机械基础课题14 常用的金属切削加工方法及设备

金属切削加工是利用刀具和工件的相对运动，从毛坯或半成品 上去除多余金属已获得需要的几何形状、尺寸精度和表面粗糙度 的加工方法。金属切削加工也称冷加工。 切削加工的方法很多，常用的有车削加工、铣削加工、钻削加 工、刨削加工、磨削加工及特种加工。
1. 车削加工
在车床上进行的切削加工称为车削加工。车削加工是机械加工中应用 最广泛的加工方法之一。 车削加工时，工件旋转为主运动，车刀移动为进给运动。
（3 ）车削加工主要范围 车削加工主要用于回转 体零件的加工，右图为主 要的加工范围。 a)车外圆 b)车端面 c)车外圆锥 d)切槽、切断 e)车内圆 f)钻中心孔 g)钻孔 h)铰孔 i)锪锥面 j)车内槽 k)车外螺纹 l)车内螺纹 m)滚花 n)车成形面
图14-2 卧式车床的加工范围







3）车台阶 动画演示
车台阶与车外圆相同，但需要兼顾外圆的尺寸与台阶的位置。当 相邻两个圆柱直径差值小于5mm的低台阶可用90°右偏刀或左偏 刀一次走刀完成加工；当相邻两个圆柱直径差值大于5mm的高台 阶则用大于90°的右偏刀或左偏刀多次走刀完成粗加工。在单件、 小批量生产时，轴向尺寸用床鞍手轮上的刻度盘来控制；成批生 产时，采用挡块来控制轴向尺寸。


双顶尖装夹工件


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2）车端面
端面车削主要用于回转体零件(如轴、套、盘等)端面的加工。 对于中小型零件，一般在卧式车床上加工；而大、重型零件可在 立式车床上进行。 车端面时，常用卡盘装夹工件，车刀在旋转工件的端部横向进给 形成一个平面的加工方法，如图14-2b所示。 采用45°弯头刀和左偏刀车削时，其主切削刃与车外圆相同，刀 体强度较高，切削较顺利。车削方式可以从端面外向中心或是从 中心向外进行加工。但不管采用那种方式，车刀的刀尖都必须准 确地安装在回转中心的高度上，以免车出的端面留下小凸台。 在车削端面的过程中，切削力往往会迫使刀具离开工件，常常需 要把床鞍(大溜板)紧固到车床床身上。 端面车削的尺寸精度可达IT9~IT6；精车的平面度误差最小可达 0.008~0.005mm；表面粗糙度Rα值可达6.3~0.8μm。


6 ）车圆锥面
※偏移尾座法 工件 装夹在两顶尖间，将 尾座上部沿床身横向 偏移距离S，使工件 的回转轴线与车床主 轴轴线的夹角等于工 件的半锥角α/2，车 刀纵向自动进给即可 车出所需锥面，如图 所示。 用偏移尾座法车圆锥面


※小滑板转位法 如图14-2c、图14-6所示， 使小滑板转动角度等于 工件锥面的半锥角α/2， 然后拧紧固定螺钉。车 削时，转动小刀架手柄， 切出所需锥面。这种方 法简单易行，可车削短 而锥度大的工件，但不 能自动进给，所车锥面 长度受小滑板行程长度 限制，不能太长。


（2） 车床的组成及运动
1）车床的组成 以常用的CA6140卧式车床为例，如图所示。它一般由主轴 箱、进给箱、床鞍、光杠和丝杠、卡盘、尾座、刀架、床身 及床腿等主要部分组成。
图14-1 卧式车床的传动图




（1）主轴箱 主轴箱固定于床身左上部，箱内有主轴部件和主运 动变速机构，用来实现主轴旋转的主运动并变换主轴正、反转及 转速等。 （2）进给箱 进给箱固定在床身左前侧，箱内装有进给运动变速 机构。进给箱通过丝杠或光杠将运动传给床鞍和刀架，主要用来 实现车床进给运动。 （3）卡盘和尾座 用来安装工件。 （4）刀架及滑板 刀架装在小滑板上，而小滑板装在中滑板上， 中滑板又装在纵滑板上，纵滑板可沿床身导轨纵向移动，从而带 动刀具纵向移动。 （5）床身及床腿 （6）溜板箱 溜板箱安装在刀架部件底部，溜板箱内装有纵、横 向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。 车床除上述主要组成部分外，还有动力源(如电动机)、液压冷却 和润滑系统以及照明系统等。


4）车槽和车断（切断）
车槽和车断时一般使用的是车断或车槽刀。刀具安装时应注意保 证左、右副偏角相等，主切削刃与工件等高。如工件中间有孔， 则主切削刃略高于工件中心。车床可车外槽、内槽和端面槽，如 图14-2d所示。宽度在5mm以下窄槽，采用主切削刃等于槽宽的车 槽刀一次车成。宽槽采用分段切削，再用宽度与工件槽宽相等的 切断刀精车。


※车内孔 车内孔多用于单件小批量生产，精车孔的加工精度可达 6.3~32μm，表面粗糙度Ra值可达1.6~0.8／μm。 车孔的切削速度vc=30~50/m/min(n=400~720r/min)，进给量 f=0.1~0.3min/r，低的切削速度和大的进给量用于粗车孔，高的 切削速度和小的进给量用于精车孔。


5）孔加工
※钻孔：在车床上可以用钻头、铰刀等进行钻孔、扩孔和铰孔。 钻削时，一般采用麻花钻头，钻头装在尾座套筒内，工件装夹在 三爪自定心卡盘上，对于中小型轴类或盘套类零件中心位置的孔， 应在一次装夹中完成其端面和外圆的加工。以便保证加工表面之 间的相互位置精度。
动画演示
钻孔切削速度： vc=15~30/m/min(n=36~ 600r/min，进给为手动。
1）车外圆
工件安装时，采用两顶尖、三爪自定心卡盘、四爪自定心卡盘等 方法。 刀具安装时，伸出刀架的部分要短，刀柄与工件轴线大体垂直。 根据车刀的几何角度、切削用量及车削达到的精度要求，车外圆 可分为粗车、半精车和精车。 粗车的目的主要是切除工件上大部分加工余量。 半精车是在粗车基础上，进一步提高精度和减小表面粗糙度值。 可作为中等加工质量要求的终加工，也可作为精车或磨削前的预 加工。 精车的目的主要是保证加工质量。精车的加工精度一般为IT8~IT7， 表面粗糙度Rα为1.6~0.8μm。


（1） 车削加工的特点及应用 1）车削加工的特点
加工范围广； 加工精度较高； 车削生产率较高 ； 车削加工成本较低。

2）车削加工应用
机械制造中精度要求较高的零件多数都要进行切削加工，在车 床上可以车外圆、车端面、车台阶、车槽和车断(切断)、孔加工 、车圆锥面、车螺纹等的加工。 切削加工适用于一般工件的中、小批量的生产。生产中车削设 备以卧式车床应用最广，下面就以卧式车床为例来介绍它的组成 及所能完成的工作。