车削加工

6.1概述在车床上，工件旋转，车刀在平面内做直线或曲线移动的切削称为车削。车削在机械加工中应用最广。6.1.1车削加工特点车削加工具有自身的特点，归纳如下：⒈车削加工应用广泛，能很好适应工件材料、结构、精度、表面粗糙度及生产批量的变化。可车削各种钢材、铸件等金属，又可车削玻璃钢、尼龙、胶木等非金属。对不易进行磨削的有色金属工件的精加工，也可采用金刚石车刀进行精细车削。⒉车削加工一般是等截面（即切削宽度、切削厚度均不变，其中，粗车时毛坯余量的不均匀可忽略不计）的连续切削，因此，切削力变化小，切削过程平稳，可进行高速切削和强力切削，生产率较高。⒊车削采用的车刀一般为单刃刀，其结构简单、制造容易、刃磨方便、安装方便。同时，可根据具体加工条件选用刀具材料和刃磨合理的刀具角度。这对保证加工质量、提高生产率、降低生产成本具有重大意义。⒋车削加工尺寸精度范围一般在IT12～IT7之间，表面粗糙度值Ra为12.5～0.8µm，适于工件的粗加工、半精加工和精加工。6.1.2车削加工范围凡具有回转体表面的工件，店铺可以在车床上用车削的方法进行加工。此外，车床还可以绕制弹簧。6.2车床6.2.1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。6.2.1.1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。图1-6CA6140普通车床1-床头箱；2-进给箱；3-变速箱；4-前床脚；5-溜板箱；6-刀架；7-尾架；8-丝杠；9-光杠；10-床身；11-后床脚；12-中刀架；13-方刀架；14-转盘；15-小刀架；16-大刀架床头箱（主轴箱）：用以支承主轴并使之旋转。主轴为空心结构。其前端外锥面安装三爪卡盘等附件来夹持工件。变速箱：由电动机带动变速箱内的齿轮轴转动，通过改变变速箱内的齿轮搭配（啮合）位置，得到不同的转速，然后通过皮带轮传动把运动传给主轴。进给箱又称走刀箱，内装进给运动的变速齿轮，可调整进给量和螺距，并将运动传至光杆或丝杆。溜板箱：又称拖板箱，与刀架相联，是车床进给运动的操纵箱。它可将光杆传来的旋转运动变为车刀的纵向或横向的直线进给运动刀架：用来夹持车刀并使其作纵向、横向或斜向进给运动。尾架：安装在床身导轨上。在尾架的套筒内安装顶尖，支承工件；也可安装钻头、铰刀等刀具，在工件上进行孔加工；将尾架偏移，还可用来车削圆锥体．6.2.2车削加工刀具6.2.2.1车刀的种类车刀按用途可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、成形车刀、螺纹车刀和车孔刀等，如图4-18所示。由于车刀是由刀头和刀体组成的，故按其结构车刀又可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成形车刀等，如图4-19所示。6.3.1、车刀的选择和安装在车削过程中，由于零件的形状、大小和加工要求不同，采用的车刀也不相同。车刀的种类很多，用途各异。1.外圆车刀外圆车刀又称尖刀，主要用于车削外圆、平面和倒角。外圆车刀一般有三种形状（1）直头尖刀，它主要车外圆（2）（2）45°弯头车刀主要用于车削不带台阶的光轴，它可以车外圆、端面和倒角，使用比较方便，头和刀尖部分强度高。（3）90°偏刀偏刀的主偏角为90°，用来车削工件的端面和台阶，有时也用来车外圆，特别是用来车削细长工件的外圆，可以避免把工件顶弯。偏刀分为左偏刀和右偏刀两种，常用的是右偏刀，它的刀刃向左。（４）切断刀和切槽刀切断刀的刀头较长，其刀刃亦狭长，这是为了减少工件材料消耗和切断时能切到中心的缘故。因此，切断刀的刀头长度必须大于工件的半径。（５）.扩孔刀扩孔刀又称镗孔刀，用来加工内孔。它可以分为通孔刀和不通孔刀两种（６）螺纹车刀螺纹按牙型有三角形、方形和梯形等，螺纹的种类很多，其中以三角形螺纹应用最广。采用三角形螺纹车刀车削公制螺纹时，其刀尖角必须为60°．6.3.3车刀的用途各种车刀的基本用途如下：⑴90º外圆车刀（偏刀）用来车削工件的外圆、台阶和端面，分为左偏刀和右偏刀两种。