论外圆的切削加工工艺模板.doc

机械0911 潘赟豪 096123
论外圆车削加工工艺
一．摘要
外圆表面是轴类零件关键工作表面，外圆表面加工中，车削得到了广泛应用。车削不仅是外圆表面粗加工、半精加工关键方法，也能够实现外圆表面精密加工。粗车可采取较大背吃刀量和进给量，以较少时间切去大部分加工余量，取得较高生产率。半精车能够提升工件加工精度，减小表面粗糙度，所以能够作为中等精度表面最终工序，也能够作为精车或磨削预加工。
精车能够使工件表面含有较高精度和较小粗糙度。通常采取较小背吃刀量和进给量，较高切削速度进行加工，可作为外圆表面最终工序或光整加工预加工。
精细车常见作一些外圆表面终加工工序。比如，在加工大型精密外圆表面时，可用精细车来替换磨削；精细车削所用车床，应含有较高精度和刚度，车刀含有良好耐磨性能(如金刚石车刀)，采取高切削速度(V≥150m／min)，小背吃刀量(ap=O．02～0．05mm)和小进给量(O．02～0．2mm／r)，使得切削过程中切削力小，积屑瘤不易生成，弹性变形及残留面积小，以确保取得较高加工质量。
选择粗车、精车及其所用车床时，不能仅仅考虑其所能达成加工精度和表面粗糙度。而且还要考虑其在工件加工过程中不一样作用，和不一样生产条件等。
二．加工方法
1.粗车
车削加工是外圆粗加工最经济有效方法。粗车能够高效切除毛坯上金属，所以它关键任务是提升生产效率。
粗车能够经过尽可能加大背吃刀量和进给量方法来提升生产效率。通常采取较低切削速度来确保刀具寿命。加工时，采取较大主偏角，这么能够减小背向力，从而预防工件产生变形和波动；刀具前角，后角和负值刃倾角较小，从而增强刀具切削强度。粗车所能达成加工精度为IT12~IT11，表面粗糙度Ra为50~12.5μm。
2.精车
精车能够确保零件加工精度和表面粗糙度。精车时通常采取较小背吃刀量和进给量和较高切削速度（v≥100m∕min）。在车大型轴类零件外圆时，通常采取宽刃车刀低速精车（v=2~12m∕min）。在精车时候，采取较大前角，后角和正值刃倾角能够提升加工精度。精车能够作为较高精度外圆最终加工和精细加工预加工。精车加工精度达成IT8~IT6级，表面粗糙度Ra可达1.6~0.8μm。
3.细车
细车特点是：背吃刀量和进给量取值极小，切削速度高达150～m／min。精细车通常采取立方氨化硼（CBN）、金刚石等超硬材料刀具进行加工，所用机床也必需是主轴能作高速回转、并含有很高刚度高精度或精密机床。精细车加工精度及表面粗糙度和一般外圆磨削大致相当，加工精度可达IT6以上，表面粗糙度Ra可达0．4～0.005μm。多用于磨削加工性不好有色金属工件精密加工，对于轻易堵塞砂轮气孔铝及铝合金等工件，精细车更为有效。在加工大型精密外圆表面时，精细车能够替换磨削加工。
三．提升外圆表面车削生产效率路径
1.高速切削
通常指采取硬质合金刀具所能达成切削速度切削加工。磨削速度在45m/s以上切削称为高速磨削。采取高速切削(或磨削)既可提升效率， 又可减小表面粗糙度。用硬质合金刀具高速车削一般钢材切削速度可达200m/min；用陶瓷刀具可达500m/min；用金刚石刀具车削有色金属切削 速度可达 900m/min。试验室中试验超高速切削速度可达4000m/min以上。60年代以来，磨削速度已从 30m/s左右逐步提升到45、60、80以至100m/s；试验室中磨削速度已达200m/s。高速切削(或磨削)要求机床含有高转速、高刚度、大功 率和抗振性好工艺系统；要求刀含有合理几何参数和方便紧固方法，还需考虑安全可靠断屑方法。
