《机械制造工艺与装备（第四版）》-课件 第二章 车削工艺与装备

§2-3车削加工实例分析31§2-1车削加工工艺装备

2§2-2车削方法车削加工是机械加工中应用最广泛的基本加工方法，主要用于旋转体零件的加工。在车床上可以车外圆、车端面、车槽、切断、车圆锥、车成形面、滚花、钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、车孔、车各种螺纹及盘绕弹簧等。一、车削加工§2-1车削加工工艺装备1.CA6140型卧式车床（1）CA6140型卧式车床外形二、车床（2）CA6140型卧式车床的主要部件及其功用1）主轴箱。主轴箱固定在床身的左端，箱内装有主轴部件和主运动变速机构。2）交换齿轮箱。交换齿轮箱也称挂轮箱，它将主轴的回转运动传递给进给箱4）溜板箱。溜板箱装在床鞍的下面，是纵、横向进给运动的分配机构。3）进给箱。进给箱安装在床身的左前侧，是改变进给量、传递进给运动的变速机构。它把交换齿轮箱传递过来的运动，经过变速后传递给丝杠或光杠。5）刀架部分。由床鞍、中滑板、小滑板和刀架等组成。6）尾座。尾座安装在床身导轨右端，可沿导轨纵向移动。尾座可安装顶尖，以支撑较长工件；也可安装钻头或铰刀进行孔加工。7）床身。床身是车床的基础部件，主要用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。（3）车削运动8）照明、冷却装置。照明灯使用安全电流，为操作者提供充足的光线，保证明亮清晰的操作环境。切削液被切削液泵加压后，通过切削液管喷射到切削区域。1）主运动。CA6140卧式车床的主运动就是工件的旋转运动。在主轴箱内经变速、变向机构再传到主轴，使主轴获得24级正向转速和12级反向转速。2）进给运动。CA6140卧式车床车床的进给运动就是刀具的移动。2.其他车床（1）立式车床：立式车床用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小的大型和重型工件。立式车床分单柱式和双柱式两种，前者加工零件的直径较小，后者加工零件的直径较大。单立柱立式车床双立柱立式车床自动车床（2）自动车床：经调整后，不需工人操作便能自动地完成一定的切削加工循环（包括工作行程和空行程），并且可以自动地重复这种工作循环的车床称为自动车床。落地车床（3）落地车床。落地车床又称花盘车床、端面车床、大头车床或地坑车床，如图2-5所示。它适用于车削直径为800～4000mm的直径大、长度短、重量较轻的盘形、环形工件或薄壁筒形等工件。1.车削刀具的种类三、车削刀具2.车刀的结构（1）切削部分：车刀的切削部分由“三面两刃一尖”（即前面Aγ、主后面Aα、副后面Aα′、主切削刃S、副切削刃S′、刀尖）组成。1）前面（Aγ）。前面是指切屑流出时所流经的面。可为平面，也可为曲面，以使切屑顺利流出。2）主后面（Aα）。主后面是指与工件上过渡表面相对的刀面。它倾斜一定角度以减小与工件的摩擦。3）副后面（Aα′）。副后面是指与工件上已加工表面相对的刀面。它倾斜一定角度以免擦伤已加工表面。4）主切削刃（S）。主切削刃是指前面与主后面相交的部位，担负主要切削工作。5）副切削刃（S′）。副切削刃是指前面与副后面相交的部位，它协同主切削刃完成金属的切除工作，以最终形成工件的已加工表面。6）刀尖。刀尖是主、副切削刃连接处的那一小部分切削刃。它并非绝对尖锐，一般都呈圆弧状，以保证刀尖有足够的强度和耐磨性。（2）夹持部分（刀柄）：夹持部分用于把车刀装夹在刀架上，以便将机床的动力传递给刀具，完成切削工作。3．刀具角度（1）参考系：刀具静止参考系的主要基准坐标平面有基面pr、假定工作平面pf、主切削平面ps、副切削平面p′s、正交平面po。1）基面（pr）。基面是指通过切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动（切削速度v）方向的平面。2）假定工作平面（pf）。假定工作平面是指通过切削刃上某一选定点，垂直于基面且平行于假定的进给运动方向的平面。3）主切削平面（p）。主切削平面是指通过主切削刃某一选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。4）副切削平面（p′s）。副切削平面是指通过副切削刃某一选定点，与副切削刃相切并垂直于基面的平面（图中未画出）。5）正交平面（po）。正交平面是指通过切削刃某一选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面。（2）刀具切削部分的主要角度1）前角（γo）。前角是指前面与基面的夹角，在正交平面中测量。前角表示刀具前面的倾斜程度，它可以是正值、负值或零。前角根据工件材料、刀具切削部分材料及加工要求选择。2）后角（αo）。后角是指后面与切削平面的夹角，在正交平面中测量。后角表示刀具后面倾斜的程度。（2）刀具切削部分的主要角度3）主偏角（κr）。主偏角是指主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。4）副偏角（κ′r）。副偏角是指副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。5）刃倾角（λs）。刃倾角是指主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。（3）车刀几何角度对加工质量的影响1）前角（γo）的选择。前角的大小决定刀刃的强度和锋利程度。前角增大，刀尖锋利、易切削、切屑变形小，可降低切削力和切削温度，提高加工质量；但前角过大，使刀尖强度降低，易崩刃、切削力大、切削热多，增大刀具磨损。所以前角的选择原则是：在保证刀具寿命的条件下，尽量选择大的前角。2）后角（αo）的选择。后角的作用是减少刀具后面与工件上过渡表面之间的摩擦，以提高工件的表面质量，延长刀具的使用寿命。后角过小会引起刀具和过渡表面之间的剧烈摩擦，使切削区的温度急剧升高，其现象是切屑颜色加深，工件因热膨胀使尺寸加大，甚至产生严重的加工硬化。3）主偏角（κr）和副偏角（κ′r）的选择。主偏角选择原则是：粗加工时，为了减振、防崩刃，主偏角取较大值；为了减小表面粗糙度，主偏角取较小值；加工强度高、硬度高的材料时，为提高刀具寿命，应选取较小主偏角；工艺系统刚度好时，主偏角取较小值，反之取较大值。副偏角的选择原则是：一般刀具的副偏角，在不引起振动的情况下可选取较小的数值；精加工刀具的副偏角应取得更小些，必要时，可磨出一段

