2.2 车削加工
1.车削加工的特点及应用
车削是零件回转表面的主要加工方法之一。其主要特征是零件回转表面的定位基准必须与车床主轴回转中心同轴，因此无论何种工件上的回转表面加工，都可以用车削的方法经过一定的调整而完成。车削既可加工有色金属，又可加工黑色金属，尤其适用于有色金属的加工；车削既可进行粗加工，又可进行精加工。一般情况下，轴类零件回转表面由于结构原因（L>>D），绝大部分在卧式车床加工，因此车削是一种最为广泛的回转表面加工方法之一，其主要有如下特点：
1）工艺范围广
车削可完成加工内、外圆柱面、圆锥表面、车端面、切槽、切断、车螺纹、钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔等工作；在车床上如果装上一些附件及夹具，还可以进行镗削、磨削、研磨等。采用特殊的装置或技术后，在车床上还可以车削非圆零件表面，如凸轮、端面螺纹等。借助于标准或专用夹具，还可以完成非回转体零件上的回转体表面加工。车削的基本加工内容如图2-2所示。
图2-2 卧式车床的典型加工
2）生产率高
车削加工时，由于加工过程为连续切削，基本上无冲击现象，刀杆的悬伸长度很短，刚性高，因此可采用很高的切削用量，故车削的生产率很高。
3）精度范围大
在卧式车床上，粗车铸件、锻件时可达到经济加工精度IT13～IT11，Ra可达到12.5～50µm；精车时可达到经济加工精度IT8～IT7，Ra可达到0.8～1.6µm。在高精度车床上，采用钨钛钴类硬质合金、立方氮化硼刀片，同时采用高切削速度（160m/min或更高），小的吃刀量（0.03～0.05mm）和小的进给量（0.02～0.2mm/r）进行精细车，可以获得很高的精度和很小的表面粗糙度，大型精确外圆表面常用精细车代替磨削。
4）有色金属的高速精细车削
在高精度车床上，用金刚石刀具进行切削，可以获得的尺寸公差等级为IT6～IT5，表面粗糙度Ra为0.1～1.0µm，甚至还能达到镜面的效果。
5）生产成本低
车刀结构简单，刃磨和安装都很方便，许多车床夹具都已经作为附件进行标准化生产，它可以满足一定的加工精度要求，生产准备时间短，加工成本较低。
一般情况下，车削加工是以主轴带动工件做回转运动为主运动，以刀具的直线运动为进给运动。根据所用机床的精度不同，车削加工可以达到的加工精度也不相同。表2-4所示为车削加工所能达到的技术指标。如果采用高精度机床与合适的车刀（如金刚石车刀）相配合，可以达到更高的精度，完成如计算机硬盘盘基类零件的超精密加工。需要指出的是，近年来，随着机床设计与制造技术的发展，新研发并推出了功能复合的机床。普通的车铣复合机床和数控车铣复合单元不仅可以完成常规的车削加工，还可以完成大部分的铣削任务。
表2-4 车削加工的主要精度技术指标
2.车床
车床是车削加工所必需的工艺装配。它提供车削加工所需的成形运动、辅助运动和切削动力，保证加工过程中工件、夹具与刀具的相对正确位置。
传统的机械传动式车床有许多类型，根据结构布局、用途和加工对象的不同，主要可以分为以下几类：
（1）卧式车床。卧式车床是通用机床中应用最普遍、工艺范围最广泛的一种，图2-3所示为CA6140卧式车床的外形图。在卧式车床上可以完成各种类型的内外回转体表面，如圆柱面、圆锥面、成形面、螺纹、端面等的加工，还可进行钻、扩、铰、滚花等加工。但其自动化程度低，加工生产率低，加工质量受操作者的技术水平影响较大。
图2-3 CA6140型卧式车床外形图
