第4章车削加工 (NXPowerLite).ppt
,第四章 车削加工,本章要点,车削概述,车床,车刀,典型车削加工,车削加工是金属切削加工中最基本的方法，在机械制造业中应用十分广泛。,4.1 车削概述,在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动进行切削加工的方法，称为车削加工。,基本特征,车削时，工件做回转运动，刀具做直线或曲线运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。其中，工件的回转运动为切削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动。两者共同组成切削成形运动。,4.1.1 车削加工的典型工艺类型,4.1 车削概述,车床主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，它能自动完成内外圆柱面、圆锥面、复杂回转内外曲面、端面和螺纹等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、镗孔、扩孔、铰孔等加工,加工范围,加工范围,4.1.1 车削加工的典型工艺类型,4.1 车削概述,易于保证工件各加工面的位置精度易于保证同轴度要求利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线易于保证端面与轴线垂直度要求由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度切削过程较平稳避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利于生产率提高。,车削工艺特点,4.1.1 车削加工的典型工艺类型,4.1 车削概述,适于有色金属零件的精加工有色金属零件表面粗糙度Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。刀具简单车刀制造、刃磨和安装均较方便。,车削工艺特点,4.1.2 车削加工的分类,4.1 车削概述,车削的工艺范围很广，按加工所达到的加工精度和表面粗糙度的不同进行分类：荒车毛坯为自由锻件或大型铸件时，加工余量比较大且不均匀切除大部分余量，减小形位偏差，尺寸精度达IT18-IT15,Ra高于80um。粗车毛坯为中型锻件或铸件时从毛坯上切除大部分余量，为精车做准备，尺寸精度达IT13-IT11,Ra为30-12.5um。,4.1.2 车削加工的分类,4.1 车削概述,半精车尺寸精度要求不高的工件或精加工工序以前提高精度和表面粗糙度，尺寸精度达IT10-IT8,Ra为6.3-3.2um。精车最终加工工序或光整加工的预加工工序保证工件所要求得精度和表面粗糙度，尺寸精度达IT8-IT7,Ra为1.6-0.8um。精细车有色金属或要求很高的工件的加工尺寸精度达IT7-IT6,Ra为0.4-0.025um。,4.1.3 提高车削生产率的措施,4.1 车削概述,高速车削、强力车削提高刀具寿命加热车削法高强度、高硬度材料低温冷冻车削法塑性大材料采用先进车削设备采用多刀自动和半自动车床采用数控车床采用液压仿形车床,能自动按照样板（或靠模）加工出形状相同的工件的车床称为仿形车床。,车床占机床总数的20%35%；加工范围：轴、盘套零件上内外回转面、端面、螺纹面等；运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动；所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等；车床种类：卧式、立式、转塔、仿形、自动和半自动、专门化车床（曲轴、凸轮轴车床、铲齿车床）加工精度：经济加工精度IT8-IT7,表面粗糙度Ra1.25-2.5,4.2 车床,概述,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,卧式车床,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。