学习情境一任务二磨削加工外圆面.doc

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1、学习情境一 外圆面加工1.2子任务二 磨削加工外圆面1.2.1 工作任务光滑轴的磨削加工（零件图样见图1-35）。图1-35 光轴零件图样1.2.2 学习目标1.2.2.1 知识目标1. 熟悉磨削的工艺特点及应用范围；2. 了解磨床的类型及组成，并能熟练操作磨床；3. 明确砂轮的性能指标；4. 掌握外圆磨削加工工艺；5. 了解外圆表面的精密加工与装备以及外圆面加工方案的确定。1.2.2.2 能力目标1. 能够熟练操作磨床并加工零件；2. 能够合理选择砂轮类型并能够正确装夹；3. 熟练运用外圆磨削加工工艺。4. 能够正确制定外圆面磨削加工工艺过程。1.2.2.3 素质目标1. 培养学生的知识应用

2、能力、学习能力和动手能力；2. 培养学生团队协作能力、成员协调能力和决策能力；3. 具备良好的沟通能力及评价自我和他人的能力。4. 强烈的责任感和良好的工作习惯；5. 培养节约及保护环境的意识。1.2.3 任务资讯本任务中，光滑轴的精度要求较高，而磨削是使用砂轮或者其他磨具精加工工件的过程。磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工。对工件进行磨削加工前，必须了解以下知识。1.2.3.1 知识链接1磨削加工概述1磨削加工的工艺特点磨削是一种重要的零件精加工方法，其主要工艺特点如下。 精度高、表面粗糙度小。由于砂轮具有极多切削刃，刀刃圆弧半径小，加工时实际上是多刃

3、微量切削。同时，磨床精度、刚性和稳定性都较好，磨削时切削速度高，因此可以达到高的精度和小的表面粗糙度。 砂轮具有自锐作用。砂轮在磨削过程中，磨粒在高速、高温和高压作用下逐渐磨损变得圆钝，切削力下降，作用在磨粒上的外力增大，该力超过磨粒的强度极限时，磨粒破碎，产生新的较锋利的棱角，露出一层新鲜锋利的磨粒继续磨削，这就是砂轮的自锐作用。由于砂轮的自锐作用，可以不必在加工中更换刀具，节约辅助加工时间。同时，砂轮可以始终维持锋利的刀刃进行切削，以提高加工质量和效率。 背向磨削力大。砂轮磨削时，背向磨削力凡大于磨削力F,，而且材料塑性越小，其值越大。由于背向磨削力作用在由机床、夹具、工件和刀具组成的工艺

4、系统刚度最差的方向上，因此容易使工艺系统产生变形，影响零件加工精度。上述砂轮磨削力分析如图1-36所示。 图1-36 砂轮磨削力分析 图1-37 磨削加工误差分析 磨削温度高。磨削的切削速度是普通切削的1020倍，且磨削过程中挤压和摩擦严重，产生的切削热较多，加之砂轮传热性能差，因此磨削温度高。高的磨削温度容易烧伤工件表面，使淬火钢表面退火，硬度降低。同时，高温下工件变软易堵塞砂轮，影响工件表面质量。由于工艺系统的变形，在磨削细长零件时，工件弯曲将导致零件产生鼓形误差，图1-37所示。同时，由于变形后实际背吃刀量比要求值小，所以磨削加工时，最后要少进刀或不进刀光磨走刀几次以消除由于变形产生的误

5、差。2磨削加工的应用 磨削过去一般常用于半精加工和精加工，随着机械制造技术的发展，磨床、砂轮、磨削工艺和冷却技术等都有了较大的改进，磨削已能经济地、高效地切除大量金属。又由于日益广泛地采用精密铸造、模锻、精密冷拔等先进的毛坯制造工艺，毛坯的加工余量较小，可不经车削、铣削等粗加工，直接利用磨削加工，达到较高的精度和表面质量要求。因此，磨削加工获得了越来越广泛的应用和迅速的发展，目前，在工业发达国家中磨床占机床总数的3040%，据推断，磨床所占比例今后还要增加。 磨削可以加工的零件材料范围广泛，既可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，又能够加工高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等难切削的材料

