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1、车削加工工艺基础车削加工工艺基础第四章第四章车削加工工艺基础车削加工工艺基础车削加工工艺基础车削加工工艺基础4.1 4.1 车床概述车床概述4.2 4.2 车削加工基础知识车削加工基础知识4.3 4.3 轴类零件的加工工艺轴类零件的加工工艺4.4 4.4 盘套类零件车削加工工艺盘套类零件车削加工工艺 4.1 4.1 车床概述车床概述 4.1 4.1 车床概述车床概述 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
2、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 4.1 车床概述车床概述图4-1 CA6140型卧式车床 4.1 4.1 车床概述车床概述4.1.1.1 4.1.1.1 CA6140CA6140型车床主要部件及功用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
3、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 4.1 车床概述车床概述（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 4.1 车床概述车床概述（5）刀架部件 由两层滑板（中、小滑板）、床鞍与刀架体共同组成。
4、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 4.1 车床概述车床概述 （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
5、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 4.1 车床概述车床概述（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
6、.1.2 CA6140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 4.1 车床概述车床概述图4-2 CA6140车床传动系统示意图 4.1 4.1 车床概述车床概述主运动：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 4.1 车床概述车床概述 CA6140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/T 153751994规定，CA6140型号的含义如下：C
7、A 6 1 40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 4.1 车床概述车床概述 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、9 1500、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 4.1 车床概述车床概述 主轴转速：正转（24级）101400r/min 反转（12级）141580r/min 车削螺纹范围：米制（44种）1192 英制（20种）224牙/
8、in（25.4）模数螺纹（39种）0.2548 径节螺纹（37种）196 进给量（纵、横各64种）：纵向 0.081.59/r 横向 0.040.795/r 纵向快移速度 4m/min 横向快移速度 2m/min 4.1 4.1 车床概述车床概述 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 0.01100精车平面平面度 0.02400表面粗糙度 Ra 2.51.25m 4.1 4.1 车床概述车床概述4.1.2 4.1.2 车床主要附件车床主要附件
9、 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 4.1 车床概述车床概述 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 4.1 车床概述车床概述（
10、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 4.1 车床概述车床概述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
11、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 4.1 车床概述车床概述 用花盘安装工件有两种形式：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；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 4.1 车床概述车床概述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60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 4.1 车床概述车床概述 前
12、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 4.1 车床概述车床概述 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
13、，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 4.1 车床概述车床概述 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 4.1 车床概述车床概述 一般前、后顶尖是不能直接
14、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 4.1 车床概述车床概述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
