外圆表面的车削加工.docx

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外圆表面的车削加工

外圆表面的车削加工

1.外圆车削的形式和加工精度

车削外圆是一种最常见、最基本的车削方法，其主要形式见图1。

图1车削外圆的形成

车削外圆一般可划分为荒车、粗车、半精车、精车和精细车，各种车削方案所能达到的加工精度和表面粗糙度各不相同，必须合理的选用。

详见表1。

表1外圆表面加工方案

序号

加工方法

经济精度（公差等级）

经济粗糙度Ra值/μm

使用范围

1

粗车

IT13~IT11

50~12.5

适用于淬火钢以外的各种金属

2

粗车-半精车

IT10~IT8

6.3~3.2

3

粗车-半精车-精车

IT8~IT7

1.6~0.8

4

粗车-半精车-精车-滚压

IT8~IT7

0.2~0.0255

5

粗车-半精车-磨削

IT8~IT7

0.8~0.4

主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不适用于有色金属

6

粗车-半精车-粗磨-精磨

IT7~IT6

0.4~0.1

7

粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨）

IT5

0.1~0.012（或Rz0.1）

8

粗车-半精车-精车-精细车（金刚车）

IT7~IT6

0.4~0.025

主要用于要求较高的有色金属

9

粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨）

IT5以上

0.025~0.006（或Rz0.1）

极高精度的外圆加工

10

粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨

IT5以上

0.1~0.012   （或Rz0.1）

2.外圆车削工件的装夹方法

外圆车削加工时，最常见的工件装夹方法见表2。

表2最常见的车削装夹方法

名称

装夹简图

装夹特点

应用

三爪卡盘

三个卡爪可同时

移动,自动定心,

装夹迅速方便 

长径比小于4，截面为圆形，六方体的中、小型工件加工

四爪卡盘

四个卡爪都可单独移动,装夹工件需要找正 

长径比小于4，截面为方形、椭圆形的较大、较重的工件

花盘

盘面上多通槽和T形槽,使用螺钉、压板装夹，装夹前需找正

形状不规则的工件、孔或外圆与定位基面垂直的工件的加工

双顶尖

定心正确，装夹稳定

长径比为4～15的实心轴类零件加工

双顶尖中心架

支爪可调，增加工件刚性 

长径比大于15的细长轴工件粗加工

一夹一顶跟刀架

支爪随刀具一起运动，无接刀痕

长径比大于15的细长轴工件半精加工、精加工

心轴

能保证外圆、端面对内孔的位置精度

以孔为定位基准的套类零件的加工

3.车刀的结构形式

车刀按结构不同可分为整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式等几种。

整体式车刀是将车刀的切削部分与夹持部分用同一中材料制成，如尺寸不大的高速钢车刀常用这种结构。

焊接式车刀是在碳钢刀杆（常用45钢）上根据刀片的形状和尺寸铣出刀槽后将硬质合金刀片钎焊在刀槽中,然后刃磨出所需的几何参数。

焊接式车刀结构简单、紧凑、刚性好、灵活性大，可根据切削要求较方便地刃磨出所需角度，故应用广泛。

但经高温钎焊的硬质合金刀片，易产生应力和裂纹，切削性能有所下降，并且刀杆不能重复使用，浪费较大。

机夹重磨式车刀的刀片与刀杆是两个可拆的独立元件，切削时靠夹紧元件将它们紧固在一起，由于避免了因焊接产生的缺陷，可提高刀具的切削性能，并且刀杆可多次使用。

机夹可转位式车刀是将压制有合理几何参数、断屑槽、并有几个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法，装夹在标准刀杆上，以实现切削的一种刀具结构。

当刀片的一个切削刃磨钝后，松开夹紧元件，把刀片转位换成另一新切削刃，便可继续使用。

与焊接式车刀相比，机夹可转位式车刀具有切削效率高，刀片使用寿命长，刀具消耗费用低等优点。

可转位车刀的刀杆可重复使用，节省了刀杆材料。

刀杆和刀片可实现标准化、系列化，有利用刀具的管理工作。

图2为常见车刀的结构示意图。

图2常用车刀结构示意图

4.外圆车刀的选择和装夹

外圆车刀应根据外圆表面加工方案选择。

粗车外圆要求外圆粗车刀强度高，能在切削深度大或走刀速度快的情况下保持刀头坚固。

精车外圆要求外圆车刀刀刃锋利、光洁。

如图1所示，主偏角Кr=75°外圆车刀刀头强度高，生产中常选用为外圆粗车刀；

主偏角Кr=45°弯头车刀，使用方便，还可以车端面和倒角，但因其副偏角К'r大，工件表面加工粗糙，不适于精加工；主偏角Кr=90°的外圆车刀可用粗车或精车，还可车削有垂直台阶的外圆和细长轴。