,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,卧式车床,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,立式车床,立式车床的主轴是直立的，主要用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，且形状较复杂的大型或重型盘轮类零件。有单柱立式车床和双柱立式车床两种。,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,转塔车床,此类机床没有尾座和丝杠，而在床尾装有一个可纵向移动的转塔刀架，其上可装多把刀，工作中周期性转位，顺序地对工件进行加工。刀具行程由挡块控制，易保证精度，提高生产率。,适用范围：成批加工形状复杂的盘套类零件,转塔车床,1.挡块限送料长度；2.双刀同时车外圆；3.车外圆及倒角；4.打中心孔；5.钻孔；6.套车外螺纹；7.前刀架刀切槽；8.前刀架刀倒角；9.前刀架刀滚花；10.切断刀切下工件,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,回轮车床,没有尾座和丝杠，只有一个回轮刀架。,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,落地车床,此类机床没有床身，用于车削直径大而短的工件。,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,数控车床,用计算机控制的车床，实现自动化。不仅具有高柔性和高加工精度，而且大大提高了生产效率，降低劳动强度。,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,专用车床,用于加工特定工件的、特定工序的机床。,曲轴车床,4.2.1 车床的主要类型,4.2 车床,专用车床,凸轮车床,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的特点及用途,通用性好，加工范围广，适于加工中、小型轴类、盘套类零件的内外回转面、端面，能加工米制、英制、模数制、径节制四种标准螺纹及加大螺距、非标准螺距螺纹等。但结构复杂，自动化程度低，适于单件小批生产及修配车间。,机床的主要技术参数在床身上最大加工直径/mm 400在刀架上最大加工直径/mm 210主轴可通过的最大棒料直径/mm 48最大加工长度/mm 650 900 1400中心高/mm 205顶尖距/mm 750 1000 1500 主轴内孔锥度 莫氏6号主轴正转转速范围/（r/min）101400（24级）主轴反转转速范围/（r/min）141580（12级）纵向进给量/（mm/r）0.086.33（64级）横向进给量/（mm/r）0.143.16（64级）加工米制螺纹/mm 1192（44种）加工英制螺纹/（牙/英寸）224（20种）加工模数螺纹/mm 0.2548（39种）加工径节螺纹/（牙/英寸）196（37种）主电动机功率/kW 7.5,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的组成,主轴箱：内装有主轴和变速、变向等机构，由电动机经变速机构带动主轴旋转，实现主运动，并获得所需转速及转向，主轴前端可以安装卡盘等夹具，用以装夹工件。,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的组成,进给箱：内的传动机构将主轴的运动传给光杠或丝杠。改变进给箱上的手柄位置，可改变机动进给的进给量或被加工螺纹的导程。,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的组成,溜板箱：将进给箱传来的运动传递给刀架，使之实现纵向进给、横向进给、快速移动。溜板箱上装有手柄和按钮，可以方便地操作机床。,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的组成,刀架：装在床身的刀架导轨上，作用是装夹车刀。刀架上可装4把车刀，逆时针转动刀架上部的手柄，可以选择并更换车刀。顺时针转动，可以压紧固定刀架。