外圆表面是轴类零件的主要表面，在轴类零件加工中，外圆表面的加工占有很大的比重。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    1．外圆表面的车削：车削是外圆表面加工的主要方法。单件、小批量中常采用普通卧式车床；成批、大量生产中多采用高生产率的多刀半自动车床、液压仿形车床或数控车床等。

    （1）外圆车削的工艺范围 本文来自www.eadianqi.com

    1）粗车。粗车采用较大的背吃刀量、进给量。切去毛坯的大部分余量以达到较高的生产率。其加工精度可达到IT10～IT13，表面粗糙度值，故只能作为低精度表面的最终工序。

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    2）半精车。半精车的加工精度可达IT9～IT10，表面粗糙度值，可以作为作为中等精度表面的最终工序，也可以作为磨削或其他精加工工序的预加工。 本文来自www.eadianqi.com

    3）精车。精车的加工精度可达IT7～IT8，表面粗糙度值，可以作为最终工序或光整加工的预加工。如果毛坯的精度较高，可以直接进行半精车或精车。 本文来自www.eadianqi.com

    4）精细车。精细车的加工精度可达IT6～IT7，表面粗糙度值，因此常作为最终加工工序。对于小型有色金属零件，高速精细车是主要加工方法，并可获得比加工钢和铸铁更低的表面粗糙度值（）。在加工大型精密外圆时，精细车可以代替磨削加工。精细车所使用的车床应具备较高的精度和刚度，刀具需有良好的耐磨性能,采用高的切削速度（）,小的背吃刀量（）和小的进给量（）。因而，精细车切削过程中切削力小，积屑瘤不易生成，弹性变形及残留面积小，能够获得较高的加工质量。

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    5）金刚石精密车削。用天然单晶金刚石刀具切削铝、铜、无氧铜或其他软金属材料，可获得尺寸精度为0.1μm和表面粗糙度值为的超精密加工表面。20世纪70年代以后，人们利用高温高压技术，将粉末状的人造金刚石合成了大尺寸聚晶金刚石，继而又研制成功了聚晶金刚石刀具，其价格比天然金刚石刀具便宜得多。但由于聚晶金刚石刀具材料本身的多晶性质，因此，到目前为止，人造金刚石刀具多用于一般加工和精密加工，而难于抵达超精密加工领域，其加工精度为IT3～IT5，表面粗糙度值。另外，金刚石切削在加工材料方面也有所限制。它主要适用于加工铜和铜合金，铝和铝合金等有色金属以及光学领域、大理石和碳素纤维板等非金属材料。

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    （2）提高外圆表面车削生产率的措施：在轴类零件的加工中，外圆表面的加工余量主要是由车削切除的。外圆车削的劳动量在零件加工全部劳动量中占有相当大的比重。因此提高外圆车削生产率即成为一个很重要的问题，特别是对于多阶梯的轴，这个问题就更为突出。

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    当前，提高外圆表面车削的生产率，可采取多种措施。例如；常选用新的刀片材料进行高速切削，如采用含有添加剂（碳化钽或碳化铌）的新型硬质合金、新型陶瓷（加入碳化钛、氮化镍等），都可以大大提高切削速度或刀具耐用度；使用机械夹固车刀和可转位刀片等以充分发挥现有硬质合金的作用，缩短更换和刃磨刀具的时间；选用先进的强力切削车刀，加大背吃刀量和进给量，进行强力车削等。此外，在成批大量生产中，特别是在加工多阶梯的轴时，往往采用多刀加工或液压仿形加工。

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    多刀加工可在多刀半自动车床上进行。多刀加工时，几把车刀同时加工工件上的几个表面、可以缩短机动时间和辅助时间，从而大大提高生产率。但这种加工方法，调整刀具花费的时间较多，且切削力较大，所需机床的功率和刚度也较大。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    近年来液压仿形系统的精度逐渐提高，而且由于液压与自动化技术的发展，以液压仿形车床为基础，配备简单的机械手及零件输送装置所组成的轴类零件自动线，已成为提高轴类零件生产率的重要方法。

