外圆表面加工常用工艺装备.doc

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1、外圆表面加工常用工艺装备 一、 焊接式车刀和可转位车刀 （一）硬质合金焊接式车刀 硬质合金焊接式车刀是由硬质合金刀片和普通结构钢刀杆通过焊接而成。其优点是结构简单、制造方便、刀具刚性好、使用灵活，故应用较为广泛。图 6-13 所示为焊接式车刀。1 刀片型号及其选择 硬质合金刀片（ carbide tip ）除正确选用材料和牌号外，还应合理选择其型号。表 6-1 为硬质合金焊接式刀片示例。焊接式车刀刀片分为 A 、 B 、 C 、 D 、E 五类。刀片型号由一个字母和一个或二个数字组成。字母表示刀片形状、数字代表刀片主要尺寸。 刀片尺寸中的 l 要根据背吃刀量和主偏角确定。外圆车刀一般应使参加工

2、作的切削刃长度不超过刀片长度的 60 70 。对于切断刀、车槽刀用的 l 应该根据槽宽或切断刀的宽度选取，切断刀可按 l = 0.6d 0.5 估计（式中 d 为工件直径）。刀片尺寸中的 t 的大小要考虑重磨次数和刀头结构尺寸的大小。刀片尺寸中的 s 要根据切削力的大小等因素确定。 2 刀槽的形状和尺寸 图 6 14 为所用的刀槽形式。 开口式 制造简单，焊接面积小，适用于C 型和 D 型刀片。半封闭式 焊接后刀片较牢固，但刀槽加工不便，适用于 A ， B 型刀片。封闭式 能增加焊接面积，但制造困难，适用于 E 型刀片。 切口式 用于车槽，切断刀。可使刀片焊接牢固，但制造复杂，适用于 E 型刀

3、片。 槽尺寸 hg , bg , Lg 应与刀片尺寸相适应。为便于刃磨，一般要使刀片露出刀槽 0.5 1mm ，刀槽后角 0g 要比刀具后角 0 大 2 4 。如图 6 15 所示。 3 刀杆及刀头的形状和尺寸 刀杆的截面尺寸一般可按机床中心高确定。见表 2-25 。刀杆上支承部分高度 H 1 与刀片厚度 S 应有一定的比例，如图 6 16 所示： H 1/s 3 时焊接后刀片表面引起的拉应力不显著，不易产生裂纹； H 1/s 3 时，刀片表面层的拉应力较大，易出现裂纹。 刀杆长度可按刀杆高度 H 的 6 倍估计，并选用标准尺寸系列，如 100 、 125 、 150 、 175 、等。刀头形

4、状一般有直头和弯头两种。直头制造容易，弯头通用性好。刀头尺寸主要有刀头有效长度 L 及刀尖偏距 m ，如图 6 17 所示。可按下式计算： 直头车刀 m lcos r 或（ Bm ） tcos / r ; 45 弯头车刀 m tcos45 0 ； 90 外圆车刀 m B/4 ； L = 1.2L 切断刀 m L/3, L R （工件半径）。 可转位车刀1 可转位车刀特点 可转位车刀是用机械夹固的方式将可转位刀片固定在刀槽中而组成的车刀，当刀片上一条切削刃磨钝后，松开夹紧机构，将刀片转过一个角度，调换一个新的刀刃，夹紧后即可继续进行切削。和焊接式车刀相比，它有如下特点： （ 1 ）刀片未经焊接，

5、无热应力，可充分发挥刀具材料性能，耐用度高； （ 2 ）刀片更换迅速，方便，节省辅助时间，提高生产率； （ 3 ）刀杆多次使用，降低刀具费用； （ 4 ）能使用涂层刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼和金刚石复合刀片； （ 5 ）结构复杂，加工要求高；一次性投资费用较大； （ 6 ）不能由使用者随意刃磨，使用不灵活。 2 可转位刀片 图 618 所示为可转位刀片标注示例。它有 10 个代号表示。任何一个型号必须用前七位代号。不管是否有第 8 或第 9 位代号，第 10 位代号必须用短划线“”与前面代号隔开，如 T N U M 16 04 08 A 2 刀片代号中，号位 1 表示刀片形状。其中正三角形刀片

