第 6章 车削加工

第 6章车削加工6.1 概述6.1.1 车削加工范围车削加工是指在车床上利用工件的旋转和刀具的移动，从工件表面切除多余材料，使其成为符合一定形状、尺寸和表面质量要求的零件的一种切削加工方法。

车削加工中工件的旋转是主运动，刀具的移动是进给运动。

它是切削加工中最主要、最常见的加工方法，通用性极强、使用范围广，但效率不高。

在各类机床中，车床约占金属切削机床总数的一半左右。

无论是在成批或大量生产，还是在单件小批生产以及在机械维护修理方面，车削加工都占有重要的地位。

车床的加工范围较广，主要适用于加工回转体零件，包括：端面、内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹、回转成形面、回转沟槽以及滚花等；它可以加工各种金属材料（很硬的材料除外）和尼龙、橡胶、塑料、石墨等非金属材料；可以完成上述表面的粗加工、半精加工甚至精加工。

除用各种车刀外，在车床上还可使用钻头、铰刀、丝锥、滚花刀等。

车削加工所能完成的主要工作如图6—1所示。

一般车削加工可达到的尺寸公差等级为IT11～IT6，表面粗糙度R a可达12.5～0.8μm。

图6-1 车床可完成的主要工作1．车削的工艺特点1）车削易于保证工件各加工表面之间具有较高的位置精度在车床上加工工件时，工件绕某一固定的轴线作旋转运动，各回转表面具有同一个回转轴线，利于保证各个加工表面间同轴度的要求。

比如，利用前、后顶尖或心轴安装工件，用拨盘拨动工件回转，其回转轴线是两顶尖中心的连线，在一次安装中加工的各个圆柱表面之间的位置精度很高，工件端面与轴线的垂直度要求，则主要由车床本身的精度来保证。

2）适于有色金属零件的精加工对于一些有色金属零件，由于材料本身的塑性好，硬度低，如果采用磨削加工，则砂轮容易被磨屑堵塞，使已加工表面的质量下降。

因此，当有色金属零件加工表面的粗糙度Ra值要求较小时，可以采用车削方法进行加工。

如用金刚石刀具，以很少的背吃刀量和进给量，以及很高的切削速度，进行精细车削，表面粗糙度值Ra 可达0.1～0.4μm 。

3）切削过程比较平稳车削加工时，刀具几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削面积就基本不变，因此，切削力基本上不发生变化。

除了加工断续表面以外，切削过程要比铣削、刨削平稳。

4）刀具简单车刀是比较简单的刀具之一，制造、刃磨和安装都比较方便。

加工时，可以根据工件的具体加工要求，选择合理的刀具角度，以利于保证加工质量。

5）生产效率较高 车削加工在一般情况下切削过程是连续的，主运动是连续的旋转运动，可以避免惯性力和冲击力的影响，所以车削允许采用较大的切削用量，进行高速切削或强力切削，使车削加工具有较高的生产率。

2．车削的应用由车削加工的工艺特点可知，各种回转体表面都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等。

可以加工的工件材料有钢、铸铁、有色金属和某些非金属材料，加工材料的硬度一般在30HRC 以下。

车削一般用来加工单一轴线的零件，如台阶轴和盘套类零件等。

采用四爪卡盘或花盘等装置改变工件的安装位置，也可以加工曲轴、偏心轮或盘形凸轮等多轴线的零件。

6.1.3 切削用量1） 车削加工运动切削时，没有刀具和工件的相对运动，切削加工就无法进行。

切削运动可分为主运动和进给运动。

① 主运动 由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动， 从而使刀具前面接近工件。

在车削加工中， 工件随车床主轴的旋转就是主运动。

如图6-2-1所示。

② 进给运动 由机床和人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除切屑，并得到具有所需几何特性的已加工表面车削加工中，进给运动是刀具沿车床纵向或横向的运动。