2.采取强力切削
指大进给或大切深切削加工，通常见于车削和磨削(见缓进给磨削)。强力车削关键特点是车刀除主切削刃外，还有一个平行于工件已加工表面 副切削刃同时参与切削，故可把进给量比通常车削提升几倍甚至十几倍。在通常机床上，只要功率足够和工艺系统刚度好就可实施强力切削。和高速切削比较，强力 切削切削温度较低，刀具寿命较长，切削效率较高；缺点是加工表面较粗糙。强力切削时，径向切削力很大，故不适于加工细长工件。
3.采取多刀加工法
多刀加工是经过降低刀架行程长度提升生产效率。
四．车刀种类和用途
一、车刀是应用最广一个单刃刀具，也是学习、分析各类刀具基础。 车刀用于多种车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。 车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀应用日益广泛，在车刀中所占百分比逐步增加。

二、硬质合金焊接车刀 所谓焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择几何参数刃磨后使用车刀。
三、机夹车刀 机夹车刀是采取一般刀片，用机械夹固方法将刀片夹持在刀杆上使用车刀。这类刀含有以下特点：（1）刀片不经过高温焊接，避免了因焊接而引发刀片硬度下降、产生裂纹等缺点，提升了刀具耐用度。 （2）因为刀具耐用度提升，使用时间较长，换刀时间缩短，提升了生产效率。 （3）刀杆可反复使用，既节省了钢材又提升了刀片利用率，刀片由制造厂家回收再制，提升了经济效益，降低了刀具成本。 （4）刀片重磨后，尺寸会逐步变小，为了恢复刀片工作位置，往往在车刀结构上设有刀片调整机构，以增加刀片重磨次数。 （5）压紧刀片所用压板端部，能够起断屑器作用。
四、可转位车刀 可转位车刀是使用可转位刀片机夹车刀。一条切削刃用钝后可快速转位换成相邻新切削刃，即可继续工作，直到刀片上全部切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作。 1．可转位刀具优点 和焊接车刀相比，可转位车刀含有下述优点: （1）刀具寿命高 因为刀片避免了由焊接和刃磨高温引发缺点,刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽确保，切削性能稳定，从而提升了刀具寿命。 （2）生产效率高 因为机床操作工人不再磨刀，可大大降低停机换刀等辅助时间。 （3）有利于推广新技术、新工艺 可转位刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。 （4）有利于降低刀具成本 因为刀杆使用寿命长，大大降低了刀杆消耗和库存量，简化了刀具管理工作，降低了刀具成本。 2．可转位车刀刀片夹紧特点和要求 （1）定位精度高 刀片转位或更换新刀片后，刀尖位置改变应在工件精度许可范围内。 （2）刀片夹紧可靠 应确保刀片、刀垫、刀杆接触面紧密贴合，经得起冲击和振动，但夹紧力也不宜过大，应力分布应均匀，以免压碎刀片。 （3）排屑流畅 刀片前面上最好无障碍，确保切屑排出流畅，并轻易观察。 （4） 使用方便 转换刀刃和更换新刀片方便、快速。对小尺寸刀具结构要紧凑。 在满足以上要求时，尽可能使结构简单，制造和使用方便。
