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1、机械0911 潘赟豪 0920116123论外圆的车削加工工艺一摘要外圆表面是轴类零件的主要工作表面，外圆表面的加工中，车削得到了广泛的应用。车削不仅是外圆表面粗加工、半精加工的主要方法，也可以实现外圆表面的精密加工。粗车可采用较大的背吃刀量和进给量，以较少的时间切去大部分加工余量，获得较高的生产率。半精车可以提高工件的加工精度，减小表面粗糙度，因而可以作为中等精度表面的最终工序，也可以作为精车或磨削的预加工。精车可以使工件表面具有较高的精度和较小的粗糙度。通常采用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度进行加工，可作为外圆表面的最终工序或光整加工的预加工。精细车常用作某些外圆表面的终加工工序。
2、例如，在加工大型精密的外圆表面时，可用精细车来代替磨削；精细车削所用的车床，应具备较高的精度与刚度，车刀具有良好的耐磨性能(如金刚石车刀)，采用高的切削速度(V150mmin)，小的背吃刀量(ap=O02005mm)和小的进给量(O0202mmr)，使得切削过程中的切削力小，积屑瘤不易生成，弹性变形及残留面积小，以保证获得较高的加工质量。选择粗车、精车及其所用的车床时，不能仅仅考虑其所能达到的加工精度和表面粗糙度。而且还要考虑其在工件加工过程中的不同作用，以及不同的生产条件等。二加工方法1.粗车车削加工是外圆粗加工最经济有效的方式。粗车可以高效的切除毛坯上的金属，因此它的主要任务是提高生产效率
3、。粗车可以通过尽可能的加大背吃刀量和进给量的方法来提高生产效率。一般采用较低的切削速度来保证刀具的寿命。加工时，采用较大的主偏角，这样可以减小背向力，从而防止工件产生变形和波动；刀具的前角，后角和负值的刃倾角较小，从而增强刀具切削的强度。粗车所能达到的加工精度为IT12IT11，表面粗糙度Ra为5012.5m。2.精车精车可以保证零件的加工精度和表面粗糙度。精车时一般采用较小的背吃刀量与进给量以及较高的切削速度（v100mmin）。在车大型的轴类零件外圆时，一般采用宽刃车刀低速精车（v=212mmin）。在精车的时候，采用较大的前角，后角以及正值的刃倾角可以提高加工精度。精车可以作为较高精度外
4、圆的最终加工以及精细加工的预加工。精车的加工精度达到IT8IT6级，表面粗糙度Ra可达1.60.8m。3.细车细车的特点是：背吃刀量和进给量取值极小，切削速度高达1502000mmin。精细车一般采用立方氨化硼（CBN）、金刚石等超硬材料刀具进行加工，所用机床也必须是主轴能作高速回转、并具有很高刚度的高精度或精密机床。精细车的加工精度及表面粗糙度与普通外圆磨削大体相当，加工精度可达IT6以上，表面粗糙度Ra可达040.005m。多用于磨削加工性不好的有色金属工件的精密加工，对于容易堵塞砂轮气孔的铝及铝合金等工件，精细车更为有效。在加工大型精密外圆表面时，精细车可以代替磨削加工。三提高外圆表面车
5、削生产效率的途径1.高速切削 一般指采用硬质合金刀具所能达到的切削速度的切削加工。磨削速度在45m/s以上的切削称为高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可提高效率， 又可减小表面粗糙度。用硬质合金刀具高速车削普通钢材的切削速度可达200m/min；用陶瓷刀具可达500m/min；用金刚石刀具车削有色金属的切削 速度可达 900m/min。实验室中试验的超高速切削的速度可达4000m/min以上。60年代以来，磨削速度已从 30m/s左右逐步提高到45、60、80以至100m/s；实验室中的磨削速度已达200m/s。高速切削(或磨削)要求机床具有高转速、高刚度、大功 率和抗振性好的工艺系统；要求刀
6、具有合理的几何参数和方便的紧固方式，还需考虑安全可靠的断屑方法。2.采用强力切削指大进给或大切深的切削加工，一般用于车削和磨削(见缓进给磨削)。强力车削的主要特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面的 副切削刃同时参与切削，故可把进给量比一般车削提高几倍甚至十几倍。在一般机床上，只要功率足够和工艺系统刚度好就可实行强力切削。与高速切削比较，强力 切削的切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高；缺点是加工表面较粗糙。强力切削时，径向切削力很大，故不适于加工细长工件。3.采用多刀加工法多刀加工是通过减少刀架行程长度提高生产效率的。四车刀的种类和用途一、车刀是应用最广的一种单刃刀具，也是