6、（ T ）和正方形刀片（ S ）为最常用，而棱形刀片（ V 、 D ）适用于仿形和数控加工。 号位 2 表示刀片后角。后角 0 （ N ）使用最广。 号位 3 表示刀片精度。刀片精度共分 11 级，其中 U 为普通级， M 为中等级，使用较多。 号位 4 表示刀片结构。常见的有带孔和不带孔的，主要与采用的夹紧机构有关。 号位 5 、 6 、 7 表示切削刃长度、刀片厚度、刀尖圆弧半径。 号位 8 表示刃口形式。如 F 表示锐刃等，无特殊要求可省略。 号位 9 表示切削方向。 R 表示右切刀片， L 表示左切刀片， N 表示左右均可。 号位 10 表示断屑槽宽。表 6 2 为常用可转位车刀刀片断

7、屑槽槽型特点及适用场合。 3 可转位车刀的定位夹紧机构 可转位车刀的定位夹紧机构应满足定位正确、夹紧可靠、装卸转位方便、结构简单等要求。图 6 19 和表 6 3 列举了各种典型结构及其特点。 4 可转位车刀型号表示规则 可转位车刀型号共有 10 个代号，分别表示车刀的各项特性，如表 6 4 所示。 第 1 位代号表示刀片夹紧方式，如表 6 5 所示。 第 2 、 4 、 5 、 9 位代号与刀片型号中的代号意义相同。 第 3 位代号表示刀头部形式，共 19 种。例如： A 表示主偏角为 90 的直头外圆车刀； W 表示主偏角为 60 的偏头端面车刀。 第 6 、 7 、 8 位代号分别表示车

8、刀的刀尖高度、刀杆宽度、车刀长度。其中刀尖高度和刀杆宽度分别用二位数字表示。如刀尖高度为 32mm ，则代号为 32 。当车刀长度为标准长度时，第 8 位用“”表示；若车刀长度不适合标准长时，则用一个字母表示，每个字母代表不同长度（见 GB5343.1 85 ）。 表6-4第10位代号用一个字母代表车刀不同的测量基准，见表66所示。二、砂轮 砂轮是由一定比例的磨粒和结合剂经压坯、干燥、焙烧和车整而制成的特殊的一种切削工具。磨粒起切削刃作用，结合剂把分散的磨粒粘结起来，使之具有一定强度，在烧结过程中形成的气孔暴露在砂轮表面时，形成容屑空间。所以磨粒、粘结剂和气孔是构成砂轮的三要素。如图6-20所

9、示。 （一）砂轮的特性 1磨料 磨料即砂轮中的硬质点颗粒。表67列出常用磨料及其适用范围。2粒度 粒度是指磨料颗粒的大小，通常以粒度号表示。磨料的粒度可分为两大类：基本颗粒尺寸粗大的磨料称为磨粒；基本颗粒尺寸细小的称为磨粉。磨料粒度用筛选法确定。其粒度号值是磨粒通过的筛网在每英寸长度上筛孔的数目。磨料粒度范围为4240。微粉粒度是用显微镜测量区分的，其粒度号值是基本颗粒的最大尺寸。微粉粒度呈范围为W0.5W63。表68列出了常用粒度的使用场合。 3结合剂 结合剂起粘结磨粒的作用。结合剂的性能对砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性及耐热性有突出影响，并对磨削温度及磨削表面质量有一定影响。常用的结合剂的

10、性能及用途如表69所示。 4硬度 砂轮硬度是指在磨削力的作用下磨粒从砂轮表面上脱落的难易程度。磨粒粘结得越牢固越不易脱落，即砂轮硬度愈硬，反之愈软。砂轮硬度与磨料硬度是不同的两个概念。砂轮硬度的分级如表610所示。 5组织 砂轮的组织表示磨粒、结合剂和孔隙三者的体积比例，也表示砂轮中磨粒排列的紧密程度。表611列出了砂轮的组织号及相应的砂粒占砂轮体积的百分比。组织号愈大，磨粒排列愈疏松，即砂轮空隙愈大。如图621所示。 （二）砂轮的形状、尺寸及代号常用砂轮的形状、尺寸及基本用途如表612所示。 砂轮基本特性参数一般印在砂轮的端面上，举例如下： PSA? 400 100 127? A? 60?