,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的组成,尾座：安装在床身的尾座导轨上，其上的套筒可安装顶尖或各种孔加工刀具，用来支承工件或对工件进行孔加工。,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的组成,床身：固定在床腿上，是车床的基本支承件。车床的主要部件均安装在床身上，可保持各部件间准确的相对位置。床身上的水平导轨，用以引导床鞍和尾座的纵向移动。,卧式车床的组成,变速箱,进给箱,主轴箱,刀 架,溜板箱,尾 座,床 身,床 腿,4.2.2 CA6140卧式车床,4.2 车床,机床的传动系统,为便于了解和分析机床的运动和传动情况，常用机床的传动系统图。传动系统可分解为主运动传动链和进给运动传动链。进给运动传动链又可分为纵向机动和横向机动进给传动链、螺纹进给传动链，还有刀架快速移动传动链。,1.主运动传动链(1)传动路线 分析方法：抓两端，连中间,130,1.主运动传动链(1)传动路线 分析方法：抓两端，连中间,（2）主轴的转速及转速级数 1）主轴转速 运动平衡式为：n主n电d/D（1-)u12u23u36 主轴最高转速为：n主1450130/230（1-0.02)56/3839/4163/501400 r/min 主轴最低转速为：n主1450130/230（1-0.02)51/4322/5820/80 20/80 26/58 10 r/min,130,2）主轴转速级数 正转时 23(1+3)=6+18=24 级 反转时 13(1+3)=3+9=12 级,2.进给运动传动链(1)车削螺纹运动平衡式 1主轴uS丝S,螺纹,1)纵向机动进给量,2)横向机动进给量,3)刀架的快速移动,(2)机动进给传动链,三爪卡盘,装夹特点：三个卡爪可同时移动,自动定心,装夹迅速方便。应用：长径比小于4，圆形、正三角形或正六边形等工件。其重复定位精度高、夹持范围大、夹紧力大、调整方便，应用比较广泛。,4.2.3 外圆车削工件的装夹方法,4.2 车床,四爪卡盘,装夹特点：四个卡爪都可单独移动,装夹工件需要找正，夹紧力大；应用：长径比小于4，截面为圆形、方形、椭圆形以及形状不规则的较大、较重的工件。,4.2.3 外圆车削工件的装夹方法,4.2 车床,花盘,装夹特点：盘面上多通槽和T形槽,使用螺钉、压板装夹，装夹前需找正；应用：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。,4.2.3 外圆车削工件的装夹方法,4.2 车床,顶尖,装夹特点：定心准确，装夹稳定；应用：具有同轴度要求的阶梯面、长径比为415的实心轴类零件加工。,4.2.3 外圆车削工件的装夹方法,心轴,装夹特点：能保证外圆、端面对内孔的位置精度；应用：以孔为定位基准的套类零件的加工。,4.2.3 外圆车削工件的装夹方法,4.2 车床,中心架,装夹特点：支爪可调，增加工件刚性；应用：长径比大于15的细长轴工件粗加工；长轴车端面、钻孔、攻螺纹等。,车床上在加工刚性较差的细长轴、不能穿过主轴孔的粗长工件以及孔与外圆同轴度要求较高的较长工件时，往往采用中心架和跟刀架来增强刚性和提高加工精度。,4.2.3外圆车削工件的装夹方法,4.2 车床,跟刀架,装夹特点：支爪随刀具一起运动，无接刀痕，可增加轴的刚度；应用：长径比大于15的细长光轴工件半精加工、精加工。,4.2.3外圆车削工件的装夹方法,4.2 车床,车床上在加工刚性较差的细长轴、不能穿过主轴孔的粗长工件以及孔与外圆同轴度要求较高的较长工件时，往往采用中心架和跟刀架来增强刚性和提高加工精度。,车刀按结构不同可分为：整体式焊接式机夹式可转位式,4.3.1 车刀的类型和特点,4.3 车刀,车刀类型,4.3.1 车刀的类型和特点,4.3 车刀,焊接车刀,焊接车刀是由刀片和刀柄通过镶焊连接成一体的车刀。一般刀片选用硬质合金，刀柄用45钢。,其适用场合如下：1型 直头、弯头外圆、内孔、宽刃车刀 2型 端面车刀、内孔车刀（盲孔）3型 90偏刀、端面车刀 4型 直头外圆、端面车刀、内孔车刀 5型 直头外圆车刀、内孔车刀（通孔）6型 内孔车刀（通孔）1型 燕尾槽刨刀 2型 圆弧成形车刀 1型 螺纹车刀 3型 切断、车槽车刀 4型 带轮车槽刀 1型 直头外圆车刀、内孔车刀,4.3.1 车刀的类型和特点,焊接车刀,焊接式车刀,4.3.1 车刀的类型和特点,4.3 车刀,机夹车刀,机夹车刀指用机械方法定位、夹紧刀片，通过刀片体外刃磨与安装倾斜后，综合形成刀具角度的车刀。