知识点 车床工作的基本知识 车刀的选用及刃磨 车床夹具及工件的安装 轴类零件车削方法 套类零件车削方法 圆锥零件车削方法 成形面零件车削方法 螺纹零件车削方法 本章导读 车削加工是金属切削加工技术之一，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动（或曲线运 动）来改变毛坯的形状和尺寸，将毛坯加工成符合图样要求的工件。车削是机械制造业中最基 本、最常用的加工方法。在金属切削机床中，各类车床约占机床总数的一半。
3.1 典型零件车削加工实例
下面通过对如图 3-1 所示台阶轴零件的加工，认识车床的工作原理及其加工基本方法。 图 3-1 台阶轴 3.1.1 工作准备 1．看懂图样 图 3-1 为台阶轴零件，工件基本尺寸直径×长度=￠56mm×81mm，小圆柱基本尺寸直径×长度=￠36mm×45mm。其中基本尺寸￠56 和￠36 的公差尺寸为-0.1mm。该工件以轴线为 基准，相对于工件大圆柱右端面的垂直度要求公差值为 0.04mm，表面的粗糙度值为 Ra3.2。 根据上述分析，该工件可用车削加工。 2．检查并修整毛坯 加工前应按照图样上的要求检查毛坯。如图 3-1 所示，工件基本尺寸直径×长度=￠56mm ×81mm，该毛坯应留出加工余量 2～4mm。同时检查该毛坯是否有裂纹、脱碳、过热或过烧 等缺陷，若存在这些缺陷，应更换。 3．所需设备 加工前应根据样图 3-1 的加工要求，准备好所需的设备及工夹量具，如 CA6140 车床、车 刀、锉刀、钢尺、游标卡尺、扳手、刷子、铁钩等。 3.1.2 加工步骤 （1）用三爪自定心卡盘夹住工件外圆长 15mm 左右，校正并夹紧。 （2）安装夹紧刀具。 （3）对刀。 （4）粗车端面、外圆车至￠56.5mm。 （5）粗车外圆￠46.5mm，长 45mm。 （6）精车端面、外圆车至￠46mm，长度 45mm，保证直线度误差在 0.04mm 以内，倒角 2×45°，表面粗糙度 Ra3.2。 （7）调头，垫铜皮夹住￠46mm 外圆，校正卡爪处外圆和台阶平面（反向），夹紧工件。 （8）粗车端面，保证总长 82mm，外圆车至￠56.5mm。 （9）精车端面，保证总长 81mm。 （10）精车外圆56mm，表面粗糙度 Ra3.2。 （11）倒角 2×45°。 （12）检查质量后取下工件。 3.1.3 注意事项 （1）在加工之前要先确定工件的尺寸，工件必须去除毛刺再夹紧。 （2）车床使用前应检查其各部分机构是否完好，如各传动手柄、变速手柄的位置是否正 确，主轴及进给运动是否正常等。 （3）必须牢固装夹车刀和工件，防止切削过程中飞出伤人。 （4）装卸工件和刀具、变换速度和测量加工表面时，必须停止主轴旋转。 （5）操作车床或测量工件严禁戴手套操作。 （6）若从主轴孔尾端伸出棒料毛坯过长，应使用料架或挡板，以防止棒料毛坯回转时 伤人。 （7）工件回转时，不准用手抚摸或棉纱接触工件表面。 （8）清除铁屑应使用专用的铁钩，不准用手直接清除。 （9）操作中若出现异常现象，应及时停车检查；故障没有排除，严禁继续加工。
3.2 知识要点
车床主要是用来加工带有旋转表面的零件，其加工范围很广。就基本加工内容来说，可 以车外圆、端面、切槽和切断、钻中心孔、钻孔、车孔、铰孔、车各种螺纹、车圆锥、车成形 面、滚花及盘绕弹簧等，如图 3-2 所示。如果在车床上装上其他附件和夹具，还可以进行钻削、 磨削、研磨、抛光以及加工各种复杂形状零件的外圆、内孔等。在普通精度的卧式车床上，加 工外圆表面的精度可达 IT7～IT6，表面粗糙度 Ra 值可达 1.6～1.8m。因此，车削加工在机器 制造业中占有十分重要的地位。 图 3-2 车床工作的基本内容 3.2.1 车床工作的基本知识 1．车床的类型与组成 （1）车床的类型 车床按其用途和结构的不同可分为普通车床、六角车床、立式车床、塔式车床、自动和 半自动车床、数控车床、车削中心等。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床总数的 60%，其中 CA6140 卧式车床为目前最为常见的型号之一。 （2）车床的组成 下面以 CA6140 卧式车床为例，介绍车床的主要组成部分和作用，如图 3-3 所示。1－主轴箱；2－刀架；3－尾架；4－床身；5－右床腿；6－光杠； 7－丝杠；8－溜板箱；9－左床腿；10－进给箱；11－挂轮箱 图 3-3 CA6140 型车床外形 床身：用于连接车床上的各个主要部件，床身上表面有导轨，用来引导大拖板和尾 架的移动。 床头箱：又称主轴变速箱，内装变速机构和主轴，床头箱的正面有变速操作手柄。 电动机的运动经皮带轮传递到主轴箱，通过变速手柄的操作，可改变变速机构的传 动路线，使主轴获得加工时所需的不同转速。 挂轮箱：在主轴箱的左侧，内有挂轮架和挂轮，主轴箱的运动通过挂轮箱传递到进 给箱。 进给箱：内装进给变速机构，通过改变进给箱上手柄的位置，可使丝杠、光杠得到 不同的转速，从而使车刀的移动获得不同的进给量或螺距。 光杠、丝杠：将进给箱的运动传给溜板箱。光杠用于自动走刀，丝杠用于车螺纹。 有些车床在光杠的下方有一操纵杆，操纵杆上的手柄用来操作车床的正转、反转和 停车。 溜板箱：可把光杠或丝杠的运动传给刀架。合上横向或纵向自动进给手柄，可将光 杠的运动传到进给丝杠上，实现横向或纵向的自动进给；合上开合螺母手柄，可接 通丝杠，实现螺纹车削运动。自动进给手柄和开合螺母手柄是互锁的，不能同时合 上。溜板箱上装有手轮，转动手轮可带动大拖板沿导轨移动。 大拖板：与溜板箱相连接，可带动车刀沿床身上的导轨作纵向移动。 中拖板：与大拖板相连接，可带动车刀沿大拖板上的导轨作横向移动。 转盘：与中拖板相连接，松开前后的两个锁紧螺母，可将小拖板扳转一定角度，转 盘上有指示扳转角度大小的刻度。 小拖板（又称小刀架）：通过转盘与中拖板相连接，可沿转盘上的导轨作短距离的移 动。当转盘扳有角度时，转动小拖板上的刻度盘手柄，可带动车刀作斜向移动。小 拖板常用于纵向微量进给和车削锥度。
方刀架：用于安装车刀，它有四个装刀位置，松开方刀架上的锁紧手柄后，可调整 方刀架的装刀位置与角度。 尾架：安装在车床导轨上，松开尾架上的锁紧螺母或锁紧机构后，可推动尾架沿导 轨纵向移动；旋转尾架体上的调节螺钉，可使尾架相对于导轨作横向偏置移动，移 动距离很短，用于调整尾架的横向位置。尾架套筒内孔有锥度，可安装顶尖及用钻 夹头或锥套安装钻头、铰刀等。 床腿：用于支承床身，并与地基相连。 其他附件：中心架、跟刀架在车削较长工件时，用来支持工件；切削液输送件，它 包括水泵和切削液管，用来浇注切削液。照明和控制件，它们包括配电箱、照明灯 等，用来给车床提供一定的工作条件。 2．CA6140 型车床性能与特点 （1）CA6140 型车床的特点 CA6140 型车床是我国自行设计制造的一种卧式车床，具有以下特点： 机床刚性好，抗震性能好，可以进行高速强力切削和重载荷切削。 机床操作手柄集中，安排合理，溜板箱有快速移动机构，进给操作较直观，操作方 便，减轻劳动强度。 机床具有高速细进给量，加工精度高，表面粗糙度小（公差等级能达到 IT6～IT7， 表面粗糙度可达 Ra1.25）。 机床溜板刻度盘有照明装置，尾座有快速夹紧机构，操作方便。 机床外形美观、结构紧凑、清理方便。 床身导轨、主轴锥孔及尾座套筒锥孔都经表面淬火处理，延长使用寿命。 （2）CA6140 型车床的主要技术性能和参数 几何参数： 床身最大工件回转直径 400mm 最大工件长度 750；1000；1500；2000mm 最大车削长度 650；900；1400；1900mm 刀架上最大工件回转直径 210mm 主轴内孔直径 48mm 运动参数： 主轴转速 正转 24 级 10～1400r/min 反转 12 级 14～1580r/min 进给量 纵向进给量 64 级 0.028～6.33mm/r 横向进给量 64 级 0.014～3.16mm/r 溜板箱及刀架纵向快移速度 4m/min 车削螺纹范围： 公制螺纹 44 种 S=1～192mm 英制螺纹 20 种 a=2～24 牙/in 车蜗杆范围： 模制螺纹 39 种 m=0.25～48mm
