第二单元 轴类工件的车削.docx

1、第二单元 轴类工件的车削第二单元 轴类工件的车削轴是机器中最常用的零件之一，一般由外圆柱面、端面、台阶、倒角、过渡圆角、沟槽和中心孔等结构要素构成，如图21所示。车削轴类工件时，除了保证图样上标注的尺寸和表面粗糙度要求外，一般还应达到一定的形状精度和位置精度要求。 图21 台阶轴1倒角 2端面 3过渡圆角 4外圆柱面（外圆）5沟槽 6台阶 7中心孔项目一 轴类工件车削技术知识一、学习目标1掌握车削轴类工件用车刀及其几何参数的选择原则。2了解切断刀、切槽刀的种类，并掌握其刃磨与车削方法。3能正确选择轴类工件的装夹方法，能进行简单轴类工件的车削工艺分析。4了解中心孔的种类及作用。5掌握轴类工件的车

2、削及其测量方法。6会分析轴类工件产生废品的原因，能提出预防措施。二、学习任务1. 项目任务本项目的任务是学习轴类工件车削技术知识。2. 任务流程图车削轴类工件的车刀轴类工件的装夹中心孔及顶尖轴类工件的检测（游标卡尺和千分尺的识读）轴类工件的车削工艺及车削质量分析三、环境设备学习所需设备、刀具、夹具、量具和材料清单见下表。分类名称型号规格数量备注设备及附件卧式车床CA61401三爪自定心卡盘1夹具钻夹头1过渡锥套1顶尖2鸡心夹头1刀具45车刀硬质合金 190车刀硬质合金 175车刀硬质合金 1切断刀高速钢、硬质合金 1量具游标卡尺0.02mm精度1千分尺025mm、2550mm1四、学习过程1.

3、 车削轴类工件的车刀（1）车削不同结构要素的车刀常用的外圆、端面和台阶用车刀的主偏角有45、75和90等几种。加工不同结构要素的车刀特点与应用见表21。值得注意的是：用右偏刀车端面时，如果车刀由工件外缘向中心进给，则是由副切削刃车削。当背吃刀量较大时，因切削力的作用会使车刀扎入工件而成凹面，如图22a所示。为防止产生凹面，可采用由中心向外缘进给的方法，利用主切削刃进行车削，如图22b所示，但是背吃刀量应小些。当背吃刀量较大时，也可用图22c所示的端面车刀车削。a） b） c） 图22 车端面 a）由外缘向中心进给 b）由中心向外缘进给 c）用端面车刀车端面（2）车削不同精度的车刀 车削轴类工件

4、一般可分为粗车和精车两个阶段。粗车的作用是提高劳动生产率，尽快将毛坯上的余量车去；而精车的作用是使工件达到规定的技术要求。粗车和精车的目的不同，对所用车刀的要求也存在较大差别。1）粗车刀粗车刀必须适应粗车时吃刀深和进给快的特点，主要要求车刀有足够的强度，能一次进给车去较多的余量。选择粗车刀几何参数的一般原则见表22。表21 车刀的特点与应用车刀类型图 示特点及应用应用图示45车刀 图示为加工钢料用的典型45硬质合金车刀。车刀的刀尖角90，刀尖强度和散热性都比90车刀好。常用于车削工件的端面和进行45倒角，也可用来车削较短的外圆 1、3、545左车刀2、445右车刀75车刀 图示为加工钢料用的典

5、型75硬质合金车刀。 车刀刀尖角90，刀尖强度高，较耐用。适用于粗车轴类工件的外圆和对加工余量较大的铸锻件外圆进行强力车削，还适用于车削铸锻件的大端面a） b）a）75右车刀车外圆b）75左车刀车端面90车刀左上图为加工钢料用的典型硬质合金精车刀。其刀尖角90，散热条件比前两者差，但应用广泛； 左下图为横槽精车刀。在主切削刃上磨有大的正值刃倾角 （s=1530），可保证切屑排向工件待加工表面，但这种车刀车削时的背吃刀量应选得较小（ap0.5mm。右偏刀一般用来车削工件的外圆、端面和右向台阶；左偏刀一般用来车削工件的外圆和左向台阶，也适用于车削直径较大且长度较短的工件的端面。90车刀因其主偏角较

