車削加工.docx

6.1 概述在車床上，工件旋轉(zhuǎn)，車刀在平面內(nèi)做直線或曲線移動的切削稱為車削。車削在機(jī)械加工中應(yīng)用最廣。6.1.1 車削加工特點(diǎn) 車削加工具有自身的特點(diǎn)，歸納如下： 車削加工應(yīng)用廣泛，能很好適應(yīng)工件材料、結(jié)構(gòu)、精度、表面粗糙度及生產(chǎn)批量的變化?？绍囅鞲鞣N鋼材、鑄件等金屬，又可車削玻璃鋼、尼龍、膠木等非金屬。對不易進(jìn)行磨削的有色金屬工件的精加工，也可采用金剛石車刀進(jìn)行精細(xì)車削。 車削加工一般是等截面（即切削寬度、切削厚度均不變，其中，粗車時(shí)毛坯余量的不均勻可忽略不計(jì)）的連續(xù)切削，因此，切削力變化小，切削過程平穩(wěn)，可進(jìn)行高速切削和強(qiáng)力切削，生產(chǎn)率較高。 車削采用的車刀一般為單刃刀，其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、刃磨方便、安裝方便。同時(shí)，可根據(jù)具體加工條件選用刀具材料和刃磨合理的刀具角度。這對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本具有重大意義。 車削加工尺寸精度范圍一般在IT12IT7之間，表面粗糙度值Ra為12.50.8m，適于工件的粗加工、半精加工和精加工。6.1.2車削加工范圍凡具有回轉(zhuǎn)體表面的工件，店鋪可以在車床上用車削的方法進(jìn)行加工。此外，車床還可以繞制彈簧。 6.2車床6.2.1車床概述 金屬切削機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器，車床是機(jī)床的一種，用來進(jìn)行車削加工。它的功能強(qiáng)，用途廣泛。因此，在一般機(jī)械制造工廠中，車床在各種金屬切削機(jī)床中所占的比例最大。 6.2.1.1 車床結(jié)構(gòu)及參數(shù)介紹 車床的種類很多，大致可分為臥式車床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、仿形車床、多刀車床、自動車床等。其中，CA6140型臥式車床是最常用的車床，如圖4-1所示。 圖1-6 CA6140普通車床1-床頭箱；2-進(jìn)給箱；3-變速箱；4-前床腳；5-溜板箱；6-刀架；7 -尾架；8-絲杠；9-光杠；10-床身；11-后床腳；12-中刀架；13-方刀架；14-轉(zhuǎn)盤；15-小刀架；16-大刀架 床頭箱（主軸箱）：用以支承主軸并使之旋轉(zhuǎn)。主軸為空心結(jié)構(gòu)。其前端外錐面安裝三爪卡盤等附件來夾持工件。變速箱：由電動機(jī)帶動變速箱內(nèi)的齒輪軸轉(zhuǎn)動，通過改變變速箱內(nèi)的齒輪搭配（嚙合）位置，得到不同的轉(zhuǎn)速，然后通過皮帶輪傳動把運(yùn)動傳給主軸。進(jìn)給箱 又稱走刀箱，內(nèi)裝進(jìn)給運(yùn)動的變速齒輪，可調(diào)整進(jìn)給量和螺距，并將運(yùn)動傳至光桿或絲桿。溜板箱：又稱拖板箱，與刀架相聯(lián)，是車床進(jìn)給運(yùn)動的操縱箱。它可將光桿傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)檐嚨兜目v向或橫向的直線進(jìn)給運(yùn)動 刀架：用來夾持車刀并使其作縱向、橫向或斜向進(jìn)給運(yùn)動。尾架：安裝在床身導(dǎo)軌上。在尾架的套筒內(nèi)安裝頂尖，支承工件；也可安裝鉆頭、鉸刀等刀具，在工件上進(jìn)行孔加工；將尾架偏移，還可用來車削圓錐體6.2.2 車削加工刀具 6.2.2.1 車刀的種類 車刀按用途可分為外圓車刀、端面車刀、切斷刀、成形車刀、螺紋車刀和車孔刀等，如圖4-18所示。由于車刀是由刀頭和刀體組成的，故按其結(jié)構(gòu)車刀又可分為整體車刀、焊接車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀和成形車刀等，如圖4-19所示。