径节螺纹 37 种 DP=1～96 动力参数： 主电机功率和转速 7.5kW，1450r/min 加工精度： 精车外圆的圆度 0.01mm 精车外圆的圆柱度 0.01mm/100mm 精车端面的平面度 0.02mm/300mm 精车螺纹的螺距精度 0.04/100mm，0.06/300mm 精车表面粗糙度可达 Ra1.25 ~ 2.5μm 3．车床基本操作 （1）主轴变速手柄的操作 主轴的变速机构安装在床头箱内，变速手柄在床头箱的前表面上。操作时通过扳动变速 手柄，可拨动床头箱内的滑移齿轮以改变传动路线，使主轴得到不同的转速。 在进行变速操作之前，首先要了解主轴箱上的速度标记方式。有些车床的转速是用表格 形式标出的，有些车床是在其中一个手柄边上标出速度，用颜色来确定其他手柄的位置。表 格形式的变速方法比较简单，只需在表格上查到所需的转速，把变速手柄扳到表中提示的位 置即可。 如图 3-4 所示是 CA6140 车床的变速手柄示意图，手柄甲与速度值相对应，手柄乙与色块 相对应。变速时，先找到所需的转速，将手柄甲转到需要的转速处，对准箭头，根据转速数字 的颜色，手柄乙拨到对应颜色处。 1－手柄甲；2－手柄乙；3－空挡；4－速度值；5－手柄对准处；6－色块 图 3-4 CA6140 车床变速手柄示意图 操作变速手柄时，应注意以下几点： 1）变速时要求先停机，若车床转动时变速，容易将齿轮的轮齿打坏。 2）变速时，手柄要扳到位，否则会出现“空挡”现象，或由于齿轮在齿宽方向上，没有 全部进入啮合，降低了齿轮的强度，容易导致齿轮的损坏。 3）变速时，若齿轮的啮合位置不正确，手柄会难以扳到位，此时可一边用手转动车床卡 盘一边扳动手柄，直到手柄扳动到位。 （2）进给箱手柄的操作 通过操作进给箱手柄，可改变车削时的进给量或螺距。进给箱手柄在进给箱的前表面上，
进给箱的上表面有一个标有进给量及螺距的表格。调节进给量时，可先在表格中查到所需的数 值，再根据表中的提示配换挂轮，并将手柄逐一扳动到位即可。手柄的操作方法与主轴变速手 柄的操作方法相似。 配换挂轮时要注意调整齿轮的间隙，间隙过小，会使挂轮转动时噪声过大，并会加大挂 轮的磨损；间隙过大，传动不稳定。实践中通常用垫纸法来控制间隙，即在相啮合的齿轮之间 垫一层普通的白纸，再将齿轮轻轻推上压实、固定，旋转齿轮，取出白纸即可。 （3）溜板箱手柄的操作 溜板箱上一般有纵向、横向自动进给手柄，开合螺母手柄和大拖板移动手轮。 合上纵向自动进给手柄，可接通光杠的运动。在光杠带动下，可使车刀沿纵向（平行于 导轨方向）自动走刀，走刀方向由光杠的转动方向决定，可往左或往右走刀。合上横向自动进 给手柄，可使车刀沿横向（垂直于导轨方向）自动向前或向后走刀。在 CA6140 中，纵、横向 自动进给手柄合成一个手柄，如图 3-5 所示，安装于溜板箱的右侧，操作时只要把手柄扳到相 应的进给方向即可。 图 3-5 CA6140 车床进给操作 扳动手柄合上开合螺母，车刀就在丝杠带动下自动移动，进行螺纹车削运动。开合螺母 手柄与自动进给手柄是相互联锁的，两者不能同时合上。 操作溜板箱手柄时，有时也会出现手柄合不上的现象。这时，可先检查开合螺母与自动 进给手柄的位置，有时手柄的微小掉落，可能导致手柄相互锁住；若还不能解决问题，纵向进 给时可转动一下溜板箱上的手轮，横向进给时可转动一下中拖板刻度盘手柄，改变内部齿轮的 啮合位置即可解决。 （4）刻度盘手柄的操作 在车床的中拖板、小拖板上有刻度盘手柄，刻度盘安装在进给丝杠的轴头上，转动刻度 盘手柄，可带动车刀的移动。中拖板刻度盘手柄用于调整背吃刀量，小拖板刻度盘手柄用于调 整轴向尺寸和车锥度。中拖板刻度盘上一般标有每格尺寸，如图 3-6 所示，表示的是刻度盘每 转过一格，车刀移动的距离为 0.02mm，即每进一格，轴的半径减小 0.02mm，直径则减小 0.04mm。习惯上，轴、孔车削时尺寸是以直径大小为依据的，所以用中拖板刻度盘手柄进刀 时，通常将图 3-6 中的刻度读为每格 0.04mm。
图 3-6 刻度盘手柄示意图 小拖板刻度盘上一般不标每格尺寸，它每格对应的车刀移动量与中拖板的相同。与中拖 板不同的是，小拖板手柄转过的刻度值，即为轴向实际改变的尺寸大小。 车削外圆时，手柄向顺时针方向转动，车刀向中心移动为进刀；手柄向逆时针方向转动， 车刀远离中心为退刀。加工内孔时正好相反。 进刀时，当刻度盘手柄转过了头，或试切后发现尺寸不合适需要退车刀时，由于传动丝 杠与螺母之间有间隙，刻度盘手柄不能直接退回到所需的刻度上，而应退回半圈以上，再进到 所需的刻度，如图 3-7 所示。 （a）旋转过头，未对准 15 （b）错误：直接返回到 15 （c）正确：先退回半圈，再进至 15 图 3-7 刻度盘手柄的纠正方法 3.2.2 车刀的选用及刃磨 1．车刀的种类和用途 （1）车刀的种类 根据不同的车削加工内容，常用的车刀有外圆车刀、内孔车刀、切断刀、端面车刀、螺 纹车刀和成形车刀等，如图 3-8 所示。 （2）车刀的用途 常用车刀基本用途见图 3-8。 1）外圆车刀用于加工外圆柱面和外圆锥面，它分为直头车刀（见图 3-8（a））、弯头车刀
（见图 3-8（b））和偏刀（见图 3-8（c））三种。直头车刀主要用于加工没有阶梯的光轴；45° 弯头外圆车刀可以加工外圆，又可以加工端面和倒棱；偏刀有 90°和 93°主偏角两种，常用 来加工外圆、台阶和端面。 外圆车刀可分为粗车刀、精车刀和宽刃光刀。由于精车刀刀尖过渡圆弧半径较大，加工 时可得到较小的残留面积；宽刃光刀（见图 3-8（i））用于低速大进给量精车。 2）端面车刀（见图 3-8（d））用于车削垂直于轴线的平面，它工作时采用横向进给。 3）切断刀（见图 3-8（e））用于从棒料上切下已加工好的零件，也可以切槽。切断刀切 削部分宽度很小，强度低，排屑不畅时极易折断，所以要特别注意刀刃形状几何参数的合理性。 4）内孔车刀（见图 3-8（f））用于车削圆孔，其工作条件比外圆车刀差，这是由于内孔车 刀的刀杆截面尺寸和悬伸长度都受被加工孔的限制，刚度低、易振动，只能承受较小的切削力。 5）成形车刀（见图 3-8（h））是一种加工回转体成形表面的专用刀具，它不但可以加工 外成形表面，还可以加工内成形表面。成形车刀主要用在大批量生产，其设计与制造比较麻烦， 刀具成本比较高。但为使成形表面精度得到保证，工件批量小时，在普通车床上也常常使用。 6）螺纹车刀（见图 3-8（g））车削部分的截形与工件螺纹的轴向截形（即牙形）相同。 按所加工的螺纹牙形不同，有普通螺纹车刀、梯形螺纹车刀、矩形螺纹车刀、锯齿形螺纹车 刀等。车削螺纹比攻丝和套丝加工精度高，表面粗糙度低。因此，螺纹车刀车削螺纹是一种 常用的方法。 图 3-8 车刀的种类和用途 2．车刀几何角度的选用 合理选择车刀的几何角度是车削加工中能否保证加工质量、提高生产率的主要应用问题 之一。 （1）车刀几何角度 车刀的主要几何角度包括前角0、主后角0、主偏角r、副偏角r 、刃倾角s 、副后 角0 ，以及刀具前面的形状和过渡刃的形状，如图 3-9 所示。