6、大，车外圆时的背向力Fp较小，所以不易使工件产生径向弯曲a）b） c）a）用右偏刀车外圆、台阶和端面 b）用左、右偏刀车台阶c）用左偏刀车端面表22 粗车刀几何参数的选择原则项目内容选择原则1主偏角kr主偏角不宜太小，否则车削时容易引起振动。当工件外圆形状许可时，主偏角最好选择75左右。这样车刀不但能承受较大的的切削力，而且有利于切削刃散热。2前角0和后角a0 为了增加刀头强度，前角和后角应选小些。但要注意前角太小反而会增大切削力。前角0的大小应根据工件材料、刀具材料和加工性质进行选择，如选用硬质合金车刀车削45钢时0一般为1520；后角a0一般为46。3刃倾角s 为增加刀头强度，刃倾角取30

7、。4倒棱宽度br1与倒棱前角01 为增加切削刃的强度，主切削刃上应磨有倒棱，如右图所示。倒棱宽度为br1=（0.50.8） f，倒棱前角01=105。5过渡刃偏角kr（过渡刃） 为了增加刀尖强度，改善散热条件，使车刀耐用，刀尖处应磨有过渡刃。 采用直线形过渡刃时，其过渡刃偏角kr=1/2kr，过渡刃长度b=0.52mm，如下图所示。6断屑槽 粗车塑性金属（如中碳钢）时，为使切屑能自行折断，应在车刀前面上磨有断屑槽。常用的断屑槽有直线形和圆弧形两种，其尺寸大小主要取决于背吃刀量和进给量。2）精车刀工件精车后需要达到图样要求的尺寸精度和较小的表面粗糙度，并且车去的余量较少，因此要求车刀锋利，切削刃

8、平直光洁，必要时还可磨出修光刃。精车时必须使切屑排向工件的待加工表面。选择精车刀几何参数的一般原则是：为了减小工件表面粗糙度值，应取较小的副偏角kr或在副切削刃上磨出修光刃。一般修光刃的长度b=（1.21.5）f。 前角0一般应大些，以使车刀锋利，车削轻快。角a0也应大些，以减少车刀和工件之间的摩擦。精车时对车刀强度的要求不高，允许取较大的后角，一般为812。为了使切屑排向工件的待加工表面，应选用正值的刃倾角（一般取s=38）。精车塑性金属时，为保证排屑顺利，前面应磨出相应宽度的断屑槽。（3）切断刀和切槽刀1）切断刀及应用如图23所示，切断刀是以横向进给为主，前端的切削刃是主切削刃，两侧的切削

9、刃是副切削刃。为了减少工件材料的浪费，保证切断实心工件时能切到工件的中心，一般切断刀的主切削刃较窄，刀头较长，其刀头强度相对其他车刀较低，所以在选择几何参数和切削用量时应特别注意。a） b）图23 切断刀的应用高速钢切断刀 高速钢切断刀的形状如图24所示，其几何参数的选择原则见表23。图24 高速钢切断刀的形状表23 高速钢切断刀几何参数的选择角度符号数据和公式主偏角=90副偏角取=1130前角切断中碳钢工件时，通常取=2030；切断铸铁工件时，取=010。前角由R75的圆弧形前面自然形成后角一般取=58副后角切断刀有两个后角=12刃倾角 主切削刃要左高右低，取=3主切削刃宽度一般采用经验公式