五、成形车刀 成形车刀是加工回转体成形表面专用刀具，其刃形是依据工件廓形设计，可用在各类车床上加工内外回转体成形表面。 用成形车刀加工零件时可一次形成零件表面，操作简便、生产率高，加工后能达成公差等级IT8～IT10、粗糙度为10～5μm，并能确保较高交换性。但成形车刀制造较复杂、成本较高，刀刃工作长度较宽，故易引发振动。 成形车刀关键用在加工批量较大中、小尺寸带成形表面零件。
五．CA6140型卧式机床
一、主轴箱
CA6140型车床主轴箱内有：主轴部件、主传动变速及操纵机构、摩擦离合器及制动器、主轴到挂轮间传动和换向机构和润滑装置等。下图是展开图

1.卸荷带轮
电动机经Ｖ型带将运动传至轴 I 左端带轮 2上。带轮2和花键套1用螺钉连接成一体，支承在支承套3内孔中两个深沟球轴承上。支承套3固定在主轴箱体4上。作用在带轮2上皮带拉 力，经过花键套1、滚动轴承和支承套3，最终传给主轴箱体。而扭矩则由带轮经过花键套1传给轴 I 。这么，轴 I 只传输扭矩而避免了由皮带拉力产生弯曲变形。这种皮带轮起到了卸荷作用。
2. 双向片式摩擦离合器及其操纵机构
轴 I 上装有双向片式摩擦离合器，其关键作用是实现主传动换向。摩擦离合器由内摩擦片 3、外摩擦片2、定位片10、11，压紧块8及调整螺母9组成。左、右两边双联齿轮和单联齿轮分别空套在轴 I 上，当电动机开启后，经皮带带动轴 I 旋转，这时并不能直接带动上述两个齿轮转动，而要经过摩擦离合器内、外片接合才能转动。
离合器内、外两组摩擦片依次相间安装，外摩擦片2外圆周上有4个凸起，恰好嵌在双联空套齿轮1罩壳缺口中，外片内 孔大于轴 I 上花键。内摩擦片 3外圆无凸起略小于齿轮1罩壳内径，内孔是花键孔，装在轴 I 花键上并同轴 I一起旋转。当杆7经过销5向左推进压紧块8时，使内、外片相互压紧。轴I转矩便经过摩擦片间摩擦力矩传给空套齿轮1，使主轴正转。件10和11起限 制摩擦片轴向位置作用。同理，当压紧块8向右推时，使主轴反转。压紧块8处于中间位置时，左、右离合器均脱开，主轴及轴 II 以后其它各轴传动停转。右摩擦离合器结构和左摩擦离合器结构原理相同，就是摩擦片数少部分。
离合器接合和脱开操纵，由溜板箱右侧开关杠19上手柄18完成。当向上扳动手柄时，经过杠杆机构20、21使扇形齿轮17顺时针转 动，带动齿条22向右移动，其上拨叉23拨动轴I右端滑套12右移。滑套12右移时，将元宝销(杠杆)6右角压下，元宝销6绕其回转中心顺时针转 动，下端凸缘推进装在轴I内孔中拉杆7左移，并经过销5带动压紧块8向左压紧，主轴正转。当手柄18向下扳时右离合器压紧，主轴反转。当手柄18处 于中间位置时，离合器脱开，主轴停转。
为了缩短停车辅助时间，主轴箱中还装有闸带式制动器15和16，该制动器和摩擦离合器操纵机构联动。当正转和反转时，齿条22上凹槽处和杠杆14下 端接触，使14顺时针转动，制动器松开；当停车时(手柄18处于中间位置时)，22上凸起处和14接触，杆14逆时针转动，拉紧闸带，制动器工作，使主 轴立即停下来。13是调整螺钉。
摩擦离合器除换向和传输扭矩外，还可起到断开传动键作用。车床往往要频繁变换主轴转速，假如利用关停主电机来停车变速(转动时变速会损坏齿轮)，电机频 繁起动易损坏。利用摩擦离合器脱开位置，可切断轴 I 以后传动链，在主电机运转情况下，轴 II 后各轴停转，即可变速。另外，摩擦离合器还可起到过载保护作用。当机床过载时，摩擦片打滑，主轴停转，就可避免损坏机床。摩擦片间压紧力是能够调整， 调整时，先压下预防螺母9松动弹簧销4，同时拧动压紧块8上圆螺母9，圆螺母9轴向移动，改变摩擦片间间隙，即可达成调整摩擦力大小作用，调整 后，使弹簧销4重新卡进螺母9缺口中，避免螺母松动。
3.传动机构