⑵45º弯头刀用来车削工件的外圆、端面和倒角。⑶切断刀用来切断工件或在工件表面切出沟槽。⑷车孔刀用来车削工件的内孔，有通孔车刀和盲孔车刀。⑸成形车刀用来车削台阶处的圆角、圆槽或车削特殊形面工件。⑹螺纹车刀用来车削螺6.3.3车刀的几何形状和角度⑴车刀的组成车刀由刀头和刀杆组成，刀头承担切削工作，刀杆是车刀的夹持部分，其主要作用是保证刀具切削部分有一个正确的工作位置。刀头是一个几何体，是由刀面、刀刃组成，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，如图4-20所示。纹。①前刀面切屑流出时所经过的刀面。②主后面车刀上与工件过渡表面相对的刀面。③副后面车刀上与工件已加工表面相对的刀面。④主刀刃前刀面与主后面相交构成的切削刃，担负主要的切削工作。⑤副刀刃前刀面与副后面相交构成的切削刃，它配合主刀刃完成次要的切削工作，对已加工表面起修光作用。⑥刀尖主刀刃和副刀刃的联结部位。它常被磨成圆弧型或直线型状态，以提高其强度，延长车刀寿命。⑦修光刃副刀刃近刀尖处一窄小的平直刀刃。装刀时修光刃必须平行于走刀的方向，且修光刃长度要大于进给量，才起到修光作用。6所有车刀都由上述各部分组成，但结构可能不同，例如典型的外圆车刀是由三面、二刃、一刀尖组成。而切断刀就有四个面，三个刀刃，二个刀尖组成。此外，切削刃可以是直线，也可以是曲线。如车特形面的成形刀的刀刃就是曲线型。⑵辅助平面为了确定上述刀面及切削刃的空间位置和刀具几何角度的大小，必须建立适当的参考系（坐标平面）。选定切削刃上某一点而假定的几个平面称为辅助平面，如图4-21所示。①基面（pr）通过刀刃上某一选定点并垂直于该点切削速度方向的平面。②主切削平面（ps）通过刀刃上某一选定点，切于工件过渡表面且与基面垂直的平面。③正交平面（po）通过刀刃上某一选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。以上三个平面相互垂直，构成空间直角坐标系。④假定工作平面（pf）通过切削刃选定点与基面垂直，且与假定进给运动方向平行的平面。⑤背平面（pn）通过切削刃选定点并同时垂直于基面和假定工作平面的平面。⑥副切削平面（pˊS）通过副切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面，如图4-22所示。①前角（γ0）是前刀面和基面间的夹角。前角的大小反映了刀具前面倾斜的程度，决定刀刃的强度和锋利程度，影响切削变形和切削力的大小。前角有正负之分，当前面在基面下方时为正值，反之为负值，如图4-22所示为正。前角大，刃口锋利，可减少切削变形和切削力，易切削，易排屑；但前角过大，强度低，散热差，易崩刃。前角的大小主要根据工件材料、刀具材料和加工要求进行选择。硬质合金车刀前角参考值如表4-1所示。表4–1硬质合金车刀前角参考值工件材料前角工件材料前角粗车精车粗车精车低碳钢20°～25°25°～30°灰铸铁10°～15°5°～10°中碳钢10°～15°15°～20°铜及铜合10°～15°5°～10°合金钢10°～15°15°～20°铝及铝合30°～35°35°～40°淬火钢﹣15°～5°钛合金5°～10°②后角（0）是主后面与主切削平面间的夹角。后角的大小决定刀具后面与工件之间的摩擦及散热程度。后角过大，会降低车刀强度，且散热条件差，刀具寿命短；后角过小，磨擦严重，温度高，刀具寿命也短。硬质合金车刀的后角参考值如表4-2所示。③楔角（β0）是前面与主后面间的夹角。β0=90º－（γ0+0）④主偏角（kr）是主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向间的夹角。主偏角的大小决定背向力与进给力的分配比例和刀头的散热条件。主偏角大，背向力小，散热差；主偏角小，进给力小，散热好。