11、L? 5? B? 25形状 外径? 厚度? 孔径? 磨料? 粒度 硬度 组织 结合剂? 最高工作线速度（m/s）（三）砂轮的选择 选择砂轮应符合工作条件、工件材料，加工要求等各种因素，以保证磨削质量。下面提出几条分供参考。 1 磨削钢等韧性材料应选择刚玉类磨料；磨削铸铁、硬质合金等脆性材料应选择碳化硅类磨料。 2 粗磨时选择粗粒度，精磨时选择细粒度。 3 薄片砂轮应选择橡胶或树脂结合剂。 4 工件材料硬度高，应选择软砂轮，工件材料硬度低应选择硬砂轮。 5 磨削接触面积大应选择软砂轮。因此内圆磨削和端面磨削的砂轮硬度比外圆磨削的砂轮硬度要低。 6 精磨和成形磨时砂轮硬度应高一些。 7 砂轮粒度细

12、时，砂轮硬度应低一些。 8 磨有色金属等软材料，应选软的且疏松的砂轮，以免砂轮堵塞。 9 成形磨削、精密磨削时应取组织较紧密的砂轮。 10 工件磨削面积较大时，应选组织疏松的砂轮三、车床夹具 （一）车床夹具的主要类型 根据夹具在车床上的安装位置，车床夹具分为两种基本类型。 1 安装在滑板或床身上的夹具。 对于某些形状不规则或尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在机床主轴中作旋转运动，夹具连同工件作进给运动。2 安装在车床主轴上的夹具 这类夹具除了各种卡盘、顶尖等通用夹具和机床附件外，往往根据加工需要设计各种心轴和其它专用夹具，加工时夹具随主轴一起旋转，刀具作进给运动。 生产中

13、用得较多的是安装在车床主轴上的各种回转类夹具。故下面只讨论该类夹具的结构特点和设计要点。 （二）车床专用夹具的典型结构 本节将介绍三种车床夹具的典型结构：角铁式车床夹具；带分度装置的车床夹具；自定心式车床夹具（弹簧心轴）。 1 角铁式车床夹具 角铁式车夹具的结构特点是具有类似于角铁的夹具体。常用于加工壳体、支座、接头等类零件上的圆柱面及端面。 图 6 22 为加工的托架类零件。该工序的加工表面为外圆柱面 100js6 ，应保其轴线的距离尺寸为 100 0.10mm 和 57.5 0.05mm , 并保证其轴线与底面 B 平行。图 6 23 为本工序的角铁式车夹具的结构示例。该夹具的夹具体 1

14、为角铁式结构，外形为一方形，但四角倒圆。为了保证工序尺寸 100 0.10mm 和 57.5 0.05mm ，根据基准重合原则，选择底平面 B 为主要定位基准限制三个自由度，在夹体具上用三个支承钉作为定位元件，三个支承钉装配后须磨平，以达到工作面等高的要求。以工件侧面 C 在夹具的支承板 3 上定位限制两个自由度。再以 D 面靠住配重块 6 的平面作为止推基准，限制一个自由度（此自由度根据加工要求可以不限制）。用两副螺旋压板 3 夹紧工件。为使整个夹具回转平衡，加配重块 6 。夹具与机床主轴的连接是通过过渡盘 7 实现的。角铁式夹具体 1 用螺钉与过渡盘 7 联接，过渡盘 7 与机床主轴前端部