10、计算： (21)式中 d 工件直径，mm。刀头长度L 计算公式为： (22) 式中 h 切入深度（mm）。切断实心工件时，切入深度等于工件半径；切断空心工件时，切入深度等于工件的壁厚。例21 切断外径为36 mm，孔径为16 mm的空心工件，试计算切断刀的主切削刃宽度和刀头长度。解：根据式21主切削刃宽度a（0.50.6）mm =（0.50.6）mm =33.6mm根据式22 刀头长度 =1213 mm为了使切削顺利，在切断刀的弧形前面上磨出卷屑槽，卷屑槽的长度应超过切入深度。但卷屑槽不可过深，一般槽深为0.751.5mm，否则会削弱切断刀刀头的强度。在切断工件时，为使带孔工件不留边缘，实心工

11、件的端面不留小凸头，可将切断刀的切削刃略磨斜些，如图25所示。a) b)图25 斜面刃切断刀及其应用a）切断实心工件时 b）切断空心工件时硬质合金切断刀及应用 如果硬质合金切断刀的主切削刃采用平直刃，那么切断时的切屑和工件槽宽相等，切屑容易堵塞在槽内而不易排出。为了使排屑顺利，可把主切削刃两边倒角或磨成人字形，为增加刀头的支撑刚度，常将切断刀的刀头下部做成凸圆弧形，如图26所示。 图26 硬质合金切断刀高速切断时，会产生大量的热量，为了防止刀片脱焊，在刚开始切断时应浇注充分的切削液，发现切削刃磨钝时，应及时刃磨。弹性切断刀及其应用 为了节省高速钢，切断刀可做成片状，装夹在弹性刀柄上，如图27所

12、示。切断时当切削量过大时，弹性刀柄受力变形，由于弹性刀夹的弯曲中心在其上部，这时刀体会自动让刀，便可避免因扎刀而造成切断刀折断。 a） a） b）图27 弹性切断刀及其应用 图28 反切刀及其应用 a）弹性切断刀 b）应用 a）反切刀 b）应用反切刀及其应用 在切断直径较大的工件时，由于刀杆较长，刚度较低，如用正向切断法容易引起振动。这时可将主轴及工件反转，用反切刀进行切断，即采用反向切断法，如图28所示。用反切刀切断工件时，切断力Fc的方向与工件重力G的方向一致，因而不易引起振动。另外，切断时切屑是从下面排出的，也不易堵塞在工件槽内。应当注意的是：用反切断法切断工件时，卡盘与主轴应采用螺纹连

13、接，且其连接的部分必须装有保险装置，以防加工时卡盘脱落。同时由于反切刀在切断时所受力方向是向上的， 因此车床的刀架应具有足够的刚度。 2）车槽刀及应用 车一般外沟槽的车槽刀的几何参数与切断刀基本相同。在车较窄的外沟槽时，用主切削刃宽度与槽宽相等的车槽刀一次直进车出，车较宽外沟槽时，可以用多次车槽的方法来完成，但必须在槽的两侧和槽的底部留出精车余量，最后根据槽的宽度和位置进行精车，具体操作见技能训练部分。2. 轴类工件的装夹（1）轴类工件的装夹方法车削时，工件必须在车床夹具中定位并夹紧，工件装夹得是否正确可靠，将直接影响加工质量和生产率，应得到重视。根据轴类工件的形状、大小、加工精度和数量的不同

14、，常用以下几种装夹方法。1）三爪自定心卡盘装夹三爪自定心卡盘的结构形状如图29所示，当卡盘扳手1插入卡盘扳手方孔4内转动时，可带动三个卡爪2、3作向心运动或离心运动。三爪卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，工件装夹后一般不需要找正。但是，在装夹较长的工件时，工件离卡盘较远处的旋转轴线不一定与车床主轴的旋转轴线重合，这时就必须找正。当三爪自定心卡盘使用时间较长导致其精度下降，而工件的加工精度要求较高时，也需要对工件进行找正。 三爪自定心卡盘装夹工件方便、迅速，但夹紧力较小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。 图29 三爪自定心卡盘 图210 四爪单动卡盘1卡盘扳手 2正卡爪 1卡爪 2夹紧螺

