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金属切削机床的分类及应用
车床及其应用
三、车床及其应用
由于大多数机器零件都有回转体表面，所以车床是应用最广泛的机床。目前车床主要有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动车床和半自动车床等，其中以卧式车床应用最广泛。
三、车床及其应用
车床的基本功能是加工各种回转体表面，如各类轴、圆盘及套筒等。车削工作范围如图1所示。车削时，工件旋转为主运动，车刀纵向移动和横向移动为进给运动。
1.车床的功能和运动
三、车床及其应用
图2所示为CA6140型卧式车床，它主要由床身、主轴箱、进给箱、交换齿轮箱、小滑板、中滑板、床鞍、溜板箱、光杠、丝杠、刀架和尾座等部分构成。
1.床身
床身是车床的基础部件，用来支承和连接其他部件。车床上所有的部件均利用床身来获得准确的相对位置和相互间的位移，刀架和尾座可沿床身上的导轨移动。
2.车床的组成
三、车床及其应用
2.主轴箱
主轴箱固定在床身的左端，箱内装有主轴部件和主运动变速机构，又称为床头箱或主变速箱。通过改变主轴箱外部操纵手柄的位置，可以使主轴获得不同的转速。主轴右端可安装卡盘等附件，内表面是莫氏锥孔，用以安装顶尖，支承轴类零件。变速机构安装在主轴箱内，由电动机通过带传动经主轴箱齿轮变速后，带动主轴转动。
2.车床的组成
三、车床及其应用
3.进给箱
进给箱安装在床身的左前侧，是改变车刀进给量、传递进给运动的机构。通过改变进给箱外部手柄的位置，可以使光杠和丝杠得到不同的转速，再分别通过光杠和丝杠将运动传递给刀架。
4.溜板箱
溜板箱装在床鞍的下面，是纵向进给运动和横向进给运动的分配机构，通过溜板箱将光杠或丝杠的转动变为滑板的移动。溜板箱上装有各种操纵手柄及按钮，可以方便地选择纵向机动进给运动的接通、断开及变向。溜板箱内设有连锁装置，可以避免光杠和丝杠同时转动。
2.车床的组成
三、车床及其应用
5.光杠
光杠用于一般的车削加工，可将进给箱的运动传给溜板箱。
6.丝杠
丝杠用于车螺纹，可以将进给箱的运动传给溜板箱。
2.车床的组成
三、车床及其应用
7.刀架
刀架用来夹持车刀，并使其做纵向、横向或斜向移动。刀架安装在小滑板上，用来装夹车刀；小滑板装在转盘上，可沿转盘上的导轨做短距离移动；转盘可带动刀架在中滑板上顺时针或逆时针转动一定的角度；中滑板可在床鞍的横向导轨上做垂直于床身的横向移动；床鞍可沿床身的导轨做纵向移动。
8.尾座
尾座安装在床身导轨的右端，用来支承工件或装夹钻头、铰刀等，进行外圆及孔加工。尾座可根据工作需要沿床身导轨进行位置调节、横向移动，用来加工圆锥面等。
2.车床的组成
三、车床及其应用
车床的传动路线是指从电动机到机床主轴或刀架之间的运动路线。图3所示为CA6140型卧式车床的传动路线。CA6140型卧式车床有两条传动路线：一条是主运动传动，另一条是进给运动传动。
3.车床的传动路线
三、车床及其应用
1.主运动传动
主运动传动由电动机（1450r/min）经过带轮传递到主轴箱内，通过改变操纵手柄的位置使主轴箱内不同的齿轮进行啮合，可使主轴获得24种正转速度和12种反转速度，主轴再通过其上的卡盘带动工件旋转，使工件获得这些不同的转速。
2.进给运动传动
进给运动传动是由主轴至刀架间的传动路线实现的。从主轴开始通过换向、交换齿轮、进给箱和溜板箱的传动机构使刀架分别实现纵向进给、横向进给及车螺纹运动。
3.车床的传动路线
三、车床及其应用
1.主运动传动
主运动传动由电动机（1450r/min）经过带轮传递到主轴箱内，通过改变操纵手柄的位置使主轴箱内不同的齿轮进行啮合，可使主轴获得24种正转速度和12种反转速度，主轴再通过其上的卡盘带动工件旋转，使工件获得这些不同的转速。
2.进给运动传动
进给运动传动是由主轴至刀架间的传动路线实现的。从主轴开始通过换向、交换齿轮、进给箱和溜板箱的传动机构使刀架分别实现纵向进给、横向进给及车螺纹运动。
3.车床的传动路线
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