6.3.1、車刀的選擇和安裝在車削過程中，由于零件的形狀、大小和加工要求不同，采用的車刀也不相同。車刀的種類很多，用途各異。 1.外圓車刀外圓車刀又稱尖刀，主要用于車削外圓、平面和倒角。外圓車刀一般有三種形狀（1） 直頭尖刀，它主要車外圓（2） （2） 45彎頭車刀主要用于車削不帶臺階的光軸，它可以車外圓、端面和 倒角， 使 用比較方便， 頭和刀尖部分強(qiáng)度高。（3） 90偏刀 偏刀的主偏角為90，用來車削工件的端面和臺階，有時(shí)也用來車外圓，特別是用來車削細(xì)長工件的外圓，可以避免把工件頂彎。偏刀分為左偏刀和右偏刀兩種，常用的是右偏刀，它的刀刃向左。 （）切斷刀和切槽刀切斷刀的刀頭較長，其刀刃亦狹長，這是為了減少工件材料消耗和切斷時(shí)能切到中心的緣故。因此，切斷刀的刀頭長度必須大于工件的半徑。（）.擴(kuò)孔刀擴(kuò)孔刀又稱鏜孔刀，用來加工內(nèi)孔。它可以分為通孔刀和不通孔刀兩種 （）螺紋車刀螺紋按牙型有三角形、方形和梯形等，螺紋的種類很多，其中以三角形螺紋應(yīng)用最廣。采用三角形螺紋車刀車削公制螺紋時(shí)，其刀尖角必須為606.3.3 車刀的用途 各種車刀的基本用途如下： 90外圓車刀（偏刀） 用來車削工件的外圓、臺階和端面，分為左偏刀和右偏刀兩種。 45彎頭刀 用來車削工件的外圓、端面和倒角。 切斷刀 用來切斷工件或在工件表面切出溝槽。 車孔刀 用來車削工件的內(nèi)孔，有通孔車刀和盲孔車刀。 成形車刀 用來車削臺階處的圓角、圓槽或車削特殊形面工件。 螺紋車刀 用來車削螺 6.3.3 車刀的幾何形狀和角度 車刀的組成 車刀由刀頭和刀桿組成，刀頭承擔(dān)切削工作，刀桿是車刀的夾持部分，其主要作用是保證刀具切削部分有一個(gè)正確的工作位置。 刀頭是一個(gè)幾何體，是由刀面、刀刃組成，包括有：前刀面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃、修光刃、刀尖等，如圖4-20所示。 紋。 前刀面 切屑流出時(shí)所經(jīng)過的刀面。 主后面 車刀上與工件過渡表面相對的刀面。 副后面 車刀上與工件已加工表面相對的刀面。 主刀刃 前刀面與主后面相交構(gòu)成的切削刃，擔(dān)負(fù)主要的切削工作。 副刀刃 前刀面與副后面相交構(gòu)成的切削刃，它配合主刀刃完成次要的切削工作，對已加工表面起修光作用。 刀尖 主刀刃和副刀刃的聯(lián)結(jié)部位。它常被磨成圓弧型或直線型狀態(tài)，以提高其強(qiáng)度，延長車刀壽命。 修光刃 副刀刃近刀尖處一窄小的平直刀刃。裝刀時(shí)修光刃必須平行于走刀的方向，且修光刃長度要大于進(jìn)給量，才起到修光作用。6 所有車刀都由上述各部分組成，但結(jié)構(gòu)可能不同，例如典型的外圓車刀是由三面、二刃、一刀尖組成。而切斷刀就有四個(gè)面，三個(gè)刀刃，二個(gè)刀尖組成。此外，切削刃可以是直線，也可以是曲線。如車特形面的成形刀的刀刃就是曲線型。 輔助平面 為了確定上述刀面及切削刃的空間位置和刀具幾何角度的大小，必須建立適當(dāng)?shù)膮⒖枷担ㄗ鴺?biāo)平面）。選定切削刃上某一點(diǎn)而假定的幾個(gè)平面稱為輔助平面，如圖4-21所示。 基面（pr） 通過刀刃上某一選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。 主切削平面（ps） 通過刀刃上某一選定點(diǎn)，切于工件過渡表面且與基面垂直的平面。 正交平面（po） 通過刀刃上某一選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和主切削平面的平面。以上三個(gè)平面相互垂直，構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系。 假定工作平面（pf） 通過切削刃選定點(diǎn)與基面垂直，且與假定進(jìn)給運(yùn)動方向平行的平面。 背平面（pn） 通過切削刃選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面。 