图 3-9 车刀的主要几何角度 前角（0）：基面与前刀面的夹角。 主后角（0）：主后刀面与主切削平面的夹角。 副后角（0 ）：副后刀面与副切削平面之间的夹角。 主偏角（r）：主切削平面与刀具的进给方向之间的夹角。 副偏角（r ）：副切削平面与刀具的进给方向之间的夹角。 刃倾角（s）：主切削刃与基面之间的夹角。 （2）车刀几何角度的选用 1）前角0的选用。前角的作用是减小切削变形和切削力。增大前角能使车刀刃口锋利， 减小切削变形，可使切削省力，降低切削温度，并使切屑顺利排出。但前角过大会造成刃口的 强度降低，刀刃的散热条件变差，使车刀容易崩刃。影响前角的因素有零件材料、刀具材料和 切削工作条件等。 ① 零件材料对前角的影响。车削塑性材料时，切屑呈带状，切削力集中在离刀尖较远的 地方，如图 3-10（a）所示，因而保护了刀尖，为了减少变形，前角应取较大值；车削脆性材 料时，切屑呈碎粒状，切削力集中在刀尖附近，如图 3-10（b）所示，为了保护刀尖，在一般 情况下，前角应取较小值，但在特殊情况下，如车削灰口铸铁和球墨铸铁时应取较大值。此外， 当零件材料硬度较高和切削有冲击时，则应取小值，甚至取负角。 （a）车削塑性材料 （b）车削脆性材料 图 3-10 零件材料对前角的影响 ② 刀具材料对前角的影响。高速钢、合金工具钢等刀具材料韧性较好，抗弯强度较高， 可采用较大的前角；硬质合金及陶瓷等刀具材料性脆怕冲击，抗弯强度比高速钢小 3～8 倍， 但抗压强度很高，故前角应取较小值。 ③ 加工条件对前角的影响。粗车时，切削深度大、进给快、冲击力大、零件毛坯表面硬
度高，应取较小的前角；精车时，因零件表面有精度的要求，加大前角能减小变形，同时由于 切削深度和进给量小，对刀尖强度影响不大，故应选取较大前角。 综上所述，对于高速钢车刀，前角可在 5°～30°之间变化；对于硬质合金钢车刀，前角 一般取在15°～30°之间。 为了提高车刀的耐用度，常在靠近主切削刃的前刀面上磨出一条棱边，称为倒棱，如图 3-11 所示。棱面的前角0一般取 5°～5°，倒棱宽度b 一般取（0.3～0.5）f。由于棱面很r 窄，切屑仍沿前刀面流出，这样刀具保持了大前角的优点，而且刀刃的强度提高了，散热条件 也改善了。同时在车削塑性材料时，还应注意断屑问题。如果切屑不断，成带状缠绕在零件或 车刀上，会损坏零件表面，打坏车刀，甚至带来人身事故。因此，必须在车刀前面上磨出断屑 槽（见图 3-11 中 R 所指的圆弧），使切屑有规律地流出或折断。 图 3-11 车刀的倒棱 2）主后角0和副后角0 的选用。后角（0、0 ）的作用是减小后刀面与与工件之间的 摩擦，使车刀磨损减少。后角的大小对刀刃强度、锋利程度有影响，后角减小，刀刃的强度增 大，刀刃锋利程度下降。加工塑性材料时选用大一些的后角值，加工脆性材料选用小一些的后 角值；高速钢车刀的后角通常在 6°～12°之间取值，硬质合金车刀的后角通常在 2°～12° 之间取值；粗车时，后角一般选用 3°～6°，精车时，后角一般选用 6°～12°。一般情况下， 主后角和副后角的数值相同。 3）主偏角（r）的选用。主偏角的主要作用是改变主切削刃和刀头的受力及散热情况。 主偏角减小，能使切削刃的散热性能得到改善。在机床工艺系统刚度允许的情况下，应采用较 小的主偏角。切削时，主偏角过小，会产生过大的径向力，引起机床的振动和工件的弯曲。主 偏角取值一般在 45°～90°之间。在加工台阶轴之类的工件，必须采用等于或大于 90°的主 偏角。 4）副偏角（r ）的选用。副偏角的作用主要是减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩 擦，并改善工件已加工表面粗糙度。副偏角变小，可使加工工件表面粗糙度光滑，若副偏角太 大，就会影响刀头强度。副偏角一般可在 10°～15°之间选取。 5）刃倾角（s ）的选用。刃倾角的主要作用是改变控制切屑的流动方向。当刃倾角为正 值时，切削刃强度较弱，切屑流向待加工表面；当刃倾角为负值时，切削刃强度较好，切屑流 向已加工表面；当刃倾角为零时，切屑垂直于切削刃流出。当工件圆整、切削厚度均匀时，可 取 0°刃倾角；断续或强力切削时，为了增加刀头强度，应取负值；精加工时，为了减小工件
的表面粗糙度，刃倾角应取正值。刃倾角一般取在4°～4°之间。 6）过渡刀刃和修光刃的选用。在车刀主副切削刃中间的刀尖位置，是切削力和切削热最 集中的地方，极易磨损。为解决这一问题，将刀尖处切削刃制成圆弧形，如图 3-12（a）所示， 以保护刀尖，提高刀具耐用度和零件表面加工质量，此圆弧切削刃即为过渡刃，其值一般取在 r 0.5～2mm 之间。精车时取小值，粗车时取大值。若圆弧过渡不易磨得准确时，也可采用 直线过渡刀刃，如图 3-12（b）所示。直线过渡刀刃的作用和选用方法与圆弧过渡刀刃相似。 一般取f 0.5～2mm，0 0取主偏角的一半。 （a）圆弧过渡刀刃 （b）直线过渡刀刃 图 3-12 过渡刀刃 修光刃的主要作用是提高刀具的耐磨度。在车削粗加工中可以采用大进给量，以提高生 产率。如图 3-13 所示，修光刃是与进给方向相平行的辅助刀刃，一般在过渡刀刃磨好后磨出。 修光刃过大会使切削力增加，引起振动，故修光刃不宜取得过大，其长度 f 一般约为进给量的 1.2～1.5 倍。 图 3-13 修光刃 （3）典型车刀切削角度综合选择实例 前面已经分析了车刀几何角度的作用及其选用，但是一把车刀在车削时，往往有多个几 何角度同时参与切削，这些切削角度彼此相互依赖又相互制约。选择车刀切削角度时，必须根 据零件材料、加工特点和切削用量等各方面的因素，选择合理切削角度，以提高产品质量和生 产率。下面就以粗加工用 75°车刀为例，说明切削角度的综合选择。
1）加工特点。在粗加工时，工件表面粗糙，切削深度大，断续切削使刀具受到很大的冲 击力。因此刀尖位置切削力和切削热大，刀具磨损快。 2）刀具特点。为了适应粗加工的特点，前角应增大且倒棱，刃倾角去正值，后角应适当 减小，保护刀尖。加工轴类零件时，应取大的主偏角，以减小径向力，刀具材料用 YT15。如 图 3-14 所示为 75°强力粗车刀。 图 3-14 75°强力粗车刀工作图 ① 前角015°～18°，减轻机床负荷，后角0 4°刀头强度高。 ② 主偏角r 75°，使径向力减小，采用 45°直线过渡刃，副偏角r 6°～8°刀尖角 大，散热快，提高刀具寿命。 ③ 刃倾角 4°～6°增加刀尖强度。 ④ 采用圆弧过渡刃R 0.5，修光刃f s 0.3（s 为进给量），保证表面粗糙度。 ⑤ 断屑槽浅，刀头磨损小。采用 65°斜角断屑槽，保证切削流向待加工表面。 ⑥ 刀刃倒棱由进给量决定，不超过 0.5s，加强刀刃强度并改善切削情况。 3）使用条件。切削速度v 50m/min，进给量 s 1～1.5mm/r，切削深度a p 5～10mm， 机床功率 P 25kW。 4）应用范围。适用于强力切削，切削大型中碳钢铸件或锻件。 3．车刀的刃磨 刀具的刃磨分为手工刃磨和机械刃磨两种，在一般中小型工厂中普遍采用手工刃磨。手 工刃磨是车工必须掌握的技术。手工刃磨车刀的砂轮主要有两种，一种是氧化铝砂轮（褐色）， 另一种是碳化硅砂轮（绿色）。氧化铝砂轮主要刃磨高速钢车刀。对于硬质合金车刀，刀体部 分的碳钢材料可先用氧化铝砂轮粗磨，再用碳化硅砂轮精磨刀头的硬质合金钢。 （1）车刀的刃磨步骤 车刀刃磨的要求是在保持刀具材料切削性能的前提下，磨出加工所需的车刀几何形状和
几何角度。下面以 90°右偏刀为例说明车刀的刃磨操作步骤，如图 3-15 所示。 图 3-15 车刀的刃磨步骤 1）磨主后刀面：磨出车刀的主偏角r和主后角0。 2）磨副后刀面：磨出车刀的副偏角r 和副后角0 。 3）磨前刀面：磨出车刀的前角0和刃倾角s 。 4）磨断屑槽：根据需要在前刀面上磨出相应的断屑槽，并倒棱。 5）进一步精磨各面，直到各面平整光滑。 6）磨出刀尖圆弧。 7）用油石研磨各面，如图 3-16 所示，研磨车刀各面，使在切削刃附近的刀面看不出砂轮 的磨削痕迹，这样可使车刀的切削刃更锋利、更耐用。 图 3-16 油石研磨的正确方法 （2）刃磨车刀的注意事项 1）刃磨车刀时操作者应站在砂轮的侧面，双手握稳刀具，车刀与砂轮接触时用力要均匀，