κr＝0°的修光刃；加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应取较小的副偏角，以提高刀尖强度；切断刀为了使刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，只能取较小的副偏角。4）刃倾角（λs）的选择。刃倾角的主要作用是控制排屑方向，其排出切屑情况、刀尖强度和冲击点先接触车刀的位置见表2－5所示。1.通用夹具（1）卡盘：卡盘是应用最多的车床夹具，它是利用其背面法兰盘上的螺纹直接装在车床主轴上的。卡盘分三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘。四、车床夹具（2）花盘（3）顶尖、拨盘和鸡心夹头（4）中心架与跟刀架2.专用夹具1.车外圆外圆车削是通过工件旋转和车刀做纵向进给运动来实现的，它是最常见、最基本的车削方法。工件常采用卡盘、顶尖等夹具装夹。常用的外圆车刀有45°弯头车刀、75°外圆车刀、90°偏刀；典型的外圆车刀有75°强力外圆车刀、90°硬质合金粗车刀、90°硬质合金精车刀等。一、车外圆、端面及槽§2-2车削方法根据车刀的几何形状、切削用量及精度要求，外圆车削可分为粗车、半精车、精车和精细车。外圆表面的车削步骤见表2-6。2.车端面车端面时，工件回转作主运动，车刀作垂直于工件轴线的横向进给运动。车端面常用的刀具有90°偏刀、75°外圆车刀或45°弯头车刀。车端面时，刀尖必须保证与工件轴线等高，否则端面中心会留下凸起的剩余材料。为了防止床鞍因间隙或误操作发生纵向位移而影响端面的平面度，应锁定床鞍的位置。3.车槽在车床上可以车外槽、内槽和端面槽，车槽工作原理如图2-24所示。车槽时工件的装夹与车外圆相同。切削速度与车外圆相同，进给量根据切削刃宽度和工件刚度适当选择，以不产生振动为宜。车外圆沟槽的方法见表2-7。1.圆锥体的组成D为圆锥大端直径，d为圆锥体小端直径，L为锥体部分长度（最大直径与最小直径间的垂直距离），α为圆锥角（圆锥角是在通过圆锥轴线的截面内，两条素线的夹角），α/2为圆锥半角，C为锥度（圆锥大、小端直径之差与长度之比），锥度一般用比例或分数形式表示，如1∶7或1/7。二、车圆锥面2.车外圆锥体的方法（1）宽刃刀车削法：用宽刃刀车圆锥面，实质上属于成形法车削，即用成形刀对工件进行加工。它是在装夹车刀时，把主切削刃与主轴轴线的夹角调整到与工件的圆锥半角α/2相等后，采用横向进给的方法加工出外圆锥面。（2）转动小滑板法：将小滑板沿顺时针或逆时针方向偏转一个等于圆锥半角α/2的角度，使车刀沿小滑板导轨的运动轨迹与所需加工圆锥在水平轴平面内的素线平行，配合双手不间断地均匀转动小滑板手柄，车出圆锥（3）偏移尾座法：将尾座上层滑板横向偏移一个距离S，使前、后两顶尖连线与车床主轴轴线相交成一个等于圆锥半角α/2的角度，工件用两顶尖装夹，当床鞍带着车刀沿着平行于主轴轴线方向移动切削时，即可车出圆锥角为α