机床附件是指随机床一同供应的附加装置，如各种通用机床的夹具、靠模装置及分度头等。利用这些附件可充分发挥机床的功能和加工效率，完成各种不同形状工件的加工。不同的机床有不同的附件，卧式车床常用的附件有卡盘、花盘、顶尖（死顶尖和活顶尖）、拨盘、鸡心夹头、中心架、跟刀架和心轴等。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
1.卡盘
卡盘是应用最多的车床夹具，它利用其背面法兰盘上的螺纹直接装在车床主轴上。卡盘分三爪自定心卡盘（图4）和四爪单动卡盘（图5）。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
1.卡盘
三爪自定心卡盘的夹紧力较小，但装夹工件方便、迅速，不需找正，具有较高的自动定心精度，特别适合装夹轴类、盘类、套类等对称工件，不适合装夹形状不规则的工件。
四爪单动卡盘夹紧力大，其卡爪可以单独调整，因此特别适合装夹形状不规则的工件。但装夹工件较慢，需要找正，而且找正的精度主要取决于操作人员的技术水平。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
2.花盘
花盘表面开有通槽和T形槽，需用螺栓和压板装夹工件。
对于一些形状不规则的工件，不能使用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘装夹时，可使用花盘进行装夹，如图6所示。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
3.顶尖、拨盘和鸡心夹头
（1）顶尖
通用顶尖按结构可分为死顶尖和活顶尖（加工时顶尖随工件一起转动），如图7所示；按安装位置可分为前顶尖（安装在主轴锥孔内）和后顶尖（安装在尾座锥孔内）。前顶尖总是死顶尖，后顶尖可以是死顶尖，也可以是活顶尖。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
3.顶尖、拨盘和鸡心夹头
（1）顶尖
加工细长的轴类工件时，一般可以采用两种方法进行装夹：第一种方法是用主轴卡盘和尾座后顶尖装夹工件（图8）；第二种方法是工件的两端均用顶尖装夹定位，利用拨盘和鸡心夹头带动工件旋转（图9）。第一种方法适合一次性装夹，多次装夹时难以保证工件的定心精度；第二种方法可用于多次装夹，并且不会影响工件的定心精度。
图8 图9
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
3.顶尖、拨盘和鸡心夹头
（2）拨盘与鸡心夹头
拨盘与鸡心夹头的作用是当工件用两顶尖装夹时带动工件旋转。拨盘靠其上的螺纹旋装在车床主轴上，带动鸡心夹头旋转，鸡心夹头则依靠其上的紧固螺钉拧紧在工件上，带动工件一起旋转。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
4.中心架与跟刀架
车削细长轴时，由于工件刚度差，所以在背向力及工件自重的作用下，工件会发生弯曲变形，产生振动，车削后会使工件形成两头细中间粗的“腰鼓”形。为了防止这种现象的发生，常使用中心架或跟刀架作为辅助支承，以增加工件的刚度。
中心架固定在车床导轨上，由上下两部分组成，如图10所示，上半部可以翻转，以便装入工件。中心架内有三个可以调节的径向支承爪，支承爪一般是铜质的。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
4.中心架与跟刀架
跟刀架固定在床鞍上，并随床鞍一起移动，如图11所示。跟刀架有两个支承爪，车刀装在这两个支承爪对面稍微靠前的位置，并依靠背向力及工件的自重使工件紧靠在两个支承爪上。
三、车床及其应用
4.机床附件及工件安装
5.心轴
当精加工盘套类工件时，常以工件的内孔作为定位基准，工件安装在心轴上，再把心轴装在两顶尖之间进行加工。这样做既可以保证工件内外圆的同轴度，又可以保证工件被加工端面与轴线的垂直度。常用的心轴有圆锥体心轴（图12）、圆柱体心轴（图13）和可胀心轴等。