6、。但是，磨削不宜精加工塑性较大的有色金属材料。磨削可以加工外圆面、内孔、平面、成形面、螺纹、齿轮形等各种各样的表面，如图1-38所示，还常用于各种刀具的刃磨。图1-38 磨削加工范围1.2.3.2 知识链接2磨削装备 磨削的使用范围日益扩大，它在金属切削机床中所占的比重不断上升，目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达3040%。1磨床 用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨等）作为工具对工件表面进行切削加工的机床，统称为磨床。磨床的种类很多，主要类型有以下几种。（1）外圆磨床。外圆磨床主要由床身、工作台、头架、尾座、砂轮架、内圆磨头、砂轮等部分组成，如图1-39所示。工件安装在头架的主

7、轴和尾座的顶尖之间，由头架上的电动机带动旋转，砂轮装在砂轮架的主轴上，由另一台电动机带动旋转，且砂轮架可以前后移动，工作台在床身上可做纵向往复运动，靠液压传动实现。1一床身；2-头架；3一内圆磨具；4一砂轮架；5-尾架；6-沿鞍；7一转动横向进给手轮；8一工作台；图1-39 M1432A型万能外圆磨床结构图 外圆磨床应用广泛，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面以及轴肩端面。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可以磨削内孔和锥度较大的内外圆锥面。外圆磨床包括普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、数控外圆磨床等。图1-40所示为无心外圆磨床和数控外圆磨床。 (a）无心外圆磨床 (b）数控外圆磨床图1-

8、40 外圆磨床 (2）内圆磨床。内圆磨床砂轮主轴转速较高，可以磨削圆柱、圆锥形内孔表面，普通内圆磨床主要用于单件和小批生产，在大批生产中可以使用半自动或自动内圆磨床。 内圆磨床包括普通内圆磨床、无心内圆磨床、行星式内圆磨床、数控内圆磨床等。图1-41所示为普通内圆磨床和数控内圆磨床。(3）平面磨床。平面磨床主要由床身、工作台、磨头、立柱、砂轮修整器等部分组成，如图1-42所示。工件由工作台上的电磁吸盘固定；工作台由液压传动实现往复运动；砂轮装在磨头上，由电动机直接驱动；磨头可沿着托板的水平导轴作横向进给运动；托板则沿着立柱的垂直导轴上下移动，实现垂直进给。平面磨床一般用于加工平面，通常将工件通

9、过电磁力固定在电磁工作台上，然后用砂轮圆周或者端面磨削零件上的平整表面。平面磨床包括普通平面磨床、精密平面磨床、卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等。图1-43所示为普通平面磨床和精密平面磨床。图1-41内圆磨床 1-工作台手柄；2-箱头；3-拖板；4-横向进给手轮；5-砂轮修整器；6-立柱；7-行程挡块；8-工作合；9-垂直进给手轮；图1-42 M7120A平面磨床结构图 ( a ）普通平面磨床 ( b ）精密平面磨床图1-43 平面磨床（4）工具磨床。工具磨床专用于工具制造和刀具刃磨，多用于工具制造厂及机械制造厂的工具车间。其结构图如图1-44所示。工具

10、磨床包括普通工具磨床、万能工具磨床、数控工具磨床、工具曲线磨床、钻头沟槽磨床等。图1-45所示为万能工具磨床和数控工具磨床。1一床身；2-横向进给手柄；3一工作台； 4一尾座；5一砂轮架；6一头架；7-换向撞块；8一纵向进给手柄；9一换向手柄；图1-44 M6020A万能工具磨床结构图 (a）万能工具磨床 (b数控工具磨床图1-45 工具磨床2砂轮砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是由一定比例的硬度很高的粒状磨料和结合剂压制烧结而成的多孔物体，其结构如图1-46所示。磨削时能否取得较高的加工质量和生产率，与砂轮的选择合理与否关系重要。砂轮的性能主要取决于砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度、组织

11、、形状尺寸等因素。图1-46 砂轮的构造（1）磨料。砂轮的磨料应具有很高的硬度、耐热性，适当的韧度和强度及边刃。常用磨料如表1-3所示。表1-3 磨料的性能、代号和用途磨料名称代号主要成分颜色力学性能热稳定性适合磨削范围刚玉类棕刚玉AA1203 95 % TiO223 %褐色韧性好硬度大2 100 熔融碳钢、合金钢、铸铁白刚玉WAA1203 95%白色淬火钢、高速钢碳化硅类黑碳化硅CSiC95 %黑色1500 氧化铸铁、黄铜、非金属材料绿碳化硅GCSiC 99 %绿色硬质合金钢高硬磨类氮化硅CBN立方氮化硼黑色高硬度高强度700 石墨化硬质合金钢、宝石（2）磨粒。粒度表示磨粒的大小程度。其表示