1—主轴箱；2—刀架；3—尾座；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—挂轮变速机构
（2）落地车床与立式车床。当工件直径较大而长度较短时，可采用落地车床或立式车床加工。图2-4所示为单立柱车床和双立柱车床。两者相比，立式车床由于主轴轴线采用垂直位置，工件的安装平面处于水平位置，有利于工件的安装与调整，机床的精度保持性也好，因而实际生产中较多采用立式车床。
图2-4 立式车床
1—底座；2—工作台；3—立柱；4—垂直刀架；5—横梁；6—垂直刀架进给箱；7—侧刀架；8—侧刀架进给箱；9—顶梁
（3）转塔车床。转塔车床的特征在于它没有尾座和丝杠，在尾座上装有一个多工位的转塔刀架，该刀架可以安装多把刀具，通过转塔转位可以使不同的刀具依次处于工作位置，对工件进行不同内容的加工，减少了反复装夹刀具的时间，如图2-5所示。因此，在批量加工形状复杂的工件时具有较高的生产率。由于没有丝杠，这类机床只能用丝锥、板牙一类刀具来完成螺纹加工。
图2-5 转塔车床
1—主轴箱；2—前刀架；3—转塔刀架；4—床身；5—溜板箱；6—进给箱
除上述较为常见的几类车床外，还有机械式自动与半自动车床、液压仿形车床与多刀半自动车床等。近些年，数控车床和数控车削中心的应用得到广泛且迅速的普及，并已经逐步在车削加工设备中处于主导地位。
3.车床的组成
车床尽管类型很多，结构布局各不相同，但其基本组成大致相同。包括基础件（如床身、立柱、横梁等）、主轴箱、刀架（如方刀架、转塔刀架、回轮刀架等）、进给箱、尾座、溜板箱几部分。以图2-3所示的卧式车床为例，说明其组成部分主要有如下几个方面：
（1）主轴箱。主轴箱1由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、变速操纵机构等组成，其功用是支承主轴部件，并使主轴与工件以所需速度和方向旋转。
（2）刀架与滑板。四方刀架用于装夹刀具。刀架2安装在滑板上，滑板俗称拖板，由上、中、下三层组成。床鞍（即下滑板或称大拖板）用于实现纵向进给运动。中滑板（即中拖板）用于车外圆（或孔）时控制吃刀深度及车端平面时实现横向进给运动。上滑板（即小拖板）用来纵向调节刀具位置和实现手动纵向进给运动。上滑板还可相对中滑板偏转一定角度，用于手动加工圆锥面。
（3）进给箱。进给箱10内装有进给运动的传动及操纵装置，用以改变机动进给的进给量或被加工螺纹的导程。
（4）溜板箱。溜板箱8安装在刀架部件底部，它可以通过光杠或丝杠接受自进给箱传来的运动，并将运动传给刀架部件，从而使刀架实现纵、横向进给或车螺纹运动。
（5）尾座。尾座3安装于床身尾座导轨上，可沿导轨纵向调整位置，尾座可安装顶尖用来支承较长或较重的工件，也可安装各种刀具，如钻头、铰刀等。
（6）床身。床身4固定在左床腿9和右床腿5上，用以支承其他部件，如主轴箱、进给箱、溜板箱、滑板和尾座等，并使它们保持准确的相对位置。
4.CA6140型普通卧式车床
CA6140型普通卧式车床是普通精度级的卧式车床的典型代表，经过长期的生产实践检验和不断地完善，它在普通卧式车床中具有重要的地位。这种车床的通用性强，可以加工轴类零件、盘类零件、套类零件；车削公制、英制、模数制、径节制四种标准螺纹和精密、非标准螺纹；可以完成钻、扩、铰孔加工。其加工范围广，适应性强，但结构比较复杂，适用于单件小批量生产或机修、工具车间使用。
1）CA6140型卧式车床的技术参数
（1）床身上最大工件回转直径：400mm。