15、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 4.1 车床概述车床概述 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）（
16、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 4.1 车床概述车床概述 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
17、。4.1 4.1 车床概述车床概述 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 4.1 车床概述车床概述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（IT7IT9），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.
18、1 4.1 车床概述车床概述 4.1 4.1 车床概述车床概述 （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 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 4.1 车床概述车床概述 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1/10001/5000间，如图4-12（b）所
19、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。胀力心轴 适用于中小型工件的安装。它是通过调整锥形螺钉使心轴一端作微量的径向扩张，将工件胀紧，如图4-12（c）所示。这种心轴可实现快速装拆。伞形心轴 适用于安装以毛坯孔为基准车削外圆的带有锥孔或阶梯孔的工件。该心轴装拆迅速、装夹牢固，能装夹一定尺寸范围内不同孔径的工件，如图4-12（d）所示。4.1 4.1 车床概述车床概述4.1.2.6 弹簧卡头 当工件外圆表面结构简单，而内孔表面较复杂时，则采用弹簧卡头实现工件的夹紧。装夹时，以工件的外圆表面
20、为定位基准，旋转压紧螺母，在螺母端面的作用下，弹簧套筒往左移动向中心均匀收缩，使工件获得准确的定位和牢固的夹紧，如图4-13所示。图4-13 弹簧卡头 4.1 4.1 车床概述车床概述4.1.3 4.1.3 工件的安装工件的安装 车削加工时，工件必须先在车床夹具上进行找正、夹紧。由于工件的形状、大小和加工数量的不同，必须采用不同的安装方法。4.1.3.1 用三爪卡盘安装工件 三爪卡盘的结构如图4-3所示，安装工件如图4-14所示。安装时，将扳手方榫插入小锥齿轮2的方孔1中转动，小锥齿轮2就带动大锥齿轮3转动。大锥齿轮3的背面是一平面螺纹4，三个卡爪5背面的螺纹与平面螺纹啮合，因此当平面螺纹转动
21、时，就带动三个卡爪同时作向心或离心移动，当三个卡爪的张开度足以容纳工件时，将工件装上，再用板手锁紧。4.1 4.1 车床概述车床概述 三爪卡盘能自动定心，装夹方便，但是定心精度不高。若因三爪卡盘使用太长时间，而失去了应有的精度，在加工高精度的工件时，也需要找正。三爪卡盘适于装夹截面为圆形、三角形、六方形的轴类和中小型盘类零件。图4-14 用三爪卡盘安装工件的方法（a）正爪装夹圆柱面（b）正爪装夹内圆柱面（c）反爪装夹 4.1 4.1 车床概述车床概述4.1.3.2 四爪卡盘安装工件 四爪卡盘的结构如图4-4所示。在四爪卡盘上安装工件，必须保证工件的几何中心与车床主轴的回转中心重合。找正方法如下
22、：先将卡爪张开，使相对的两个爪的距离稍大于工件的直径。然后装上工件，先用两个相对的爪夹紧，再用另两个相对的爪夹紧。这时可根据卡盘端面上的圆弧线来初步判定四个卡爪的相对位置。用划针盘找正外圆。找正时，先使划针稍离工件外圆，如图4-15（a）所示，慢慢地旋转卡盘，观察工件表面与针尖之间间隙的大小。然后根据间隙的差异来调整相对卡爪的位置，其调整量约为间隙差异值的一半。经过几次调整，直到工件旋转一周，针尖与工件表面距离均等为止。4.1 4.1 车床概述车床概述图4-15 用划针盘校正工件（a）校正外圆 （b）校正平面 （c）用百分表校正工件 4.1 4.1 车床概述车床概述 用四爪单动卡盘装夹工件的特
23、点：夹紧可靠、用途广泛，但不能自动定心，需要与划针盘、百分表配合进行找正安装工件。通过校正后的工件安装精度较高，夹紧可靠。适于方形、长方形、椭圆形及各种不规则形状零件的装夹。4.1.3.3 用两顶尖安装工件 用两顶尖间进行工件的安装，一般适于长轴、长丝杠等较长工件，或须经过多次装夹，或有较多工序的工件等情况。用顶尖安装工件，需在工件的两端面上预先钻出中心孔。4.1 4.1 车床概述车床概述 中心孔的形状和种类 中心孔有：A型（不带护锥）、B型（带护锥）、C型（带螺纹孔）和R型（带弧型）四种。常用的中心孔有A型和B型，如图4-16所示。A型中心孔由圆柱孔和圆锥孔两部分组成。圆锥孔的角度一般是60
24、，它与顶尖配合，用来定中心、承受工件重量和切削力；圆柱孔用来储存润滑油和保证顶尖的锥面和中心孔的圆锥面配合贴切，不使顶尖触及工件，保证定位正确。B型中心孔是在A型中心孔的端部另加上120圆锥孔，用以保护60锥面不被碰毛，并使端面容易加工。一般精度要求较高，工序较多的工件用B型中心孔。4.1 4.1 车床概述车床概述 两顶尖安装工件的方法 两顶尖安装工件的方法见图4-9（a）及4-9（b）所示，工件支撑在前后两顶尖之间，工件的一端用鸡心夹头夹紧，由安装在主轴上的拨盘带动旋转。该方法定位精度高，能保证轴类零件的同轴度。图4-16 中心孔及中心钻（a）A型中心孔及中心钻 （b）B型中心孔及中心钻 4.1 4.1 车床概述车床概述4.1.3.4 用一夹一顶方法安装工件 在车削较重、较长的轴体零件时，可采用一端夹持，另一端用后顶尖顶住的方式安装工件，这样会使工件更为稳固，从而能选用较大的切削用量进行加工。为了防止工件因切削力作用而产生轴向窜动，必须在卡盘内装一限位支承，或用工件的台阶作限位。如图4-17所示。此装夹方法比较安全，能承受较大的轴向切削力，故应用很广泛。图4-17 一夹一顶安装工件（a）用限位支承 （b）用工件台阶限位