车削加工工艺基础

车削加工工艺基础第四章车削加工工艺基础4.1车床概述4.2车削加工基础知识4.3轴类零件的加工工艺4.4盘套类零件车削加工工艺4.1车床概述4.1车床概述金属切削机床是制造机器的机器，车床是机床的一种，用来进行车削加工。它的功能强，用途广泛。因此，在一般机械制造工厂中，车床在各种金属切削机床中所占的比例最大。4.1.1车床结构及参数介绍车床的种类很多，大致可分为卧式车床、立式车床、转塔车床、仿形车床、多刀车床、自动车床等。其中，CA6140型卧式车床是最常用的车床，如图4-1所示。4.1车床概述图4-1CA6140型卧式车床4.1车床概述4.1.1.1CA6140型车床主要部件及功用（1）主轴箱（床头箱）主轴箱固定在床身的左上部，箱内装有齿轮、主轴等，组成变速传动机构。该变速机构将电机的旋转运动传递至主轴，通过改变箱外手柄位置，可使主轴实现多种转速的正、反旋转运动。（2）进给箱（走刀箱）进给箱固定在床身的左前下侧，是进给传动系统的变速机构。它通过挂轮把主轴的旋转运动传递给丝杠或光杠，可分别实现车削各种螺纹的运动及机动进给运动。4.1车床概述（3）溜板箱（拖板箱）溜板箱固定在床鞍的前侧，随床鞍一起在床身导轨上作纵向往复运动。通过它把丝杠或光杠的旋转运动变为床鞍、中滑板的进给运动。变换箱外手柄位置，可以控制车刀的纵向或横向运动（运动方向、起动或停止）（4）挂轮箱挂轮箱装在床身的左侧。其上装有变换齿轮（挂轮），它把主轴的旋转运动传递给进给箱，调整挂轮箱上的齿轮，并与进给箱内的变速机构相配合，可以车削出不同螺距的螺纹，并满足车削时对不同纵、横向进给量的需求。4.1车床概述（5）刀架部件由两层滑板（中、小滑板）、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。（6）床身是精度要求很高的带有导轨（山形导轨和平导轨）的一个大型基础部件，用以支承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。床身由纵向的床壁组成，床壁间有横向筋条用以增加床身刚性。床身固定在左、右床腿上。（7）床脚前后两个床脚分别与床身前后两端下部连为一体，用以支撑安装在床身上的各个部件。同时，通过地脚螺栓和调整垫块使整台车床固定在工作场地上，通过调整，能使床身保持水平状态。4.1车床概述（8）尾座尾座是由尾座体、底座、套筒等组成的。它安装在床身导轨上，并能沿此导轨作纵向移动，以调整其工作位置。尾座上的套筒锥孔内可安装顶尖、钻头、铰刀、丝锥等刀、辅具，用来支承工件、钻孔、铰孔、攻螺纹等。（9）丝杠丝杠主要用于车削螺纹。它能使拖板和车刀按要求的速比作很精确的直线移动。（10）光杠光杠将进给箱的运动传递给溜板箱，使床鞍、中滑板作纵向、横向自动进给。（11）操纵杆操纵杆是车床的控制机构的主要零件之一。在操纵杆的左端和溜板箱的右侧各装有一个操纵手柄，操作者可方便的操纵手柄以控制车床主轴的正转、反转或停车。4.1车床概述（12）冷却装置冷却装置主要通过冷却泵将箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具的使用寿命和工件表面的加工质量。4.1.1.2CA6140车床传动系统简介车削加工过程中，车床通过工件的主运动和车刀进给运动的相互配合来完成对工件的加工。其运动传动过程如图4-2所示。4.1车床概述图4-2CA6140车床传动系统示意图4.1车床概述主运动：主轴变速箱4→主轴→卡盘6→工件旋转。进给运动：主轴变速箱4→主轴变换齿轮箱3→走刀箱13→丝杠11或光杠12→溜板箱9→床鞍10→滑板8→刀架7→车刀运动。4.1车床概述⒊CA6140型车床的型号和主要技术参数机床的型号反映出机床的类别、结构特性和主要技术参数等内容。