12、方法有两种，如表1-4所示。表1-4 粒度的代号、尺寸及用途粒度号颗粒尺寸范围选用范围粒度号颗粒尺寸范围选用范围1236#20001600500400粗磨、荒磨、切断钢坯、打磨毛刺W40W2840282820研磨、珩磨4680400315200160粗磨、半精磨、精磨W20W1420141410研磨、超级加工、超精磨削100280#1651255040精磨、成形磨、刀具刃磨、珩磨W10W510753.5研磨、超级加工、镜面磨削以磨粒所能通过的筛网上每英寸上的孔数作为粒度。粒度号为4240号，粒度号越大，则磨料的颗粒越细。粒度号比240#号还要细的磨粒称为微粉。微粉的粒度用实测的实际最大尺寸，并

13、在前冠以字母“W”来表示。粒度号为W63W0.5，例如W7，即表示此种微粉的最大尺寸为7gm,粒度号越小，微粉颗粒越细。粒度的大小主要影响加工表面的粗糙度和生产率。一般来说，粒度号越大，则加工表面的粗糙度越小，生产率越低。所以精加工宜选粒度号小（颗粒较粗）的砂轮，粗加工则选用粒度号大（颗粒较细）的砂轮，而微粉则用于精磨、超精磨等加工。 (3)结合剂。结合剂的作用是将磨料薪合成具有各种形状及尺寸的砂轮，并使砂轮具有一定的强度、硬度、气孔和抗腐蚀、抗潮湿等性能。砂轮的强度、耐热性和耐磨性等重要指标，在很大的程度上取决于结合剂的特性。作为砂轮结合剂应具有的基本要求是：与磨粒不发生化学作用，能持久地保

14、持其对磨粒的黏结强度，并保证所制砂轮在磨削时安全可靠。常用结合剂的性能及适用范围如表1-5所示。表1-5 常用结合剂的性能及适应范围结合剂代号性能使用范围陶瓷V耐热耐蚀，气孔率大，易保持轮廓形状，弹性差最常用，适用于各类磨削加工树脂B强度比陶瓷高，弹性好，耐热性差 用于高速磨削、切削、开槽橡胶R强度比树脂高，更有弹性，气孔率小，耐热性差用于切断和开槽以及无心磨的导轮青铜J强度最高，导电性好，磨耗少，自锐性差适用于金刚石砂轮(4）硬度。砂轮的硬度是指结合剂对磨料粘结能力的大小。砂轮的硬度是由结合剂的粘结强度决定的，而不是靠磨料的硬度。在同样的条件和一定外力作用下，若磨料很容易从砂轮上脱落，砂轮的

15、硬度就比较低（或称为软）；反之，砂轮的硬度就比较高（或称为硬）。砂轮的硬度等级及代号如表1-6所示。表1-6 砂轮的硬度等级及代号大级名称超软软中软中硬硬超硬小级名称超软软1软2软3中软1中软2中软3中软4中硬1中硬2中硬3硬1硬2超硬DEFGHJKLMNPQRSTY砂轮硬度的选择合理与否，对磨削加工质量和生产率影响很大。一般来说，零件材料越硬，则应选用越软的砂轮。这是因为零件硬度高，磨粒磨损快，选择较软的砂轮有利于磨钝砂轮的“自锐”。但硬度选得过低，则砂轮磨损快，难以保证正确的砂轮廓形。若选用砂轮硬度过高，则难以实现砂轮的自锐，不仅生产率低，而且易产生零件表面的高温烧伤。(5)组织。砂轮的组

16、织是指砂轮中磨料、结合剂和气孔3者体积的比例关系。磨料在砂轮总体积上所占的比例越大，则砂轮的组织越紧密；反之，则组织越疏松。砂轮的组织分为紧密、中等、疏松3大类，如图1-47所示，细分014共15个组织号，如表1-7所示。组织号为0的，组织最紧密，组织号为14的，组织最疏松。(a)紧密(b）中等(c）疏松图1-47 砂轮组织表1-7 砂轮的组织及适用范围组织号01234567891011121314磨料比例%626058565452504846444240383634疏松程度紧密中等疏松大气孔适用范围重负荷、成形、精密磨削、间断自由磨削或加工硬脆材料外圆、内圆、无心磨及工具磨，淬火钢工件及刀具