压力不宜过大。 2）应使用砂轮的圆周面磨刀，并要左右移动刀具，以免砂轮被磨出沟槽。不可在砂轮的 侧面用力粗磨车刀。 3）刃磨高速钢刀具时，要经常沾水冷却，以防刀具被退火而变软；磨硬质合金钢刀具时， 不得沾水冷却，否则刀片会碎裂。 4）刃磨刀具时，要注意刀具温度的变化，不可用布、棉纱等包着刀具去磨，以免使手无 法正确感觉刀具温度的变化。 4．车刀的安装 车刀安装得是否正确，直接影响切削的顺利进行和工件的加工质量。如果安装不正确， 即使有了合理的车刀角度，也会使车刀切削时的工作角度发生变化。因此，车刀安装一般有以 下几方面的要求： 1）刀头的伸出长度应小于刀体高度的 2 倍（不包括车内孔），无特殊情况不宜伸出过长， 否则会降低车刀的刚度，加工时容易产生振动，使工件表面粗糙度值增大甚至使车刀损坏。 2）刀尖与工件的轴线等高。车外圆时，刀尖过高，会造成后刀面刮擦和挤压现象；刀尖 过低，因切削力方向的变化，会使刀尖强度降低，容易造成崩刃现象。车端面时，无论刀尖过 高还是过低，都会出现车不到中心的现象，且车刀容易崩刃，如图 3-17 所示。 图 3-17 刀尖高度 3）安装车刀时，车刀垫铁要放置平整，至少要有两个螺钉将车刀压紧。 3.2.3 车床夹具及工件的安装 1．用三爪卡盘安装工件 如图 3-18 所示为三爪卡盘，是车床上最常用的附件之一，用途非常广泛。用来插入卡盘 扳手的三个方孔均分布在圆周，拨动扳手，三个卡爪同时向中心夹紧或松开。因此用三爪卡盘 装夹圆形工件且夹紧部分长度较长时，具有自动定心兼夹紧的作用。安装直径较大的工件时， 还可以把三个卡爪反装在卡盘上（也称反爪）进行装夹工件。 当工件安装夹紧部分较短时，三爪卡盘无法自动定心。此时可采用铜棒校正法对短工件 进行找正，如图 3-19 所示。找正时先将工件微微夹紧在三爪卡盘上，在刀架上装夹一铜棒， 开动车床，使工件低速转动，用手转动进给手柄移动铜棒，接触零件的端面，轻轻地将工件 挤正。
图 3-18 三爪卡盘 图 3-19 工件的找正 2．用四爪卡盘安装工件 如图 3-20 所示为四爪卡盘的外形，适用于装夹矩形的毛坯或偏心不规则零件。因为四爪 卡盘的四个卡爪分别用四根丝杠带动，形成相互独立的运动。这些零件用四爪卡盘装夹时，要 先在零件的表面上划线，确定圆心位置后，按零件的圆心位置校正后夹紧。校正方法如图 3-21 所示，用划针盘或百分表对工件进行校正，通过四个卡爪的调节，使工件需加工表面的中心与 工件的旋转中心相重合。 图 3-20 四爪卡盘 图 3-21 用百分表找正 3．用顶尖安装工件 用卡盘夹持工件，工件只有一端被固定，当所车削的工件较细长、刚度较差时，工件往 往会被刀具顶弯，会出现“让刀”现象，导致车出的工件在靠近卡盘的一端尺寸小，另一端尺 寸大。在这种情况下，工件可采用两端用顶尖或一端用卡盘另一端用顶尖的安装方法。用顶尖 安装工件不需校正，精度高，且多次安装也不致错位。 根据顶尖在车床上安装位置的不同，可分为前顶尖和后顶尖，它们尾部的莫氏锥度分别 与主轴内孔或尾架内孔相配合。前顶尖也常用自制的方法来代替：在三爪卡盘上，装上一小段 钢料，车制 60°的尖端来代替前顶尖，用这种方法还可以降低前顶尖由于安装不当而引起的 误差。 常用的顶尖分普通顶尖和活顶尖两种。普通顶尖（又称死顶尖）如图 3-22 所示，它安装 工件比较稳固，刚度较好，但由于工件与顶尖之间有相对运动，顶尖容易磨损。
图 3-22 普通顶尖的类型 用普通顶尖安装工件时，中心孔中应填入黄油，再用顶尖顶住。顶紧力大小要适当，顶 紧力过小，则刚度不好，工件转动时，容易出现晃动现象；顶紧力过大，会导致工件与顶尖之 间摩擦力过大，严重时会导致顶尖的烧毁。当工件两端用顶尖顶住时，用手使劲转动工件，工 件能自由转动 1～2 圈，这时认为顶紧力是合适的。 高速车削时，为了防止中心孔与顶尖之间由于摩擦而发热过大，一般采用活顶尖。活顶 尖如图 3-23 所示，由于活顶尖内部有轴承，在车削时顶尖与工件一起转动，因此避免了工件 中心孔与顶尖之间的摩擦，但它的刚度较差，一般适用于粗车和半精车。安装工件时，不需在 中心孔中加润滑油。 图 3-23 活顶尖 工件两端用顶尖顶住后，实现了工件的定位，车床的动力要用拨盘和鸡心夹头传递到工 件上，如图 3-24 所示。 车削一般轴类零件，特别是较重的轴类零件时，如用两顶尖装夹，虽然精度高，但刚性 差，所承受的切削力较小。因此，常用一夹一顶的装夹方法，即一端用卡盘夹住，另一端用后 顶尖顶住的装夹方法。这种装夹方法操作简单、夹持力大，能承受较大的轴向切削力，应用很 广。用一夹一顶装夹工件时，为了防止工件轴向窜动，可在卡盘内装一个限位支承或用工件台 阶作为限位，如图 3-25 所示。 （1）用顶尖安装工件（如图 3-26 所示）的步骤 1）拧松尾架调整螺栓，将尾架调整到合适的位置。 2）当尾架靠近工件时，将调整螺栓拧紧，固定尾架。
1－拨盘；2－鸡心夹头；3－前顶尖；4－锁紧螺钉；5－后顶尖 图 3-24 用顶尖、鸡心夹头夹工件 图 3-25 一夹一顶装夹工件 3）装夹工件，通过调整转盘，调节顶尖与工件的松紧度。 4）通过锁紧手柄，将套筒锁紧。 5）转动小托板或大托板将刀架移到行程的最左端，用手转动主轴，检查有无干涉。 6）拧紧鸡心夹头上的螺钉。 （2）顶尖安装工件时的注意事项 1）由于顶尖是靠尾部的锥面与主轴或尾架内孔配合而装紧的，因此安装顶尖时，先要把 顶尖尾部的锥面和对应的锥孔擦干净，再用力将顶尖推入装紧。
图 3-26 用顶尖安装工件 2）前后顶尖应调整到与主轴轴线同轴，否则车出的工件将呈锥形。当前后顶尖不共线时， 一般可调节尾架体的横向位置。调节时，可把尾架推至前后顶尖相近，调节到用目测观察前后 顶尖基本对准，然后通过试车，测量外圆的锥度情况，再进一步微调，直到满足要求。 3）安装前要先检查工件端面的中心孔，要求中心孔形状正确，孔内光洁且无杂物。 4）尾架套筒伸出长度 L 一般为 30～60mm，不宜过长，以免降低刚度。 5）用顶尖安装的工件在加工时，工件会因切削发热而伸长，导致顶紧力过大。因此，车 削过程中应使用冷却液对工件进行冷却，以减少工件的发热。在加工长轴时，中途必须经常松 开后顶尖，再重新顶上，以释放长轴因温度升高而产生的伸长量。 4．用心轴安装工件 在加工盘套类工件时，为了保证内孔与外圆、端面之间的位置精度，一般用心轴安装工 件。用心轴安装工件时，先要对工件的内孔进行精加工，用内孔定位，把工件装在心轴上，再 把心轴安装到车床上，对工件进行加工。 心轴的种类很多，常用的心轴有圆柱心轴和锥度心轴。圆柱心轴如图 3-27 所示，工件用 螺母压紧，用该方法安装工件时夹紧力较大，并可同时加工多个零件，但对中性较差，一般用 于加工精度要求较低的工件。 1－心轴；2－工件；3－快换垫圈 图 3-27 圆柱心轴 锥度心轴如图 3-28 所示，其锥度很小（一般为 1:1000～1:5000），工件压入心轴后，靠摩 擦力传递扭矩。锥度心轴装卸简便、对中性好，但只能承受较小的切削力，多用于精加工。
1－心轴；2－工件 图 3-28 圆锥心轴 5．用其他附件安装工件 （1）中心架、跟刀架的使用 在加工细长轴时，使用中心架或跟刀架，可减小或防止轴因受切削力的作用而产生的弯 曲变形。 中心架的使用如图 3-29 所示，调节中心架的三个支承爪，可支承工件，并使工件与主轴 同轴。由于中心架固定在车床导轨上，所以一般在加工阶梯长轴时使用。车削时，可先车削好 一端，再换头车削另一端。车削长轴的端面或内孔时，可用卡盘夹住轴的一端，另一端用中心 架来支承。 1－刀架；2－中心架；3－工件；4－三爪卡盘 图 3-29 中心架的的使用 常用的跟刀架分两支承和三支承两种。跟刀架安装在大拖板的左侧，支承在已加工表面 上，如图 3-30 所示。跟刀架随大拖板及车刀同时移动，因为它的支承爪始终支承在车刀附近， 所以能有效地抵消切削力。跟刀架一般在车削等直径的细长光轴、丝杠时使用。
1－三爪卡盘；2－工件中心架；3－跟刀架；4－尾架；5－刀架 图 3-30 跟刀架的的使用 用中心架和跟刀架时，车床转速不宜过高，且应在支承爪与工件接触处加润滑油或润滑 脂进行润滑，以防止支承爪的过快磨损。 （2）用花盘安装工件 在车床上加工大而平、形状不规则的工件时，可用花盘安装。为减少所车出工件的位置 误差，必须在安装工件之前，用百分表检查花盘盘面的平整度以及与主轴轴线的垂直度。若盘 面不平或不垂直，必须先精车花盘盘面再安装工件。 用花盘安装工件时，常用如图 3-31 所示的两种方法。图 3-31（a）中，定位面紧靠花盘， 可保证孔的轴线与安装面之间的垂直度；图 3-31（b）中，用弯板安装工件，可保证孔的轴线 与安装面的平行度。安装在花盘上的工件多为不规则工件，由于工件重心的作用下会产生偏置 现象，所以应装上平衡铁予以平衡，以减少加工时的振动。 （a） （b） 1－平衡铁；2－工件；3－花盘；4－弯板；5－压板；6－定位块 图 3-31 在花盘上安装工件 3.2.4 轴类零件车削方法 在机械设备中，各种轴是最常见的零件之一。一般轴类零件由圆柱面、台阶、端面和沟