车刀在刀架上的安装高度，一般应使刀尖在与工件旋转轴线等高的地方．安装时可用尾架顶尖作为标准，或在工件端面车一印痕，就可知道轴线位置，把车刀调整安装好。

车刀在刀架上的位置，一般应垂直于工件旋转轴线，否则会引起主偏角Кr变化，还可能使刀尖扎入工件已加工表面或影响表面粗糙度质量。

5.车床

（1）车床的用途      车床主要用于加工零件的各种回转表面，如内外圆柱表面，内外圆锥表面，成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能车削螺纹表面。

由于大多数机器零件都具有回转表面，并且大部分需要用车床来加工，因此，车床是一般机器制造厂中应用最广泛的一类机床，约占机床总数的35%~50%。

在车床上，除使用车刀进行加工之外，还可以使用各种孔加工刀具（如钻头、铰刀、镗刀等）进行孔加工，或者使用螺纹刀具（丝锥、板牙）进行内、外螺纹加工。

（2）车床的运动     

①工件的旋转运动    是车床的主运动，其特点是速度较高，消耗功率较大。

②刀具的直线移动    是车床的进给运动，是使毛坯上新的金属层被不断投入切削，以便切削出整个加工表面。

上述运动是车床形成加工表面形状所需的表面成形运动。

车床上车削螺纹时，工件的旋转运动和刀具的直线移动则形成螺旋运动，是一种复合成形运动。

（3）车床的分类    为适应不同的加工要求，车床分为很多种类。

按其结构和用途不同，可分为：

卧式车床（图3）、立式车床（图4）、转塔车床、回轮车床、落地车床、液压仿形及多刀自动和半自动车床、各种专用车床（如曲轴车床、凸轮车床等）、数控车床和车削加工中心等。

1、11—床腿2—进给箱3—主轴箱4—床鞍5—中滑板6—刀架

7—回转盘8—小滑板9—尾架10—床身12—光杠13—丝杠14—溜板箱

图3CA6140型卧式车床

图4立式车床

6.CA6140型卧式车床

（1）机床的工艺范围及其组成    CA6140型卧式车床的工艺范围很广，能适用于各种回转表面的加工，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转面；车削端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花、攻螺纹和套螺纹等工作。

其加工的典型表面见图5。

图5CA6140型卧式车床加工的典型表面

CA6140型卧式车床的通用性较强，但机床的结构复杂且自动化程度低，加工过程中辅助时间较长，适用于单件、小批量生产及修理车间。

CA6140型卧式车床的布局及组成见图3。

图6CA6140型卧式车床的传动系统图

（2）机床的传动系统    图6为CA6140型卧式车床的传动系统图。

图中左上方的方框内表示机床的主轴箱，框中是从主电动机到车床主轴的主运动传动链。

传达链中的滑移齿轮变速机构，可使主轴得到不同的转速；片式摩擦离合器换向机构，可使主轴得到正、反向转速。

左下方框表示进给箱，右下方框表示溜板箱。

从主轴箱中下半部分传动件，到左外侧的挂轮机构、进给箱中的传动件、丝杆或光杠以及溜板箱中的传动件，构成了从主轴到刀架的进给传动链。

进给换向机构位于主轴箱下部，用于切削左旋或右旋螺纹，挂轮或进给箱中的变换机构，用来决定将运动传给丝杠还是光杠。

若传给丝杠，则经过丝杠和溜板箱中的开合螺母，把运动传给刀架，实现切削螺纹传动链；若传给光杠，则通过光杠和溜板箱中的转换机构传给刀架，形成机动进给传动链。

溜板箱中的转换机构用来确定是纵向进给或是横向进给。

①主运动传动链    运动由主电动机经V带轮传动副Ф130mm/Ф230mm传至主轴箱中的轴Ⅰ,轴Ⅰ上装有双向多片摩擦离合器M1,使主轴正转、反转或停止。

主运动传动链的传动路线表达式为

由传动路线表达式可以看出，主轴可获得2×3×[（2×2）+1]=30级正转转速，由于轴Ⅲ至轴Ⅴ间的两组双联滑移齿轮变速组的4种传动比为

其中u2=u3,所以实际只有3种不同的传动比，因此主轴只能获得

2×3×［（2×2－1）+1］＝24级正转转速。

同理主轴可获得3×［（2×2－1）+1］＝12级反转转速。

主轴反转时，轴Ⅰ－Ⅱ间传动比的值大于正转时传动比的值，所以反转转速大于正转转速。

主轴反转一般不用于切削，而是用于车削螺纹时，切削完一刀后，使车刀沿螺旋线退回，以免下一次切削时“乱扣”。

转速高，可节省辅助时间。

②车削螺纹传动链   CA6140型车床能够车削米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹，还能够车削大导程、非标准和较精密的螺纹，这些螺纹可以是左旋的也可以是右旋的。