7、学习、分析各类刀具的基础。 车刀用于各种车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。 车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。二、硬质合金焊接车刀 所谓焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。三、机夹车刀 机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。此类刀具有如下特点：（1）刀片不经过高温焊接，避免了因焊接而引起的刀片硬度下降、产生裂纹等缺陷，提高了刀具的耐用度。 （2）由于刀具耐用度提高，使用时
8、间较长，换刀时间缩短，提高了生产效率。 （3）刀杆可重复使用，既节省了钢材又提高了刀片的利用率，刀片由制造厂家回收再制，提高了经济效益，降低了刀具成本。 （4）刀片重磨后，尺寸会逐渐变小，为了恢复刀片的工作位置，往往在车刀结构上设有刀片的调整机构，以增加刀片的重磨次数。 （5）压紧刀片所用的压板端部，可以起断屑器作用。四、可转位车刀 可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作。 1可转位刀具的优点 与焊接车刀相比，可转位车刀具有下述优点: （1）刀具寿命高 由于刀
9、片避免了由焊接和刃磨高温引起的缺陷,刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具寿命。 （2）生产效率高 由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。 （3）有利于推广新技术、新工艺 可转位刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。 （4）有利于降低刀具成本 由于刀杆使用寿命长，大大减少了刀杆的消耗和库存量，简化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。 2可转位车刀刀片的夹紧特点与要求 （1）定位精度高 刀片转位或更换新刀片后，刀尖位置的变化应在工件精度允许的范围内。 （2）刀片夹紧可靠 应保证刀片、刀垫、刀杆接触面紧密贴合，经得起冲击和振动，但夹紧力也不宜过大，应力
10、分布应均匀，以免压碎刀片。 （3）排屑流畅 刀片前面上最好无障碍，保证切屑排出流畅，并容易观察。 （4） 使用方便 转换刀刃和更换新刀片方便、迅速。对小尺寸刀具结构要紧凑。 在满足以上要求时，尽可能使结构简单，制造和使用方便。五、成形车刀 成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面。 用成形车刀加工零件时可一次形成零件表面，操作简便、生产率高，加工后能达到公差等级IT8IT10、粗糙度为105m，并能保证较高的互换性。但成形车刀制造较复杂、成本较高，刀刃工作长度较宽，故易引起振动。 成形车刀主要用在加工批量较大的中、小尺寸带成形
11、表面的零件。五CA6140型卧式机床一、主轴箱CA6140型车床主轴箱内有：主轴部件、主传动变速及操纵机构、摩擦离合器及制动器、主轴到挂轮间的传动与换向机构以及润滑装置等。下图是展开图1.卸荷带轮电动机经型带将运动传至轴 I 左端的带轮 2上。带轮2与花键套1用螺钉连接成一体，支承在支承套3内孔中的两个深沟球轴承上。支承套3固定在主轴箱体4上。作用在带轮2上的皮带拉 力，通过花键套1、滚动轴承和支承套3，最后传给主轴箱体。而扭矩则由带轮经过花键套1传给轴 I 。这样，轴 I 只传递扭矩而避免了由皮带拉力产生的弯曲变形。这种皮带轮起到了卸荷的作用。2. 双向片式摩擦离合器及其操纵机构轴 I 上装
12、有双向片式摩擦离合器，其主要作用是实现主传动的换向。摩擦离合器由内摩擦片 3、外摩擦片2、定位片10、11，压紧块8及调整螺母9组成。左、右两边的双联齿轮和单联齿轮分别空套在轴 I 上，当电动机启动后，经皮带带动轴 I 旋转，这时并不能直接带动上述两个齿轮转动，而要通过摩擦离合器的内、外片的接合才能转动。离合器的内、外两组摩擦片依次相间安装，外摩擦片2外圆周上有4个凸起，正好嵌在双联空套齿轮1罩壳的缺口中，外片的内 孔大于轴 I 上的花键。内摩擦片 3外圆无凸起略小于齿轮1罩壳的内径，内孔是花键孔，装在轴 I 的花键上并同轴 I一起旋转。当杆7通过销5向左推动压紧块8时，使内、外片互相压紧。轴
13、I的转矩便通过摩擦片间的摩擦力矩传给空套齿轮1，使主轴正转。件10和11起限 制摩擦片轴向位置的作用。同理，当压紧块8向右推时，使主轴反转。压紧块8处于中间位置时，左、右离合器均脱开，主轴及轴 II 以后其他各轴传动停转。右摩擦离合器结构与左摩擦离合器结构原理相同，就是摩擦片数少一些。离合器接合和脱开的操纵，由溜板箱右侧的开关杠19上的手柄18完成。当向上扳动手柄时，通过杠杆机构20、21使扇形齿轮17顺时针转 动，带动齿条22向右移动，其上的拨叉23拨动轴I右端的滑套12右移。滑套12右移时，将元宝销(杠杆)6的右角压下，元宝销6绕其回转中心顺时针转 动，下端的凸缘推动装在轴I内孔中的拉杆7