按GB/T15375—1994规定，CA6140型号的含义如下：CA6140主参数代号（车床最大工件回转直径为400㎜系代号（卧式车床系）组代号（落地及卧式车床组）结构特性代号（加重型）类代号（车床类）4.1车床概述车床的主要技术规格与参数如下：床身上最大工件回转直径400㎜刀架上最大工件回转直径210㎜最大工件长度（4种）750㎜、1000mm、91500㎜、2000㎜中心高205㎜主轴孔能通过棒料最大直径48㎜主轴孔锥度莫氏6号4.1车床概述主轴转速：正转（24级）10～1400r/min反转（12级）14～1580r/min车削螺纹范围：米制（44种）1～192㎜英制（20种）2～24牙/in（25.4㎜）模数螺纹（39种）0.25～48㎜径节螺纹（37种）1～96进给量（纵、横各64种）：纵向0.08～1.59㎜/r横向0.04～0.795㎜/r纵向快移速度4m/min横向快移速度2m/min4.1车床概述刀架行程：最大纵向行程（4种）650㎜、900㎜、1400㎜、1900㎜最大横向行程260㎜、295㎜小滑板最大行程139㎜、165㎜主电动机功率7.5kW机床工作精度：圆度0.01㎜圆柱度0.01㎜／100㎜精车平面平面度0.02㎜／400㎜表面粗糙度Ra2.5～1.25µm4.1车床概述4.1.2车床主要附件车床上常备有卡盘、花盘、顶尖、中心架、跟刀架等附件。4.1.2.1卡盘卡盘装在主轴前端，有三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘两种。（1）三爪自定心卡盘如图4-3所示，它主要由外壳体、三个卡爪、三个小锥齿轮、一个大锥齿轮等零件组成。4.1车床概述三爪自定心卡盘的卡爪可以装成正爪，实现由外向内夹紧；也可以装成反爪，实现由内向外夹紧，即撑夹（反夹）。正爪夹持工件时，直径不能太大，卡爪伸出卡盘外圆的长度不应超过卡爪长度的三分之一，以免发生事故。反爪可以夹持直径较大的工件。图4-3三爪自定心卡盘1－方孔2－小锥齿轮3－大锥齿轮4－平面螺纹5－卡爪4.1车床概述（2）四爪单动卡盘如图4-4所示，它的四个卡爪能各自独立地径向移动，分别通过四个调整螺钉进行调整。其夹紧力较大，但校正工件较麻烦。四爪单动卡盘的卡爪也可装成正爪或反爪。图4-4四爪单动卡盘4.1车床概述4.1.2.2花盘花盘装在主轴前端，它的盘面上有几条长短不同的通槽和T形槽，以便用螺栓、压板等将工件压紧在它的工作面上。它多用于安装形状比较特别的，而三爪和四爪卡盘无法装夹的工件，如对开轴承座、十字孔工件、双孔连杆、环首螺钉、齿轮油泵体等等。在安装时，根据预先在工件上划好的基准线来进行找正，再将工件压紧。对于不规则的工件，应在花盘上装上适当的平衡块保持平衡，以免因花盘重心与机床回转中心不重合而影响工件的加工精度，甚至导致意外事故发生。4.1车床概述用花盘安装工件有两种形式：⑴若工件被加工表面的回转轴线与其基准面垂直时，直接将工件安装在花盘的工作面上，如图4-5（a）所示；⑵若工件被加工表面的回转轴线与其基准面平行时，将工件安装在花盘的角铁上加工，如图4-5（b）所示，工件在花盘上的定位要用划针盘等找正。图4-5花盘安装工件方法4.1车床概述4.1.2.3顶尖、拨盘和鸡心夹头顶尖有前顶尖和后顶尖之分。顶尖的头部带有60º锥形尖端，顶尖的作用是定位、支承工件并承受切削力。图4-6前顶尖4.1车床概述⑴前顶尖前顶尖插在主轴锥孔内与主轴一起旋转，如图4-6（a）所示,前顶尖随工件一起转动。为了准确和方便，有时也可以将一段钢料直接夹在三爪自定心卡盘上车出锥角来代替前顶尖，如图4-6（b）所示，但该顶尖从卡盘上卸下来后，再次使用时必须将锥面重车一刀，以保证顶尖锥面的轴线与车床主轴旋转轴线重合。（a）（b）（c）图4-7死顶尖（a）普通顶尖（b）镶硬质合金顶尖（c）反顶尖4.1车床概述⑵后顶尖后顶尖插在车床尾座套筒内使用,分为死顶尖和活顶尖两种。常用的死顶尖有普通顶尖、镶硬质合金顶尖和反顶尖等，如图4-7所示,死顶尖的定心精度高，刚性好,缺点是工件和顶针发生滑动摩擦，发热较大，过热时会把中心孔或顶针“烧”坏，所以，常用镶硬质合金的顶尖对工件中心孔进行研磨，以减小摩擦，死顶尖一般用于低速加工精度要求较高的工件。