副切削平面（pS） 通過副切削刃選定點(diǎn)與副切削刃相切并垂直于基面的平面，如圖4-22所示。 前角（0） 是前刀面和基面間的夾角。前角的大小反映了刀具前面傾斜的程度，決定刀刃的強(qiáng)度和鋒利程度，影響切削變形和切削力的大小。前角有正負(fù)之分，當(dāng)前面在基面下方時(shí)為正值，反之為負(fù)值，如圖4-22所示為正。前角大，刃口鋒利，可減少切削變形和切削力，易切削，易排屑；但前角過大，強(qiáng)度低，散熱差，易崩刃。前角的大小主要根據(jù)工件材料、刀具材料和加工要求進(jìn)行選擇。硬質(zhì)合金車刀前角參考值如表4-1所示。 后角（ 0） 是主后面與主切削平面間的夾角。后角的大小決定刀具后面與工件之間的摩擦及散熱程度。后角過大，會降低車刀強(qiáng)度，且散熱條件差，刀具壽命短；后角過小，磨擦嚴(yán)重，溫度高，刀具壽命也短。硬質(zhì)合金車刀的后角參考值如表4-2所示。 楔角（0） 是前面與主后面間的夾角。0=90（0+ 0） 主偏角（k r） 是主切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給運(yùn)動方向間的夾角。主偏角的大小決定背向力與進(jìn)給力的分配比例和刀頭的散熱條件。主偏角大，背向力小，散熱差；主偏角小，進(jìn)給力小，散熱好。6.3.4 車刀的材料 對車刀材料的性能要求 高硬度 刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，常溫硬度一般在60HRC以上。 高強(qiáng)度（主要指抗彎強(qiáng)度） 刀具材料應(yīng)能承受切削力和內(nèi)應(yīng)力，不致崩刃或斷裂。 足夠的韌性 刀具材料應(yīng)能承受沖擊和振動，不致因脆性而斷裂或崩刃 高耐磨性 是指刀具材料抵抗磨損的能力，它是刀具材料硬度、強(qiáng)度等因素的綜合反映，一般刀具材料的硬度愈高，耐磨性亦愈好 高耐熱性 是指刀具材料在高溫下保持較高的硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性的性能。它是衡量刀具材料切削性能的重要指標(biāo)。 良好工藝性及經(jīng)濟(jì)性 為了能方便的制造刀具，刀具材料應(yīng)具備可加工性、可刃磨性、可焊接性及可熱處理性等，同時(shí)刀具選材應(yīng)盡可能滿足資源豐富、價(jià)格低廉的要求。 常用的車刀材料 目前常用的刀具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、人造聚晶金剛石及立方氮化硼等，高速鋼和硬質(zhì)合金是兩類應(yīng)用廣泛的車刀材料。6.3.6 車刀的安裝 在車削加工前，必須正確安裝好車刀，否則，即便是車刀的各個(gè)角度刃磨得合理，但其工作角度發(fā)生了改變，也會直接影響到切削的順利進(jìn)行和工件的加工質(zhì)量。所以在安裝車刀時(shí)，要注意下列事項(xiàng)： 車刀的懸伸長度要盡量縮短，以增強(qiáng)其剛性。一般懸伸長度約為車刀厚度的11.5倍，車刀下面的墊片要盡量少，且與刀架邊緣對齊。 車刀一定要夾緊，至少用兩個(gè)螺釘平整壓緊。否則車刀崩出，后果不堪設(shè)想。6.4.1切屑的形成刀具對工件進(jìn)行切削，被切削的金屬層在刀具切削刃和前面的擠壓作用下將產(chǎn)生彈性變形和塑形變形。被切削的金屬層的應(yīng)力較小時(shí)，產(chǎn)生的是彈性變形;當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，開始產(chǎn)生塑性變形，即產(chǎn)生晶格滑移現(xiàn)象。當(dāng)繼續(xù)切削的瞬間，應(yīng)力和變形達(dá)到最大值時(shí)，切削層金屬被切離并沿刀具前面流出，形成了切屑。 車刀刀尖應(yīng)與工件旋轉(zhuǎn)軸線等高，否則，將使車刀工作時(shí)的前角和后角發(fā)生改變，如圖4-31所示。