15、杆3反卡爪 4卡盘扳手方孔2）四爪单动卡盘装夹四爪单动卡盘的结构如图210所示，四爪单动卡盘有四个各不相关的卡爪，每个卡爪背面有一半瓣内螺纹与夹紧螺杆啮合，四个夹紧螺杆的外端有方孔，用来安装插卡盘扳手的方榫。用扳手转动某一夹紧螺杆时跟其啮合我卡爪就能单独移动，以适应工件大小的需要。由于四爪单动卡盘的四个爪各自独立运动，装夹时不能自动定心，必须使工件加工部位的旋转轴线与车床主轴旋转轴线重合后才可车削。四爪单动卡盘的找正比较费时，但夹紧力比三爪自定心卡盘大，因此适用于装夹大型或形状不规则的工件。三爪自定心卡盘与四爪单动卡盘统称为卡盘，卡盘均可装成正爪或反爪两种形式，反爪用来装夹直径较大的工件。 3

16、）一夹一顶装夹车削一般轴类工件，尤其是较重的工件时，可将工件一端用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘夹紧，另一端用后顶尖支顶，如图211所示，这种装夹方法称为一夹一顶装夹。为了防止由于进给力的作用而使工件产生轴向移动，可以在主轴前端锥孔内安装一限位支撑，如图212a所示，也可以利用工件的台阶进行限位，如图212b所示。用这种方法装夹安全可靠，能承受较大的进给力，因此应用广泛。a）b）图211 一夹一顶装夹 a）用限位支撑 b）利用工件的台阶限位1限位支撑 2卡盘 3工件 4后顶尖 5台阶4）两顶尖装夹对于较长的工件或必须经过多次装夹才能加工好的工件（如长轴、长丝杠等），以及工序较多，在车削后还要铣削

17、或磨削的工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用车床的前后顶尖（即两顶尖）装夹。其装夹形式如图212所示，工件由前顶尖和后顶尖定位，用鸡心夹头夹紧并带动工件同步运动。采用两顶尖装夹工件的优点是装夹方便，不需找正，装夹精度高；但比一夹一顶的刚性低，影响了切削用量的提高。a） b）图212 两顶尖装夹a）一弯头鸡心夹头 b）一直尾鸡心夹头1拨盘 2鸡心夹头 3方头螺钉3. 中心孔及顶尖（1）中心孔用一夹一顶和两顶尖装夹工件时，必须先在工件一端或两端的端面上加工出合适的中心孔。1）中心孔的结构形状和作用 GB/T1452001中心孔规定了中心孔有四种类型，即A型（不带护锥）、B型（带护锥）、C型（带

18、螺纹孔）、R型（带弧型）四种，如图213所示。 a) b) c) d)图213 中心孔的类型a）A型 b）B型 c）C型 d）R型A型中心孔 由圆柱部分和圆锥部分组成，圆锥孔的锥角为60，与顶尖锥面配合，因此锥面表面质量要求较高。一般适用于不需要多次装夹或不保留中心孔的工件。B型中心孔 是在A 型中心孔的端部多一个120的圆锥面，目的是保护60锥面，不让其拉毛碰伤。一般应用于多次装夹的工件。C型中心孔 外端形似B型中心孔，里端有一个比圆柱孔还要小的内螺纹。可以将其他零件轴向固定在轴上，或将零件吊挂放置或便于轴的拆卸。R型中心孔 是将A型中心孔的60圆锥母线改为圆弧线。这样与顶尖锥面的配合变为线

19、接触，在轴类工件装夹时，能自动纠正少量的位置偏差。轻型和高精度轴上采用R型中心孔。这四种中心孔的圆柱部分的作用是：储存油脂，避免顶尖触及工件，使顶尖与60圆锥面配合贴紧。2）中心孔的尺寸规格 中心孔的尺寸以圆柱孔直径（D）为基本尺寸，它是选取中心钻的依据。直径在6.3 mm以下的中心孔常用高速钢制成的中心钻直接钻出。中心钻的外形如图214所示。其尺寸规格见表24、25。a） b）图214 中心钻a）A型中心钻 b）B型中心钻表24 A、B、R型中心孔的结构尺寸 （单位： mm）DA型B型R型D1tD1t（参考）D1（0.50）1.060.50(0.63)1.320.60(0.80)1.700.