主轴箱中传动机构包含定比机构和变速机构两部分，前者仅用于传输运动和动力，或进行升速、降速，通常采取齿轮传动副；后者用来使主轴变速，通常采取滑移齿轮变速机构，因其结构简单紧凑，传动效率高。

4.传动齿轮
主轴箱中传动齿轮多数是直齿，为了使传动平稳，在Ⅴ—Ⅵ轴间使用了一对斜齿轮。齿轮和传动轴连接，有固定、空套和滑移三种。在主轴箱中共有七个滑移齿轮，其中：轴Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ上滑移齿轮和主轴Ⅵ上齿轮离合器M2上齿轮是用于主轴变速；轴Ⅹ、Ⅸ上滑移齿轮是分别用于车削左、右旋螺纹及正常螺距、扩大螺距变换。操纵这些滑移齿轮共用三套操纵机构。
5. 传动轴支承结构
主轴箱中传动轴因为转速较高，通常采取向心球轴承或圆锥滚子轴承支承。常采取双支承结构，对较长传动轴，为了提升其刚性，则采取三支承结构。比如，轴Ⅲ、Ⅳ两端各装有一个圆锥滚子轴承，在中间还装有一个向心球轴承作为辅助支承。
6. 主轴及轴承
主轴是车床关键零件之一，在工作时承受很大切削力，故要求主轴含有足够刚度和较高精度。它是一个空心阶梯轴，其内孔（φ48㎜）用于经过φ47㎜以下长棒料或穿入钢棒以卸下顶尖，也可用于装置气动、电动和液压夹紧机构。主轴前端锥孔为莫氏6号锥度，用于安装顶尖套及前顶尖；也可安装心轴，有自锁作用，可借助于锥面配合摩擦力直接带动心轴和工件转动。主轴后端含有锥度为1:2O锥孔，它是加工主轴用工艺基准面。
主轴前端采取短锥法兰式结构，用于安装卡盘或拨盘，由主轴端面上圆形拨块传输扭矩。主轴尾部圆柱面用作安装多种辅具（电气、液压及气动装置等）安装基面。
主轴有前、中、后三个支承，确保主轴含有很好刚性。这种支承方法要求箱体上三个支承孔同轴度好，不然不仅装配困难，并影响主轴工作性能。采取三支承后，主轴空转时摩擦功率损耗较大。
前支承由两个滚动轴承组成。前面是D级精度318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承，用于承受径向力，这种轴承含有刚性好，精度高，尺寸小和承载能力大等优点。另外采取一个D级精度双列60°角接触向心推力轴承，以承受正反两方向轴向力。这种轴承轴向承载能力、刚性和极限转速全部较高。该机床主轴推力轴承安装在前支承中，离加工部位距离较近，中、后轴承全部只能承受径向载荷，而在轴向方向能够游动，当主轴在长时间运转发烧膨胀时，能够许可向后微量伸长，以降低主轴弯曲变形，所以对加工精度影响较小。但结构复杂，装配不方便。

后支承使用一个E级精度318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承。主轴中间支承是一个E级精度32216型单列向心短圆柱滚子轴承。主轴支承对主轴运转精度及刚度影响很大。主轴轴承应在无间隙（或少许过盈）条件下进行运转。轴承中间隙，直接影响机床加工精度。所以，主轴轴承间隙须定时地进行调整。前轴承间隙调整方法为：松开前端螺母，拧动带锁紧键圆螺母，这时轴承内环就相对主轴锥形轴颈向右移动；因为该轴承内环很薄，而且内孔也和主轴锥面一样，含有1：12锥度，所以，内环在轴向移动时，便产生向外径向弹性变形（胀大），达成调整轴承径向间隙或预紧目标。 主轴径向跳动和轴向跳动允差全部是0.01㎜。 主轴径向跳动影响加工表面圆度和同轴度；轴向跳动影响加工端面平面度和螺距精度。当主轴跳动量超出许用值时，通常情况下是合适调整前支承间隙，就可使主轴跳动量调整到许用值内。如径向跳动仍达不到要求时，可调整后轴承间隙，中间支承间隙不可调整。