15、连接。过渡盘一般均为车床的附件随车床一起提供，如没有过渡盘则应根据车床主轴端部结构自行设计。 夹具体中间的 d 孔为工艺孔，作为组装夹具时尺寸 100 0.10mm 和 57.5 0.05mm 的测量工艺孔，也可作为夹具安装到车轴主轴时找正夹具中心与机床主轴回转轴线同轴度的找正孔。这个工艺孔是角铁式夹具上很重要的一个结构要素。 2 带分度装置的车床夹具（花盘式车床夹具） 花盘式车床夹具的夹具体为圆盘形。在花盘式夹具上加工的零件形状一般较复杂。多数情况下，工件的定位基准为圆柱面和其垂直的端面。夹具上的平面定位元件的工作面与机床主轴的轴线相垂直。 图 6-24 为回水盖工序图。本工序加工回水盖上

16、2G1 / 螺孔。加工要求：两螺孔的中心距为 78 0.3mm ，两螺孔连心线之间夹角为 45 ，两孔轴线与底面垂直。图 626 为本工序的带分度装置的车床夹具结构示例。工件以底面及 2 9mm 孔分别在分度盘 3 、圆柱销 7 和菱形销 6 上定位，采用一面两孔定位方式，拧紧螺母 9 ，两副螺旋压板 8 夹紧工件。 车完一个孔后，松开 3 个螺母 5 ，拔出对定销，将分度盘 3 回转 180 ，当对定销在弹簧力的作用下，插入另一分度孔中，拧紧 T 形螺钉的螺母 5 ，即可加工另一孔。夹具体 2 以端面 C 和止口（ 170H7 ）与过渡盘 1 对定，并用螺钉紧固，过渡盘与机床主轴连接。 为使

17、整个夹具回转平衡，夹具上设置配重块11。3自定心式车床夹具（弹簧心轴） 图626所示是加工阶梯轴上300- 0.033 mm外圆柱面及其端面的车床夹具。如果用自定心三爪卡盘装夹工件，则很难保证两端圆柱面的同轴度要求，为此，设计了专用弹簧夹头。 工件以200-0.021mm的圆柱面及端面C在弹簧筒夹2内定位，夹具体以锥柄插入车床主轴的锥孔中。当拧紧螺母3时，其内锥面迫使筒夹收缩将工件夹紧。反转螺母时，筒夹涨开，松开工件。当螺母迫使筒夹收缩时，由于筒夹的厚度均匀，径向变形量相等，故在装夹工件过程中，将定位基面的误差沿径向均匀分布，使工件的定位基准（轴线）总能与定位元件（筒夹轴线）重合，即Y=0，这

18、种有定心和夹紧双重功能的机构，称为定心夹紧机构。 图627所示是弹簧筒夹心轴。因工件的长径比L/d ?1,故将筒夹2的两端设计为错槽簧瓣。旋转螺母4便使锥套3和心轴体1的外锥面相互靠拢，迫使筒夹2两端簧瓣向外均匀扩张，将基准孔定心夹紧。反向旋转螺母4，带退锥套3，便可卸下工件。如图628所示，筒夹工作锥面的锥面的锥角2对定心夹紧效果有一定的影响。为使定心夹紧后获得较高定心精度及延长其使用寿命，一般对夹头取2=300；其锥套锥角可酌情减小或增大1；若夹紧范围不大，也可不必增减。 弹簧筒夹大部已标准化，可供选用。如需自行设计，其主要结构参数可参考下列各式确定。 n=13mm,d1 导向圆柱外径按结

19、构需要确定，mm;d=d1-(23)mm； l1=(0.51.2)D； D工件定位基准的直径，mm； L2=(1.52.5)d;b=24mm;n 槽数，当 D30 mm, n=3； 30mmD80mm? 时，? n =4。 （三） 车床夹具设计要点1 设计定位装置时应使加工表面的回转轴线与车床主轴的回转轴线重合。 2 设计夹紧装置时一定要注意可靠，安全。因为夹具和工件一起随主轴旋转，除了切削力还有离心力的影响。因此夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自锁要可靠，以防止发生设备及人身事故。 图 6-29 为夹紧力实施方案的比较。图 6-29b 的夹紧方案安全可靠性优于图 6 -29a 的夹紧方案。3

