车零件表面与磨削表面区别

图1.5　划线基准的选择

(3）车削加工技术

金属切削机床是用切削的方法把金属毛坯加工成机器零件的一种机器，它是制造机器的机器，人们习惯上称为机床。机床按照加工方式的不同又分为车床、刨床、铣床、磨床等。车削加工是最常用的加工方法，约占机床加工总量的50%以上。车削加工的原理是工件作旋转运动、车刀在水平面内移动(见图1.6），从工件上去除多余的材料，从而获得所需的加工表面。工件的旋转运动称为主运动。车刀在水平内的移动称为进给运动。图1.7和图1.8分别为车外圆和槽。

图1.6　车削加工

图1.7　外圆车削方式

图1.8　车槽

图1.9　普通车床结构图

(4）工件的安装

工件安装时，应使加工表面的回转轴线和车床主轴的轴线重合，确保加工后的表面有正确的位置，同时把工件夹紧。在车床上(见图1.9）常用的附件有：三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、中心架、跟刀架、心轴、花盘及压板等。3个卡爪可以反装，称为反爪。反爪可以装夹较大直径的工件。三爪卡盘的定心精度不高，一般为0.05～0.15mm，但装夹方便。适应于安装截面为圆形或正六边形的短轴类或盘类工件。

任务2　轴类零件车削工艺分析

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

根据零件加工的需要熟练掌握工、夹、量具和车床设备；能独立确定一般零件的车削步骤；掌握外圆、阶台、沟槽的加工方法；能根据零件的几何形状、材料、合理选择切削用量，以及根据车削需要刃磨各种刀具；掌握一般轴类零件的车削技能。能独立确定一般零件的车削步骤，合理选择切削用量。

【知识准备】

轴类零件是机械结构中用于传递运动和动力的重要零件之一，加工质量直接影响机械的使用性能和运动精度。车削是轴类零件外圆加工的主要方法。

(1）车床的种类

车床按照用途和功能不同，可分为许多类型，如卧式车床、立式车床、落地车床和转塔车床等，如图1.10所示。这里主要介绍最常用的CA6140车床。

图1.10　车床类型

1—主轴箱；2—刀架；3—尾座；4—床身；5，10—床脚；6—丝杠；7—光杆；8—操纵杆；9—溜板箱；11—进给箱；12—交换齿轮箱

1）车床的功能与型号

车床适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如内外圆柱面、圆锥面及成型回转表面、车削端面、钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。

2）CA6140车床的组成与技术性能

CA6140车床主要组成部件有：

①主轴箱：支承并传动主轴，使主轴带动工件按照规定的转速旋转，实现主运动。

②床鞍与刀架：装夹车刀，并使车刀纵向、横向或斜向运动。

③尾架：用后顶尖支承工件，并可在其上安装钻头等孔加工工具，以进行孔加工。

④床身：车床的基本支承件，在其上安装车床的主要部件，保持它们的相对位置。

⑤溜板箱：把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。其上有各种操作手柄和操作按钮，方便工人操作。