槽构成。这些构成面在机械加工中和设备工作中都起着重要的作用。因此，车削轴类零件除了 要保证图样上标志的尺寸和表面粗糙度要求外，还要注意形位精度要求。 1．轴类零件工艺特点 轴类零件的车削过程一般可以分粗车和精车两个阶段。粗车时，主要目的是快速切除工 件的大部分加工余量，使工件接近所需的形状和尺寸。半精车与精车主要是为了保证工件的尺 寸精度和较低的表面粗糙度。 （1）粗车的工艺特点 粗车的主要目的是从毛坯上尽快切去多余的材料，而对零件的尺寸精度、形位精度和表 面粗糙度要求较低。粗车的公差等级为 IT13～IT11，粗糙度 Ra 值为 50～12.5μm。 1）粗车时，对车床设备的精度要求不高，主要是要求机床功率能满足要求。要求工夹具 的强度高、夹紧力大、操作简便，以适应切削力大的需要。 2）粗车时，应选择强度大、刚性好和抗冲击能力强的刀具材料，以适应切削深度大、进 给量大、排屑顺利的要求。 3）粗车时，切削用量应在机床、夹具、刀具等工艺系统刚性允许的前提下，尽量选用中 等切削速度和较大的切削深度、进给量。 4）粗车较大的阶台轴时，一般从直径较大的部位开始加工，直径最小的部位最后加工， 以使整个切削过程有较好的刚性。 （2）精车的工艺特点 精车主要是保证零件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度达到图样要求。精车的尺寸公 差等级为 IT8～IT6，粗糙度 Ra 值为 1.6～0.8μm。因此，精车可作为高精度外圆表面的终加工， 亦可作为光整加工前的预加工。 1）精车时，一般选用精度较高的机床，工夹具也应根据工件的形状、尺寸和形位公差要 求来选用或制作，以确保工件的精度要求。 2）精车时，根据切削速度高、切削力小、耐用度高和工件表面粗糙度要求细的特点，选 用红硬性好的刀具材料。 3）精车时，切削用量的选择根据工件加工精度的要求，一般选用较小的进给量 ( f =0.05～ 0.20mm/r)，较小的切削深度（硬质合金刀具为ap=0.5～1mm，高速钢刀具为ap=0.1～0.2 mm）。 为了避免在切削过程中出现积削瘤，降低表面粗糙度值，硬质合金刀具一般选用 80～120m/min 的较高切削速度，高速钢刀具选用 3～8m/min 的较低切削速度，精车时，要选用精度较高的 量具，如千分尺、百分表，对工件的精度进行综合测量。 （3）粗车与精车对刀具角度的要求 由于粗车和精车的加工要求不同，故对车刀的要求也不一样。 1）粗车刀。外圆粗车刀应能适应粗车时切削深、进给快、切削力大、切削温度高的特点， 要求车刀有足够的强度和良好的散热条件。因此，选择粗车刀几何角度的一般原则是： ① 为了增加刀头强度，前角0和后角0均应取小些，但必须注意，前角过小会使切削力 增大。一般取前角0= 10°～5°，后角0= 5°～7°。 ② 主偏角（r）不宜过小，否则容易引起振动，在工件外圆形状允许的情况下，最好选 用 75°左右。因为这时刀尖角r较大，能承受较大的切削力而且有利于刀尖散热。
③ 一般粗车时采用3°～0°的刃倾角s以增强刀尖强度。 ④ 为了增加切削刃强度，主切削刃上应磨有倒棱，其宽度约为（0.5～0.8） f ，负倒棱处 的前角0 5°～10°。 ⑤ 为了进一步增加刀尖强度，改善散热条件，使刀具耐用，刀尖处应磨有过渡刃。 ⑥ 粗车塑性金属（如钢类）时，为了保证切屑能自行折断，使切削能顺利进行，应在车 刀的前刀面上磨有断屑槽。其断屑槽具体尺寸可参考有关手册。 2）精车刀。精车时要求达到工件的尺寸精度和较小的表面粗糙度值，并且切去的金属较 少，因此要求车刀锋利，切削刃平直光滑。 选择精车刀几何角度的一般原则是： ① 前角（0）一般取大些，使车刀锋利，以减小切屑变形，并使切削轻快。一般取前角 0 =10°～20°。 ② 后角（0）也应取大些，以减小车刀和工件之间的摩擦，精车时对车刀强度要求并不 高，允许取较大的后角，一般取0=6°～8°。 ③ 副偏角（r ）应取较小值，或刀尖处磨修光刃，修光刃长度一般为（1.2～1.5）f，以 减小工件的表面粗糙度。 ④ 采用正刃倾角（s = 3°～8°），以控制切屑流向待加工表面。 ⑤ 精车塑性材料时，车刀的前刀面应磨较窄的断屑槽。 2．轴类零件车削操作方法 （1）车轴类零件的车刀 车轴类零件的车刀主要用来车外圆、台阶和端面。常用的有 45°、75°、90°等几种车刀。 1）45°车刀及其使用。45°车刀又称弯头刀，它的主偏角r和副偏角r 都等于 45°， 45°车刀分左右两种。45°车刀的刀尖角r=90°，刀头强度和散热条件比偏刀好，但是 45°车刀的主偏角r较小，车削时径向力较大，易使工件产生弯曲变形，因此，它常用于刚 性较好、较短工件的外圆、端面的车削和倒角。 2）75°车刀及其使用。75°车刀的主偏角r=75°，其刀尖角r>90°，刀头强度好， 较耐用。因此，适用于粗车轴类工件的外圆，以及强力车削铸、锻件等加工余量较大的工件的 外圆，还可以车铸、锻件的大端面，现场常将其称为强力车刀。 3）90°车刀及其使用。90°车刀是指主偏角r=90°的车刀，也称偏刀。它分右偏刀和 左偏刀，从车床尾座向车头方向进给的偏刀称为右偏刀或称为正偏刀。从车头向尾座方向进给 的偏刀称为左偏刀或称为反偏刀。 右偏刀可以用来车削外圆、右向阶台、端面。由于它的主偏角较大，车外圆时产生的径 向力较小，不易把工件顶弯。左偏刀一般用来车削左向阶台，也适用于车削直径较大和长度较 短的工件端面和外圆。 （2）车外圆 车外圆时，一般按如下步骤操作： 1）安装好工件和车刀。 2）选择好切削用量，根据所需的转速和进给量调节好车床上手柄的位置。 3）对刀并调整切削深度。对刀方法是：开机使工件旋转，转动横向进给手柄，使车刀与
工件表面轻微接触，即完成对刀。车刀以此位置为起点，转动中拖板刻度盘手柄，进到切削深 度。对刀时，工件一定要旋转，否则容易出现崩刃现象。 4）试切。由于对刀的准确度和刻度盘的精度问题，按前面所进的切深，不一定能车出准 确的工件尺寸，一般要进行试切，并对切削深度进行调整，试切方法如图 3-32 所示。 图 3-32 试切方法和步骤 5）试切好以后，记住刻度，作为下一次调切深的起点。纵向自动走刀车出全程。车到所 需长度后，先扳动手柄，停止自动进给，然后转动中拖板刻度盘手柄退出车刀，再停车。 （3）车直台阶 直台阶一般紧接着外圆车出。为了方便直台阶的车削，外圆刀一般选择 90°偏刀，并在 安装车刀时，把主偏角装成 95°左右。当外圆车到尺寸后，由里往外车出直台阶，如图 3-33 所示。 图 3-33 直台阶车法 车台阶时，还要控制轴向尺寸，一般先用钢尺确定台阶的位置，再开机使工件旋转，用 刀尖在工件表面划一线痕，作为车削时的粗界线，如图 3-34 所示。由于这种方法所定位置有 一定误差，线痕所确定的长度应比所需长度略短，最终的轴向尺寸，可通过小拖板刻度盘手柄 的微量进给来控制。
图 3-34 用钢尺粗定台阶位置 （4）车端面 车端面常用弯头刀和 90°偏刀两种车刀。车端面时，刀尖高度要求特别严格，以免在端 面留下凸台或造成车刀的崩刃。 1）用 45°车刀车端面，如图 3-35 所示，车削时，进给方向是由外向中心车削。当切削 深度较大，或因毛坯端面较斜使加工余量较不均匀时，一般用手动进给；当切削深度较小且较 均匀时，可用自动进给。用自动进给时，当车到离工件中心较近时，应改用手动慢慢进给，以 防车刀崩刃。 图 3-35 用 45°偏刀车端面 2）用 90°偏刀车端面，如图 3-36 所示，常用的进给方向是从中心向外车削，通常用于 端面的精加工或有孔端面的车削，车削出的端面表面粗糙度值较低。进给方向也可从外向中心 车削，但用这种方法车削到靠近中心时，车刀容易崩刃。 图 3-36 用 90°偏刀车端面