使用中刃口磨损后需进行重磨。机夹车刀可用于加工外圆、端面、内孔，特别车槽车刀、螺纹车刀、刨刀方面应用较为广泛。机夹车刀的优点在于避免焊接引起的缺陷、刀柄能多次使用，刀具几何参数设计选用灵活。如采用集中刃磨，对提高刀具质量、方便管理、降低刀具费用等方面都有利。,1.2 切削刀具及其材料,机夹重磨式车刀,机夹重磨式车刀,4.3.1 车刀的类型和特点,4.3 车刀,机夹车刀,刀片用机械夹固方式装夹在刀杆上。当刀片上一个切削刃磨钝后，只需将刀片转过一个角度，即可用新的切削刃继续切削。刀片各刃可转位轮流使用，减少换刀时间刀刃不重磨，有利于采用涂层刀片断屑槽型压制而成，尺寸稳定，节省硬质合金刀杆刀槽的制造精度高刀杆使用时间长，有利于降低刀具成本,可转位刀具的特点,4.3.1 车刀的类型和特点,4.3 车刀,可转位车刀,可转位刀具的组成,可转位刀具一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成。刀片：承担切削，形成被加工表面。刀垫：保护刀体，确定刀片(切削刃)位置。夹紧元件：夹紧刀片和刀垫。刀体：刀片及(或)刀垫的载体，承担和传递切削力及切削扭距，完成刀片与机床的联接。,4.3.1 车刀的类型和特点,可转位车刀,按照国际标准ISO 1832-1985中可转位刀片的代码表示方法，代码由10位字符串组成，其排列如下：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 其中每一位字符串是代表刀片某种参数的意义，分述如下：（1）刀片的几何形状及其夹角。（2）刀片主切削刃后角（法后角）。（3）刀片内接圆直径d与厚度s的精度级别。（4）刀片型式、紧固方法或断屑槽。（5）刀片边长、切削刃长度。（6）刀片厚度。（7）刀尖圆角半径r或主偏角kr或修光刃后角n。（8）切削刃状态，刀尖切削刃或倒棱切削刃。（9）进刀方向或倒刃宽度。（10）厂商的补充符号或倒刃角度。,可转位刀片型号,例如：车刀可转位刀片T N U M 16 04 08 E R A2的含义：T60三角形刀片形状；N法后角为0；U内切圆直径d为6.35mm时：刀尖转位尺寸允差 0.13mm，内接圆允差0.08mm，厚度允差0.13mm；M圆柱孔单面断屑槽；16刀刃长度16 mm；04刀片厚度4.76 mm；08刀尖圆弧半径0.8 mm；E刀刃倒圆；R向右方向切削；A2直沟卷屑槽，槽宽2 mm。,可转位刀片型号举例,硬质合金陶瓷人造金刚石硬质合金涂层刀片,可转位刀片的材料,可转位车刀,4.3.1 车刀的类型和特点,夹紧可靠，不发生松动或移动。刀片定位准确，确保定位精度和拆装、转位的重复精度。刀片转位和更换操作方便。结构简单，工艺性好。定位夹紧元件有足够的强度和耐磨性。,可转位刀片的夹紧要求,4.3.1 车刀的类型和特点,可转位车刀,可转位车刀刀片的定位、夹紧结构种类很多。常用的有：杠杆式 这种结构是利用压紧螺钉1压杠杆5，杠杆压着刀片2的固定孔，使之靠近刀片槽。弹簧套4可防止刀片松开后刀垫3移动。这种结构定位精度高，调节余量大，夹紧可靠，拆卸方便。,可转位刀片的夹紧形式,可转位车刀,可转位车刀刀片的定位、夹紧结构种类很多。常用的有：楔块式 用螺钉1压楔块2，使刀片3的固定孔压紧在销4上，弹簧垫圈5可防止螺钉松动，并当螺钉松开时抬起楔块。这种结构在刀片尺寸变化较大时也可夹紧，但定位精度不高。,可转位刀片的夹紧形式,可转位车刀,可转位车刀刀片的定位、夹紧结构种类很多。常用的有：螺纹偏心式 利用螺纹偏心销2的偏心距e将刀片1夹紧。也可使用偏心轴代替偏心螺钉。这种夹紧结构元件少，结构紧凑，但调节余量小，要求制造精度高。另外，在断续切削时容易使偏心销因受冲击与振动而失去自锁能力，导致刀片松动。,可转位刀片的夹紧形式,可转位车刀,1-螺钉偏心柱,可转位车刀刀片的定位、夹紧结构种类很多。常用的有：杠销式 利用加力螺钉1压在杠销3的下端，杠销3和刀杆孔壁的接触点为支点，将刀片夹紧。这种结构的杠销比杠杆制造简单，但杠销刚度较差，夹紧力不大，且调整余量小，装卸刀片不如杠杆式方便。,可转位刀片的夹紧形式,可转位车刀,a)直接加力 b)切向加力,可转位车刀刀片的定位、夹紧结构种类很多。