车削加工工艺及步骤

车工工艺与技能训练课题一精车内外圆学习目标在己有实践经验的基础上，使学员的内外圆柱表面的精车技能、技巧进一步巩固与提高，并达到高级工的应会要求。掌握内外圆柱表面的多种检测方法。一、基础知识1．内外圆柱表面加工精度的主要影响因素（1）由于圆柱母线的直线度是由车刀移动的轨迹所保证的，而车刀移动的直线性取决于车床刀架的导轨，若导轨不直，将增大工件表面的形状误差。（2）圆柱母线与工件轴线的平行度是通过刀架移动的导轨和带着工件转动的主轴轴线的相互位置来保证的。图1.1刀具移动轨迹对加工圆柱表面的影响（3）工件直径与长度的误差是由车刀相对于工件轴线径向和轴向的位置的准确度决定的。2．一般工件内外圆的加工工艺过程（1）外圆表面的加工（2）孔的加工①加工不同精度和表面粗糙度的孔，可采用相应的加工方法和步骤。②选择孔的加工方法必须考虑工件的结构形状是否适合在相应机床上装夹与加工，并用简便的方法保证加工精度要求。③工件加工批量不同，往往采用的加工方法也不同。（3）平面的加工3．一般工件车削加工步骤的选择原则（1）轴类工件的精度要求和车削加工步骤的选择。①轴类工件的精度要求。a．直径和长度的尺寸精度。b．几何形状精度（如直线度、圆度、圆柱度等）。c．相互位置精度（如同轴度、圆跳动、全跳动等）。d．表面粗糙度。②轴类工件车削加工步骤的选择。a．当轴的精度要求较高或工件加工余量很大而又不均匀时，粗车和精车必须分开进行。b．对车削顺序的安排，一般是先粗车直径大的一端，再车直径小的一端，保证轴在加工过程中有足够的刚性。c．车削短小工件时，一般先车端面，便于测量长度尺寸。d．若轴的两端有细的轴颈，一般都放在最后加工，以增加工件的刚性。e．对精度要求较高的工件，为消除工件的内应力，改善工件的机械性能，粗车后要留精加工余量，经过时效处理后再半精车或精车。f．在轴上切槽时一般是在粗车和半精车之后，精车之前进行，以增加工件的刚性，但必须注意槽深要加上精车加工余量的1/2。g．轴上的螺纹一般放在半精车之后车削，然后再精车其他表面。h．对于铸、锻件毛坯，由于表面有硬皮，容易损坏刀具，粗车时先车削出一个倒角，使车刀刀尖不与硬皮或型砂接触，可延长刀具的使用寿命。（2）套类工件的精度要求和车削加工步骤的选择。①套类工件的精度要求主要有以下几项。a．孔径和长度的尺寸精度。b．孔的几何形状精度（如直线度、圆度、圆柱度等）。c．孔的位置精度（如外圆、内孔及各阶台孔之间的同轴度，孔与端面之间的垂直度或两端面之间的平行度等）。d．孔的表面粗糙度。②套类工件车削加工步骤的选择主要有以下几点。a．车削短小的套类工件时，为保证内孔与外圆的同轴度，最好在一次装夹中同时完成内、外圆柱表面的车削，加工步骤如下。粗车端面→精车外圆→钻孔→粗镗孔→半精镗孔→精车端面→精车外圆→倒角切断→然后调头，车削另一端面和倒角。b．内、外圆同轴度要求严格的套类工件，也可采用先加工内孔，以内孔定位、安装在芯轴上加工外圆，这种方法也可获得较高的同轴度要求。c．精度要求较高的内孔，可按下列加工步骤进行。钻孔→粗镗孔→半精镗孔→精车端面→铰孔→或钻孔→粗镗孔→半精镗孔→精车端面→磨孔。d．内沟槽应在半精镗之后，精镗之前切出，但必须注意要加精镗余量的1/2。e．加工平底孔或阶台孔时，端面的精加工是在精镗内孔后，再精车平底或阶台面，以保证端面与孔的垂直度要求。4．一般工件的装夹、定位和找正方法（1）一般工件的装夹、定位方法如表1.2所示，其特点和适用范围可供参考。