⑥进给箱：改变被誉为加工螺纹时的螺距或机动进给的进给量。

CA6140主要技术性能参数如下：

床身上最大工件回转直径　　　　　　　　　400mm

最大工件长度(4种规格）　　　　　　　　　750，1000，1500，2000mm

最大车削长度　　　　　　　　　　　　　　650，9 0 0，1400，1900mm

刀架上最大工件回转直径　　　　　　　　　210mm

主轴转速　正转24级　　　　　　　　　　　10～1400r／min

　　　　　反转12级　　　　　　　　　　　14～1580r／min

进给量　纵向进给量64级　　　　　　　　　0.028～6.33mm／r

　　　　横向进给量64级　　　　　　　　　0.014～3.16mm／r

床鞍与刀架快速移动速度　　　　　　　　　4m／min

车削螺纹范围　米制螺纹44种　　　　　　　T=1～192mm

　　　　　　　英制螺纹20种　　　　　　　a=2～24牙／in

　　　　　　　模数螺纹39种　　　　　　　m=0.25～48mm

　　　　　　　径节螺纹37种　　　　　　　DP=1～96牙／in

主电动机　　　　　　　　　　　　　　　　7.5kW，1450r／min

(2）阶梯轴的车削工艺分析

按工艺完成如图1.11所示的阶梯轴加工。

图1.11　阶梯轴

技术要求：调质处理HBS217～255；名称：传动轴；材料45；生产类型：小批。

1）工作条件

设备：CA6140型卧式车床；刀具：45°车刀、90°车刀、切断刀、车槽刀、中心钻；量具：钢直尺，游标卡尺、千分尺；材料：45钢；辅具：切削液、钻夹头。

2）技能训练内容

工件图样，车工训练图册；由于零件有同轴度要求，用三爪自定心卡盘一次装夹加工出φ38，φ36外圆。

3）参考步骤

夹毛坯外圆找正，粗车端面、φ38外圆，留精加工余量；精车φ38，φ36外圆至尺寸，倒角；车圆锥面至尺寸；掉头垫铜皮夹持φ36外圆并找正，粗、精车φ32、φ24外圆；车槽、倒角。

4）拟定加工工艺

从结构上看，是一个典型的阶梯轴，工件材料为45，生产纲领为小批或中批生产，调质处理220～350HBS。

①分析阶梯轴的结构和技术要求，该轴为普通的实心阶梯轴，轴类零件一般只有一个主要视图，主要标注相应的尺寸和技术要求，而其他要素如退刀槽、键槽等尺寸和技术要求标注在相应的剖视图。传动轴的轴颈M和N处是装轴承的，各项精度要求均较高，其尺寸为φ35(±0.008），且是其他表面的基准，因此是主要表面。配合轴颈Q和P处是安装传动零件的，与基准轴颈的径向圆跳动公差为0.02(实际上是与M，N的同轴度），公差等级为IT6，轴肩H，G和I端面为轴向定位面，其要求较高，与基准轴颈的圆跳动公差为0.02，是较重要的表面，同时还有键槽、螺纹等结构要素。

②明确毛坯状况，一般阶梯轴类零件材料常选用45钢；对于中等精度而转速较高的轴可用40Cr；对于高速、重载荷等条件下工作的轴可选用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢进行渗碳淬火，或用38CrMoAIA氮化钢进行氮化处理。

③拟定工艺路线，确定加工方案，轴类在进行外圆加工时，会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。划分加工阶段，该轴加工划分为3个加工阶段，即粗车(粗车外圆、钻中心孔）、半精车(半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨Q，M，P，N段外圆。各加工阶段大致以热处理为界。

选择定位基准，轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是两中心孔。

热处理工序安排，该轴需进行调质处理。在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，不必进行正火处理。

加工工序安排，应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等。该轴的加工路线为：毛坯及其热处理→预加工→车削外圆→铣键槽→热处理→磨削。

铣加工：止动垫圈槽加工到图纸规定尺寸，键槽铣到比图纸尺寸多0.25mm作为磨销的余量。螺纹精加工到图纸规定尺寸M24×1.5-6g，外圆车到图纸规定尺寸。

⑤选择设备工装，外圆加工设备：普通车床CA6140；磨削加工设备：万能外圆磨床M1432A；铣削加工设备：铣床X52。

⑥填写工艺卡(见表1.3）。

表1.3　阶梯轴加工工艺

任务3　模具零件的铣削加工

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

能独立确定一般零件的铣削步骤，铣刀的安装，铣削方式；能独立确定一般零件的铣削步骤；能合理选择铣削用量。

【知识准备】

铣削加工是在铣床上使用旋转多刃刀具，对工件进行切削加工的方法。铣削可加工平面、台阶面、沟槽、成型面(见图1.12）等，多刃切削效率高。铣刀旋转为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。铣削加工精度较高，可达IT8左右，表面粗糙度R a为1.6～0.8μm。在模具零件的铣削加工中，应用最广的是立式铣床和万能工具铣床(见图1.13），铣床分为立式和卧式铣床，立式结构表面外形、非回转曲面型腔、规则型面的加工；卧式铣床加工模具外形表面；龙门铣床：大型零件表面的加工；工具铣床：螺旋、圆弧、齿条、齿轮、花键等类零件的加工；仿形铣床：复杂成型表面。