车削端面时，应注意以下几点： ① 由于端面直径从外圆到中心是变化的，切削速度也随之变化，不易车出较低的表面粗 糙度，因此车端面时转速应比车外圆的转速选得高一些。 ② 车削较大的端面，所车出的端面应略有内凹的，即中心比外面略低，用刀口尺对光测 量，可观测到在端面中心处略有间隙。 ③ 在车削精度要求较高的大端面时，可将大拖板上的锁紧螺栓锁紧，并将中拖板的导轨 间隙调小，以减少车刀的纵向窜动。此时，切削深度用小拖板刻度盘手柄调整，并用该手柄的 进给来控制工件的轴向尺寸。 （5）切断与切槽 轴类零件加工时，常需对棒类进行切断与切槽。 1）切断。在车削时，￠50 以下的棒料常在车床上进行切断，直径大于 50mm 的材料不易 进行切断。切断刀如图 3-37 所示。 图 3-37 切断刀 切断刀的主切削刃宽度较窄，一般取 2～5mm，若宽度太大，在切削时容易造成振动；切 断刀刀头长度应略大于被切工件的半径。切断刀安装时，要使切断刀中心线垂直于工件轴线， 两副切削刀对称，刀尖高度要求与工件轴线等高。 由于切断刀刀头窄而长，强度较弱，加上工作时刀头伸进工件的内部，散热条件较差、 排屑困难，所以切削时切断刀容易折断。切断操作时，应注意下列事项： ① 工件应用卡盘安装，工件的切断处在车刀不会撞到卡盘的前提下，应尽量靠近卡盘， 以减少切削时的振动。 ② 切断时主轴转速应选择得低些。用高速钢车刀切断时，转速一般选择 250r/min 左右， 用硬质合金钢车刀切断时，转速可选高一些。材料硬、直径大、主切削刃较宽时，转速可选得 低一些，反之转速可选得略高一些。 ③ 切断操作一般采用手动均匀而缓慢地进给。在工件即将切断时要放慢进给速度。操作 过程中要注意观察，一有异常情况要迅速退出车刀。 ④ 切断时由于散热困难，一般应加冷却液进行冷却。
⑤ 不易切断的工件可采用分段切断法，即操作时可两个位置交替切进，如图 3-38 所示。 此时，切断刀减少了一个摩擦面，加大了槽宽，有利于排屑、散热和减少切削时的振动。 图 3-38 分段切断 实践中，常对切断刀进行改进，如图 3-39 所示。将主切削刃磨成折线，切屑由原来的 一条大切屑分成三条小切屑，有利于排屑；也可将主切削刃磨成斜线，在切断有孔的工件时， 可使切断面较为平整；把切断刀的主后角磨得很小（3°～5°），对防止振动及断刀有一定 的效果。 图 3-39 切断刀的改进 2）切槽。切槽刀与切断刀基本相似，刀头比切断刀短些，刀具强度较好。切 5mm 以下 的窄槽时，可使主切削刃与槽等宽，通过横向手动进刀一次车出；切宽槽时，可先用窄刀车去 槽的大部分加工余量，再根据尺寸对槽的两侧和槽底进行精车。 （6）钻中心孔 中心孔主要起着用顶尖安装工件时的定位、钻孔时的定心引钻作用。钻中心孔一般按如 下步骤操作： 1）调整车床转速。钻中心孔时，由于工件在靠近中心处的线速度很低，所以车床转速应 选得高些，一般可调到 500r/min 以上。 2）安装工件和中心钻。工件用卡盘安装，在钻削用于安装顶尖的中心孔时，工件的伸出 长度应较短。如图 3-40 所示的中心钻用钻夹头安装到尾架套筒上。
图 3-40 钻头夹 3）调整尾架位置。移动尾架，使中心钻靠近工件的端面，再将尾架固定在车床导轨上。 4）松开尾架套筒的锁紧手柄，转动尾架手轮使中心钻慢慢钻进。由于钻中心孔时排屑困 难，操作时可用手前后摆动尾架手轮，使中心钻反复钻进退出，以便排屑。 5）由于中心孔只有在锥部才有定心、定位作用，钻中心时，停钻位置应该在中心钻的锥 部，不宜钻得过深或过浅。 （7）倒角与锐边倒钝 工件加工后，在端面与回转面相交处，会有锋利的尖角和残余的小毛刺。为了去除尖角 等，方便零件的使用与安装，常采用倒角和锐边倒钝的加工工艺。 倒角的方法很多，常用的方法如图 3-41 所示。（a）、（b）、（c）三种方法可用中拖板手柄 上的刻度来控制尺寸。在加工中为了减少换刀，常用双手联合控制大拖板和中拖板手柄，使车 刀沿图 3-41（d）所示的方向进给，完成倒角。 3．轴类零件车削分析 在车削零件前必须对零件的工艺特点做全面的分析，以便科学地选择刀具几何角度、车 削步骤和车削用量等工艺参数，提高产品质量和生产率。 （1）零件图分析 1）零件的名称、材料和毛坯。通过零件的名称，了解零件的作用，如传动轴上两轴颈有 配合要求，用于安装滚动轴承（安装轴承处的外圆称为支承轴颈，齿轮或皮带轮的外圆称为配 合轴颈），因此要求较高。 图 3-41 倒角的方法 轴类零件的材料以 45 钢、40Cr 钢用得最多。要求较高的轴，可用 40MnB、40CrMnMo 钢等，它们的强度高。对某些形状复杂的轴，亦可采用球墨铸铁。通过材料，了解零件材料的
力学性能。 轴类零件的毛坯若是圆钢料或锻件，要进一步了解零件材料的热处理状态，为选择刀具 材料提供科学根据。 2）轴的结构。轴类零件中，阶梯轴是用得最多的一种。阶梯轴一般由外圆、轴肩、螺纹、 螺纹退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。外圆用于安装轴承、齿轮、皮带轮等；轴肩用于轴上 零件和轴本身的轴向定位；砂轮越程槽的作用是磨削时避免砂轮与工件台肩相撞；螺纹退刀槽 供加工螺纹时退刀用；键槽用于安装键，以传递扭矩；螺纹用于安装各种螺母；此外，轴的端 面和轴肩一般都有倒角，以便于装配；轴肩根部有的需要倒圆（圆角），以减少因淬火或使用 中的断裂倾向。 3）轴的技术要求。 ① 尺寸公差、形位公差是衡量轴的精度等级的主要依据，也是确定轴类零件加工方案的 重要依据。如尺寸公差等级要求较高，表面粗糙度较小的轴类工件，车削时需分粗车、精车两 个阶段进行。而形位公差则是确定工件的定位基准和定位方法的出发点。 ② 热处理工件的热处理要求是确定加工顺序的重要依据。如一般铸、锻毛坯的退火是为 了消除内应力，改善切削性能，所以应安排在粗加工之前进行。调质处理是为了提高工件材料 的综合机械性能，但工件调质以后，其硬度、强度升高而降低了切削性，所以调质热处理应安 排在粗车之后进行。 （2）车削步骤的选择 1）根据工件的形状、精度和数量，选择加工时的装夹方法、检测方法及所需的工具、夹 具、量具。 2）根据工件的形状、工艺要求来选择刀具的材料、刀具的几何角度和切削用量范围。 3）确定工艺过程和编制加工步骤。在确定车削步骤时，要根据工件的不同结构和装夹方 式来安排。安排加工步骤时，应注意以下几点： ① 在车削短小的轴类零件时，一般先车端面，这样便于确定长度方向的尺寸。在车铸铁 件时，宜先倒一个角，以免因铸铁的硬外皮和型砂而加速车刀的磨损。 ② 用两顶尖装夹车削轴类零件，一般要三次装夹。即粗车第一端，调头再粗车和精车另 一端，最后再精车第一端。 ③ 车削阶台轴时，宜先车直径大的一端，以免降低工件的刚性。 ④ 轴上的沟槽切削，一般安排在粗车和半精车之后精车之前，注意应把糟的深度精车余 量加入。如槽深为 2mm，精车余量 0.6mm，则在精车之前切槽深度应为 2+0.6/2=2.3mm。 ⑤ 轴上的螺纹一般应在半精车以后车削，车好螺纹以后再精车各级外圆。如果轴颈的同 轴度要求不高，螺纹也可放在最后车削。 ⑥ 如果轴类零件在车削之后还要进行磨削，在粗车和半精车之后不必再精车，但须留有 磨削余量。 （3）轴类零件车削实例 如图 3-42 所示为某一传动轴零件图。 1）根据零件的材料要求和工件最大尺寸，适当留取余量，选 45 钢￠35×160 的圆钢料作 毛坯。