常用的有：上压式 用来夹紧无固定孔的刀片。这种夹紧形式夹紧力大，通过两定位侧面能获得稳定可靠的定位，而且元件少，装卸容易。但刀片上的压板使排屑受到一定的影响。,可转位刀片的夹紧形式,可转位车刀,1-螺钉 2-刀垫 3-刀片 4-夹紧螺钉 5-压板,外圆车刀,内孔车刀,螺纹车刀,常用车刀,螺纹车刀,73,4.3.1 车刀的类型和特点,4.3 车刀,车刀类型,成形车刀最常见的是径向成形车刀，它们在切削时沿零件径向进给，按这类成形车刀刀体形状不同又分为以下三种：平体成形车刀 刀体形状与普通车刀相似，结构简单，但允许重磨次数较少，它常用于加工简单成形表面，例如铲齿、车螺纹和车圆弧等。,4.3.2 成形车刀,4.3 车刀,成形车刀种类,成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件的廓形来设计的。,棱体成形车刀 刀体呈棱柱形，利用燕尾榫装夹在刀杆燕尾槽中，刀体刚度好，可重磨次数多于平体刀，但制造麻烦，用于加工外成形表面。,4.3.2 成形车刀,4.3 车刀,成形车刀种类,圆形成形车刀 刀体是个带孔回转体，并磨出容屑缺口和前面，利用刀体内孔与刀杆连接。它制造方便，可重磨次数最多。可用于对内、外成形表面加工，生产实际应用较多，但加工精度低于前两种成形刀具。,4.3.2 成形车刀,4.3 车刀,成形车刀种类,成形车刀的前角、后角形成、标注和变化规律均不同于普通车刀。为了便于测量、制造和重磨成形车刀的角度，前角与后角按以下方式表示。棱形成形车刀 如图所示，棱形成形车刀的底面 与燕尾榫基面K-K垂直，后面 与K-K面平行，前面与底面 夹角为(f+f)。,4.3.2 成形车刀,4.3 车刀,成形车刀的前角和后角,棱形成形车刀 在切削时，将距工件中心最近的切削刃安装在工件中心位置上，在假定工作平面内将后面装斜形成侧后角，同时形成了侧前角。侧后角与侧前角定义为成形车刀的后角与前角。除切削刃外，其余各点，均低于工件中心线，因此，各切削刃点的切削平面和基面的位置都在变化，由它们与后面、前面形成的后角与前角均不相同，距工件中心越远，后角越大、前角越小。,4.3.2 成形车刀,4.3 车刀,成形车刀的前角和后角,圆形成形车刀制造时将圆形成形车刀磨出容屑缺口，并使前面低于刀具中心h=Rsin（f+f）式中；R圆形成形车刀廓形的最大半径。,圆形车刀 工作时的圆形车刀,4.3.2 成形车刀,成形车刀的前角和后角,圆形成形车刀在切削时，将距工件中心最近的切削刃安装在工件中心位置上，并将刀具中心装高于工件中心H，装高量H为：H=Rsin(f),圆形车刀 工作时的圆形车刀,4.3.2 成形车刀,成形车刀的前角和后角,成形车刀的前角和后角值不仅影响刀具的切削性能，而且影响加工零件的廓形精度，因此，在制造、重磨和装刀使用时，均不允许任意变动。前角和后角可参考表选取。,4.3.2 成形车刀,成形车刀的前角和后角,高速钢成形车刀的前角和后角,改进工件的装夹方式：一头夹，一头顶,4.4.1 细长轴加工,4.4 典型车刀加工,由于细长轴刚性很差，极易产生变形，出现加工误差。因此，采取措施防止加工中的弯曲变形。,采用中心架,装夹特点：支爪可调，增加工件刚性；应用：长径比大于15的细长轴工件粗加工。,4.4.1 细长轴加工,4.4 典型车刀加工,采用跟刀架,装夹特点：支爪随刀具一起运动，无接刀痕，可增加轴的刚度；应用：长径比大于15的细长轴工件半精加工、精加工。,4.4.1 细长轴加工,4.4 典型车刀加工,采用反向进给 车削细长轴时，常使车刀向尾架方向做进给运动，这样车刀施加于工件上的进给力方向朝向尾架，工件加工部分受轴向拉力，而轴向变形由尾架上的顶针来补偿，可大大减小工件的弯曲变形。合理选用车刀的几何角度 为减小径向切削力。宜选用较大主偏角；前面应磨出R=1.5-3mm的断屑槽，前角一般取15-30；刃倾角取正值，使切屑流向代加工表面。合理选择切削用量,4.4.1 细长轴加工,4.4 典型车刀加工,三爪自定心卡盘,任意爪与工件接触面之间垫一个垫块,四爪单动卡盘,用划针找正偏心轴的圆周线，使其轴线与主轴线平行,4.4.2 车偏心件,4.4 典型车刀加工,前、后 顶尖,在两端面上钻中心偏心孔，要求两中心孔在同一平面上,4.4.2 车偏心件,4.4 典型车刀加工,