20、 夹具与车床主轴的连接方式，根据夹具体径向尺寸的大小，一般有两种方法： （ 1 ）对于径向尺寸 D 140mm , 或 D (23)d 的小型夹具，一般用锥柄安装在主轴的锥孔中，并用螺栓拉紧。如图 6 30a 所示。 （ 2 ）对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴前端连接。如图 6-30b,c,d 所示，其连接方式与车床主轴前端的结构形式有关。专用夹具以其定位止口按 H7/h6 ，或 H7/js6 装配在过渡盘的凸缘上，再用螺钉紧固。为了提高安装精度，在车床上安装夹具时，也可在夹具体外圆上作一个找正圆，按找正圆找正夹具中心与机床主轴轴线的同轴度，此时止口与过渡凸缘的配合间隙应适当加

21、大。 4 夹具的悬伸长度 L 与轮廓尺寸 D 的比值应参照下列数值选取： 直径小于 150mm 的夹具， L/D 1.25 ； 直径在 150mm 300mm 之间的夹具， L/D 0.9 ； 直径大于 300mm 的夹具， L/D 0.6 。 5 夹具总体结构应平衡。因此一般应对夹具加配合块或减重孔。为了弥补用估算法得出的配重的不准确性，配重块（或夹具体）上应设置径向槽或环形槽，发便调整配重块位置。 6 为了保证安全，夹具体上的各种元件不允许突出夹具体圆形轮廓以外。 7 夹具体总图上的尺寸标注除与一般机械装置图样有相同的要求外，还应注意其自身的特点。即在夹具总图上还应标出影响定位误差、安装误

22、差和调整误差有关的尺寸和技术要求。 影响定位误差的主要是定位元件或定位副的制造公差或配合公差。如图6 26 中两定位销公差 9f 9 和 9f 7 及两销中心距 142 0.06mm 等。 影响安装误差的主要是定位元件工作面与机床连接面之间的尺寸精度和位置精度。夹具体上的底面（如图 6 24 中 A 面、图 6 26 中 E 面等）则体现机床主轴的端面；而夹具上的工艺孔（如图 6 24 中工艺孔 d ）、夹具体上的止口（如图 6 26 中 170H7 孔）或夹具体外圆上的找正圆均体现机床主轴的回转轴心线。因此定位元件工作面与这些连接面均应标出尺寸精度或位置精度。如图 6 24 中的尺寸 100

23、 0.05 mm 和 57.5 0.05 mm 。又如图 6 26 中对 C 面的平行度要求等。 影响调整误差的是刀具与定位元件工作面之间的尺寸精度和位置精度。这在以后的钻床夹具和铣床夹具中再介绍。（四）螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。其结构简单，夹紧行程大，特别是它具有自锁性能和增力大两大特点。它主要有两种典型结构。1 单个螺栓夹紧机构 图 6 31 a 所示为六角头压紧螺钉，它是用螺钉头部直接压紧工件。图 631 b 所示在螺钉头部装上摆动压块，可防止螺钉旋转时损伤工件表面或带动工件旋转。摆动压块结构如图 632 。2 螺旋压板夹紧机构 图 6 33 为常用的五种典型结构。图 6 33 a 、 b 两机构的施力螺钉位置不同。图 6 33 a 减力但增加夹紧行程，图 6-34 b 不增力但可改变夹紧力方向。图 6 34 c 采用铰链压板增力，但减小夹紧行程，使用上受工件尺寸形状的限制。图 6 33 d 为钩形压板 , 其结构紧凑，适用于夹紧机构空间位置受到限制的场合。图 6 33 e 为自调式压板，它能适应工件高度由 0 到一定范围内的变化，其结构简单，使用方便。