外圆表面加工

具有外圆表面的典型零件为轴类零件，此外还有套筒类和圆盘类零件。外圆表面加工方法以车削、磨削加工使用较广。

18.2.1 外圆车削加工

车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的。

1.工件的装夹

车削加工时，最常见的工件装夹方法见表18－3。

表18－3 车削加工中常见的工件装夹方法及应用

2.外圆车刀的种类和装夹

外圆车刀有直头和弯头两种。直头车刀主要用于车削没有台阶或台阶要求不严格的外圆，常采用高速钢制成。弯头车刀常用硬质合金制成，主偏角有45°、75°、90°等。

车刀在刀架上的安装高度，一般应使刀尖在与工件旋转轴线等高的地方。安装时可用尾架顶尖作为标准，或先在工件端面上车一印痕，就可知道轴线位置，把车刀调整安装好。

车刀在刀架上的位置，一般应垂直于工件旋转的轴线，否则会引起主偏角的变化，还可能使刀尖扎入已加工表面或影响工件表面的质量。

3.车削外圆的形式和加工精度

车削外圆的主要形式见图18－2。一般分为粗车、半精车和精车。

（1）粗车外圆。粗车外圆适用于毛坯件的加工，粗车后工件表面精度可达IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为50μm～12.5μm。

图18－2 车外圆的形式

（2）半精车外圆。在粗车的基础上进行，通常作为只有中等精度要求的零件表面的终加工，也可作为精车或精磨工件之前的预加工。半精车工件表面的精度为IT10～IT9，表面粗糙度Ra值为6.3μm～3.2μm。

（3）精车外圆。在半精车的基础上进行，其目的在于使工件获得较高的精度和表面质量。精车在高精度车床上进行，先用较小的切削深度切去一层金属，观察粗糙度情况，再调整切深，直至达到最后尺寸，常作为有色金属零件上高精度外圆面的终加工。精车后工件表面精度可达IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为1.6μm～0.8μm。

18.2.2 磨削加工

1.磨削及其刀具

磨削加工主要在磨床上进行，是用砂轮作为刀具，以较高的线速度对工件表面进行加工，它是外圆表面精加工的主要方法之一。

磨削加工所用的切削刀具是砂轮，磨削也是一种切削。砂轮表面上的每一颗磨粒的单独工作可以与一把车刀相比拟。而整个砂轮可看成是具有极多刀齿的铣刀。刀齿是由许多分散的尖棱组成。这些尖棱均随机排列在砂轮表面上，且几何形状差别很大，其中较锋利和凸出的磨粒，可以获得较大的切削厚度，能起到切削作用切出切屑，不太凸出或磨钝的磨粒只能在工件表面上刻画出细小的沟纹，将工件材料挤向两旁而隆起。比较凹下的磨粒既不切削也不刻画工件，只是在工件表面产生滑擦。由此而知，砂轮的磨削过程，实际上是切削、刻画和划擦三种作用的综合，如图18－3所示。

图18－3 磨粒的磨削状态

2.磨削的工艺特点

（1）背向磨削力Fp大。由于多数磨粒切削刃具有极大的负前角和较大的刃口钝圆半径，致使背向磨削力远大于切向磨削力Fc（见图18－4），加剧工艺系统变形，造成实际磨削背吃刀具常小于名义磨削背吃刀量，影响加工精度和磨削过程的稳定性。

图18－4 磨削的切削分力

（2）磨削温度高。一般磨削的速度都很高，在30m／s～50m／s，是车、铣削速度的10～20倍，因此，切削温度很高，瞬时温度可达1 000℃，将引起加工表面物理力学性能改变，甚至产生烧伤和裂纹。

（3）冷硬程度大、能量消耗大。磨粒的切削刃和前后面的形状极不规则，顶角在105°左右，前角为很大负值，且后角很小，会使工件表层材料经受强烈挤压变形。特别是磨粒磨钝后和进给量很小时，金属变形更为严重，因而磨削单位截面积所消耗的能量较一般切削加工高得多，冷硬程度也大。

（4）磨粒有自锐作用。磨粒在磨削力作用下，会产生开裂和脱落，形成新的锐利刃，称为磨粒的自锐作用，有利于磨削的进行。

（5）精度高、表面粗糙度值小。磨削时，砂轮表面有切削刃，并且较锋利，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可小到数微米，同时，磨床具有精度高、刚性好的特点，因而，磨削可以达到高的精度和小的表面粗糙度。一般可达到IT7～IT6，表面粗糙度Ra值为0.2μm～0.8μm。

3.磨削外圆的常见的磨削方法

外圆磨削通常作为半精车后的精加工，在外圆磨床或万能外圆磨床上进行。

（1）纵磨法。如图18－5（a）所示，砂轮高速旋转起切削作用，工件旋转并和工作台一起作纵向进给运动。工作台每往复一次，砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给，每次磨削深度很小，全部磨削余量是在多次往复行程中磨去的。由于每次的磨削深度小，故切削力小，散热好，在工件接近最后尺寸时，可作几次无横向进给的光磨行程，直到火花消失为止。其适应性强，可以用一个砂轮加工不同直径和长度的工件，但其生产效率低，故广泛用于单件、小批量生产和精磨。

（2）横磨法。如图18－5（b）所示，磨削外圆时，工件不作纵向往复运动，而砂轮以缓慢的速度连续断续地向工件作横向进给运动，直到磨去全部余量。横磨时，工件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热大，磨削温度高，工件易发生变形和烧伤，故仅适合加工表面不太宽且刚性较好的工件。横磨法生产率高，适应于成批或大量生产。

（3）深磨法。如图18－5（c）所示，磨削时用较小的纵向进给量（一般取1mm／r～2mm／r），在一次走刀中磨去全部磨削余量（一般为0.3mm），是一种比较先进的方法，适应于大批大量生产中，加工刚度较大的短轴。

图18－5 外圆磨削方法

18.2.3 外圆表面加工方案的分析

对于一般的钢铁零件，外圆表面加工的主要方法是车削和磨削。要求精度高、粗糙度小时，往往还要进行研磨、超级光磨等光整加工。对于某些精度要求不高，仅要求光亮的表面，可以通过抛光来获得，但在抛光前要达到较小的粗糙度。对于塑性较大的有色金属（如铜、铝合金等）零件，由于其精加工不宜用磨削，则常采用精细车削。

表18－4给出了外圆表面的加工方案，可作为拟订加工方案的依据和参考。

表18－4 外圆表面的加工方案