支承细小工件时可用反顶尖。4.1车床概述活顶尖如图4-8所示，内部装有滚动轴承。活顶尖把顶尖与工件中心孔的滑动摩擦变成顶尖内部轴承的滚动摩擦，因此其转动灵活。由于顶尖与工件一起转动，避免了顶尖和工件中心孔的磨损，能承受较高转速下的加工，但支承刚性较差，且存在一定的装配累积误差，且当滚动轴承磨损后，会使顶尖产生径向摆动。所以，活顶尖适宜于加工工件精度要求不太高的场合。图4-8活顶尖4.1车床概述一般前、后顶尖是不能直接带动工件转动的，它必须借助拨盘和鸡心夹头来带动工件旋转。拨盘后端有内螺纹跟车床主轴配合，盘面形式有两种：一种是带有U形槽的拨盘，用来与弯尾鸡心夹头相配带动工件旋转，如图4-9（a）所示；而另一种拨盘装有拨杆，用来与直尾鸡心夹头相配带动工件旋转，如图4-9（b）所示。鸡心夹头的一端与拨盘相配，另一端装有方头螺钉，用来固定工件。图4-9用鸡心夹头装夹工件4.1车床概述4.1.2.4中心架与跟刀架当轴类零件的长度与直径之比较大（L/d10）时，即为细长轴。细长轴的刚性不足，为防止在切削力作用下轴产生弯曲变形，必须用中心架或跟刀架作为辅助支承。较长的轴类零件在车端面、钻孔或车孔时，无法使用后顶尖，如果单独依靠卡盘安装，势必会因工件悬伸过长使安装刚性很差而产生弯曲变形，加工中产生振动，甚至无法加工，此时，必须用中心架作为辅助支承。使用中心架或跟刀架作为辅助支承时，都要在工件的支承部位预先车削出定位用的光滑圆柱面，并在工件与支承爪的接触处加机油润滑。4.1车床概述中心架上有三个等分布置并能单独调节伸缩的支承爪。使用时，用压板、螺钉将中心架固定在床身导轨上，且安装在工件中间，然后调节支承爪。首先调整下面两个爪，将盖子盖好固定，然后调整上面一个爪。调整的目的是使工件轴线与主轴轴线重合，同时保证支承爪与工件表面的接触松紧适当，如图4-10（a）、（b）﹑（c）所示。图4-10中心架及应用（a）中心架（b）中心架的应用4.1车床概述跟刀架上一般有两个能单独调节伸缩的支承爪，而另外一个支承爪用车刀来代替。两支承爪分别安装在工件的上面和车刀的对面，如图4-11（a）所示。加工时，跟刀架的底座用螺钉固定在床鞍的侧面，跟刀架安装在工件头部，与车刀一起随床鞍作纵向移动。每次走刀前应先调整支承爪的高度，使支承爪与预先车削出用于定位的光滑圆柱面保持松紧适当的接触。配置了两个支承爪的跟刀架，安装刚性差，加工精度低，不适宜作高速切削。另外还有一种具有三个支承爪的跟刀架，如图4-11（b）所示。它的安装刚性较好，加工精度较高，并适宜高速切削。4.1车床概述使用中心架或跟刀架时，必须先调整尾座套筒轴线与主轴轴线的同轴度。中心架用于加工细长轴、阶梯轴、长轴端面、端部的孔，跟刀架则适合于车削不带台阶的细长轴。图4-11跟刀架的应用4.1车床概述4.1.2.5心轴当工件的形状复杂或内外圆表面的位置精度要求较高时，可采用心轴安装进行加工，这有利于保证零件的外圆与内孔的同轴度及端面对孔的垂直度要求。使用心轴装夹工件时，应将工件全部粗车完后，再将内孔精车好（IT7～IT9），然后以内孔为定位精基准，将工件安装在心轴上，再把心轴安装在前后顶尖之间，如图4-12所示。图4-12用心轴安装工件方法4.1车床概述4.1车床概述（a）圆柱体心轴1-工件2-心轴3-螺母4-垫圈（b）锥度心轴1-心轴2-工件（c）胀力心轴1-拉紧螺杆2-车床主轴3-胀力心轴4-工件5-锥形螺钉（d）伞形心轴1、3-伞形心轴2-工件⑴圆柱心轴适合于工件的长度尺寸小于孔径尺寸的情况。工件安装在带台阶的心轴上，一端与轴肩贴合，另一端采用螺母压紧。工件与心轴的配合采用H7/h6，如图4-12（a）所示。4.1车床概述⑵小锥度心轴适用于工件长度大于工件孔径尺寸的情况。这种心轴的锥度在1/1000～1/5000间，如图4-12（b）所示。工件内孔与心轴表面依靠过盈所产生的弹性变形来夹紧工件。小锥度心轴的定心精度较高，多用于精车，但加工中切削力不能太大，以避免工件在心轴上产生滑动。⑶胀力心轴适用于中小型工件的安装。它是通