技术要求： 名称：传动轴 两端轴颈高频淬火 材料：45 钢 HRC 40～50 数量：50 件 图 3-42 传动轴 2）根据240.0210.041、 0.0015 0.0002 26 对工件轴线的径向圆跳动公差为 0.02mm，￠32 两端面对工 件轴线 A 的端面跳动公差为 0.03mm 等形位公差的要求，采用两端的中心孔作为粗、精加工 的定位基准，用两顶尖装夹工件。 3）在车削中完成三处配合面220.0210.041轴颈，表面粗糙度 Ra0.4；240.0210.041轴颈，粗糙度 Ra0.4；260.00150.0002轴颈，粗糙度 Ra0.8 等，由于尺寸精度要求高，加上两端轴径需淬火，可 采用磨削加工为此三处的精加工，车削时应留磨削余量 0.35～0.4mm。其他圆柱面和端面均 在车削中完成。 4）轴上的键槽应在车削后、热处理前进行铣削。 传动轴加工步骤如表 3-1 所示。 表 3-1 传动轴加工步骤 工序号 工序名称 加工步骤 加工简图 设备 1 锯 下料Φ35×160 2 车 1．三爪卡盘装夹毛坯，伸出 30mm，车端面、钻中心孔； 2．毛坯调头装夹，伸出 30mm， 车另一端面至长度 156mm，钻 中心孔 卧 式 车 床
续表 工序号 工序名称 加工步骤 加工简图 设备 3 车 1．主轴上装拨盘和标准前顶尖， 工件上安装鸡心夹头，将工件在 两顶尖装夹，粗车一端外圆分别 至￠34×95，￠26×29； 2．半精车该外圆分别至￠32× 95，￠24.4； 3．切槽 3×0.7； 4．倒角 1.2×45° 卧 式 车 床 4 车 1．工件调头，两顶尖间装夹， 粗车另一端外圆分别至￠28× 64，￠24×27； 2．半精车该外圆分别至￠26.4 ×65，￠22.4×28； 3．切槽 3×0.7 两处； 4．倒角 1.2×45° 卧 式 车 床 5 铣 略 6 热处理 略 7 钳 略 8 磨 略 9 检 略 3.2.5 套类零件车削方法 套类零件在机械中应用很多，如轴承套、法兰、带轮等，其主要起支承、传递和导向或 在工作中承受径向力、轴向力等作用。本章主要介绍一般套类工件的加工。 1．套类零件工艺特点 （1）套类零件的结构类型 常见的套类零件结构类型有以下三种。 光孔结构：零件内孔由直径相同的圆柱面构成，如图 3-43（a）所示，结构简单，加 工比较容易。 阶梯孔结构：零件内孔是由两个或两个以上不同直径的内圆柱面组成，如图 3-43（b） 所示。在不同直径的内圆柱面间一般采用直台阶或圆弧过渡。 不通孔结构：这种零件的结构特征主要是内孔不贯通，也称盲孔，如图 3-43（c）所示。 （2）套类零件的技术要求 套类零件的主要技术要求包括： 尺寸精度指套的主要内、外回转表面尺寸应达到的规定要求。 形状精度指套的外圆与内孔表面的圆度、圆柱度等。
（a）光孔 （b）阶梯孔 （c）盲孔 图 3-43 套类零件的基本结构 位置精度指套的各表面之间相互位置的精度。如径向跳动、端面跳动、垂直度及同 轴度等。 表面粗糙度指套的各表面应达到设计要求的表面粗糙度。 （3）套类零件的加工特点 1）内圆加工是在工件内部进行的，不易观察切削情况，尤其是当孔很小时，根本看不见 内部的情况。 2）刀杆刚性差。车孔刀杆由于受孔径的限制，不能做得太粗，又不能太短。特别是直径 小而长的孔，刀杆刚性差的情况更突出。 3）排屑和冷却困难。 4）当工件壁厚较薄时，容易产生装夹和车削变形。 5）圆柱孔的测量比外圆测量困难。 因此，套类零件车削要比外圆车削困难。 2．钻孔 在车孔加工之前，必须先用钻头钻孔。钻头根据形状和用途不同，可分为扁钻、麻花钻、 中心钻、锪孔钻、深孔钻等。这里只介绍麻花钻。 （1）麻花钻的组成 麻花钻的组成如图 3-44 所示。 图 3-44 麻花钻的组成部 ① 柄部：钻头的柄部起夹持与定心作用。麻花钻的柄部有直柄和锥柄两种，直柄钻头的 直径一般为 0.3～13mm，锥柄钻头直径一般在 6mm 以上。 ② 工作部分：由螺旋槽与棱边组成，起切削、导向和排屑等作用。棱边还起修光孔壁作
用。整个工作部分有倒锥，钻头头部大，靠近尾部小。 （2）麻花钻工作部分的几何形状 麻花钻的切削部分如同正反两把车刀，它的几何角度的概念与车刀相似。切削部分的各 部分名称如图 3-45 所示。 图 3-45 麻花钻切削部分 ① 锋角 2r（又称顶角）：钻头两对称主切削刃之间的夹角，一般标准麻花钻的锋角为 118°±2°。锋角可取在 100°～140°之间，锋角大，主切削刃短，定心差，钻出的孔容易 扩大；锋角小，主切削刃长，前角大，钻孔时省力些，但钻头主切削刃易磨。一般来说工件材 料软时取小值，反之取大值。 ② 前角0：麻花的前角是指螺旋面与基面的夹角。主切削刃上各点的前角是变化的，自 中心到边缘逐渐增大，其变化范围大约为30°～30°。 ③ 后角0：麻花的后角是指后刀面与切削平面之间的夹角。主切削刃上各点的后角也是 变化的，自中心到边缘逐渐增大。 ④ 横刃斜角：横刃与主切削刃的夹角，它的大小由后角决定，当后角大时，横刃斜角 就小，横刃变长。一般标准麻花钻的横刃斜角为 55°。横刃斜角的大小对钻削有较大影响： 横刃斜角越大，横刃越长，钻削时的轴向抗力越大，越不易下钻。 ⑤ 棱边和倒锥：棱边是指钻头的导向部的刃带，两棱边为了减少钻头钻削时与孔壁的摩 擦，外径常制有倒锥，即外径从切削部分向尾部逐渐减小。标准麻花钻的倒锥量是每 100mm 长度减小 0.03～0.12mm。 （3）钻头的刃磨方法 钻孔时，麻花钻的刃磨质量的好坏直接决定了钻削质量与钻削效率。刃磨麻花钻，一般 只需刃磨两个主后刀面，但同时要保证后角、锋角、横刃倾角的正确和两主切削刃的对称度， 所以钻头的刃磨比较困难。麻花钻的刃磨方法如图 3-46 所示。 1）钻头的刃磨要求。 横刃倾角为 55°。
图 3-46 麻花钻的刃磨方法 两条主切削刃以钻头轴线为基准，应该对称。若不对称会导致钻出的孔扩大和歪斜， 并且钻头易磨损。 2）刃磨钻头的注意事项。 刃磨前应先检查砂轮，如果砂轮表面不平整或跳动较大，必须对砂轮进行修整。 钻头的切削刃摆平，在砂轮上，磨削点高于砂轮水平面约 5～10mm。 钻头轴线与砂轮圆柱面素线的夹角为锋角的一半。 刃磨时，钻头的柄部不能高于钻头的头部，以防磨出负后角，造成钻头钻不进工件。 刃磨时，一手握住前端的一个部位作支承，另一手把钻柄向下摆动并绕轴线作微量 转动。 刃磨时应经常浸水冷却，以防钻头被退火，缩短钻头的使用寿命。 （4）钻头的安装 1）在钻夹头中安装直径小于￠12mm 的钻头，常用钻夹头安装，然后将钻夹头锥柄装入 车床尾座套筒锥孔中。 2）尾座套筒中安装直径较大的锥柄钻头，可直接装在尾座套筒中。如果钻头柄部莫氏号 与尾座套简莫氏号不相同，可在钻头的尾部装一个与尾座套简莫氏号相同的过渡套筒，然后装 入尾座套筒锥孔内。 3）使用专用工具安装钻头。如图 3-47（b）所示，将钻头柄部装入专用工具的孔中，再 将专用工具安装在刀架上，如图 3-47（a）所示。 （a）专用工具安装钻头 （b）专用工具内部结构 图 3-47 用专用工具安装钻头
（5）车床上钻孔操作方法 1）调节主轴转速。由于钻孔时散热困难，一般选择较低的转速。转速大小，还应根据钻 头的大小及工件材料的硬度来选择。钻头越大、工件材料越硬，转速应选得越低。钻直径小于 4mm 的孔时，应选用较高的转速。用高速钢钻头钻钢料时，切削速度
