主轴 不能迅速停止； 制动带拉得过紧：会使摩擦 表面烧坏，制动带扭曲变形。 制动器制动带松紧的调 整 ，只需将操作手柄扳至 中间位置，适当调整螺母3 即可。,图3-12 钢带式制动器 1制动盘；2制动带；3螺母, 溜板箱内主要机构的调整,安全离合器的调整,图3-14 安全离合器,现象：加工时，机动进给，刀架不动。 原因可能是安全离合器弹簧松了，只要调整螺母1、2即可。 如并没过载，进给运动也不能传给刀架，请分析原因。 调整后如遇过载，进给运动不能迅速停止，应立

6、即检查原因。 调整弹簧弹力至松紧程度适当，必要时调换弹簧。,图3-15 安全离合器的调整,开合螺母和燕尾导轨间间隙的调整,图3-16 开合螺母 1、2半螺母；3圆柱销 4槽盘；5镶条；6手柄；7轴,图3-17 开合螺母的调整 1螺母；2调节螺钉,开合螺母与燕尾导轨间的间隙不能大于0.03mm，否则轴向窜动过大。 当开合螺母与丝杠啮合时，其手柄位置要适当。,现象：车螺纹时出现螺距不等或乱扣、开合螺母轴向窜动量大 。 解决方法是调整螺母1、及调节螺钉2,床鞍与导轨间间隙的调整,现象：车轴类零件，圆柱度 精度差。 床鞍与导轨间间隙的调 整只需拧动床鞍内侧和外侧 螺钉，用塞尺检查床鞍与导 轨间间隙，应

7、小于0.04mm。,图3-18 床鞍与导轨间间隙的调整 1外侧螺钉；2、4压板；3内侧螺钉,中滑板与床鞍导轨、丝杠与螺母间隙的调整,现象：车外圆时如发现刻度不 准、中滑板径向窜动、外圆上 出现混乱波纹,图3-19 中滑板丝杠与螺母间的间隙调整 1、6螺母；2、4、5螺钉；3镶条；7中滑板丝杠,图3-21 中滑板刻度圈调整,原因： 中滑板丝杠与螺母间隙太大。 中滑板与床鞍顶面燕尾导轨间的间隙太大。 刻度圈太松，随中滑板手柄转动。,（4）CA6140卧式车床的传动,图3-23 CA6140卧式车床传动系统图, 主运动传动链,主运动传动链的传动路线表达式如下：, 车削螺纹传动链,CA6140卧式车床

8、能够车削米制、英制、模数制和径节制4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。,各种标准螺纹的螺距参数及其与螺距、导程的换算关系,表3-3,各种螺纹时传动路线表达式如下：,大导程螺纹的加工,传动路线调整：可将轴的滑移齿轮Z58向右移动，使之与轴上的 齿轮Z26啮合，车削螺纹传动链其他部分不变。 导程扩大倍数： 主轴转速是1032r/min时，导程可扩大16倍； 主轴转速是40125r/min时，导程可扩大4倍；,车削非标准螺纹和精密螺纹,传动路线调整：需将进给箱中的齿式离合器M3、M4和M5全部结合上，此时，轴、 和丝杠 联成一体，运动由挂轮直

9、接传给丝杠。 挂轮换置公式 ： 挂 = =, 纵向和横向机动进给传动链,传动路线表达式 ：, ,M6M7, ,纵向机动进给量有64级： 0.081.22mm/r的32级正常进给量； 0.861.59mm/r的8级较大进给量； 0.0280.054mm/r的8级用于高速精车的细进给量；1.716.33mm/r的16级供强力切削或宽刃精车之用的加大进给量,（5）车床附件, 三爪自定心卡盘 四爪单动卡盘,图3-24 三爪自定心卡盘 图3-25 四爪单动卡盘 1方孔；2小圆锥齿轮；3大圆锥齿轮；4卡爪 1、2、3、4卡爪；5丝杠, 顶尖及鸡心夹头,图3-26 用两顶尖及鸡心夹头安装工件 1顶尖；2拨盘