17、刃磨粗磨及磨削韧性大、硬度低的工件，适合磨削薄壁、细长工件，或砂轮与工件接触面大及平面磨削等有色金属及塑料橡胶等非金属及热敏性大的合金砂轮组织疏松，有利于排屑、冷却，但容易磨损和失去正确的廓形。组织紧密，则情况与之相反，并且可以获得较小的表面粗糙度。一般情况下采用中等组织的砂轮，精磨和成形磨用组织紧密的砂轮，磨削接触面积大和薄壁零件时，用组织疏松的砂轮。(6）砂轮的形状及尺寸。为了适应不同的加工要求，砂轮制成不同的形状。同样形状的砂轮还制成多种不同的尺寸。常用的砂轮形状、代号及用途如表1-8所示。表1-8 常用的砂轮形状、代号及用途砂轮名称代号断面形状主要用途平行砂轮1外圆磨、内圆磨、平面磨、

18、无心磨、工具磨薄片砂轮41切断、切槽筒形砂轮2端面平磨碗形砂轮11刃磨刀具，磨导轨蝶形l号砂轮12a磨齿轮，磨铣刀，磨铰刀，磨拉刀双斜边砂轮4磨齿轮，磨螺纹杯形砂轮6磨平面，磨内圆，刃磨刀具1.2.3.3 知识链接3磨削加工工艺磨削是外圆表面精加工的主要方法之一。它既可加工淬硬后的表面，又可加工未经淬火的表面。1磨削过程砂轮表面上的每个磨粒可以近似地看成一个微小刀齿，突出的磨粒尖棱，可以看成微小的切削刃，因此，砂轮可以看成具有极多微小刀齿的铣刀，这些刀齿随机地排列在砂轮表面上，其几何形状和切削角度具有较大差异，如图1-48所示。图1-48 砂轮的结构砂轮的磨削过程实际上就是滑擦、刻划和切削3种

19、作用的综合作用，由于各个磨粒工作情况不同，磨削时除了产生正常的切屑外，还有大量金属微尘等。2普通的磨削方法外圆磨削主要在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行，根据磨削时工件定位方式的不同，外圆磨削可分为：中心磨削和无心磨削两大类。（1）中心磨削。中心磨削即普通的外圆磨削，被磨削的工件由中心孔定位，在外圆磨床或万能外圆磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可达IT6一IT8，表面粗糙度Ra可达0.80.1 m。按进给方式不同分为纵磨法、横磨法、综合磨法和深磨法。纵磨法：砂轮高速旋转为打吞动，工件旋转作为圆周进给运动并和磨床工作台一起做徉复育线运动作为纵向进给运动。工件一次行程终了后，砂轮周期J性横向进给。图

20、1-49所示为纵磨法磨削外圆，其中图1-49(a)为普通外圆磨削，图1-49 (b）为使用心轴磨削外圆，图4-49（c）为磨削锥面。 (a)普通外圆磨削(b）使用心轴磨削外圆(c)磨削锥面图1-49 纵磨法磨外圆 机动时间较长，生产效率较低。它可以用同一个砂轮加工长度不同的各种工件。在单件、小批量生产和精磨时应用更广泛。横磨法：横磨时，砂轮不作纵向移动，只作连续的慢速横向进给，直到磨去全部余量为止，如图1-50所示。图1-50 横磨法图1-51所示为横磨法磨削外圆，其中图1-51(a)为磨轴零件外圆，图1-51 (b）为磨成形面，图1-51（c）为扳转头架磨短锥面。(a)磨轴零件外圆(b）磨成

21、形面圆(c) 扳转头架磨短锥面图1-51 横磨法磨外圆整个砂轮宽度上磨粒的工作情况相同，发挥所有磨粒的切削性能，因而生产效率高。由于砂轮作缓慢连续地横向切人，砂轮表面的形状反映到工件表面而影响工件表面粗糙度和加工精度，如图1-52所示。为了消除以上缺陷，在工件尚有少量余量时，用手摇动纵向手柄，使工件作纵向短距离移动。径向磨削力较大，工件容易弯曲变形。工件和砂轮接触面积较大，故发热量大、散热情况差，因而冷却液一定要充分，否则工件表面会退火或烧伤。砂轮工作时，整个表面作连续横向切人，切屑排出困难，砂轮容易塞实或磨钝。横向磨削法因受外圆磨削砂轮宽度限制，只能适用于磨削长度较短的外圆表面以及成形面。图