图1.12　铣床上的典型工作

图1.13　各种铣床

(1）铣削加工

模具零件的立铣加工主要有以下几种：

1）平面或斜面的铣削(见图1.14至图1.20）

在立式铣床上采用端铣刀铣削平面，一般用平口钳、压板等装夹工件，其特点是切屑厚度变化小、同时进行切削的刀齿较多，切削过程比较平稳，铣刀端面的副切削刃具有刮削作用，工件的表面粗糙度较低。对于宽度较大的平面采用高速端面铣削。把工件倾斜所需角度，此方法是安装工件时，将斜面转到水平位置，然后按铣斜面的方法来加工此斜面如图1.15所示。把铣刀倾斜所需角度，这种方法是在立式铣床或装有万能立铣头的卧式铣床进行。使用端铣刀或立铣刀，刀轴转过相应角度。加工时工作台须带动工件作横向进给，如图1.16所示。用角度铣刀铣斜面，可在卧式铣床上用与工件角度相符的角度铣刀直接铣斜面(见图1.17）。用角度铣刀铣斜面，较小的斜面可用合适的角度铣刀加工。当加工零件批量较大时，则常采用专用夹具铣斜面。使用倾斜垫铁铣斜面，在零件设计基准的下面垫一块倾斜的垫铁，则铣出的平面就与设计基准面成倾斜位置。利用分度头铣斜面，在一些圆柱形和特殊形状的零件上加工斜面时，利用分度头将工件转成所需位置而铣出斜面。

图1.14　端铣刀加工平面

图1.15　倾斜工件铣斜面

图1.16　立铣头倾斜铣斜面

图1.17　用角度铣刀铣斜面

图1.18　台阶的铣削

图1.19　直角沟槽、键槽的铣削

图1.20　圆弧槽铣削

在立式铣床上铣削斜面，通常有3种方法(见图1.21至图1.23）：按划线转动工件铣斜面，用夹具转动工件铣斜面，转动立铣头铣斜面。

图1.21　按划线转动铣斜面

图1.22?转动钳　铣斜面

图1.23　转动立铣头铣斜面

2）圆弧面的铣削

在立式铣床上加工圆弧面，通常是利用圆形工作台，它是立铣加工中的常用附件，其结构组成如图1.24所示。利用它进行各种圆弧面的加工。首先将圆形工作台安装在立式铣床工作台上，再将工件安装在圆形工作台上。

图1.24　圆形工作台

1—底座；2—圆台；3，5，7—手柄；4—接头；6—扳动杆

3）复杂型腔或型面的铣削

对于不规则的型腔或型面，可采用坐标法加工，即根据被加工点的位置，控制工作台的纵横(X，Y）向移动以及主轴头的升降(Z）进行立铣加工。在模具设计与制造中，有大量的不规则型腔或型面。对于凸凹模的不规则型腔或型面的铣削，可采用坐标法进行。其方法是：首先选定基准，根据被铣削的型腔或型面的特征选定坐标的基准点。基准点(即坐标原点）的选定应根据型面或型腔的主要设计基准来确定。其次建立坐标系，以坐标基准点为原点，根据工作台的运动方向建立坐标系或极坐标。再次，计算型腔或型面的横向和纵向坐标尺寸。最后用铣刀逐点铣削。如果为空间曲面则需要控制X，Y，Z这3个坐标方向的移动。

4）坐标孔的铣削

对于单件孔系工件，如图1.25所示的凸凹模，由于孔系孔距精度较高，可在立铣上利用其工作台的纵向与横向移动，加工工件上的坐标孔。但对普通立铣床因工作台移动的丝杠与螺母之间存在间隙，故孔距的加工精度不是很高。当孔距精度要求高时，可用坐标铣床加工。