車外圓時(shí)，如果車刀刀尖高于工件旋轉(zhuǎn)軸線，則使前角增大，后角減小，這樣加大了后面與工件之間的摩擦；如果車刀刀尖低于工件旋轉(zhuǎn)軸線，則使后角增大，前角減小，這樣切削的阻力增大，切削不順暢；刀尖不對中，當(dāng)車削至端面中心時(shí)會留有凸頭，若使用硬質(zhì)合金車刀時(shí)，有可能導(dǎo)致刀尖崩碎。 車刀刀尖應(yīng)與工件旋轉(zhuǎn)軸線等高，否則，將使車刀工作時(shí)的前角和后角發(fā)生改變，如圖4-31所示。車外圓時(shí)，如果車刀刀尖高于工件旋轉(zhuǎn)軸線，則使前角增大，后角減小，這樣加大了后面與工件之間的摩擦；如果車刀刀尖低于工件旋轉(zhuǎn)軸線，則使后角增大，前角減小，這樣切削的阻力增大，切削不順暢；刀尖不對中，當(dāng)車削至端面中心時(shí)會留有凸頭，若使用硬質(zhì)合金車刀時(shí)，有可能導(dǎo)致刀尖崩碎。 車刀刀桿中心線應(yīng)與進(jìn)給運(yùn)動方向垂直，如圖4-32（b）所示。否則將使車刀工作時(shí)的主偏角和副偏角發(fā)生改變。主偏角減小，進(jìn)給力增大；副偏角減小，加劇摩擦。6.4.2切屑的種類常見的切屑呈帶狀，節(jié)狀及崩碎狀。6.4.3積屑瘤切削塑性材料時(shí)，有時(shí)會在刀尖部位粘結(jié)著一小塊很硬的金屬楔塊，它稱為積屑瘤。6.4.4切削力在切削過程中.存在著切削層金屬產(chǎn)生彈性變形和塑性變形的抗力，還存在著刀具與切屑，工件表面間的摩擦阻力，他們的合力即是總切削力F。6.4.5切削熱在切削過程中，切削力所做的功幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量，是切削區(qū)的溫度升到，引起工件的熱變形，其結(jié)果是影響工件的加工精度。6.4.6刀具磨損與刀具耐用度6.5軸的車削 6.5.1 采用兩中心孔 這是最常用的一種方式。因?yàn)檩S類零件各外圓表面、錐孔、螺紋表面的同軸度以及端面對主軸軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項(xiàng)目，而這些表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般都是軸的中心線，軸的中心線的具體具現(xiàn)是兩端面的中心孔，采用兩中心孔定位，符合基準(zhǔn)重合這一基本定位原則, 再則，采用中心孔定位，能夠最大限度地在一次安裝中加工出多個(gè)外圓和端面，完成多道工序的切削加工，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。所以，應(yīng)盡可能采用中心孔作為軸類零件加工的定位基準(zhǔn)面。6.5.2 采用外圓表面 當(dāng)加工較粗、較長的軸類零件 ，或?yàn)榱嗽诖旨庸るA段實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力切削，則采用軸的外圓表面作為定位基準(zhǔn)面，或是以外圓和中心孔同時(shí)作為定位基準(zhǔn)面，其目的是為了提高工件剛度和加工生產(chǎn)率。6.5.3 采用錐堵或錐堵心軸 當(dāng)工件為通孔軸類零件時(shí)，工藝上采用帶有中心孔的錐堵（悶頭）或錐堵心軸定位，如圖4-34所示。當(dāng)軸孔的錐度比較小時(shí)，（如某車床的主軸錐孔分別為1：20和莫氏6號錐度），可使用錐堵；當(dāng)錐孔的錐度較大或圓柱孔時(shí)，則用帶錐堵的錐堵心軸。6.5.1.車外圓在車削加工中，外圓車削是一個(gè)基礎(chǔ)，幾乎絕大部分的工件都少不了外圓車削這道工序。車外圓時(shí)常見的方法有下列幾種（圖3-8）。用直頭車刀車外圓：這種車刀強(qiáng)度較好，常用于粗車外圓。用45彎頭車刀車外圓：適用車削不帶臺階的光滑軸。用主偏角為90的偏刀車外圓：適于加工細(xì)長工件的外圓6.5.2.車端面和臺階圓柱體兩端的平面叫做端面。由直徑不同的兩個(gè)圓柱體相連接的部分叫做臺階。 