图12 圆锥体心轴 图13 圆柱体心轴
三、车床及其应用
5.车刀种类和车刀安装
常用车刀按用途和形状可分为偏刀、外圆车刀、弯头刀、端面车刀、切断刀、镗孔刀、成形车刀，螺纹车刀及沟槽车刀等，如图14所示。
三、车床及其应用
5.车刀种类和车刀安装
车刀按其结构又可分为整体式、焊接式，机夹重磨式和机夹可转位式等，如图15所示。目前，在生产中应用最多的是焊接式硬质合金车刀和机夹可转位式（不重磨）硬质合金车刀。
三、车床及其应用
5.车刀种类和车刀安装
1.整体式车刀
整体式车刀的刀头部分和刀杆部分均为同一种材料，其材质一般是高速钢。
2.焊接式车刀
焊接式硬质合金（或高速钢）车刀属于传统刀具，在普通车削加工中应用最广。它是在非合金钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用钎焊方式将硬质合金（或高速钢）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、车床及其应用
5.车刀种类和车刀安装
3.机夹重磨式车刀
机夹重磨式车刀的刀片只有一个刀尖和一条切削刃，用钝后必须重新刃磨，因此对车工磨刀的技术要求较高，车削加工中应用较少。
三、车床及其应用
5.车刀种类和车刀安装
4.机夹可转位式车刀
机夹可转位式（不重磨）车刀由刀杆、刀片、刀垫和夹紧装置等部分组成，刀片形状为多边形，即多条切削刃、多个刀尖，当刀片上其中一个刀尖和切削刃用钝后只需松开压紧装置，将刀片转位即可使新的刀尖和切削刃投入切削过程中而不需要重新刃磨，从而大大缩短了换刀和磨刀时间，提高了刀杆的利用率，降低了成本。目前，可转位式（不重磨）车刀作为一种新型刀具，在数控车削加工中应用较多，广泛应用于车外圆、车端面、切断、镗孔以及车削内、外螺纹。硬质合金可转位式（不重磨）车刀也是今后车刀发展的方向，其缺点是因为价格较高，所以初期投入较大。
三、车床及其应用
5.车刀种类和车刀安装
4.机夹可转位式车刀
车刀安装在刀架上，刀尖应与工件轴线等高。一般用车床尾架上的顶尖来校对车刀刀尖的高低，并通过车刀下面的垫片进行调整，如图16所示。车刀安装好后要锁紧。
三、车床及其应用
6.车削的工艺特点
车削是利用工件的旋转和刀具相对于工件的移动来加工工件的一种切削加工方法。车削的特点是：第一，容易保证工件各个加工表面的位置精度；第二，所用刀具简单，制造、刃磨和安装很方便，也可以根据具体需要灵活选择不同材质的刀具及其几何角度；第三，车削一般为连续切削，没有刀齿切入和切出的冲击，而且可以采用较高的切削速度，因此切削过程平稳、生产率高；第四，车削适合于切削非铁金属、塑料、复合材料以及经过退火、正火及调质处理的钢铁材料等。
车削一般分为粗车、半精车、精车和精细车四个精度级别，不同的零件有不同的车削精度要求，车削过程中可根据实际需要选择相应的精度级别。
三、车床及其应用
6.车削的工艺特点
1.粗车
粗车属于低精度表面车削，其目的主要是迅速切去毛坯的硬皮和大部分加工余量，因此需要充分发挥刀具和机床的切削能力以提高生产率。粗车加工精度为IT13~IT11，表面粗糙度为Ra50~12.5μm。
2.半精车
半精车是在粗车基础上进行的，属于中等精度表面车削，一般需二次加工才能达到精度要求。半精车的加工精度为IT10、IT9，表面粗糙度为Ra6.3~3.2μm。
三、车床及其应用
6.车削的工艺特点
1.粗车
粗车属于低精度表面车削，其目的主要是迅速切去毛坯的硬皮和大部分加工余量，因此需要充分发挥刀具和机床的切削能力以提高生产率。粗车加工精度为IT13~IT11，表面粗糙度为Ra50~12.5μm。
2.半精车
半精车是在粗车基础上进行的，属于中等精度表面车削，一般需二次加工才能达到精度要求。半精车的加工精度为IT10、IT9，表面粗糙度为Ra6.3~3.2μm。
三、车床及其应用
6.车削的工艺特点
3.精车
精车是在半精车基础上进行的，属于较高精度表面车削，其目的是满足工件的加工精度要求。精车时，一般取较高的切削速度和较小的进给量与背吃刀量。精车加工精度为IT8、IT7，表面粗糙度为Ra1.6~0.8μm。