22、1-52 横向磨削的特点综合磨法：先用横磨法对工件进行分段粗磨，然后用纵磨法进行精磨，如图1-53所示，这样综合了横磨法和纵磨法的优点，适用于磨削余量多、刚性好的工件，生产质量和效率都较好。深磨法：磨削时使用较小的纵向进给量和较大的背吃刀量，在一次磨削中切除全部余量，具有极高的加工效率，如图1-54所示。深磨法适合于大批量生产刚度较高的零件。 图1-53 综合磨法 图1-54 深磨法 （2）无心磨削。无心外圆磨削是一种生产率很高的精加工方法，其原理如图1-55所示。磨削时，工件放在砂轮和导轮之间，下方用托板托起，导轮实际上也是一个砂轮，用橡胶结合剂做成，磨粒较粗，另一个砂轮主要承担磨削任务，称

23、为磨削轮。图1-55 无心外圆磨削的原理 磨削原理：安装时，导轮相对于磨削轮轴线倾斜一个角度a，以比磨削轮低得多的速度转动，从靠摩擦力带动工件转动。由于导轮安装时倾角的作用，工件在导轮摩擦力作用下，一方面旋转作圆周运动，另一方面作轴向进给运动。 加工特点：无心磨削具有如下加工特点。 工件不必用顶尖支持，安装方便，简化了装夹过程，因此称为无心磨削。 机床调整好后，可以连续加工，易于实现自动化，生产效率高。 工件被夹持在两个砂轮之间，不会因背向磨削力而顶弯，可以很好地保证其直线度，这对于加工细长零件非常有利。 要求外圆面在圆周上连续，不适合加工具有较长键槽或平面的零件。 依靠自身的外圆面定位，磨削

24、带孔零件时不易保证同轴度。 3先进的磨削方法 随着生产和科学技术的发展，磨削逐步向高精度和高效率方向发展。 （1）高速磨削。普通磨削时，砂轮线速度常在3035m/s。砂轮线速度高于45m/s的磨削称为高速磨削。经济的磨削速度是5060m/s。 高速磨削的特点如下。 在一定的单位时间磨除量下，当砂轮线速度提高时，磨粒的当量切削厚度变薄，这就使得磨粒的负荷减轻，砂轮耐用度提高，磨削表面粗糙度减小，法向磨削力减小，使得工件精度较高。 如果砂轮磨粒切削厚度保持一定，则在线速度提高时，单位时间内磨除量可以增加，生产率得以提高。 （2）强力磨削。强力磨削又叫深磨、蠕动磨削或大切深缓进给磨削。它是以较大的切

25、削深度和很低的工作台进给速度磨削工件，经一次或数次走刀即可磨到所要求的尺寸形状精度，适于磨削高硬度高韧性材料，如耐热合金、不锈钢和高速钢等的型面和沟槽。 （3）砂带磨削。砂带过去用于粗糙或抛光，现在砂带磨削已成为一种很有发展前途的加工方法。砂带磨床由砂带、接触轮、张紧轮、支撑轮、工作台等基本部件组成，其主要部分如图1-56所示。它的机械效率可达96，在机床中处于领先地位。图1-56 砂带磨削1.2.4 知识拓展1.2.4.1 外圆面的精密加工 随着科学技术的发展，对工件的加工精度和表面质量要求也越来越高，因此在外圆表面精加工后，往往还要进行精密加工。精密加工是指在精加工之后从零件上切除很薄的材

26、料层，以提高零件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法。外圆表面的精密加工方法常用的有外圆研磨、外圆超精加工、高精度磨削等。1.外圆研磨 研磨是用研磨工具和研磨剂，从零件上研去一层极薄表面层的精加工方法。研磨用的研具采用比工件材料软的材料（如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等）制成。研磨时，部分磨粒悬浮在工件和研具之间，部分研粒嵌人研具表面，利用工件与研具的相对运动，磨粒会切掉一层很薄的金属，主要切除上道工序留下来的粗糙度凸峰。一般研磨的余量为0.01-0.02 mm,研磨除可获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状精度，但不能改善相互位置精度。（1）研磨的方法 研磨有手工研磨和机械研

