机械加工技术应用 车削

一.车刀的种类:

1.按材质分:高速钢车刀,硬质合金车刀,高碳纲车刀.

2.按功能分:粗车刀,精车刀<包左右偏刀>,螺纹刀,切断刀,粗.精镗孔刀,滚花刀,及各种类型的样板车刀等.

二.车刀的结构:

前刀面:(顶面)与被切下的金属作用的表面,即切屑流出时,刀具与切屑相接独的表面.

刀尖:主切削刃与副切削刃的交点.

主后刀面:和工件加工表面相对的表面.

主切削刃:前刀面与主后刀面的交线,起主要切削.

副切削刃:前刀面和副后刀面的交线也起切削作用.

过渡刀刃:是前刀面和过渡后面的交线.,是增强刀尖强度的.

修光刀刃:是过渡刀刃和副切削刃之间的刀刃,此刀刃平行于已加工表面,起修光作用.

切削平面:切削刃上任一点的切削平面是通过该点面以切于加工表面的平面.也可以说是包含该点合成运动方向,而又切于主切削刃的平面.

三.刀具的切削角度及其作用.

主前角(g):前刀面经过主切削刃与基面的夹角,在主截面内测出,它影响切屑变形和切削与前面的磨擦及强度.

副前角(go):前刀面经过副切削刃与基面夹角,在副截面内测出.

后角(a):主后刀面与切削平面的夹角,在主截面内测出.用来减少主后面与工件的磨擦.

副后角α1:副后刀面与通过副切削刃并垂直于基面的平面之间的夹角,在共面内测出.用来减 小副后面与已加工面的磨擦.

主偏角φ :主切削刃与被加工表面(走刀方向)之间的夹角.当吃刀深度和走刀量一定时,改变主偏角,可以使切屑变厚,影响散热情况,和切削刃的变化.

副偏角φ:副切削刃与被加工表面,(走刀方向)之间的夹角,它可以避免副切削刃与加工表面磨擦,影响已加工表面粗糙度.

过渡偏角φo :过渡刀刃与被加工表面(走刀方向)之间的夹角,用来增加刀尖强度.

刃倾角λ:主切削刃与基面之间的夹角.它可以控制切屑流出方向.增加刀刃强度,并能使切削力匀.

楔角β:前刀面与主后刀面之间的夹角,在主截面内测出,它影响刀头截面的大小.

切削角δ:前刀面和切削平面之间的夹角,在主截面内测出.

刀尖角ε:主切削刃与副切削刃的基面上的投影的夹角,它影响刀头强度的导热能力.

倒棱f:在切刀前面刀刃上的狭窄平面,用来增加刀刃强度.

四.切削热对加工的影响及散热途径.

1.切削热的产生,与切削温度.

切削热来源于切削层金属发生弹性变形和塑性变形产生的热量,以及切屑与前刀面,工件与后刀面磨擦产生的热量,切削过程中弹性变形与塑性变形,与磨擦消耗的功,绝大部分转化为热能.

切削热的产生将使切削区的温度升高,切削温度在切削区的分布是不均匀的,通常说的切削温度,是指平均温度.

工件耗料,切削温度在刀具上的分布特点如下:最高温度将分布在靠近刀尖刃口处的后刀面上,离切削刃越远的地方,温度也越低.

2.塑性金属

2.1刀具前刀面上的温度,高于后刀面上的温度,而且最高温度是分布在离开切削刃有一段距离的前刀面上,前刀面上的磨损也将由此处开始,向四周扩展,当工件材料的塑性越好,切削刃与切削接触长度越大时,温度的分布将越均匀.

2.2脆性金属:

最高温度将分布在靠近刀尖刃口处的后刀面上,离切削刃越远的地方,温度也越低.

3.切削热的传散途径

切削热通过切屑,工件刀具和周围的材质传散开.切削热传至各部分的比例大小随不同的切削条件而改变,一般情况是切削带走的热量最多,如不用切削液以中等切削速度加工钢件时,切削热的50%~86%,由切屑带走;40%~10%,传入工件,9%~3%传入车刀,1%左右传入周围空气.

五.断屑

1.断屑的作用过程和形式.

1.1断屑的作用.

在金属切削过程中,切削的控制是个重要的问题.硬质合金车刀在高速切削钢件时,长条灼热的切屑会缠绕在工件或刀具上,不仅会拉伤已加工表面,引起车刀崩刃.更严重的是会划伤操作者,引起工安事故.所以在车削加工件,不解决断屑的问题,就会影响质量,效率和安全,就不能稳定的进行生产,因此必须使铁屑碎成小段或卷成一定形状的螺卷状有规则地向外排出.