20、701.002.120.903.150.902.12(1.25)2.651.104.001.102.651.603.351.405.001.403.352.004.251.806.301.804.252.505.302.208.002.205.33.156.702.8010.002.806.74.008.503.5012.503.508.5(5.00)10.604.4016.004.4010.66.3013.205.5018.005.5013.2(8.00)17.007.0022.407.0017.010.0021.208.7028.008.7021.2注：尽量避免选用括号内的尺寸。表25 C

21、型中心孔的结构尺寸 （单位： mm）公称尺寸DM3M4M5M6M8尺寸D25.87.48.810.513.2公称尺寸DM10M12M16M20M24尺寸D216.319.825.331.338.03）在车床上钻中心孔的方法在工件直径小于车床主轴内孔直径的棒料上钻中心孔。这时应尽可能把棒料伸进主轴内孔中去，用来增加工件的刚性。经校正、夹紧后把端面车平；把中心钻装夹在钻夹头中夹紧，当钻夹头的锥柄能直接和尾座套筒上的锥孔结合时，直接装人便可使用。如果锥柄小于锥孔，就必须在它们中间增加一个过渡锥套才能结合上。中心钻安装完毕，开车使工件旋转，均匀摇动尾座手轮来移动中心钻实现进给。待钻到所需的尺寸后，稍停

22、留，使中心孔得到修光和圆整，然后退刀，如图215所示。 图215 在卡盘上钻中心孔 图216 在中心架上钻中心孔在工件直径大于车床主轴内孔直径，并且长度又较大的工件上钻中心孔。这时只靠一端用卡盘夹紧工件，不能可靠地保证工件的位置正确。要使用中心架来车平端面和钻中心孔。钻中心孔的操作方法和前一种方法相同，如图216所示。（2）顶尖顶尖的作用是确定中心、承受工件重力和切削力，根据其位置分为前顶尖和后顶尖。1）前顶尖 前顶尖有装夹在主轴锥孔内的前顶尖和卡盘上车成的前顶尖两种，如图217所示。工作时前顶尖随同工件一起旋转，与中心孔无相对运动，因此不产生摩擦。图217 前顶尖a）主轴锥孔内的前顶尖 b）

23、卡盘上车成的前顶尖a) b) c) 图218 后顶尖a）普通固定顶尖 b）镶硬质合金固定顶尖 c）回转顶尖2）后顶尖 后顶尖有固定顶尖和回转顶尖两种。 固定顶尖的结构如图218a、b所示，其特点是刚性好，定心准确；但与工件中心孔间为滑动摩擦，容易产生过多热量而将中心孔和顶尖“烧坏”，尤其是普通固定顶尖，如图218a所示。因此固定顶尖只适应于低速加工精度要求较高的工件。目前多使用镶硬质合金的固定顶尖，如图218b所示。回转顶尖如图218c所示，它可使顶尖与中心孔之间的滑动摩擦变成顶尖内部轴承的滚动摩擦，能在很高的转速下正常工作，克服了固定顶尖的缺点，因此应用非常广泛。但是，由于回转顶尖存在一定的

24、装配积累误差，且滚动轴承磨损后会使顶尖产生径向圆跳动，从而降低了定心精度。 4. 轴类工件的检测（1）游标卡尺游标卡尺是车工最常用的中等精度的通用量具，其结构简单，使用方便。按式样不同，游标卡尺可分为三用游标卡尺和双面游标卡尺。1）游标卡尺的结构 三用游标卡尺的结构形状如图219所示，主要由尺身和游标等组成。使用时，旋松固定游标用的紧固螺钉即可测量。下量爪用来测量工件的外径和长度，上量爪用来测量孔径和槽宽，深度尺用来测量工件的深度和台阶长度。测量时，移动游标使量爪与工件接触，取得尺寸后，最好把紧固螺钉旋紧后再读数，以防尺寸变动。a）外形图b）实物图图219 三用游标卡尺1下量爪 2上量爪 3、