14、左移，并通过销5带动压紧块8向左压紧，主轴正转。当手柄18向下扳时，右离合器压紧，主轴反转。当手柄18处 于中间位置时，离合器脱开，主轴停转。为了缩短停车的辅助时间，主轴箱中还装有闸带式制动器15和16，该制动器与摩擦离合器操纵机构联动。当正转和反转时，齿条22上的凹槽处与杠杆14的下 端接触，使14顺时针转动，制动器松开；当停车时(手柄18处于中间位置时)，22上的凸起处与14接触，杆14逆时针转动，拉紧闸带，制动器工作，使主 轴立即停下来。13是调整螺钉。摩擦离合器除换向和传递扭矩外，还可起到断开传动键的作用。车床往往要频繁变换主轴转速，如果利用关停主电机来停车变速(转动时变速会损坏齿轮)
15、，电机频 繁起动易损坏。利用摩擦离合器的脱开位置，可切断轴 I 以后的传动链，在主电机运转情况下，轴 II 后各轴停转，即可变速。此外，摩擦离合器还可起到过载保护作用。当机床过载时，摩擦片打滑，主轴停转，就可避免损坏机床。摩擦片间的压紧力是可以调整的， 调整时，先压下防止螺母9松动的弹簧销4，同时拧动压紧块8上的圆螺母9，圆螺母9轴向移动，改变摩擦片间的间隙，即可达到调整摩擦力大小的作用，调整 后，使弹簧销4重新卡进螺母9的缺口中，避免螺母松动。3.传动机构主轴箱中的传动机构包括定比机构和变速机构两部分，前者仅用于传递运动和动力，或进行升速、降速，一般采用齿轮传动副；后者用来使主轴变速，通常采
16、用滑移齿轮变速机构，因其结构简单紧凑，传动效率高。4.传动齿轮主轴箱中的传动齿轮多数是直齿的，为了使传动平稳，在轴间使用了一对斜齿轮。齿轮和传动轴的连接，有固定、空套和滑移的三种。在主轴箱中共有七个滑移齿轮，其中：轴、上的滑移齿轮和主轴上的齿轮离合器M2上的齿轮是用于主轴变速的；轴、上的滑移齿轮是分别用于车削左、右旋螺纹及正常螺距、扩大螺距的变换。操纵这些滑移齿轮共用三套操纵机构。5. 传动轴的支承结构主轴箱中的传动轴由于转速较高，一般采用向心球轴承或圆锥滚子轴承支承。常采用的双支承结构，对较长的传动轴，为了提高其刚性，则采用三支承结构。例如，轴、的两端各装有一个圆锥滚子轴承，在中间还装有一个
17、向心球轴承作为辅助支承。6. 主轴及轴承主轴是车床的主要零件之一，在工作时承受很大的切削力，故要求主轴具有足够的刚度和较高的精度。它是一个空心的阶梯轴，其内孔（48）用于通过47以下的长棒料或穿入钢棒以卸下顶尖，也可用于装置气动、电动和液压夹紧机构。主轴前端的锥孔为莫氏6号锥度，用于安装顶尖套及前顶尖；也可安装心轴，有自锁作用，可借助于锥面配合的摩擦力直接带动心轴和工件转动。主轴后端具有锥度为1:2O的锥孔，它是加工主轴用的工艺基准面。主轴前端采用短锥法兰式结构，用于安装卡盘或拨盘，由主轴端面上的圆形拨块传递扭矩。主轴尾部的圆柱面用作安装各种辅具（电气、液压及气动装置等）的安装基面。主轴有前、
18、中、后三个支承，保证主轴具有较好的刚性。这种支承方式要求箱体上三个支承孔的同轴度好，否则不但装配困难，并影响主轴的工作性能。采用三支承后，主轴空转时摩擦功率的损耗较大。前支承由两个滚动轴承组成。前面是D级精度的318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承，用于承受径向力，这种轴承具有刚性好，精度高，尺寸小和承载能力大等优点。另外采用一个D级精度双列60角接触向心推力轴承，以承受正反两方向的轴向力。这种轴承的轴向承载能力、刚性和极限转速都较高。该机床主轴推力轴承安装在前支承中，离加工部位的距离较近，中、后轴承都只能承受径向载荷，而在轴向方向可以游动，当主轴在长时间运转发热膨胀时，可以允许向后微量伸
19、长，以减少主轴的弯曲变形，因而对加工精度的影响较小。但结构复杂，装配不方便。后支承使用一个E级精度的318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承。主轴的中间支承是一个E级精度的32216型单列向心短圆柱滚子轴承。主轴支承对主轴的运转精度及刚度影响很大。主轴轴承应在无间隙（或少量过盈）条件下进行运转。轴承中的间隙，直接影响机床的加工精度。因此，主轴轴承的间隙须定期地进行调整。前轴承间隙的调整方法为：松开前端螺母，拧动带锁紧键的圆螺母，这时轴承的内环就相对主轴锥形轴颈向右移动；由于该轴承内环很薄，而且内孔也和主轴锥面一样，具有1：12的锥度，因此，内环在轴向移动时，便产生向外的径向弹性变形（胀大），达到调整轴承径向间隙或预紧的目的。 主轴的径向跳动和轴向跳动允差都是0.01。 主轴的径向跳动影响加工表面的圆度和同轴度；轴向跳动影响加工端面的平面度和螺距精度。当主轴跳动量超过许用值时，一般情况下是适当调整前支承的间隙，就可使主轴跳动量调整到许用值内。如径向跳动仍达不到要求时，可调整后轴承的间隙，中间支承的间隙不可调整。