5）普通铣床加工型腔

立铣和万能工具铣床：适合于加工平面结构的型腔。加工型腔时，由于刀具加长，必须考虑由于切削力波动导致刀具倾斜变化造成的误差，如图1.26所示。

图1.25　不规则型腔的立铣削

图1.26　型腔圆角的加工及实例

为加工出某些特殊的形状部位，在无适合的标准铣刀可选用时，可采用如图1.27所示适合于不同用途的单刃指铣刀(见图1.27）。

图1.27　单刃指铣刀

为提高铣削效率，对某些铣削余量较大的型腔，铣削前可在型腔轮廓线的内部连续钻孔，孔的深度和型腔的深度接近，如图1.28所示。

图1.28　型腔钻孔示意图

图1.29　顺铣

(2）铣削方式

1）周铣

用铣刀的圆周刀齿进行切削的铣削方式称为周铣。周铣又分为顺铣和逆铣。铣削时，铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给运动方向相同称为顺铣。顺削时，铣刀刀齿的切削厚度从最大逐渐递减至零，没有逆铣时刀齿的滑行现象，加工硬化程度大为减轻，已加工表面质量也较高，刀具耐用度高，如图1.29所示。

图1.30　逆铣

图1.31　端铣

2）端铣

对称铣：铣削过程中，面铣刀轴线始终位于铣削弧长的对称中心位置，且顺铣部分等于逆铣部分(见图1.31）。不对称铣：当面铣刀轴线偏置于铣削弧长对称中心的一侧时。利用圆转台进行立铣加工圆弧面的方式见表1.4。

表1.4　利用圆转台进行立铣加工圆弧面的方式

续表

(3）铣削加工工件常用装夹方法

在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。将工件装好，就是在加工前确定工件在工艺系统中的正确位置，即定位。将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在加工过程中始终保持在原先确定的位置上，即夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。分固定侧与活动侧，固定侧与底面作为定位面，活动侧用于夹紧。

图1.32　平口钳装夹

1—底座；2—固定钳口；3—活动钳口；4—螺杆

图1.33　压板螺栓夹紧

图1.34　分度头装夹工件

图1.35　回转工作台装夹工件

任务4　模具零件的刨削加工

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

掌握刨削加工的加工类型，工艺特点，应用范围，平面和斜面、曲面的刨削方法及特点，拉削的特点及应用。

【知识准备】

刨床是指用刨刀加工工件表面的机床，主要用于加工各种平面、沟槽及曲面等，刨削主要用于模具零件外形的加工。中小型零件广泛采用牛头刨床加工；而大型零件则需用龙门刨床。刨削加工的精度可达IT10，表面粗糙度为R a= 1.6μm。牛头刨床主要用于平面与斜面的加工。刨削可进行的工作很多，图1.36为加工示意图。机床主要类型有：牛头刨床、插床和龙门刨床(见图1.37）。

图1.36　刨削加工示意图及模具

1）刨削的工艺特点

①主要用于各种平面、纵向成型平面以及沟槽等表面的加工。

②由于刨刀属于单刃切削刀具，需要经过多次行程才能完成加工。

③表面的加工精度可达到IT10级，表面粗糙度R a为1.6μm。

2）刨床的应用范围

由于刨削的特点，刨削主要用在单件、小批生产中，在维修车间和模具车间应用较多。刨削主要用来加工平面，也广泛用于加工直槽，如直角槽、燕尾槽和T形槽等，还可用来加工齿条、齿轮、花键和母线为直线的成型面等。牛头刨床的最大刨削长度一般不超过1 000mm，因此，只适于加工中小型工件，龙门刨床主要用来加工大型工件，或同时加工多个中、小型工件。龙门刨床刚度较好，且有2～4个刀架可同时工作，因此加工精度和生产率均比牛头刨床高。

图1.37　刨床

3）刨削加工的特点

①刨床的结构简单，便于调整，可加工垂直、水平的平面，还可加工T形槽、V形槽、燕尾槽等。刨刀制造和刃磨较容易。

②刨削加工生产率较低。

③生产成本较低。

④加工制件的精度不高，加工质量中等，IT7～IT8，表面粗糙度为1.6～6.3μm，但在龙门刨床上用宽刀细刨，表面粗糙度为0.4～0.8μm。

4）平面的刨削

对于较小的工件，常用平口钳装夹；对于大而薄的工件，一般是直接安装在刨床工作台上，用压板压紧；对于较薄的工件，在刨削时还常采用撑板压紧，如图1.38所示。其优点是便于进刀和出刀，可避免工件变形，夹紧可靠。撑板如图1.39所示。铣削时靠模销沿着靠模外形运动，不作轴向运动，铣刀也只沿工件的轮廓铣削，不作轴向运动，如图1.40(a）所示。可用于加工复杂轮廓形状，但需深度不变的型腔。