25、7紧固螺钉 4游标 5尺身 6深度尺双面游标卡尺的结构形状如图220所示，为了调整尺寸方便和测量准确，在游标上增加了微调装置。旋紧固定微调装置的紧固螺钉7，再松开紧固螺钉3，用手指转动滚花螺母9，通过小螺杆10即可微调游标。其上量爪2用来测量沟槽直径和孔距，下量爪用来测量工件的外径。测量孔径时，游标卡尺的读数值必须加下量爪的厚度b（b一般为10mm）。a）外形图b）实物图图220 双面游标卡尺1下量爪 2上量爪 3、7紧固螺钉 4游标 5尺身6深度尺 8微调装置 9滚花螺母 10小螺杆2）游标卡尺的读数方法游标卡尺的测量范围分别为0125mm、0150mm、0200mm、0300mm等。其测量

26、精度有0.02mm、0.05mm、0.1mm三种。常用的游标卡尺的测量精度为0.02mm。游标卡尺是以游标的“0”线为基准进行读数的，现以图221所示的游标测量精度为0.02mm的游标卡尺为例，其读数分为以下三步骤：读整数 首先读出尺身上游标“0”线左边的整毫米值，尺身上每格为1mm；即读出整数值为90mm。读小数 用与尺身上某刻线对齐的游标上的刻线格数，乘以游标卡尺的测量精度值，得到小数毫米值，即读出小数部分为210.02mm=0.42 mm.整数加小数 最后将两项读数相加，即为被测表面的尺寸；即90mm+0.42 mm= 90.42 mm。图221 游标卡尺的读数3）电子数显卡尺 电子数显

27、卡尺如图222所示，其特点是读数直观准确，使用方便且功能多样。当使用电子数显卡尺测量某一尺寸时，数字显示部分就能清晰地显示出测量结果。 a） b） 图222 电子数显卡尺 a）卡尺的结构图 b）卡尺实物图 1数字显示部分 2米制英制转换键电子数显卡尺主要用于测量精密工件的内、外径尺寸，以及宽度、厚度、深度和孔距等。（2）千分尺1）千分尺的种类和结构 千分尺是生产中最常用的一种精密量具。千分尺的种类很多，按用途分为外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺、内测千分尺、螺纹千分尺和壁厚千分尺等。图223所示为千分尺的结构，它由尺架、固定测砧、测微螺杆、测力装置和锁紧装置等组成。由于测微螺杆的长度受到制造

28、工艺的限制，其移动量通常为25mm，所以千分尺的测量范围分别为025mm、2550mm、5075mm、75100mm等。即每隔25mm为一档。2）千分尺的读数方法 千分尺的固定套管上刻有基准线，在基准线的上下侧有两排刻线，上下两条相邻刻线的间距为0.5mm。微分筒的外圆锥面上刻有50格刻度，微分筒每转动一格，测微螺杆移动0.01mm，所以千分尺的分度值为0.01 mm。 测量工件时，先转动千分尺的微分筒，待测微螺杆的测量面接近工件被测表面时，再转动测力装置，使测微螺杆的测量面接触工件表面，当听到23声“咔咔”声响后即可停止转动，读取工件尺寸。为了防止尺寸变动，可转动锁紧装置，锁紧测微螺杆。 图223 千分尺 图224 千分尺的读数1尺架 2固定测砧 3测微螺杆4固定套管5微分筒 6测力装置 7锁紧装置现以图224所示的2550 mm千分尺为例，介绍千分尺的读数方法。其读数步骤为：读出固定套管上露出刻线的整毫米数和半毫米数。注意固定套管上下两排刻线的间距为每格0.5mm；即可读出32mm。 读出与固定套管基准线对准的微分筒上的格数，乘以千分尺的分度值0.01mm，即为150.01mm=0.15mm。两读数相加，即为被测表面的尺寸，其读数为32mm+0.15mm=32.15mm。3）数显千分尺