4.精细车
精细车是在高精度车床上，在高切削速度、小进给量及小背吃刀量的条件下，使用经过仔细刃磨的人造金刚石或细颗粒硬质合金车刀进行的车削加工。加工精度为IT6、IT5，表面粗糙度为Ra0.4~0.2μm。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
利用卧式车床可以进行车外圆、车端面、车槽、切断、车台阶、车圆锥、车成形回转面、车孔及车螺纹等。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
1.车外圆
将工件外表面车削成圆柱形的方法称为车外圆，常见的车外圆方法如图17所示。车外圆时，长轴类工件一般用两顶尖装夹，短轴及盘套类工件常用卡盘装夹。根据工件加工精度要求，车削步骤一般分为粗车、半精车、精车和精细车。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
2.车端面
对工件端面进行车削的方法称为车端面。车端面时常用偏刀或弯头刀，如图18所示。车削时可由工件外向其中心切削，也可由工件中心向外切削。安装车刀时，刀尖应对准工件中心，以免车出的端面中心留有凸台。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
3.车槽
在工件表面上车削沟槽的方法称为车槽。车槽与车端面相似。车窄槽时，车槽刀切削刃的宽度应与槽宽一致；车宽槽时，可用与车窄槽一样的车槽刀，依次横向进刀，切至接近槽深为止，留下少量的余量在纵向走刀时一次切除，使槽的宽度和深度达到要求，如图19所示。车槽时所用的切削速度和进给量都不宜太大。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
4.切断
将坯料或工件分成两段或若干段的车削方法称为切断，主要用于圆棒料按尺寸要求下料或把加工完成的工件从坯料上切下来。切断操作要用切断刀，刀尖应与工件轴线平行。切断过程中，刀具要切入工件内部，排屑及散热条件较差，刀头易断。常用的切断方法有直进法和左右借刀法两种，如图20所示。直进法用于切断铸铁等脆性材料，左右借刀法用于切断钢等塑性材料。切断时的切削速度和进给量都不宜太大。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
5.车台阶
车削台阶处外圆和端面的方法称为车台阶。车台阶一般使用主偏角κr≥90°的偏刀，在车削台阶外圆的同时车出台阶端面。如果台阶高度小于5mm，则可用主偏角κr=90°的偏刀，一次走刀车出台阶，如图21a所示；如果台阶高度大于5mm，则可用主偏角κr＞90°的偏刀，多次分层纵向进给走刀切削，最后一次纵向进给切削完成后，车刀刀尖应紧贴台阶端面横向退出车出台阶，如图21b所示。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
6.车圆锥
将工件表面车削成圆锥面的方法称为车圆锥。工件上的圆锥面是通过车刀相对于工件轴线斜向进给车削的。根据这一原理，常用的车外圆锥面的方法有以下几种：
（1）小滑板转位法
如图22所示，使小滑板绕转盘轴线转动一圆锥半角α/2后固定，然后用手转动小滑板手柄实现斜向进给。这种方法调整方便、操作简单，但不能自动进给，加工后工件表面较粗糙。另外，小滑板丝杠的长度有限，故多用于车削长度小于100mm的大锥度圆锥面。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
6.车圆锥
（2）偏移尾架法
工件装夹在两顶尖之间，车削外圆锥面时，尾架在机床导轨上横向调整，偏移一段距离A，使工件轴线与车刀纵向进给方向的夹角等于圆锥半角α/2，然后利用车刀纵向进给即可车出所需要的外圆锥面，如图23所示。
偏移尾架法能自动进给加工较长的圆锥面，但不能加工圆锥半角α/2＞8°的圆锥面。车削时，由于顶尖与工件的中心孔接触不良，工件不稳定，故常用球形顶尖来改善接触状况。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