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一般为 0.3～0.6m/s， 钻脆硬材料（如铸铁）时应稍低些。 2）用卡盘安装好工件，车出端面，端面应无凸台。精度要求较高的孔，可在端面先钻出 中心孔来定心引钻。 3）装好钻头，拉近尾架并锁紧，转动尾架手轮进行钻削。无中心孔而直接钻的孔，当钻 头接触工件开始钻孔时，用力要小并要反复进退，直到钻出较完整的锥坑、钻头抖动较小方可 继续钻进，以防钻头的引偏。钻孔过程中进给速度要均匀，进给量大小要合理，过大容易折断 钻头，过小容易造成切屑堵塞在钻头的螺旋槽内。钻较深的孔时，钻头要经常退出，以利排屑。 孔即将钻通时，要放慢进给速度，以防窜刀。钢料钻孔时一般要加冷却液进行冷却。 4）钻孔时可用钢尺测量尾架套筒在钻孔前和钻孔时的伸出长度来控制钻孔深度，如图 3-48 所示。 图 3-48 孔深的控制方法 3．扩孔 直径较大（￠30mm 以上）的孔，不能用大钻头直接钻出，应先钻出小孔，再用大钻头扩 孔，以免损坏车床。扩孔与钻孔相比，扩孔达到的尺寸精度较高，一般为 IT9～IT10，表面粗 糙度 Ra3.2～12.5，可作为孔的半精加工。 （1）用麻花钻扩孔 用麻花钻扩孔时，由于钻头横刃不参加切削，轴向切削力减小，从而使钻削省力。但由 于钻头外缘处的前角大，容易使钻头切削刃“啃入”工件，使钻头在尾座套筒内打滑。因此， 在扩孔时，应把钻头外缘处的前角磨得小些，并适当控制进给速度，不能因钻削省力而加大进 给量。 （2）用扩孔钻扩孔 扩孔钻的形状如图 3-49 所示，它有高速钢和硬质合金扩孔钻两种。扩孔钻在自动、半自 动机床和车床上使用较多。 扩孔钻的主要特点是： 1）扩孔钻的心部没有刀刃，避免了横刃对切削的不良影响。 2）用扩孔钻扩孔时，切削深度a 小、切屑少、钻心粗、刚性好，可提高加工质量。p图 3-49 扩孔钻 3）扩孔钻齿数较多（一般有 3～4 齿），导向性好，切削平稳。 4．车孔 工件上的铸造孔、锻造孔或用钻头钻出的孔，为了达到所要求的精度和表面粗糙度，需 用内孔车刀车孔。车孔是常用的孔加工方法之一，可作粗加工，也可作精加工，加工范围很广。 车出的孔表面粗糙度值较低，一般可达 Ral.6～3.2，精车内孔可达到 Ra0.8；尺寸精度较高， 为 IT7～IT8，并且能纠正原有孔的轴线的偏斜。 （1）内孔车刀 车内孔时，车刀要伸进工件孔内。为了车刀便于伸进工件的孔内，车刀杆细长，后刀面 修磨出两个后角，以防止与工件的刮擦，如图 3-50 所示。根据孔的结构不同和工艺要求，车 孔刀可分为通孔车刀和盲孔车刀两种。 图 3-50 后刀面的两个后角 车通孔时，采用通孔车刀。通孔车刀的几何形状与外圆车刀相似，为了减少径向切削力， 防止振动，主偏角（r）取得大些，一般在 60°～75°之间，副偏角（r ）一般取 15°～30°， 如图 3-51 所示。 车盲孔时，采用盲孔车刀。盲孔刀是用来车盲孔或台阶孔的，盲孔刀刀尖在车刀的最前 端，主偏角（r）一般取 92°～95°左右，副偏角（r ）一般取 10°以下，如图 3-52 所示。 当内孔尺寸较小时，车刀一般做成整体式，如图 3-53（a）所示。若内孔尺寸允许，为了 节省刀具材料，提高刀杆刚度，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 内，用螺钉固定如图 3-53（b）和（c）所示。
图 3-51 通孔车刀 图 3-52 盲孔车刀 图 3-53 内孔车刀结构 （2）车孔的关键技术 车孔的关键是解决车孔刀的刚性和排屑问题。为此，在车孔前对车孔刀的几何角度、刀 杆尺寸以及车孔刀的安装要充分注意以下几点： 为增加车孔刀的刚度和强度，应尽可能选用截面尺寸较大的刀杆。 为了增加刀杆刚度，刀杆伸出长度应尽可能短些，只要刀杆伸出长度略大于孔深即 可，以免因刀杆伸出太长，刚度降低而引起振动。 为了顺利排屑，通过刃倾角的合理选用，控制排屑方向，精车通孔时使切屑流向待 加工表面（前排屑），车不通孔时使切屑从孔口排出（后排屑）。 5．车内沟槽 （1）内槽的种类和作用 根据内沟槽的结构形式和断面形状，它可以分为矩形、梯形、圆弧形。如图 3-54 所示， 内沟槽形式不同，其作用也不一样。矩形沟槽用于加工时的越程和退刀；梯形沟槽用于密封润 （a）整体式内孔车刀 （b）通孔镗刀 （c）盲孔镗刀
滑油；圆弧形沟槽常用于油、气通道。 图 3-54 内沟槽的种类 （2）内沟槽车刀 内沟槽车刀的几何形状与切断刀基本相似，不过是在孔中切槽而已。其主后角具有内孔 车刀的特点。在小孔中加工时，内沟槽车刀常做成整体式，如图 3-55（a）所示。在较大直径 的孔中加工时，可采用刀排式，如图 3-55（b）所示。 （a）整体式 （b）刀排式 图 3-55 内沟槽车刀 安装内沟槽车刀时，应使主刀刃与内孔中心等高或略高，两侧副偏角必须对称。刀头伸 出刀杆的内侧长度应略大于槽深。同时，刀刃至刀杆后面的宽度应小于内孔直径，如图 3-56 所示。 图 3-56 内沟槽车刀尺寸 （3）内沟槽的车削 内沟槽的车削方法如图 3-57 所示。对于窄槽，可用相应车刀径向进给一次切出，如图 3-57 （a）所示；对于车梯形密封槽，一般先车出直槽，然后再用成形刀车削成形，如图 3-57（b） 所示；对于宽槽，一般可先用通孔车刀车出凹槽，再用内沟槽刀作轴向移动，把两台阶面车垂 直，如图 3-57（c）所示。
（a）窄槽 （b）密封槽 （c）宽槽 图 3-57 内沟槽车削方法 6．铰孔 （1）铰孔的工艺特点 对于孔径较小而未淬硬，且精度要求较高的孔，常用铰孔的方法加工。成批、大量的孔， 广泛采用这种加工方法。 铰孔时，由于加工余量小，切削速度低，铰刀制造精确，加上铰刀刚性和排屑润滑条件 好，所以加工质量较高，特别适用于小深孔加工。其铰孔精度可达 IT8～IT6，手铰可达 IT5， 表面粗糙度一般可达 Ra1.6～0.8。 在车床上铰孔时，一般是把机用铰刀安装在尾座套筒中，安装方法与钻头的安装方法相 同。铰刀装好后，把尾座调整到与车床主轴中心同轴。为了防止尾座套筒中心与主轴中心不同 轴而影响铰孔精度，可采用如图 3-58 所示的浮动套筒装置。 铰孔余量的大小直接影响到孔的质量。余量太小，往往不能把前道工序所留下的加工痕 迹铰去；余量太大时，切屑会挤满在铰刀的齿槽中，使切削液不能进入切削区，严重影响表面 粗糙度，或因负荷过大而使铰刀迅速磨损，甚至使刀刃崩碎。铰孔余量一般根据铰削性质和铰 刀材料决定。一般粗铰余量为 0.15～0.3mm，精铰余量为 0.04～0.15mm。用高速钢铰刀余量 应取小些，硬质合金铰刀余量可取大些。 图 3-58 浮动套筒 （2）铰孔时的注意事项 1）铰刀的选择与使用铰孔的精度主要取决于铰刀的尺寸。通过铰孔后的孔径实际尺寸一 般要比铰刀尺寸大些。因此，在选择铰刀时，要考虑到铰孔扩张量，也就是要求铰刀的极限尺
寸应位于孔公差中间。如铰 0.021 0 20H7 孔时，铰刀的尺寸最好选择200.0140.007。铰刀的刃口必须 锋利，无崩刃、毛刺等缺陷。使用时防止与工件碰撞，并及时清除刀槽内切屑，使用完后要洗 净、涂油防锈。 2）合理选择铰削用量。铰削时，切削速度愈低，表面粗糙度值愈小，因此，切削速度
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≤ 5m/min，进给量 f 取 0.2～l mm/r；铰削铸铁孔时，进给量可大些。 3）合理选用切削液。铰孔时切削液对孔的扩张量与孔的表面粗糙度有很大影响，铰孔时 一般用油作切削液。 4）铰孔前必须经过车孔，铰孔不能修正孔的直线度，所以铰孔前一般都应车孔，以修正 钻孔后的直线度。 7．套类工件的测量 （1）孔径尺寸测量 孔径尺寸常用内卡钳、游标卡尺、内径千分尺、塞规、内径千分表等进行测量。 1）用内卡尺测量。内卡尺如图 3-59 所示，两卡爪能绕小轴 O 转动。测量时，先用卡尺 测出孔径，从孔中移出，再用游标卡或千分尺测出内卡尺张开的距离，这个尺寸就是所测内径 尺寸。用内卡尺测内径误差较大。 图 3-59 用内卡尺测量 2）用游标卡尺测量。当孔的精度要求不太高且孔又较浅时，可用游标卡尺测量，测量方 法如图 3-60 所示。 图 3-60 用游标卡尺测量图 3-60 用游标卡尺测量（续图） 3）用内径千分尺测量。内径千分尺如图 3-61 所示，其读数方法与外径千分尺相同。用内 径千分尺测量时，内径千分尺应在孔内摆动，使卡爪与内孔靠紧，并使尺寸达到最大值，这时 的读数就是被测孔的尺寸。 图 3-61 用内径千分尺测量 4）用塞规测量。塞规如图 3-62 所示，由止端、过端和柄部组成，止端较短，过端较长。 止端的尺寸等于孔的最大尺寸，过端的尺寸等于孔的最小尺寸。用塞规不能读出尺寸，当过端 能进入孔内而止端不能进入孔内时，说明工件的孔径是合格的。 5）用内径百分表测量。内径百分表主要用于测量精度要求较高且较深的孔。