装夹方法装夹简图特点适用范围三爪卡盘装夹装夹方便，自动定心好，但夹紧力较小适用于中小尺寸，形状规则的工件，工件不宜过长四爪卡盘装夹装夹不如三爪卡盘方便，但夹紧力较大，可装夹形状不规则的工件适用于装夹大型或形状不规则的工件外梅花顶尖装夹顶尖顶紧即可车削，装夹方便，迅速适用于带孔零件，孔径大小应在顶尖允许的范围内表1.2工件常用的装夹方法装夹方法装夹简图特点适用范围内梅花顶尖装夹顶尖顶紧即可车削，装夹简便，迅速适用于不留中心孔的轴类零件，需要磨削时，采用无心磨床磨削摩擦力装夹利用顶尖顶紧工件后产生的摩擦力克服切削力适用于加工余量较小的圆柱面或圆锥面精车中心架装夹三爪或四爪卡盘配合中心架紧固工件,切削时中心架受力较大适用于加工曲轴等较长的异形轴类零件续表锥形心轴装夹芯轴制造简单，工件的孔径可在芯轴锥度允许的范围内适当变动适用于齿轮拉孔后半精车，精车外圆等夹顶式整体心轴装夹工件与芯轴动配合，靠螺母旋紧后的端摩擦力克服切削力适用于孔与外圆同轴度要求一般的工件外圆车削内锥体胀开心轴装夹芯轴通过圆锥的相对位移产生弹性变形而胀开把工件夹紧，装卸工件方便适用于孔与外圆同轴度要求较高的工件外圆车削内锥体胀套装夹胀力圈通过圆锥的相对位移产生弹性变形而胀开，把工件夹紧，工件装卸方便适用于孔与外圆同轴度要求较高的工件外圆车削装夹方法装夹简图特点适用范围续表装夹方法装夹简图特点适用范围带花键心轴装夹花键芯轴外径带有锥度，工件轴向推入即可夹紧适用于具有矩形花键或渐开线花键孔的齿轮和其他零件外螺纹心轴装夹利用工件本身的内螺纹旋入芯轴后紧固，装卸工件不方便适用于有内螺纹和对外圆同轴度要求不高的零件内螺纹心轴装夹利用工件本身的外螺纹旋人心套后紧固，装卸工件不方便适用于多台阶，而轴向尺寸较短的零件液性塑料心轴装夹1—夹具体2—薄壁套3—螺钉4—滑柱5—螺钉6—环形槽7—径向孔利用液性塑料传递力的方法夹紧工件适用于薄壁套筒等一些较短的薄壁工件外圆车削薄壁零件装夹采用软三爪在车床上自身加工，并配合特殊顶尖和铸铁弹性胀套适用于较长薄壁工件的外圆车削续表（2）一般工件的找正方法。①铜棒找正法②百分表找正法③端面挡块找正法图1.2铜棒找正法1—卡盘2—工件3—铜棒4—刀架图1.3百分表找正法1—四爪卡盘2—工件3—百分表4—刀架图1.4端面挡块1—螺母2—螺杆3—支承块4—工件5．车刀几何参数的选择（1）选择车刀的基本原则。①切削效率高：能在最短的机动时间内完成零件的加工。②加工质量好：能保证零件的尺寸、形状位置精度和表面质量。③辅助时间少：具有合理的刀具耐用度，刃磨方便，换刀或更换切削刃快。④断屑性能好：断屑良好，排屑容易。⑤经济效果好：刀具制造简便，综合成本低，能充分利用刀具切削部分的材料。（2）车刀几何参数的合理选择。①在保证刀头强度的基础上选用较大的前角，可以减小切削阻力，减少切削热的产生和减轻机床的负荷。②粗车时在增大前角的同时采用负刃倾角可提高刀头强度；精车时宜取正的刃倾角以使切屑流向待加工表面。③根据工件结构形状和材料的性质，以及工艺系统的刚性，主偏角可分别选用90°、75°、45°等；粗车刀应磨有过渡刃，过渡刃偏角r=r/2，过渡刃长度b=(1/4～1/5)ap。④为加强切削刃的强度，刀具应磨有负倒棱（宽度小于进给量）。⑤为降低加工表面的粗糙度，车刀上可以磨出=0°的修光刃（其长度略大于进给量）。r⑥加工非金属材料的刀具几何参数，主要考虑如何充分散热。表1.3列出了外圆车刀几何参数的参考数值，供选用时借鉴。r0副偏角工件材料刀具材料刀具几何参数前角0后角0主偏角r刃倾角s刀尖半径rε低碳钢（As）YT5YT1520°～30°8°～10°45°～90°0°～5°6°～10°6°～8°0.2～1中碳钢（45钢、正火）YT5YT1515°～20°5°～8°45°～90°−5°～5°6°～10°4°～6°0.2～1中碳钢（45钢、调质）YT5YT1510°～18°5°～8°45°～90°−5°～5°6°～10°4°～6°0.2～1合金钢（45Cr、正火）YT5YT1513°～20°5°～8°45°～90°−5°～0°6°～10°4°～6°0.2～1合金钢（40Cr、调质）YT5YT1510°～18°5°～8°45°～90°−5°～0°6°～10°4°～6°0.2～1钢锻性（45钢、40Cr）YT5YT1510°～15°5°～7°45°～90°−5°～0°6°～10°4°～6°1～1.5淬火