10、；3鸡心夹头；4尾顶尖；5尾座套筒；6尾座,图3-27 死顶尖,图3-28 活顶尖, 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。,图3-29 中心架 图3-30 跟刀架 1固定螺母；2调节螺钉； 1刀具对工件的作用力；2硬质合金支承块3支承爪；4支承辊 3床鞍,使用这2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。, 花盘,花盘主要用于单件、小批生产中形状比较特殊的零件安装。若 工件质量不均衡，必须在花盘上加装平衡铁予以平衡。,图3-31 用花盘装夹工件 1、7工件；2、6平衡块；3螺栓；4压板；5花盘；8弯板,

11、1.车刀的种类 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332所示。,3.2.2车刀,图3-32 车刀的种类,按用途分： 有外圆车刀、镗孔车刀、端面车刀、螺纹车刀、切断刀和成形车刀等，如图333所示。,图333 常用车刀种类,2.车刀的刃磨 车刀的刃磨有机械刃磨和手工刃磨两种。 常用的磨刀砂轮 氧化铝砂轮(呈白色)：刃磨高速钢刀具 碳化硅砂轮(呈绿色)：刃磨硬质合金刀具 人造金刚石砂轮：刃磨硬质合金刀具 、磨削玻璃、陶 瓷等高硬度材料,3.车刀的安装 在安装车刀时，一定要注意以下几点： 车刀悬伸部分要尽量缩短。一般悬伸长度约为车刀厚度的11.5倍。 车刀一定要夹

12、紧。 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(图337)。 车刀刀杆中心线应与进给运动方向垂直(图338b)，否则将使车刀工 作时的主偏角和副偏角发生改变。,图337 装刀高低对前、后角的影响,图338 车刀刀杆装偏对主、副偏角的影响,工件旋转作主运动，车刀作纵向进给运动，就能车出外圆柱表面。车外圆可用图339 所示的几种车刀。,图339 车外圆用的车刀 (a)45o弯头车刀 (b)60o70o外圆车刀 (c)90o偏刀,3.2.3车外圆,外圆车削时，最常见的工件装夹方式见表34,中心钻类型, 不带护锥中心钻（A型） 带护锥中心钻（B型）, 弧形中心钻（R

13、型）,带螺纹中心孔（C型）加工,3.3外圆表面的磨削加工及设备,3.3.1磨床 1.磨床的主要类型及应用范围 应用范围: 磨床可以加工各种表面。凡是车床、钻床、镗床、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，,磨床的主要类型: 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。 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。 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

14、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。,2M1432A型万能外圆磨床,它主要用于磨削圆柱 形或圆锥形的外圆和 内孔，及磨削阶梯轴 的轴肩、端面、圆角。 加工精度为IT7IT6 级，表面粗糙度Ra值 在1.250.05m。 主参数为最大磨削外 圆直径为320mm。,图3-44 M1432A型万能外圆磨床,3磨床的运动与传动,万能外圆磨床上采用的几种典型磨削加工方法,图3-47 M1432A型万能外圆磨床机械传动系统图,（1）砂轮主轴的旋转运动,磨削外圆时，由电动机（转速为1 440r/min、功率为4kW）经V 形带动砂轮作旋转运动，转速为1 670r/min。 磨削内圆

15、时，由另一台电动机（转速为2 840r/min、功率为 1.1kW）经平带带动内圆磨具作旋转运动，更换带轮，可使内圆磨具 获得2种高速转速，分别为10 000r/min和15 000r/min。,（2）工件的圆周进给运动 由头架上的双速电动机（转速为7001 360r/min、功率为 0.51.1kW）驱动，经3阶塔轮及2级带轮传动，可使工件获得6种转速，实现工件圆周进给运动。,（3）工件的纵向进给运动,采用液压传动，以保证运动的平稳性，并便于实现无级调速和往 复运动循环的自动化。在调整机床时，还可由手轮A驱动工作台。手轮 A转1转，工作台纵向移动量为：,（4）砂轮架的横向进给运动 砂轮架的横

16、向进给运动可手摇手轮B实现，或者由自动进给油缸的柱塞G驱动，实现砂轮架的横向进给。手轮B转1转，粗进给时砂轮架的横向进给量为2mm。手轮B的刻度盘为200格，每格的进给量为0.01mm。细进给时每格进给量为0.0025mm。,4无心外圆磨床,图3-48 无心外圆磨床 1床身；2砂轮修整器；3砂轮架；4导轮修整器；5转动体；6座架；7微量进给手柄； 8回转底座；9滑板；10快速进给手柄；11支座,3.3.2砂轮,1.砂轮的特性 砂轮的特性由磨料、粒度、结合 剂、硬度及组织等五个方面的因素决定。 （1）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