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    2．细长轴外圆的车削加工：由于细长轴（长径比很大，如）的刚度很差，车削时容易产生弯曲和振动，形成腰鼓或竹节误差而不能保证加工质量。因此，必须采取有效措施来解决车削时的变形、振动等问题。

    （1）改进工件中的装夹：车削细长轴时，工件的装夹常采用一端在卡盘中夹紧，另一端支顶在弹性尾座顶尖中方法。这种装夹方式夹持的刚性好，并且当工件因切削热而膨胀伸长时，尾顶尖能自动伸缩，可避免热膨胀引起零件弯曲变形。在车床卡盘中夹紧工件常用的形式有两种：一是在工件的左端绕上一圈较细的钢丝，以减少接触面积，使工件在卡盘内能自由调节其位置，可避免被卡爪卡死而引起弯曲变形；二是在卡盘一端的工件上车出一个缩颈部分，缩颈直径（为工件的胚料直径），以此增加工件的柔性，起到与万向接头类似的作用，缓解由于坯料本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心线歪斜的影响，如图1所示。

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    图1　细长轴的装夹

    （2）选择合理的切削方法：车削细长轴时，采用由车头向尾座走刀的反向切削法。这时在轴各切削力的作用下，从卡盘到车刀区段内，工件受到的是拉力；而从车刀到尾顶尖区段，则采用了可伸缩的活顶尖，而不会把工件顶弯。由于选择了较大的进给量和主偏角，增大了轴向切削力，工件在大的轴向拉力作用下，能有有效地消除径向颤动，使切削过程平稳，如图2所示。 本文来自www.eadianqi.com

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    图2　反向进给车削法

    （3）合理地选择刀具：粗车时选用粗车刀，粗车刀常用较大的主偏角（75°）以增大轴向力而减小径向力，可以防止工件的弯曲变形和振动。选用较大的前角（15°～20°）和较小的后角（3°），既减小切削力又可加强刃口强度。通过磨出卷屑槽和选用的刃倾角，以控制切屑的排出。刀片材料宜采用强度和耐磨性较高的硬质合金，如YW1或YG6A。

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    精车时常用宽刃高速钢刀片，选用25°的前角和10°的后角。这种大前角、无倒棱的宽刀，刀刃易于切入工件，切下很薄的切屑，便于消除粗车时留在工件上的形状误差。刃倾角和弹性刀杆使得切入平稳并防止振动和啃刀，低速切削时可以避免积屑瘤和振动，宽平刀刃可以修光工件表面，因此可以获得良好的加工质量。

    此外，粗车刀装夹使刀尖可比工件中心高，使刀尖部分的后刀面压住工件，有效地增强了工件的刚度。精车时工件装夹高度低于中心，以增大后角减小刀具磨损，并可使弹性刀杆让刀时刀刃不会啃入工件，防止损伤加工表面。

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    3．外圆表面的磨削：磨削是外圆表面精加工的主要方法。它既能加工淬火的黑色金属零件，也可以加工不淬火的黑色金属和有色金属零件。外圆磨削可分为粗磨、精磨、精密磨削、超精磨削和镜面磨削，其中，后三种属于光整加工。粗磨后工件的精度可达到IT8～IT9，表面粗糙度值，精磨后工件的精度可达IT6～IT7，表面粗糙度值。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    （1）外圆磨削的方式 本文来自www.eadianqi.com

    1）中心磨削法。中心磨削法是指在外圆磨床上以工件的两中心为定位，进行外圆磨削。

    ①纵向进给磨削法，如图3所示。磨削时工件每往复一次（或单行程）砂轮横向进给一次，由于走刀次数多，故生产率较低，但能够获得较高的精度和较小的表面粗糙度值，因而应用范围较广，除可磨削外圆柱面外，通过转动磨床的工作台，还可以磨削外圆锥面。