27、磨两种方式。手工研磨。手工研磨是人手持研磨具或零件进行研磨的方法，如图1-57所示。所用研具为研磨环，研磨时，将弹性研磨环套在零件上，并在研磨环与零件之间涂上研磨剂，调整螺钉使研磨环对零件表面形成一定的压力。零件装夹在前后顶尖上，作低速回转，同时手握研磨环作轴向往复运动，并经常检测零件，直至合格为止。手工研磨生产率低，只适用于单件小批量生产。图 1-57 手工研磨外圆 机械研磨。机械研磨是在研磨机上进行，图1-58所示为用研磨机研磨小件外圆的工作示意图。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连接，上研磨盘与悬臂轴6活动铰接，可按照图1-57手工研磨外

28、圆动调位，以保证压力均匀。在上下研磨盘之间有一个与偏心轴1相连的分隔盘4，其上开有安装零件的长槽，槽与分隔盘径向倾斜角为Y。当研磨盘转动时，分隔盘由偏心轴带动作偏心旋转，零件3既可以在槽内自由转动，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，从而保证从零件表面切除均匀的加工余量。悬臂轴可向两边摆动，以便装夹零件。机械研磨生产率高，适合大批量生产。1-偏心轴；2一下研磨盘；3-零件；4一分隔盘；5一上研磨盘；6一悬臂轴；图1-58 研磨机工作示意图（2）研具材料和研磨剂 研具材料的硬度应比工件材料低，以便磨料嵌人研具表面，较好地发挥切削作用；材料组织要均匀，应有一定的耐磨性，以便保持

29、研具原有的几何形状，获得良好的研磨精度。最常用的研具材料为铸铁。 研磨剂由磨料和研磨液混合而成。磨料常用氧化铝和碳化硅的极细磨粒或微粉，粗研磨料的粒度用240# - W14，精研用W14一W5。研磨液可用煤油、植物油或煤油加机油，再加人适量化学活性较强的油酸、硬脂酸或工业用甘油，使工件表面产生一层氧化膜以加速研磨过程。2.外圆超精加工超精加工是用极细磨粒的油石进行光磨的一种光整加工，如图1-59所示。超精加工可用来加工轴件外圆、滚动轴承沟道及平面等。超精加工主要是为了降低表面粗糙度的一种加工方法。超精加工生产率很高，要在精磨或精车的基础上进行，加工余量仅需0.0030.01 mm。加工时，装有

30、油石条的磨头以恒定压力尸轻压于工件表面，工件旋转带动磨头作纵向进给运动，同时作往复振动，振动频率为1 0001 400 str/min，振幅为38 mm。磨粒在工件上的运动轨迹应纵横交错而不重复。如图1-60所示，油石条与工件之间要注人润滑油（一般以煤油加锭子油），油石与工件的接触面积逐步加大，单位面积承受的压力随之减小。当单位面积的压力小于油膜表面张力时，油石与工件被油膜分离，切削作用自行停止。图1-59 外圆超精加工1-油石；2一油膜；3一工件；图1-60 外圆超精加工过程3.高精度磨削使轴的表面粗糙度Ra在0.16gm以下的磨削工艺称为高精度磨削，它包括精度磨削、超精密磨削和镜面磨削。高

31、精度磨削的实质在于砂轮磨粒的作用，经过精细修整后的砂轮的磨粒形成了同时能参加磨削的许多微刃。如图1-61(a)和图1-61(b）所示，这些微刃的等高性较好，参加磨削的切削刃数大大增加，能从工件上切下微细的切屑，形成粗糙度值较小的表面。随着磨削过程的继续，锐利的微刃逐渐钝化，如图1-61(c)所示。钝化的磨粒又可起抛光作用，使粗糙度进一步降低。图1-61 磨粒微刃及磨削中微刃变化1.2.4.2 外圆面加工方案的确定不同零件上的外圆面或者同一零件上不同外圆面，往往具有不同的技术要求，需要结合具体的生产条件，拟定出合理的加工方案。在确定外圆表面加工方案时，需要考虑外圆面的技术要求、影响外圆加工方案的