工件材料后角工件材料后角粗车精车粗车精车低碳钢8°～10°10°～12°灰铸铁4°～6°6°～8°中碳钢5°～7°6°～8°铜及铜合金6°～8°6°～8°合金钢5°～7°6°～8°铝及铝合金8°～10°10°～12°淬火钢8°～10°钛合金10°～15°不锈钢（奥氏6°～8°8°～10°6.3.4车刀的材料⑴对车刀材料的性能要求①高硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度一般在60HRC以上。②高强度（主要指抗弯强度）刀具材料应能承受切削力和内应力，不致崩刃或断裂。③足够的韧性刀具材料应能承受冲击和振动，不致因脆性而断裂或崩刃④高耐磨性是指刀具材料抵抗磨损的能力，它是刀具材料硬度、强度等因素的综合反映，一般刀具材料的硬度愈高，耐磨性亦愈好⑤高耐热性是指刀具材料在高温下保持较高的硬度、强度、韧性和耐磨性的性能。它是衡量刀具材料切削性能的重要指标。⑥良好工艺性及经济性为了能方便的制造刀具，刀具材料应具备可加工性、可刃磨性、可焊接性及可热处理性等，同时刀具选材应尽可能满足资源丰富、价格低廉的要求。⑵常用的车刀材料目前常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、人造聚晶金刚石及立方氮化硼等，高速钢和硬质合金是两类应用广泛的车刀材料。6.3.6车刀的安装在车削加工前，必须正确安装好车刀，否则，即便是车刀的各个角度刃磨得合理，但其工作角度发生了改变，也会直接影响到切削的顺利进行和工件的加工质量。所以在安装车刀时，要注意下列事项：⑴车刀的悬伸长度要尽量缩短，以增强其刚性。一般悬伸长度约为车刀厚度的1～1.5倍，车刀下面的垫片要尽量少，且与刀架边缘对齐。⑵车刀一定要夹紧，至少用两个螺钉平整压紧。否则车刀崩出，后果不堪设想。6.4.1切屑的形成刀具对工件进行切削，被切削的金属层在刀具切削刃和前面的挤压作用下将产生弹性变形和塑形变形。被切削的金属层的应力较小时，产生的是弹性变形;当应力达到屈服点时，开始产生塑性变形，即产生晶格滑移现象。当继续切削的瞬间，应力和变形达到最大值时，切削层金属被切离并沿刀具前面流出，形成了切屑。⑶车刀刀尖应与工件旋转轴线等高，否则，将使车刀工作时的前角和后角发生改变，如图4-31所示。车外圆时，如果车刀刀尖高于工件旋转轴线，则使前角增大，后角减小，这样加大了后面与工件之间的摩擦；如果车刀刀尖低于工件旋转轴线，则使后角增大，前角减小，这样切削的阻力增大，切削不顺畅；刀尖不对中，当车削至端面中心时会留有凸头，若使用硬质合金车刀时，有可能导致刀尖崩碎。⑶车刀刀尖应与工件旋转轴线等高，否则，将使车刀工作时的前角和后角发生改变，如图4-31所示。车外圆时，如果车刀刀尖高于工件旋转轴线，则使前角增大，后角减小，这样加大了后面与工件之间的摩擦；如果车刀刀尖低于工件旋转轴线，则使后角增大，前角减小，这样切削的阻力增大，切削不顺畅；刀尖不对中，当车削至端面中心时会留有凸头，若使用硬质合金车刀时，有可能导致刀尖崩碎。⑷车刀刀杆中心线应与进给运动方向垂直，如图4-32（b）所示。否则将使车刀工作时的主偏角和副偏角发生改变。主偏角减小，进给力增大；副偏角减小，加剧摩擦。6.4.2切屑的种类常见的切屑呈带状，节状及崩碎状。6.4.3积屑瘤切削塑性材料时，有时会在刀尖部位粘结着一小块很硬的金属楔块，它称为积屑瘤。6.4.4切削力在切削过程中.存在着切削层金属产生弹性变形和塑性变形的抗力，还存在着刀具与切屑，工件表面间的摩擦阻力，他们的合力即是总切削力F。6.4.5切削热在切削过程中，切削力所做的功几乎全部转化为热量，是切削区的温度升到，引起工件的热变形，其结果是影响工件的加工精度。6.4.6刀具磨损与刀具耐用度6.5轴的车削6.5.1采用两中心孔这是最常用的一种方式。因为轴类零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面的同轴度以及端面对主轴轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，轴的中心线的具体具现是两端面的中心孔，采用两中心孔定位，符合基准重合这一基本定位原则,再则，采用中心孔定位，能够最大限度地在一次安装中加工出多个外圆和端面，完成多道工序的切削加工，符合基准统一原则。所以，应尽可能采用中心孔作为轴类零件加工的定