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    图3　　纵向给进磨削法

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    ②横向进给磨削法，又称切入磨削法，如图4所示。磨削时砂轮作连续横向运动，砂轮宽度大于工件被磨削表面的宽度（一般约为）由于这种磨削方法不作纵向进给，而磨削砂轮能作纵向左右的抖动，以便改善砂轮表面不平整而增大工件表面粗糙度的不良状况。横磨法采用了宽砂轮和连续进给，生产率高，但径向力大，要求机床、工件等有足够的刚度，其加工质量比纵磨法要低；横磨法还可以磨削同一个零件上的几个表面和成形表面，故在成批大量生产中得到广泛的应用。

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    图4　横向给进磨削法 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    ③综合磨削法，即先用横磨法分段粗磨被加工表面的全长，相邻各段搭接最后用纵磨法进行精磨。此法兼有横磨法生产率高和纵磨法加工质量好的优点，适用于成批生产中磨削刚度好的长轴外圆表面。 本文来自www.eadianqi.com

    2）无心磨削法。无心磨削是在无心磨床上进行的，图5为无心磨削的加工原理图。无心磨床磨削外圆时，工件不是用顶尖或卡盘来定心，而是直接由托板和导轮支撑，用被加工表面本身定位。图中1为磨削砂轮，以高速旋转作切削主运动，导轮3是用树脂或橡胶为结合剂的砂轮，它与工件之间的摩擦系数较大，当导轮以较低的速度带动工件旋转时，工件的线速度与导轮表面线速度相近。工件4由托板2与导轮3共同支撑，工件的中心一般应高于砂轮与导轮的连心线，以免工作加工后出现棱圆形。 本文来自www.eadianqi.com

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    1-砂轮；2-托板；3-导板；4-工件 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    图5　无心磨削的加工原理

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    （2）提高外圆表面磨削生产率的途径

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    1）高速磨削。砂轮磨削速度高于的磨削称为高速磨削，高速磨削使单位时间内通过磨削区的磨粒数目大为增加。如果保持每颗磨粒切去的厚度与普通磨削时一样，进给量可以成比例地增加，磨去同样余量的时间可以缩短。如果进给量仍与普通磨削相同，则每颗磨粒切去的切削厚度减小，每颗磨粒所承受的切削负荷也就减小，这样可使每颗磨粒的切削能力相对提高，在每次修整砂轮后可以磨去更多的金属，提高了砂轮的耐用度，减少了修整次数。由此可见，高速磨削可以大大提高生产率。此外，由于每颗磨粒的切削厚度薄，表面切痕深度减小，因而减小了表面粗糙度值。同时作用在工件上的法向磨削力也相应减小，可以提高工件的加工精度，这对于磨削细长轴类零件十分有利。 本文来自www.eadianqi.com

    高速磨削时，由于作用在砂轮上的离心力与砂轮速度的平方成正比，故需采用高强度的高速砂轮。砂轮电动机的功率要加大，砂轮轴的轴承间隙要适当增大，以免因高温膨胀而卡死。要注意机床的防振和砂轮的动平衡，加固砂轮防护罩，充分地供给切削液并防止其飞溅。

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    2）强力磨削。强力磨削是采用较高的砂轮速度、较大的背吃刀量（一次切深可达以上）和较小的轴向进给，直接从毛坯上磨出加工表面的方法。它可以代替车削和铣削，生产率很高。强力磨削的特点是磨削力和磨削热显著增大，因此可机床的功率要加大，砂轮防护罩要加固，切削液要充分供应，机床还必须有足够的刚性。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    （3）外圆表面的光整加工：外圆表面的光整加工是提高零件表面质量的重要手段，主要方法有高精度磨削、超精加工、研磨、双轮珩磨、抛光及液压等。表1是外圆表面的各种光整加工方法原理和特点。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    表1　外圆表面的各种光整加工方法的比较 自动控制网www.eadianqi.com版权所有