32、主要因素以及选择合理的外圆面的加工工艺路线。1.外圆面的技术要求（1）本身精度：直径和长度的尺寸精度、外圆面的圆度、圆柱度等形状精度。（2）位置精度：与其他外圆面或孔的同轴度、与端面的垂直度等。（3）表面质量：主要指表面粗糙度，对于某些重要零件，还对表层硬度、（4）残余应力和显微组织等有要求。2.影响外圆面加工方案的主要因素在确定外圆面加工方案时，主要考虑以下因素。（1）工件材料：对于钢铁类零件，加工。主要用车削和磨削加工；对于有色金属主要使用车削加工。（2）加工精度和粗糙度：零件精度要求低，粗糙度大时，可以粗车，随着精度要求的提高、粗糙度值要求的降低，可以使用半精车、精车或者粗磨、半精磨、精

33、磨等方法。精度要求特别高，粗糙度值要求特别低的零件，需要使用研磨和超级光磨等超精加工方法。 (3)热处理状态：如果材料经过淬火处理，则只能选用磨削作为精加工方法，而不能使用车削。3.外圆面加工的工艺路线在学习外圆面加工的工艺路线之前，首先要认识经济精度和经济粗糙度的概念。使用各种加工方法生产零件时，都有一个经济精度，该精度是使用该种方法加工时所能达到的理想精度。如果加工精度低于该精度值，则没有充分发挥机床的潜能；如果加工精度高于该精度值，则成本显著提高，投人大产出小。经济粗糙度的概念与之类似。例如，粗车的经济精度是 IT12ITll ，经济粗糙度 Ra 取值范围为2512.5；精车的经济精度是

34、 IT8IT6 ，经济粗糙度 Ra 取值范围为1.60.8；粗磨的经济精度是 IT8IT7 ，经济粗糙度 Ra 取值范围为0.80.4；精磨的经济精度是 IT6ITS ，经济粗糙度 Ra 取值范围为0.40.2。外圆加工方案主要包括切削加工和特种加工两种形式。切削加工又分为车削类方案和车磨类方案两种。外圆加工方案框图如图1-62所示，图中各种加工方法下面列出了对应的经济精度和经济粗糙度，并用数字标出了11条常用的加工路线。对于低精度的外圆面，经过粗车即可；中等精度的外圆面，粗车后还要经过半精车才能达到要求；精度要求较高的外圆面，经半精车后还需要精车或磨削加工。图1-62 车削加工方案框图生产中

35、常用的外圆面加工路线如下。（1）粗车。除淬硬钢外，各种零件的加工都适用。当零件的外圆面要求精度低、表面粗糙度较大时，只粗车即可。（2）粗车一半精车。对于中等精度和粗糙度要求的未淬硬工件的外圆面，均可采用此方案。（3）粗车一半精车一磨。（粗磨或半精磨）。此方案最适于加工精度稍高、粗糙度较小，且淬硬的钢件外圆面，也广泛地用于加工未淬硬的钢件或铸铁件。（4）粗车一半精车一粗磨精磨。此方案的适用范围基本与上述第3个方案相同，只是外圆面要求的精度更高、表面粗糙度更小，需将磨削分为粗磨和精磨才能达到要求。（5）粗车一半精车一粗磨一精磨一研磨（或超级光磨或镜面磨削）。此方案可达到很高的精度和很小的表面粗糙度

36、，但不宜加工塑性大的有色金属。（6）粗车一精车一精细车。此方案主要适用于精度要求高的有色金属零件的加工。1.2.5 任务决策与计划在老师的辅助指导下，学生通过分组讨论、查阅资料等方式，分析外圆面加工工艺，选择合理的加工方法及机床、刀具、夹具等工艺设备，初拟零件加工方案，对比讨论后最终确定方案并制定加工计划。指导重点 ：（1）根据零件图纸要求选择合适的机床、刀具、夹具、量具等；（2）根据图样要求，制定合理的加工工艺过程 ；零件加工工艺过程：1.磨削工艺分析外圆磨削一般根据工件的形状大小、精度要求、磨削余量的多少和工件的刚性等来选择磨削的方法。磨削光轴要分两次调头装夹磨削才能完成，要求无明显接刀痕