17、磨性和一定 的韧性。如表349所示。,图3-49 砂轮结构,表35 常用磨料的性能与用途,（2）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。粒度的选用如表36所示。,（3）结合剂 用于黏合磨粒制成各种不同形状和尺寸的砂轮。结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。结合剂的性能与用途如表37。,（4）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。砂轮的硬度与磨粒的硬度是两个不同的概念。 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

18、，应选用较硬砂轮。砂轮硬度代号见表38所示。,（5）组织 砂轮的总体积是由磨粒、结合剂和气孔构成的，这三部分体积的比例关系，在工程中常称为砂轮的组织。砂轮的组织与用途见表39所示。,2. 砂轮的形状,3. 砂轮的平衡、安装与修整,（1） 砂轮的安装 常用的安装方法如图350所示。 (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)为筒形砂轮的安装。,图3-50 砂轮的安装方法,（2）砂轮的平衡 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

19、形槽内平衡块的位置来实现的，如图351所示。,图351 砂轮平衡,（3）砂轮的修正 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352所示，以避免笔尖扎入砂轮，同时也可保持笔尖的锋利。,图352砂轮的修正,3.3.3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Ra0.20.8m，尺寸精度可达IT6IT7级。,1.工件的装夹,（1）用前、后顶尖装夹工件 如图353所

20、示是外圆磨削中最常用的装夹方法。,图353前、后顶尖装夹工件 1-工件 2-头架顶尖 3-尾顶尖 4-尾座 5-头架 6-拔盘 7-拔杆 8-夹头 9-砂轮,（2）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。 （3）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：,图327 小锥度心轴,图355台肩心轴 1一心轴 2一工件 3一C型垫圈 4一螺母,图329 可胀心轴 1一磨床头架主轴 2一筒夹 3一工件 4一锥套 5一螺钉,2.外圆的一般磨削方法,（1）纵向法 磨削时，工件在主轴带动下作旋转运动，并随

21、工作台一起作纵向移动，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作一次横向进给，这样就能使工件 上的磨削余量不断被切 除，如右图所示。 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。,图3-57 纵向法,（2）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，如下图所示。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。,图3-58 横向法,（3）阶段磨削法(综合磨削法) 阶段磨削

22、法是横磨法和纵磨法的综合应用，即先用横磨法将工件分段粗磨，相邻两段间有一定量的重叠，各段留精磨余量，然后用纵磨法进行精磨，如下图所示。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。,图3-59 阶段磨削法,（4）无心外圆磨削 无心外圆磨削是在无心外圆磨床上进行的一种外圆磨削。起磨削作用的砂轮称磨削轮，起传动作用的砂轮称导轮(如图360)。导轮由橡胶结合剂制成其轴线在垂直方向上与磨削轮成角，带动工件旋转和纵向进给运动。无心磨削后工件的精度可达IT6IT7级，表面粗糙度达Ra0.80.2。,图3-60 无心外圆磨削,无心外圆磨床外观图, 贯穿磨削法,磨削时，工件一面旋转一面纵向进给，穿过

23、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。,图3-61 贯穿磨削法, 切入磨削法,磨削时，工件不作纵向进给运动，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、锥形滚柱等成型旋转体零件。,图3-62 切入磨削法,3.4 外圆表面的精整、光整加工,1研磨的分类和适用范围 湿研磨 干研磨 半干研磨 2研磨剂 磨料：刚玉、碳化硅、金刚石、软磨料（氧化铁和氧化铬） 研磨液：煤油、汽油、机油、植物油、酒精等 常用的表面活性物质有油酸、硬脂酸等 3研具 最常用的研具材料有硬度为120160HBS的铸铁，10、20低碳 钢，黄铜，青铜，木材等。,4外圆柱表面的研磨方法,研磨分手工研磨和机械研磨,图3-63 机械研磨外圆 1、2研磨盘；3隔离盘,3.5 外圆表面加工案例,以内圆磨床主轴加工为例介绍轴类零件的加工工艺与方法,图3-64 内圆磨床主轴,1零件图分析,（1）该主轴的主要构成部分 轴承支承轴颈2 mm；左端的右旋螺纹和右端的左旋螺纹构 成一组锁紧纹对；左端的莫氏3号圆锥孔为工件（或工具）的定位孔