6.车圆锥
（3）靠模法
靠模是车床的专用附件。加工时，靠模安装在床身上，可以方便地调整圆锥半角α/2。安装靠模时要卸下中滑板的丝杠与螺母，使中滑板能横向自由滑动，中滑板的接长杆用滑块铰链与靠模连接。当床鞍纵向进给时，中滑板带动刀架一边纵向移动，一边横向移动，使车刀运动的方向平行于靠模，从而车削出所要求的圆锥面，如图24所示。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
6.车圆锥
（3）靠模法
用靠模法能加工较长的圆锥面，精度较高，并能实现自动进给，但不能加工圆锥半角较大的圆锥面。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
6.车圆锥
（4）宽刃刀法
如图25所示，使用与工件轴线夹角为α/2的宽刃刀加工较短的圆锥面（L=20~25mm），切削时车刀做横向或纵向进给即可车出所需的圆锥面。较长的圆锥面不适合采用此方法车削，因为容易引起振动，使加工表面产生波纹。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
7.车成形回转面
母线为曲线的回转表面称为成形回转面，如曲面手柄、球面等。这种表面的成形一般是由车刀的纵向进给与横向进给相互配合实现的，切削加工方法有双手控制法、成形刀法和靠模法。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
7.车成形回转面
（1）双手控制法
双手控制法是用双手分别操作小滑板和中滑板手柄，通过车刀的纵向和横向合成进给运动得到所需成形回转面的加工方法，如图26所示。双手控制法简单易行，但生产率低，对操作者的技术要求较高。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
7.车成形回转面
（2）成形刀法
利用切削刃形状与工件成形回转面的母线形状相同的车刀切削成形回转面的方法称为成形刀法。切削时，车刀做横向进给就能加工出成形回转面，这种切削加工方法操作简单、生产率高。但切削刃与工件的接触面大，容易引起工件振动。成形刀法常用于成批生产，切削形状比较简单、轴向尺寸较小的成形回转面，如图27所示。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
7.车成形回转面
（3）靠模法
靠模法车成形回转面与靠模法车圆锥面的方法大体相同。不同的是把锥度靠模换为带有所需曲面槽的靠模，并且槽中曲面形状与被加工的成形回转面形状相同，同时把滑块换成滚柱。用靠模法车成形回转面操作方便、生产率高、曲面形状准确、质量稳定，但加工的成形回转面的曲率不宜变化过大。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
8.车孔
车孔是利用车床对工件上的孔进行车削的加工方法，也称为车内圆。车孔时，车孔刀安装在小刀架上，做纵向进给运动，如图28所示。车孔与车外圆的方法基本相同，所不同的是逆时针转动手柄为横向进刀，顺时针转动手柄为横向退刀，正好与车外圆相反。车孔刀刀杆细、刀头小、刚度差、切削时易变形，因此背吃刀量及进给量不宜过大。在车床上切削孔的质量较钻床高，能够保证孔的中心线与端面的垂直度要求。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
9.车螺纹
在工件表面车削螺纹的方法称为车螺纹。车螺纹时，为了获得准确的螺距，必须用丝杠带动车刀进给，使工件每转一周车刀移动的距离等于工件的螺纹导程。车床主轴至丝杠的传动路线如图29所示。更换交换齿轮或改变进给手柄位置可车削出不同螺距的螺纹。
三、车床及其应用
7.各种表面的车削加工
9.车螺纹
为了保证螺纹形状准确，螺纹车刀的形状必须与待加工螺纹的标准横截面形状一致，安装车刀时要严格对准工件的中心位置并垂直于工件的轴线，如图30所示。

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