1.2断屑的过程,

1.2.1切削加工时,必须使切屑在流出过程中受到阻挡,造成附加的弯曲变形,切屑内部应力增大到超过极限后随之折断.

1.2.2切屑在卷曲过程中产生的内应力同摆动时到受到离心力的合力超过切屑本身的强度时,切屑被甩断.

1.3断屑形式

1.3.1前刀面上磨出断屑槽或台阶.

1.3.2在前刀面上焊固定的断屑块或装上可调节的断屑板.

1.3.3改变刀具几何角度.

1.3.4调整切削用量.

1.3.5对于不重磨式的刀片,则可压制成固定的断屑.

六.螺纹

1.标准公制螺纹基本牙型承公式.

H=0.8660P

H₁=0.5412P

D=d

D₂=d₂=(d-0.6495P)

D₁=d₁=(d-1.0825P)

1.1公制、螺纹粗车

尺寸M

螺距P

外径D=d

中径D₂=d₂

内径D₁=d₁

尺寸M

螺距P

外径D=d

中径D₂=d₂

内径D₁=d₁

2.螺纹车刀的磨制

2.1螺纹车刀磨制可使用硬度合金车刀磨制也可使用高速工具钢来磨制.

2.2螺纹车刀的磨制一般采用靠样板在砂轮上磨制.

2.3车英制螺纹,螺纹车刀应磨制55°夹角.车削公制螺纹,螺纹车刀应磨制60°夹角

3.车削螺

a.先选摆好材料的大小,及按照图面确定材质后,装夹好.

b.按照图面将工件各部尺寸到刀位螺纹部位.如车M8外螺纹,直径可车至ψ8-0.1,然后,将螺纹车刀安装好,再按照车床上的手柄操作牌的指示,将手柄板面正确的位置后,再开起车床,对刀后归零摇动大拖板离开工件后,进0.2mm再将车削螺纹的闭合螺母手柄,扳下,车削螺纹就自动开始.注:当车刀走至A处时,应记住中拖板尺寸,迅速退刀.同时打反车后,车刀归到初始点,再检查牙距是否正确.如正确,在原尺寸上进刀后,再进地车削,当车削螺纹内径至6.64左右,停车试用螺母试一下,如果偏紧可再进01.~0.2mm精光一刀,至螺母比较好的拧进去即可,车削螺纹后,车床的闭合螺母应马上扳起,以防意外事故的发生.

七.外圆的车削

7.1使用合金车刀进行外圆的加工;

a.首先应根据加工图面确定材质,选择材料的大小再进行装夹.

b.材料装夹时,应注意夹持的圆棒<工件>不能过长,如果需要加工较长的工件时,首先应把端面车平后,使用中心鉆,将中心孔打好,再使用活动顶针顶住后方可进行加工.

注解:使用活动顶针顶住工件进行加工时,可防止因工件装夹过长,在卡盘高速旋转的情况下受到本身的贯性力.和车削力的情况下产生抖动,及震力现象.<附表>

c.工件装夹好,刀尖对好中心装夹好后,进行车削.

<1>先用车刀刀尖.在工件纵向对刀将中拖板上尺寸归零后,再用车刀刀尖,在工件横向碰刀后大拖板尺寸归零,如图:

<2>在以上工作做好后,视工件的余量进行车削.<注:在粗车时下刀量可在1~4mm内,转速 应打至650转/分.走刀速度可为0.24mm/r~0.49mm/r.第一刀走过后,中拖板应退刀,但退刀前应先把刚才拖板手柄尺寸记下,大拖板摇至起始位置.

<3>同第<2>如所述车削一刀过后,应用表卡或千分卡将工件尺寸量出.这样便于掌握工件余量及单削加工的下刀量,如此将工件尺寸留(0.2~0.3)mm量后,才可进行下一道工序<<精车外圆>>

<4>精车外圆时,当工件还剩(0.2~0.3)nm的余量时,再换一把精车刀,把精车刀装夹好,然后在工件上纵横二面对刀,对刀方法和粗加工对刀方法一样都应在工件旋转的情况下对刀,不然刀尖一下子就会被材料或工件给挤绷,应为硬质合金材料较硬脆.所以对刀一定要在工件旋转的情况下才可以对刀,对好刀尺寸归零后,进刀量为(0.10~0.2)mm车床转速打至为(950~1350)转速,走刀速度打到(0.087~0.14)mm/r .在精车

第一刀后,可不用退刀,大拖板直接摇至起始点.(如图)然后,再进行测量该工件各部分尺寸,最后一刀精车到位后,应马上退刀,进行测量.