1）車端面 車端面時(shí)，工件安裝在卡盤上，調(diào)整機(jī)床，開動機(jī)床使工件旋轉(zhuǎn)，移動拖板將車刀移至工件附近，移動小滑板，控制背吃刀量，搖動中滑板手柄作橫向進(jìn)給。 用右、左偏刀（90主偏角）車削端面 右偏刀適于車削帶有臺階和端面的工件，如一般的軸和直徑較小的端面。通常情況下，偏刀由外向中心走刀車端面時(shí)，是由副刀刃進(jìn)行切削的，如果背吃刀量較大，向里的切削力會使車刀扎入工件，而形成凹面，如圖4-36（a）所示。當(dāng)然也可反向切削，從中心向外走刀，利用主切削刃進(jìn)行切削，則不易產(chǎn)生凹面，如圖4-36（b）所示。切削余量較大時(shí)，可用如圖4-36（c）所示的端面車刀車削。 在精車端面時(shí)，一般用偏刀由外向中心進(jìn)刀（背吃刀量要很?。?，因?yàn)檫@時(shí)切屑是流向待加工表面的，故加工出來的表面較光滑。車端面常用的刀具有偏刀和彎頭車刀兩種 (a) 是利用副刀刃在進(jìn)行切削的，表面車不細(xì)，車刀嵌在中間，車刀容易扎入工件而形成凹面。 （b）是用左偏刀由外向中心車端面主切削刃切削，切削條件有所改善； (c)是用右偏刀由中心向外車削端面，由于是利用主切削刃在進(jìn)行切削，所以切削順利，也不易產(chǎn)生凹面。用彎頭刀車端面(d)，以主切削刃進(jìn)行切削，可車出粗糙度較細(xì)的表面。彎頭車刀的刀尖角等于90，刀尖強(qiáng)度要比偏刀大，不僅用于車端面，還可車外圓和倒角等工件。2車臺階低臺階車削方法較低的臺階面可用偏刀在車外圓6.6切斷和車外溝槽在車削加工中，經(jīng)常需要把太長的原材料切成一段一段的毛坯，然后再進(jìn)行加工，也有一些工件在車好以后，再從原材料上切下來，這種加工方法叫切斷。有時(shí)工件，為了車螺紋或磨削時(shí)退刀的需要，在靠近階臺處車出各種不同的溝槽。1）切斷刀的安裝刀尖必須與工件軸線等高，不能把工件切下來，而且容易使切斷刀折斷（切斷刀和切槽刀必須與工件軸線垂直，否則車刀的副切削刃與工件兩側(cè)面產(chǎn)生磨擦。切斷刀的底平面必須平直，否則會引起副后角的變化，在切斷時(shí)切刀的某一副后刀面會與工件強(qiáng)烈磨擦。切斷刀尖須與工件中心同高 切槽刀的正確位置a)刀尖過低易被壓斷 b)刀尖過高不易切削）切斷時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)切斷刀本身的強(qiáng)度很差，應(yīng)采用較低的切削速度，較小的進(jìn)給量。 切斷時(shí)還應(yīng)充分使用冷卻液，使排屑順利。）車外溝槽的方法車削寬度不大的溝槽，可用刀頭寬度等于槽寬的切槽刀一刀車出。在車削較寬的溝槽時(shí)，應(yīng)先用外圓車刀的刀尖在工件上刻兩條線，把溝槽的寬度和位置確定下來，然后用切槽刀在兩條線之間進(jìn)行粗車，但這時(shí)必須在槽的兩側(cè)面和槽的底部留下精車余量，最后根據(jù)槽寬和槽底進(jìn)行精車。6.7孔及內(nèi)表面加工用鉆頭在實(shí)體材料上加工孔的方法叫鉆孔6.7.1車床上鉆孔和鉆床上鉆孔的不同點(diǎn)首先是鉆頭不一樣 車床上的主要是回轉(zhuǎn)體，或者是體積比較似回轉(zhuǎn)體 鉆床就可以鉆復(fù)雜一點(diǎn)的，而且鉆頭的角度也不一樣 鉆床可以鉆薄板 車床就鉆不了 車床能掏內(nèi)臺。6.7.2車內(nèi)圓6.7.2.1車內(nèi)圓的方法車床車內(nèi)孔的方法基本上與車外圓相同，只是車內(nèi)孔的工作條件較差，加上 刀桿剛性差，容易引起振動，車床因此切削用量應(yīng)比車外圓時(shí)低一些。 車階臺孔或盲孔時(shí)，控制階臺深和孔深的方法有： (1)通過溜板箱刻度盤控制； (2)在刀桿上做標(biāo)記； (3)應(yīng)用擋鐵控制等。6.8螺紋加工螺紋的加工方法很多種，但在一般機(jī)械廠，尤其在機(jī)修工作中，通常采用車削方法加工。1） 螺紋車刀的角度和安裝 安裝螺紋車刀時(shí)，應(yīng)使刀尖與工件軸線等高，否則會影響螺紋的截面形狀，并且刀尖的平分線要與工件軸線垂直。如果車刀裝得左右歪斜，車