进给运动的运动速度较低。

2） 切削用量三要素及其合理选用切削用量三要素是指切削加工时的切削速度c v 、进给量f 和背吃刀量p a ，如图6-2-2中所示。

① 切削速度c v 切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度c v 。

在车削加工中为工件旋转线速度(/)100060c nDv m s π=⨯其中 n ──工件的转速，单位：/min rD ──工件待加工表面直径，单位：mm 。

② 进给量f 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，在车削加工时为工件每转刀具在进给方向的相对移动量，其单位为/mm r 。

③ 背吃刀量p a 在通过切削刃基点并垂直于工件平面的方向上测量的吃刀量。

在车削加工中，是指工件的已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，即12() ()p a D d mm =-切削速度、进给量和背吃刀量之所以称为切削用量三要素，是因为它们对切削加工质量、生产率、机床的动力消耗、刀具的磨损有着很大的影响，是重要的切削参数。

粗加工时，为了提高生产率，尽快切除大部分加工余量，在机床刚度允许的情况下选择较大的背吃刀量和进给量，但考虑到刀具耐用度和机床功率的限制，切削速度不宜太髙。

精加工时，为保证工件的加工质量，应选用较小的背吃刀量和进给量，而可选择较高的切削速度。

根据被加工工件的材料、切削加工条件、加工质量要求,在实际生产中可由经验或参考《机械加工工艺人员手册》选择合理的切削用量三要素。

6.2 卧式车床6.2.1 卧式车床的组成车床种类繁多，主要有卧式车床、立式车床、仪表车床、转塔车床、多刀车床、自动及半自动车床、数控车床等。

卧式车床是应用最广泛的一种，其使用台数约占车床总数的60％左右。

现以常用的C6136A 型卧式车床为例介绍型号中的有关含义。

1. C6136A 型卧式车床型号车床型号是按GB/T15375－94《金属切削机床的型号编制方法》规定的，由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。

C6136A 型卧式车床的型号含义如下：卧式车床主要由床身、主轴箱、进给箱、光杠、丝杠、溜板箱、刀架、尾架和床腿等部分组成，如图6—2所示。

(1)床身 用来支承和安装车床各部件，并保证其间相对位置。

床身上面有内、外两组平行的导轨，供刀架及尾座移动导向和定位。

(2)主轴箱 又称床头箱，用来支承主轴，将电动机的运动传给主轴，内部装有变速传动机构，可以使其作各种速度旋转运动；主轴是空心的，孔中可以放入棒料，主轴右端（前端）的外锥面用来装夹卡盘和拨盘等附件，内锥面用来装顶尖。

图6-2 C6136普通车床1．主轴变速手柄；2．倍增手柄；3．诺顿手柄；4．离合手柄；5．纵向手动手轮；6．纵向自动手柄；7．横向自动手柄；8．自动进给换向手柄；9．开合螺母手柄；10．主轴启闭和变向手柄；11．总电源开关；12．尾架手柄；13．尾架套筒锁紧手柄；14．小拖板手柄；15．方刀架锁紧手柄；16．横向手动手柄。