<5>在确定工件外径在车到后,再换成切断刀把工件切断,在工件切削时,切断刀的左刀尖在工件端面对刀,对刀时应轻一点,以防划伤工件,(如图对刀).对刀后,大拖板尺寸归零.然后,在拖板摇至图纸需求尺寸+切断刀刀厚尺寸+余量(0.3~0.5)mm后,车床转速打至270~650转(当刀具为白钢刀时用270转,合金刀时用650转)后,中拖板直接进刀,进刀时注意切断刀刚刚碰至工件时,中拖板进刀量应适当放慢,切入工件后同中拖板进刀速度可加快一些,在工件快要被切断,走刀量以应相应的放慢一些,直到工件切断.

<6>将切断的工件装夹好车削余量,保証工件尺寸要求,在图纸上注明倒角处倒角,未注倒角时,应用车刀轻轻将工件上的毛刺倒掉,使工件不割手.

7.2车削台阶式工件的加工方法.

7.2.1车阶台时,不仅要车削外圆,还要车削环形端面,因此,车削时即要保証外圆和阶台面长度尺寸又要保証台阶平面与工件轴线的垂直度要求.当车削相邻两个直径相差不大的台阶时,可用90°偏刀,这样即车削外圆又车削端面,只要控制住台阶长度,自然可到阶台平面,但应注意车刀安装后,主偏角必须等于90°,(如图)如果车削相邻两个直径相差较大时的台阶,可先用一把主偏角(Kr)小,于90°的车刀粗车,再把90°偏刀的主偏角安装成93°~95°,几次进给,进给时应留精车外圆和端面的加工余量.精车外圆到台阶长度后,停止纵向进给,手摇中滑板手柄使手刀慢慢且均匀退出,即把端面精车一刀,至此一个台阶便加工完成.

7.3车削内径孔(镗孔)

工件上的铸造孔,铸造孔用鉆头鉆出来的孔,为了达到所需要的精度,需在车床上车孔,(又称镗孔), 镗孔可以作为粗加工,也可作为精加工.车孔的精度一般可达到[IT7—-IT8],表面精糙度Ra1.6~Ra3.2,精车可达到Ra0.8或更小.

7.3.1内孔车刀的种类:根据不同的加工情况内孔车刀可分为通孔车刀和盲孔车刀两种.

7.3.2内孔车刀的几何形状:

a.通孔车刀的几何形状基本上与外圆车刀相似,为了减少径向切削力,防止振动,主偏角(Kr)应取得大些,一般在60°~75°之间,副偏角 一般为15°~30°,为了防止内孔刀后面和孔壁的磨擦又可使后角磨的太大,一般磨成两个后角.

b.盲孔车刀是用来车盲孔或台阶孔的,切削部分的几何形状基本上与偏刀相似,它的主偏角大于90°(K2=92°~95°)后角的要求,和通孔车刀一样,刀尖在车杆的最前端,刀尖到刀杆外端的距离,a小于孔半径R,否则无法车平孔的底面.

内孔车刀可做成正体式.为节省刀具材料和增加刀杆强度.也可把高速钢或硬质合金做成较小的刀头,装在刀杆前端的方孔中,并在前端或上面用螺丝紧固,

7.3.3内孔车刀的装夹,

内孔车刀装夹的正确与否直接影响到车削情况及孔的精度.内孔车刀装夹时,一定要注意以下几点

a.装夹内孔刀时,刀尖应对准工件的中心高或稍高,如果装得低于中心,由于切削力的作用,容易将刀杆压低而产生扎刀现象,并可造成孔径扩大.

b.刀杆伸出刀架不宜过长,如果刀杆需伸出较长,可在刀杆下面垫一块垫铁支承刀杆.

c.刀杆要平行于工件轴线,否则车削时,刀杆容碰到内孔表面

7.3.4车内孔的方法:

a.车削内孔的关键技术是解决内孔车刀的钢性和排屑问题.增加内孔车刀的纲性主要采用以下两项措施:

(1) 尽量增加刀杆的截面积,一般内孔车刀的刀杆截面积,小于孔截面积的四分之一;如果内孔车刀的刀尖位刀杆的中心线上,这时,刀杆的截面积可达最大程度.