37、迹，对工件的定位基准（中心孔与顶尖）有较高的要求，以保证工件的同轴度和圆柱度公差。2.磨削步骤（1）修研中心孔，校正头架、尾座中心以防工件产生明显的接刀痕迹；（2）将工件装夹在两顶尖间（顶尖、中心孔擦净加油）。如图1-63所示。（3）确定工作台行程，调整行程挡块位置，使接刀长度小于30 mm，过长易变形产生接刀痕。图1-63 校对头架、尾座中心（4）找正工作台，要求接刀处比另一端大0.005 mm，这样接刀时易接平，如图1-64所示。（5）粗磨外圆，每次进给量0.01 mm，切削液要充分，留精磨余量0.030.05 mm.（6）精磨外圆柱尺寸（圆柱度小于0.005mm，接刀处比右端大0.005

38、 mm)，每次进给量0.005mm.（7）工件调头垫铜片装夹，粗磨接刀处外圆（中心孔、顶尖擦净加油）留精磨余量0.030.05mm，如图1-65所示。（8）接刀外圆处涂上红丹粉，精磨接刀处外圆时用纵磨法磨削，每次横向进给q0.025 mm,当红丹粉变淡，说明砂轮已磨到工件外圆，待红丹粉消失，立即退刀。 图1-64 找正工作台 图1-65 接刀磨削3接刀方法及注意事项（1）磨削接刀处外圆，每次横向进给量0.005mm。磨削余量剩余0.0030.005 mm时，横向进给量减少，最后以无横向进给的“光磨”接平外圆。为了便于观察，在接刀外圆处涂上红丹粉显示剂，当红丹粉消失或颜色变淡，砂轮已磨到工件外圆

39、，便于尺寸控制。（2）当出现单面接刀痕迹时，要及时检查中心孔和顶尖的质量以及外圆的圆度。（3）要注意中心孔的清理和润滑，要注意调整顶尖的顶紧力，不要顶得过紧。（4）要保证砂轮的锋利，并浇注充分的切削液，以避免工件产生烧伤痕迹。（5）接刀时，动作要协调，要注意砂轮横向进给与工作台纵向进给的配合，避免进给过头，使工件产生接刀痕迹或圆柱度误差。1.2.6 任务实施砂轮的切削过程大致可以分成以下3个阶段。（1）第一阶段：磨粒从工件表面滑擦而过，只有弹性变形而无切屑形成。（2）第二阶段：磨粒切人工件表面，刻划出沟痕并形成隆起。（3）第三阶段：切削层厚度增大到某一临界值时，切下切屑。表1-9 任务实施表班

40、级组别学号姓名学习领域石油装备加工技术学习情境外圆面加工磨削加工外圆面工作项目主要工作内容1接受工作任务，工艺性分析分析零件图纸（包括零件的结构特点和零件加工质量技术要求及结构等），根据图纸要求研究分析磨削加工该零件时的加工工艺2选择机床，刀具磨床类型，砂轮类型3选择夹具和装夹方式 砂轮的装夹角度，各工序方案等4拟订加工步骤工件装夹方法，主要加工表面及加工方法，分析各表面要素的加工工艺性如何实现，分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证，加工路线比较并确定等5工件的检测尺寸，平面度，直线度，端面6自我检查、评估自查和小组互查，检查文件是否规范、正确、齐全7工作总结有哪些收获，存在的

41、问题还有哪些，是否有更优化的方法1.2.7 检查与评估检查零件的尺寸、表面粗糙度等是否满足工程图的精度要求、产品是否合格。对加工工艺、操作规范、工件质量、学生综合职业能力等方面进行评估，如表1-10所示。表1-10 检查与评价表项目序号技术要求配分评分标准得分工艺（15%）1工步正确完整5不规范每处扣1分2切削用量合理5每错一处扣1分3工艺规范合理5不合理每处扣1分机床操作（20%）4刀具选择安装正确5不合理每次扣1分5工件装夹正确5不合理每次扣1分6机床操作规范5不合理每次扣1分7零件加工不出错5出错全扣工件质量（35%）8尺寸精度符合要求25不合格每处扣1分9表面粗糙度及形位公差符合要求10不合格每处扣1分文明生产（15%）10安全操作5出错全扣11机床维护与保养5不合格全扣12工作场所整理5不合格全扣相关知识及职业能力（15%）13机加基础知识5教师提问14自学能力10教师根据学员的学习情况、表达沟通能力、合作能力和创新能力酌情给分表达沟通能力合作能力创新能力