图1.38　用撑板装夹

1—虎钳；2—撑板；3—垫板；4—工件

图1.39　撑板

立体轮廓水平分行仿形如图1.40(b）所示，工作台水平移动，铣刀进行切削，切削到型腔端头时主轴箱在垂直方向作一进给运动，然后工作台再作反向水平进给，如此反复直至加工出所需的型腔表面。立体轮廓垂直分行仿形，如图1.40(c）所示，切削时主轴作连续的垂直进给，到型腔端头时工作台在水平方向作依次横向进给，然后主轴再作反向进给。斜面刨削时，可在工件底部垫入斜垫块使之倾斜。斜垫块是预先制成的一批不同角度的垫块，使用时还可用两块以上不同角度的斜块组成斜垫块组。刨削加工的精度可达IT8～IT9，表面粗糙度为1.6～6.3μm。刨削斜面还可以倾斜刀架，使滑枕移动方向与被加工斜面方向一致。

图1.40　仿形加工方式

5）斜面的加工

刨削斜面时，可在工件底部垫入斜垫块使之倾斜，并用撑板夹紧工件。斜垫块是预先制成的一批不同角度的垫块，并可用两块以上组成其他不同角度的斜垫块。对于工件的内斜面，采用倾斜刀架的方法进行刨削，如图1.41所示为V形槽的刨削加工过程。

图1.41　刨V形槽

6）曲面刨削加工

刨削的主运动的直线往复运动，进给运动为间歇直线运动。刨削能达到的尺寸精度为IT8～IT9，表面粗糙度为1.6～3.2μm。刨削曲面时，刀具没有一定的位置，它随曲面的形状作相应的变化，用合成动作加工出各类曲面。曲面刨削有以下几种方法：

①按划线刨削法。这种方法最常用，特别适合单件生产，其加工简单，但要求具有一定的操作技术。用该方法加工曲面表面粗糙，刨后应修光表面。

②成型刀具刨削法。这种方法用于曲面弧形相同的成型刨刀刨削曲面。加工后其表面粗糙度R a为3.2～6.3μm，用于一定批量的生产。缺点是只能刨削小面积曲面。当曲面的面积较大时要分段刨削，生产效率低，且精度不高。

③机械装置刨削法。这种方法能得到较好的精度，加工质量稳定，适用于大批量生产。在仿形铣床上加工型腔的效率高，其粗加工效率为电火花加工的40～50倍，尺寸精度可达0.05mm，表面粗糙度R a为3.2～6.3μm。

图1.42　牛头刨床和龙门刨床

刨床有牛头刨床和龙门刨床两类，如图1.42所示。牛头刨床的滑枕带动刀具作往复直线运动，工件在工作台上间歇直线进给。适合加工中小型零件。而龙门刨床的刨刀在横梁上作间歇运动，工作台往复直线运动为主运动，用于加工导轨、床身等大型零件。

7）拉削

拉削是刨削的进一步发展，如图1.43所示，利用多齿的拉刀逐齿依次从工件上切下很薄的金属层，使表面达到较高的精度。加工时，若刀具所受的力不是拉力而是推力，则称为推削，所用刀具称为推刀。拉削所用的机床称为拉床，主要有卧式拉床和立式拉床两种。

与其他加工相比，拉削加工主要具有以下特点：

①生产率高。拉削加工的切削速度一般并不高，但由于拉刀是多齿刀具，同时参加工作的刀齿数较多，同时参与切削的切削刃较长，并且在拉刀的一次工作行程中能够完成粗—半精—精加工，大大缩短了基本工艺时间和辅助时间。

②加工精度高、表面粗糙度较小。拉刀具有校准部分，其作用是校准尺寸，修光表面，并可作为精切齿的后备刀齿。拉削的切削速度较低(小于18m／min），切削过程比较平稳，并可避免积屑瘤的产生。拉孔的精度为IT7～IT8，表面粗糙度为0.4～0.8μm。