车削螺纹传动链的作用，就是要得到上述各种螺纹的导程。

表3各种标准螺纹的螺距参数及其与螺距、导程的换算关系

螺纹种类

螺距参数

螺距/mm

导程/mm

米制

螺距P/mm

P=P

L=KP

模数制

模数m/mm

Pm=πm

Lm=KPm=Kπm

英制

每英寸牙数a（牙/in）

Pa=25.4/a

La=KPa=25.4K/a

径节制

径节DP（牙/in）

PDP=25.4π/DP

LDP=KPDP=25.4Kπ/DP

不同标准的螺纹用不同的参数表示其螺距，表3列出了米制、英制、模数制和径节制四种螺纹的螺距参数及其与螺距Ｐ、导程Ｌ之间的换算关系。

车削螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹的一个导程

LI，其运动平衡式为

注：

表中K为螺纹线数

式中 u——从主轴到丝杠之间的总传动比；

     L丝——机床丝杠的导程（CA6140型车床L丝=12mm）；

     LI——被加工螺纹的导程（mm）。

在这个平衡式中，通过改变传动链中的传动比u，就可以得到要加工的螺纹导程。

CA6140型车床车削上述各种螺纹时传动路线表达式为

其中u基是轴ⅩⅢ和轴ⅩⅣ之间变速机构的8种传动比，即：

上述变速机构是获得各种螺纹的基本机构，称为基本螺距机构或称基本组。

u倍是轴ⅩⅤ和轴ⅩⅦ之间变速机构的4种传动比，即：

上述4种传动比按倍数关系排列。

用于扩大机床车削螺纹导程的种数。

这个变速机构称为增倍机构或增倍组。

在加工正常螺纹导程时，主轴Ⅵ直接传动轴Ⅸ，其间传动比

，此时能加工的最大螺纹导程L=12mm。

如果需要车削导程更大的螺纹时，可将轴Ⅸ的滑移齿轮58向右移动，使之与轴Ⅷ上的齿轮26啮合，从主轴Ⅵ至轴Ⅸ间的传动比为

这表明，当车削螺纹传动链其它部分不变时，只做上述调整，便可使螺纹导程比正常导程相应地扩大4倍或16倍。

通常把上述传动机构称之为扩大螺距机构。

在CA6140型车床上，通过扩大螺距机构所能车削的最大米制螺纹导程为192mm。

必须指出，扩大螺距机构的传动比u扩是由主运动传动链中背轮机构齿轮的啮合位置所确定的，而背轮机构一定的齿轮啮合位置，又对应一定的主轴转速，因此，主轴转速一定时，螺纹导程可能扩大的倍数是确定的。

具体地说，主轴转速是10～32r/min时，导程可扩大16倍；主轴转速是40～125r/min时，导程可扩大4倍；主轴转速更高时，导程不能扩大。

这也正好符合大导程螺纹只能在低速时车削的实际需要。

当需要车削非标准螺纹和精密螺纹时，需将进结箱中的齿式离合器M3、M4和M5全部接合上，此时，轴ⅩⅡ、ⅩⅣ、ⅩⅦ和丝杠ⅩⅧ联成一体，运动由挂轮直接传给丝杠，被加工螺纹的导程L工可通过选配挂轮来实现，因此可以车削任意导程的非标准螺纹。

同时，由于传动链大大地缩短，减少了传动件制造和装配误差对螺纹螺距精度的影响，若选用高精度的齿轮做为挂轮，则可加工精密螺纹。

挂轮换置公式为：

③纵向和横向机动进给传动链    纵向进给一般用于外圆车削，而横向进给用于端面车削。

为了减少丝杠的磨损和便于操纵，机动进给是由光杠经溜板箱传动的，其传动路线表达式为：

CA6140型车床纵向机动进给量有64级。

其中，当进给运动由主轴经正常螺距米制螺纹传动路线时，可获得范围为0.08～1.22mm/r32级正常进给量；当进给运动由主轴经正常螺距英制螺纹传动路线时，可获得0.86～1.59mm/r8级较大进给量；若接通扩大螺距机构，选用米制螺纹传动路线，并使u倍=1/8，可获得0.028～0.054mm/r8级用于高速精车的细进给量；而接通扩大螺距机构，采用英制螺纹传动路线，并适当调整增倍机构，可获得范围为1.71～6.33mm/r16级供强力切削或宽刃精车之用的加大进给量。

分析可知，当主轴箱及进给箱中的传动路线相同时，所得到的横向机动进给量级数与纵向相同，且横向进给量f横=1/2f纵。

这是因为横向进给经常用于切槽或切断，容易产生振动，切削条件差，故使用较小进给量。

④刀架快速移动传动链    刀架的快速移动是由装在溜板箱内的快速电动机（0.25kw,2800r/min）驱动的。

按下快速移动按钮，启动快速电动机后，由溜板箱中的双向离合器M8和M9控制其纵、横双向快速移动。

刀架快速移动时，可不必脱开机动进给传动链，在齿轮56与轴之间装有超越离合器M6，可保证光杠和快速电机同时传给轴运动而不相互干涉。