的外圆锥。（4）仿形（靠模）法：使用靠模装置，使车刀在纵向进给的同时，相应作横向进给，由两个方向进给的合成运动使车刀刀尖的轨迹与工件轴线所成的夹角等于圆锥半角α/2，即可车出圆锥。用成形车刀或用车刀按成形法或仿形法等车削工件的成形面称为车成形面。在车床上加工的成形面都是工件表面素线为曲线的回转面。常见的成形面有圆球面、橄榄形曲面等。三、车成形面1.双手控制法：双手控制法是使用普通车刀，用双手控制中滑板、小滑板或者控制中滑板与床鞍的合成运动，使刀尖的运动轨迹与工件表面素线形状相吻合，从而实现成形面的车削的方法，如图2-31所示。2.成形法：成形法即样板车刀车削法。样板车刀的切削刃形状与工件表面素线形状吻合，车削成形面时，工件做旋转运动，样板车刀只做横向进给运动，如图2-32所示。3.仿形法：刀具按照仿形装置进给对工件进行加工的方法称为仿形法。仿形法车成形面是一种加工质量好、生产效率高的先进车削方法，特别适合质量要求较高、批量较大的生产。1.螺纹车刀四、车螺纹2.螺纹车刀的装夹装夹螺纹车刀时，车刀刀尖应与车床主轴轴线等高，螺纹车刀两刀尖半角的对称中心线应与工件轴线垂直，装刀时可用螺纹对刀样板校正，如图2-39所示。如果对刀不准，将车刀装歪，会使车出的螺纹两牙型半角不相等，产生歪斜牙型（俗称倒牙），如图2-40所示。外螺纹车刀伸出刀架的长度不宜过长，一般为刀柄厚度的1.5倍，为25～30mm。内螺纹车刀伸出刀架的长度大于内螺纹长度10～20mm，装夹好的内螺纹车刀应手动在螺纹底孔内试走一次，检查刀柄是否与底孔干涉，如图2-41所示。

3.螺距或导程的调整为了保证工件每回转一周，车刀沿轴向移动一个螺距P

或导程Ph，必须使车床丝杠的转速n

丝与工件的转速n

工之比值等于工件的螺距P

工（或导程Ph

工）与丝杠螺距P

丝的比值。4.车削方法（1）提开合螺母法车螺纹：每次进给终了时，横向退刀，同时提起开合螺母，然后手动将溜板箱返回起始位置，调整好背吃刀量后，压下开合螺母再次进给车削螺纹，如此重复循环使总背吃刀量等于牙型深度，螺纹符合规定要求为止。（2）开倒顺车法车螺纹：每次进给终了时，先快速横向退刀，随后开反车使工件和丝杠都反转，丝杠驱动溜板箱返回到起始位置时，调整背吃刀量后，改为正车重复进给。1．车孔刀的种类五、车孔2.车孔的关键技术（1）提高车孔刀的刚度1）尽可能增大刀柄的截面积。2）减小刀柄的伸出长度。（2）控制切屑流向3.车孔方法

车孔刀的装夹应使车孔刀刀柄与工件轴线基本平行，否则在车削到一定深度时刀柄的后半部容易碰到工件孔口。车通孔和台阶孔时，车孔刀的刀尖应与工件中心等高或稍高，如果刀尖低于工件中心，切削时在切削抗力作用下，容易将刀柄压低而产生扎刀现象，并可造成孔径扩大。车削平底盲孔时车刀刀尖必须对准工件中心，且必须满足盲孔车刀刀尖到刀柄外侧的距离a

应小于孔的半径R的条件，否则无法车完底平面。车孔方法基本上与车外圆方法相同，只是进刀与退刀的方向相反。（1）根据零件数量和精度要求的不同、机床条件的差异，可以有两种不同的加工原则：即工序集中和工序分散原则。（2）车削零件时，一般分为粗车、半精车和精车三个阶段。（3）对于精度要求高的零件，为了消除内应力、改善零件的机械性能，在粗车以后还要经过调质或正火处理，所以粗车后应留1.5～2.5mm余量。（4）在车削短小零件时，一般先车端面，这样便于决定长度上的尺寸。（5）在两顶尖间车削轴类零件时，一般至少要三次安装，即粗车一端，调头再粗车和精车另一端，最后精车原来一端。（6）如果零件还要经过磨削加工，那么在粗车、半精车以后不需精车。一、选择车削步骤