(2)尽可能缩短刀杆的伸出长度,,为了增加刀杆刚性刀杆伸出长度,只要略大于孔深即可,解决排屑问题主要是控制切屑流出的方向.精车通孔时,要求切屑流向待加工表面(前排屑).可采用正值的刃倾角内孔刀,加工盲孔时,应采用负的刃倾角,使切屑从孔中排出.

b.车削方法:

车内孔的方法,基本上与车外圆相同.只是车内孔的工件条件较差,加上刀杆刚性差,容易引起振动,因此切削用量应比车削外圆时低一些,车阶台孔或内孔时,控制阶台深和孔深的方法有:

(1)应用车床的纵向刻的盘在刀杆上做标记或应用挡铁等.范例<1>工件的加工方法,装夹方面与车削外圆一样,在工件装夹好后,先将端面车平后,再将外圆尺寸粗车留(0.3~0.5)mm/ 余量,车完内孔后再进行精车外圆,这一做法是为了更好的保証工件的同心度,<针对内孔和外圆的同心度.>

(2)第二步工件进行打中心孔然后再换ψ13鉆头和ψ19鉆头,将工件孔鉆成通孔后,

(3)然后再使用内孔车刀给工件进行内孔车削,首先将内孔车刀与工件的内孔壁面对刀后,

摇动大拖板,使内孔车刀离开待加工工件,然后中拖板给于进刀[内孔车削粗加工下刀量为(0.5~0.2)mm,车床的转速一般为(650~950)转,走刀速度在(0.20mm/r ~0.5mm/r),进刀过后,打起自动走刀将工件粗加工到余量为(0.2~0.5)mm,然后再给予精车内孔.精车内孔,车刀的下刀量一般为(0.05~0.1)mm,车床转速一般打至(950~1350)转,走刀量为(0.17mm/r ~0.24mm/r)进行精车内孔,精车内孔对刀的方式与粗车内孔对刀一样<注:在精车内孔最后一刀过后,中拖板一定要退刀,大拖板才可将车刀摇离工件,不然就会在中拖板未先退刀而大拖板先将车刀摇出工件内径,使内孔车刀刀刃将内孔车内孔划伤,而内孔尺寸以到位无法进行修补.

7.4车削圆锥面

7.4.1圆锥各部分尺寸计算.

<1>圆锥角A在通过圆锥轴线的截面内,两条线素间的夹角,车削时,经常用到的是圆锥半角, <也叫圆锥斜角>A/2

<2>最大圆锥直径D简称大端直径

<3>最小圆锥直径d简称小端直径.

<4>圆锥长度L最大圆锥直径最小圆锥直径之间的轴向距离,车削中还会碰到带圆锥的工件长度问题,为了区别用L₀表示.

<5>锥度C最大圆锥直径与最小圆锥直径之差对圆锥长度之比,且公式为C=(D-d)/2,锥度确定后,圆锥角即能计算出,因此圆锥角与锥度属于同一本参数

7.4.2圆锥的各部分尺寸计算

在圆锥的几个参数中只要知道其中任意三个数,其他一个未知数即能求出.

<1>圆锥半角A/2与其它三个参数的关系在图上一般都标注为D、d、L.但在车圆锥时往往需要转动小滑板来调正刀架角度,所以必须计算出圆锥半角d/2圆锥半角.按以下公式计算,tan A/2=BC/AC BC= D-d/2 AC=L tan A/2=(D-d)/2

其它三个参数与圆锥半角A/2的关系.D=d+2Ltan A/2 d=D-2Ltan A/2 L=D-d/2tan A/2应有以上公式计算,圆锥半角时必须查三角函数表:当圆锥半角A/2<6°可用以下公式近拟计算,A/2≈28.7°*[(D-d)/c] A/2≈28.7°*C

<2>锥度与其他三参数的关系.

有配合要求的圆锥,一般标注锥度根据公式,C=D-d/C D、d、C三个量,与C的关系为 D=d+CLd=D-CL L=D-d/L 圆锥半角A/2与圆锥锥度C的关系为tan A/2=C/2 C=2tan A/2

7.4.3一般圆锥的圆锥面的的车削方法.

(1)转动小滑板法.

车削较短圆锥时,可用转动小滑板法.车削时只要把小滑板转过一个圆锥半角A/2,使车刀的运动轨迹与所要车削的圆锥素线平行即可<如图A>所示,是用转动小滑板车削外圆锥方法,应当注意:

a.如图样上标注的不是圆锥半角A/2时,一定要将其换算成圆锥半角A/2.

b.转动滑板时一定要注意转动之方向正确.