钢（HRC40-50）YT5YT15-5°～15°8°～12°45°～75°−12°～−5°6°～8°4°～8°1～2灰铸铁（HT20-40）YG6YG35°～15°4°～8°45°～90°−5°～0°6°～10°4°～6°0.5～1青铜（ZQSn10-1）YG8YG610°～15°6°～8°45°～90°−5°～0°6°～10°4°～6°0.5～1黄铜（HPb59-1）YG8YG68°～12°6°～8°45°～90°−5°～0°6°～10°4°～6°0.5～1副后角表1.3外圆车刀几何参数（3）刀具材料的选择。①刀具切削部分材料必须具备的性能。a．高的硬度。b．足够的强度和韧性。c．较高的耐热性。d．较高的耐磨性。e．良好的工艺性。②常用的刀具材料。（4）车刀的刃磨。在刃磨车刀时应注意以下几点。①必须根据刀具刀头的材料决定砂轮种类。②刃磨车刀时应防止过热。③钨钛钴类硬质合金对冷热和冲击的敏感性较强，当环境温度变化较大时，也会产生裂纹。④车刀切削刃刃磨的表面粗糙度应比加工零件的表面粗糙度小2～3级，这样才能获得较低的表面粗糙度，特别是用样板车刀车削成型表面时，车刀刃口上的不平痕迹会明显地反映到零件表面上。⑤刃磨车刀的砂轮应经过严格的检查和良好的平衡，装夹牢固，运转平稳，其旋转表面不能有过大的跳动量。⑥车刀刃磨后应仔细研磨。车刀研磨可用油石或研磨粉进行。⑦金刚石车刀的刃磨。a．用氧化铝砂轮粗磨刀杆部分，待金刚石与刀体成一平面后，再在绿色碳化硅砂轮上粗磨刀刃。b．粗磨后，用铜基结合剂砂轮电解磨削，往复一次进刀0.03mm，直至刃磨成型后，停止通电，精磨表面，待刃口锋利为止。c．无电解磨床时，可由较熟练工人在碳化硅砂轮上粗磨成型，然后在工具磨床上用铜基结合剂砂轮精磨，必要时可在铸铁研盘上用金刚石研磨膏研磨。⑧立方氮化硼车刀的刃磨。可按以下方法进行。a．刀杆部分用普通砂轮打磨后，在工具磨床上开刃，采用树脂结合剂碗形金刚石砂轮，粗磨时粒度为240#；精磨时粒度为M10～M14。b．精磨后再用金刚石研磨膏研磨。⑨陶瓷刀片的刃磨。6．切削液的选择和使用工件材料\切削液品种\加工种类碳钢合金钢不锈钢铸铁黄铜青铜铝合金车削粗加工3%～5%乳化液5%～15%乳化液10%～30%乳化液一般不用一般不用一般不用精加工高速时5%乳化液，低速时10%～15%乳化液煤油75%和豆油25%7%～10%乳化液硫化乳化液煤油切断20%～25%乳化液或硫化油同上（或氧化煤油）煤油煤油煤油车螺纹硫化乳化液或煤油75%，豆油25%氧化煤油或硫化油60%，煤油25%，油酸15%一般不用菜油硫化油30%，煤油15%，2号锭子油55%镗孔和钻孔7%硫化乳化液硫化切削油（镗孔）3%，肥皂加2%蓖麻油水溶液（钻孔）一般不用7%～10%乳化液煤油铰孔10%～15%乳化液10%乳化液或硫化油煤油（铸铁）菜油（黄铜）2号锭子油2号锭子油表1.4切削液的选用推荐表切削液浇注一般有以下几种方法。（1）外浇注法（2）内冷却法（3）高压冷却法（4）喷雾法图1.5切削液外浇注法图1.6内冷却法图1.7高压冷却法和喷雾法1—调节螺钉2—软管3—调节杆4—喷嘴5—过滤器6—虹吸管7—压缩空气入口7．切削用量的合理选择（1）选择切削用量应满足的要求，主要有下列几点。①保证工件的加工精度和表面粗糙度。②保证刀具有合理的耐用度。③充分发挥机床的潜力，但又不超过机床允许的动力和扭矩，不超过工艺系统强度和刚性所允许的极限负荷。（2）切削用量的选择原则。①切削深度ap：它是根据工件加工余量来决定的，选择时应考虑以下几点。a．在留下精加工和半精加工的余量后，粗加工应尽可能将剩下的余量一次切除，以减少走刀次数。b．如果工件余量过大或机床动力不足而不能将粗切余量一次切除，也应将第一次走刀的切削深度尽可能取大些。c．当冲击负荷较大（如断续切削）或工艺系统刚性较差时，应当减小切削深度。d．一般精车（Ra3.2～Ra1.6）时，可取ap=0.05～0.8mm；半精