③拉床结构和操作比较简单。拉削只有一个主运动，即拉刀的直线运动。进给运动是靠拉刀的后一个刀齿高出前一个刀齿来实现的，相邻刀齿的高出量称为齿升量f。

④拉刀价格昂贵。由于拉刀的结构和形状复杂，精度和表面质量要求较高，故制造成本很高。但拉削时切削速度较低，刀具磨损较慢，拉刀的寿命长。

⑤加工范围较广。内拉削可以加工各种形状的通孔，如圆孔、方孔、多边形孔、花键孔和内齿轮等，还可以加工多种形状的沟槽。

由于拉削加工具有以上特点，所以主要适用于成批和大量生产，尤其适于在大量生产中加工比较大的复合型面。在单件、小批生产中，对于某些精度要求较高、形状特殊的成型表面，用其他方法加工很困难时，也有采用拉削加工。

任务5　模具零件的磨削加工

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

了解磨削的分类、加工方法、加工特点及在模具零件制造中的应用；了解磨削运动与磨削的原理；掌握典型模具零件的磨削加工的特点及应用。

【知识准备】

凡是在磨床上利用砂轮等磨料、磨具对工件进行切削，使其在形状、精度和表面质量等方面能满足预定要求的加工方法均称为磨削加工。为了达到模具的尺寸精度和表面粗糙度等要求，有许多模具零件必须经过磨削加工。

磨削加工是用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法。具有以下特点：在磨削过程中，由于磨削速度很高，产生大量切削热，磨削温度可达1 000℃以上；磨削不仅能加工一般的金属材料，如钢、铸铁及有色金属合金，而且还可以加工硬度很高，用金属刀具很难加工，甚至根本不能加工的材料，如淬火钢、硬质合金等；磨削加工尺寸公差等级可达IT5～IT6，表面粗糙度为0.1～0.8μm；磨削加工的背吃刀量较小，故要求零件在磨削之前先进行半精加工；应用范围广，常用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面，以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成型表面。

为了达到模具的尺寸精度和表面粗糙度等要求，大多数模具零件必须经过磨削加工。例如，模板的工作表面，型腔、型芯，导柱的外圆，导套的内外圆表面以及模具零件之间的接触面等。在模具制造中，形状简单(如平面、内圆和外圆）的零件可使用一般磨削加工，而形状复杂的零件则需使用各种精密磨床进行成型磨削。

(1）磨削加工的分类

磨床是指用磨具(砂轮、砂带、磨石、研磨料等）或是磨料(可分为天然和人工制造两种）加工工件各种表面的机床。磨床广泛应用于工件的精加工中，随着对零件工作表面精度要求的不断提高，磨床在金属切削机床中所占的比例越来越大。磨削加工是零件淬火后的主要加工方法之一，精度高、表面质量好。磨削加工的基本方法有：内孔磨削、外圆磨削、锥孔磨削、平面磨削、侧磨。内孔磨削：利用砂轮高速回转、行星运动和轴向直线往复运动，即可进行内孔磨削。在内圆磨床上磨孔的尺寸精度可达IT6～IT7级，表面粗糙度为0.2～0.8μm。外圆磨削：外圆磨床主要用于各种零件的外圆加工，如圆形凸模、导柱和导套、顶杆等零件的外圆磨削。外圆磨削的尺寸精度可达IT5～IT6，表面粗糙度为0.2～0.8μm。外圆磨削同样是利用砂轮的高速回转、行星运动和轴向往复运动实现，如图1.44所示。

图1.44　磨床的种类及设备

(2）磨削加工的基本方法

机床的磨削运动如图1.45所示。

图1.45　磨削运动

图1.46　内孔磨削

图1.47　外圆磨削

机床的磨削运动包括内孔磨削(见图1.46）、外圆磨削(见图1.47）、锥孔磨削(见图1.48）、平面磨削(见图1.49）、侧磨(见图1.50）。

图1.48　锥孔磨削

图1.49　平面磨削

图1.50　侧磨

基本磨削综合运用，可对复杂形状的型孔进行磨削加工，如图1.51所示。普通内圆磨床的磨削方法，如图1.52所示。万能外圆磨床典型加工示意图，如图1.53所示。

图1.51　磨削异型孔

图1.52　普通内圆磨床的磨削方法

平面磨床以砂轮高速旋转为主运动，以砂轮架的间歇运动和工件随工作台的往复运动作为进给运动来完成工件的磨削加工。它主要进行工件水平面、垂直、斜面的磨削加工，也可以通过对砂轮进行成型修整来完成形状较简单的曲面等成型面的磨削。平面磨削时，砂轮仅自转而不作行星运动，工作台直线进给，如图1.54所示。平面磨床的结构见图1.55，加工精度可达IT5～IT6，表面粗糙度R a为0.2～0.4μm。平面磨削的特点：磨削时发热量少，冷却和排屑条件好，加工精度达IT6，表面粗糙度R a为0.2～0.8μm。