转动小滑板车削外圆锥优点是:角度调正范围大,可车削各种角度的圆锥,能车削内、外圆锥,在同一零件上车削几种圆锥角时正较为方便.

其缺点是:因受小滑板的行程限制,只能加工长度较短的圆锥,车削时,只能手动进给劳动强度大,表面粗糙度差.

(2)偏移尾座法:

车削长度较长,锥度较小的外圆锥工件时,若精度要求不高,可用偏移尾座法,车削时将工件装在两顶尖之间,把尾座横向偏移一段距离s,使工件的旋转轴线与车刀纵向进给方向相交成一个圆锥半角a/2,从而车削出圆锥偏移,尾座车削圆锥方法

偏称尾座法车削圆锥面的优点:可利用车床的自动进给进行车削,车削出工件的表面粗糙度小,能加工较长的圆锥.

其缺点:受尾座偏移量的限制,不能车削锥度较大的圆锥,只能车削外圆锥,不能车削内圆锥,是时若中心孔拉触不良,或每批工个两中心孔间距离不能完全一致,会影响工件的加工质量.

(3)宽刃刀车削法

这种车削方法,实质上属于成型法,宽刃刀属于成型车刀(与工件加工表面形状相同的车刀),其刀刃必须平直装刀后应保証刀刃与车床主轴轴线的夹角等于工件的圆锥半角.使用这种车削方法时要求,车床具良好的纲性,否则容易引起振动,宽刃刀车削法,只适用于车削较短的外圆锥.

7.5车削成型面

7.5.1成型面的车削方法:

双手控制法:一些型面比较简单,且精度要求上不是很高的工件,可靠手工完成.(靠手摇动中拖权及上拖板或大拖板的配合,来完成一些型面).这双手控制法就是用左手控制中拖板手柄,右手控制小托板手柄,使车刀运动为纵、横进给合运动,从而车出成型面.

实际生产中固操作小托板手柄,不仅劳动强度大,而且还不易连续转动.有不少工人常用控制床鞍纵向移动的柄手中拖板的手柄来实现加工成型面的任务.

7.6靠模车削特形面.

简单特形面的靠模车削法

刀具按照靠模具(仿形)装置进给,对工件进行加工的方法叫靠模仿形法.这种成型面的车削方法,是一种比较先进的加工方法,常见简单的特形面靠模车削有以下几种

7.6.1尾座靠模仿形

把一个标准样件(即靠模)装在尾座套里,在刀架上装上一把长刀夹,刀夹上装有车刀和靠模杆.车削时,用双手操纵中,小滑板(或使用床鞍自动进给)使靠模刀始终贴在靠模上,并沿着靠模的表面移动,结果车刀就在工件表面上车削与靠模形状相同的成型面.这种方法一般车床上都能使用,但操作不方便.

7.6.2成形刀的种类.

a.普通成形刀.

如图所示,这种成形刀跟普通车刀相似,当精度不高时,可用手工磨;当精度要求较高,可在工具磨床上刃磨.

b.棱形成形刀.

这种刀由刀头和刀杆两部分组成.刀头的刃口按工件形状在工具磨床上用成形砂轮进行刃磨,可制造的很精确.后部有燕尾块,用来安装在弹性刀杆的燕尾槽中,用螺钉紧固,刀杆上的燕尾槽做成倾斜的.以使成形刀产生一定的后角.刀刃磨损后,只需刃磨刀头的前刀面,切削磨低后,可把刀头向上移动,直至刀头上移无法夹持为止.这种成形刀,刃磨方便,使用寿命较长,精度较高,但制造比较复杂.

7.6.3成形刀的进给方式.

1).径向进给

车削时,刀具沿工件径向进给,这种最常使用的一种进给方式.

2).切向进给

车削时,刀具从工件被加工表面的切线方向进给,由于刀具切入时,切削宽度逐渐增加,切离时,切削宽度逐渐减小,故切削力较小,而且加工精度由装刀位置保証,所以它主要用于加工轮廓深度小,刚度差和精度的零件.

3).斜向进给

斜向进给,即进给方向与工件轴线既不垂直又不平行,而是倾斜成某一角度O进给.这种进给方式,刀具安装时就把安装基准面与工件轴线倾斜成O>0°的角.用它切削端面时,在端面处能获的较合理的后角,这是径向进给的所不可能做到的.

来源：智能设计制造