(3)进给箱进给箱用来改变进给量。

主轴经挂轮箱传入进给箱的运动，通过移动变速手柄来改变进给箱中滑动齿轮的啮合位置，便可使光杆或丝杆获得不同的转速。

(4)光杠、丝杠将进给箱的运动传给溜板箱。

光杠用于自动走刀车削除螺纹以外的表面，丝杠只用于车削螺纹。

丝杠的传动精度比光杠高。

(5)溜板箱溜板箱用来使光杠和丝杠的转动改变为刀架的自动进给运动。

光杠用于一般的车削，丝杠只用于车螺纹。

溜板箱中设有互锁机构，使二者不能同时使用。

(6)刀架用来装夹车刀，带动车刀作纵向、横向或斜向进给运动。

为此，刀架做成多层结构，从下往上分别是大拖板、中拖板、转盘、小拖板和方刀架。

(7)尾架尾架装在床身内侧导轨上，可以沿导轨移动到所需位置，也可沿横向作少量调节，用来车削小锥度长锥面。

尾架用于安装顶尖以支承轴类工件，或装上钻头、铰刀、丝锥、扳牙等进行切削加工。

(8)床腿固定在地基上，左右床腿内安装有电动机、开关等电气装置。

6.2.2 车床的传动系统C6136卧式车床的传动系统(1)主运动传动系统C6136卧式车床主轴共有8种转速，它们分别是42 r／min、68 r ／min、104 r／min、165 r／min、255 r／min、405 r／min、615 r／min、980 r／min。

(2)进给运动传动系统车床作一般进给时，刀架由光杠经过溜板箱中的传动机构来带动。

为适应不同的加工要求，车床的进给量需作相应的改变。

对于每一组配换齿轮，C6136卧式车床的进给箱可相应变化12种不同的进给量，其进给量的范围是：纵向进给量：f纵=0.043～2.37 mm／r，横向进给量：f横=0.038—2.1 mm／min。

加工螺纹时，车刀的纵向进给运动由丝杠带动溜板箱上的对开螺母，拖动刀架来实现。

车床的传动路线指从电动电动机到机床主轴或刀架之间的运动传递的路线，电动机的旋转运动通过皮带轮、齿轮、丝杆螺母或齿轮齿条等传至机床的主轴或刀架。

图6-3即为它们的传动路线示意图。

图6-3 车床传动传动示意图6.3 车刀金属切削中，车刀是最简单的刀具，是单刃刀具的一种。

为了适应不同车削要求，可有多种类型。

常用的车刀如图6-4所示。

按其用途可分为90º外圆车刀(图a)、45º弯头外圆车图6-4 常用车刀刀(图b)、切断刀(图c)、内孔车刀(图d)、成型车刀(图e)、螺纹车刀(图f)、硬质合金不重磨车刀(图g)等。

1．车刀的结构车刀由刀头和刀杆两部分组成。

刀杆是车刀的夹持部分，用来将车刀夹持在刀架上。

图6-5 车刀的结构刀头是车刀的切削部分，它是由“三面、两刃和一刀尖”所组成（见第四章）。

车刀从结构上分为四种形式，即整体式、焊接式、机夹式、可转位式，如图6-5所示。

其结构特点及适用场合见表6-1。

表6-1 车刀结构类型的特点及用途如下：3．车刀的安装车刀在刀架上的安装位置是否正确，不仅影响着刀具的几何角度，而且也关系到切削加图6-6 车刀的安装工是否能顺利进行。

安装车刀时应注意下列几点：①车刀的刀尖应与车床主轴轴线等高。

车刀装得太高，前角变大，后刀面与工件加剧摩擦；装得太低，前角变小，切削时工件会被抬起，易把车刀折断。

生产中常用尾架顶尖的高度来校正刀尖的高度，通过调整刀柄下面的垫片数来校准高度。

垫片数不宜太多，一般为1～2片。

②车刀刀柄应与车床轴线垂直，否则将改变主偏角和副偏角的大小。

③车刀刀头不宜伸出太长，否则刀具刚性下降，切削时容易产生振动，影响工件加工精度和表面粗糙度。

一般刀头伸出长度不超过刀柄厚度的两倍。

④垫刀片要平整，并与刀架前端对齐。

车刀装好后应检查车刀在工件的加工极限位置时是否会产生干涉或碰撞。

车刀的安装如图6-6所示。

6.4 工件安装及车床常用附件车床主要用于加工回转表面。

工件的正确安装应该使要加工表面的中心线和车床主轴的中心线重合，同时还要把工件夹紧，以承受切削力。

在车床上装夹工件的方法很多，常用装夹工件的机床附件有：三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、心轴、中心架、跟刀架、花盘和弯板等。

1．用卡盘安装工件当加工较短的棒料（L/D≤4，其中L为工件长度，D为工件直径）时，采用卡盘装夹。