图1.53　万能外圆磨床典型加工示意图

图1.54　平面磨床加工示意图

图1.55　平面磨床

图1.56　磨头倾斜

①薄板的磨削工艺。模具用薄板较多，经热处理后的板坯的上、下两面将不平行，甚至是翘曲或呈弓形。若以其下面装在磁力台上，则板坯将可能被磁力吸平。当磨削完上平面后，取下工件，又将恢复磨削前状态。为改进磨削条件，常在端磨时，将砂轮端面相对被加工面调整一个斜角α=(2°～4°），如图1.56所示。这样，磨出的表面将产生凹面。因此，端磨是较大模板的主要磨削方法。

②薄片的磨削工艺。薄片板件则需进行精密平面磨削，保证两面平行。为了达到模具的尺寸精度和表面粗糙度等要求，有许多模具零件必须经过磨削加工。

A.平面磨削。用平面磨床加工模具零件时，要求分型面与模具的上下面平行，同时，还应保证分型面与有关平面之间的垂直度。加工时，工件通常装夹在电磁吸盘上，用砂轮的周面对工件进行磨削，两平面的平行度小于0.01∶100，加工精度可达IT5～IT6，表面粗糙度R a为0.2～0.4μm。平面磨削工艺要点见表1.5。

表1.5　平面磨削工艺要点

续表

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平面磨床的加工原理，大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工的，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

B.内圆磨削。在内圆磨床上磨孔的尺寸精度可达IT6～IT7级，表面粗糙度R a为0.2～0.8μm。若采用高精度磨削工艺，尺寸精度可控制在0.005mm之内，表面粗糙度R a为0.025～0.1μm。在内圆磨床上加工内孔和内锥孔的磨削工艺要点见表1.6。

表1.6　内圆磨削工艺要点

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C.外圆磨削。外圆磨床以砂轮高速旋转为主运动，进给运动的形式主要包括砂轮架的间歇进给运动、工件随磨头作低速旋转运动，以及随工作台的往复运动；用于导柱之类外圆柱面和外圆锥面，以及外成型面等外回转面。外圆磨床主要用于零件的外圆加工，如圆形凸模、导柱、导套、顶杆等零件的外圆磨削。外圆磨削的尺寸精度可达IT5～IT6，表面粗糙度R a为0.2～0.8μm，若采用高光洁磨削工艺，表面粗糙度R a可达0.025μm。在外圆磨床上加工外圆、台阶端面和外圆锥面的磨削工艺要点见表1.7。

表1.7　外圆磨削工艺要点

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D.复合磨削。这种方法是把上述两种方法结合在一起(见图1.57），用来磨削具有多个相同型面(如齿条形和梳形等）的工件。

图1.57　复合磨削

1—砂轮；2—工件；3—金刚刀

任务6　插削加工

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

了解插削的加工形式、特点及在模具零件制造中的应用；了解插削运动与原理；掌握典型模具零件的插削加工。

【知识准备】

插削加工是以插刀的垂直往复直线运动为主运动，与工件的纵向、横向或旋转运动为进给运动相配合，切去工件上多余金属层的一种加工方法。用插床加工直壁外形及内孔的几种形式见表1.8。

表1.8　用插床加工直壁外形及内孔的几种形式

插床的结构与牛头刨床相似(见图1.58），不同之处在于插床的滑枕是沿垂直方向作往复运动的。在模具制造中，插床主要用于成型内孔的粗加工，有时也用于大工件的外形加工。插床加工的生产率和加工表面粗糙度都不高，加工精度可达IT10，表面粗糙度R a为0.8μm。插削在插床上进行，可以看成是“立式刨削”，主要用于加工单件小批生产中零件的某些内表面，如孔内键槽、方孔、多边孔、花键孔等，也可加工某些外表面。插削时插刀的垂直往复直线运动为主运动。

图1.58　插床与插键槽、插削产品

1—床身；2—下滑座；3—上滑座；4—圆工作台；5—滑枕；6—立柱；7—变速箱

任务7　仿形加工

【活动场景】

在模具加工车间或产品加工车间的现场教学，或用多媒体展示模具的使用与生产。

【任务要求】

了解仿形加工的加工特点及在模具零件制造中的应用；了解仿形加工运动与原理；掌握典型模具零件的仿形加工。

【知识准备】

仿形加工以事先制成的靠模为依据，加工时触头对靠模表面施加一定的压力，并沿其表面向上移动，通过仿形机构，使刀具作同步仿形动作，从而在模具零件上加工出与靠模相同的型面。仿形加工是对各种模具型腔或型面进行机械加工的主要方法之一。常用的仿形加工有仿形车削、仿形刨削、仿形铣削和仿形磨削等。实现仿形加工的方法很多，根据触头传输信息的形式和机床进给传动控制方式的不同，可分为机械式、液压式、电控式、电液式和光电式等。

机械式仿形的触头与刀具之间刚性连接，或通过其他机构如缩放仪及杠杆等连接，以实现同步仿形加工。例如，图1.59为机械式仿形铣床的原理图。仿形触头5始终与靠模4的工作表面接触，并作相对运动，通过中间装置3把运动信息传递给铣刀1对工件2进行加工。平面轮廓仿形时，需要两个方向的进给，其中，S1为主进给运动；S2随靠模的形状不断改变，称为随动进给。立体仿形时，需要3个方向的进给运动互相配合，其中，S1，S3为主进给运动，S2为随动进给运动。

图1.59　机械式仿形工作原理

1—铣刀；2—工件；3—信息传递装置；4—靠模；5—仿形触头

采用机械式仿形机床加工时，由于靠模与仿形触头之间的压力较大(为10～50 N），工作面容易磨损，而且在加工过程中，仿形触头以及起刚性连接的中间装置需要传递很大的力，会引起一定的弹性变形，故其仿形加工精度较低，加工误差大于0.1mm。

仿形车削，主要用于形状复杂的旋转曲面，如凸轮、手柄、凸模、凹模型腔或型孔等的成型表面的加工。仿形车削加工设备主要有两类：一类是装有仿形装置的通用车床；另一类是专用仿形车床。仿形铣削，主要用于加工非旋转体的、复杂的成型表面零件，如凸轮、凸轮轴、螺旋桨叶片、锻模、冷冲模的成型或型腔表面等。仿形铣削可以在普通立式铣床上安装仿形装置来实现，也可以在仿形铣床上进行。仿形加工的优缺点：以样板、模型、靠模作为依据加工模具型面，跳过复杂曲面的数学建模问题，简化了复杂曲面的加工工艺；靠模、模型可用木材、石膏、树脂等易成型的材料制作，扩大了靠模的选取范围；仿型有误差，加工过程中产生的热收缩、刀补问题较难处理；加工效率高，为电火花的40～50倍(常作为电火花前的粗加工）。实现仿形加工的方法有多种，根据靠模触头传递信息的形式和机床进给传动控制方式的不同，仿形机构的形式可以分为机械式、液压式、电控式、电液式和光电式等。工业上应用最多的是：机械式仿形、液压式仿形和电控式仿形。

思考与练习

1.模具上常见的孔、平面、外圆表面如何加工？模具机械加工的主要内容是什么？机械加工的常用方法有哪些？

2.何为车削、铣削、刨削、磨削？各有何特点？在模具制造中能完成哪些加工内容？

3.指出车削、铣削、刨削、磨削的主运动和进给运动。

4.简述车削加工中，保证工件同轴度、垂直度要求的装夹方法及各自适用的场合？

5.了解车削加工、铣削加工、刨削和插削加工、磨削加工用于模具加工的主要加工对象以及正常条件所能达到的技术要求？常用的仿形加工方法有哪些？仿形铣削要作哪些工艺准备？