（2）刀架上最大工件回转直径：210mm。
（3）最大棒杆直径：47mm。
（4）最大工件长度：750mm、1000mm、1500mm、2000mm 4种。
（5）最大加工长度：650mm、900mm、1400mm、1900mm 4种。
（6）主轴转速范围：正转10～1400r/min，24级。
反转14～1580r/min，12级。
（7）进给量范围：纵向0.028～6.33mm/r，共64级。
横向0.014～3.16mm/r，共64级。
（8）螺纹加工范围：公制螺纹P=1～192mm，44种。
英制螺纹a=2～24牙/in，20种。
模数制螺纹m=0.25～48牙/in，39种。
径节制螺纹Dp=1～96牙/in，37种。
（9）主电动机：7.5kW，1450r/min。
（10）机床外形尺寸（长×宽×高）：
对于最大工件长度1500mm的机床为：3168mm×1000mm×1267mm。
2）机床的传动系统
图2-6所示为CA6140型车床的传动系统图。主要包括主运动传动链、进给运动传动链和螺纹车削传动链。
（1）主运动传动链。主运动的动力源是电动机，执行件是主轴。运动由电动机经V带轮传动副ф130/ф230传至主轴箱中的轴Ⅰ。轴Ⅰ上装有双向多片摩擦离合器M1，离合器左半部啮合时主轴正转；右半部啮合时主轴反转；左右都不啮合时轴Ⅰ空转，主轴停止转动。轴Ⅰ运动经M1传给轴Ⅱ后传给轴Ⅲ，然后分成两条路线传给主轴：当主轴Ⅵ上的滑移齿轮（z=50）移至左边位置时，运动由轴Ⅲ经齿轮副63/50直接传给主轴Ⅵ，使主轴得到高转速；当主轴Ⅵ上的滑移齿轮（z=50）向右移，使其与主轴上的齿轮式离合器M2啮合时，则运动经轴Ⅲ传给轴Ⅳ，又经齿轮副20/80或51/50传给轴Ⅴ，再经齿轮副26/58和齿轮式离合器M2传给主轴Ⅵ，使主轴获得中、低转速。主运动传动路线表达如下：
由传动系统图和传动路线表达式可以看出，主轴正转时，轴Ⅱ上的双联滑移齿轮可有两种啮合位置，分别经56/38或51/43使轴Ⅱ获得两种速度。其中的每种转速经轴Ⅲ的三联滑移齿轮39/41或30/50或22/58的齿轮啮合，使轴Ⅲ获得三种转速，因此轴Ⅱ的两种转速可使轴Ⅲ获得2×3=6种转速。经高速分支传动路线时，由齿轮副63/50使主轴Ⅵ获得6种高转速。经低速分支传动路线时，轴Ⅲ的6种转速经轴Ⅳ上的两对双联滑移齿轮，使主轴得到6×2×2=24种低转速。因为轴Ⅲ到轴V间的两个双联滑移齿轮变速组得到的四种传动比中，有两种重复，即
图2-6 CA6140型车床传动系统图
其中u2、u3基本相等，所以实际上只有三种不同的传动比。因此，经低速传动路线时，主轴获得的实际转速是2×3×（2×2-1）=18级转速，再加上由高速传动路线获得的6级转速，主轴共可获得24级转速。同理，主轴反转时，只能获得3+3×（2×2-1）=12级转速。
主轴的各级转速可按下列运动平衡式计算
式中：ε——V带轮的滑动系数，可取ε=0.02；
uⅠ−Ⅱ——为轴I和轴Ⅱ间的可变传动比，其余类推。
例如，在图2-6所示的齿轮啮合情况（离合器M2拨向左侧）中，其主轴的转速为
同理，可计算主轴正转时24级转速为10～1400r/min；反转时12级转速为14～1580r/min。主轴反转通常不是用于切削，而是用于车削螺纹时，切削完一刀后，车刀沿螺纹线退回，故转速较高以节省辅助时间。
（2）螺纹车削传动链。螺纹车削时，主轴回转与刀具的纵向进给必须保持严格的运动关系，即主轴转一转，刀具移动一个螺纹导程。这是一条内联系传动链，其运动平衡式应为
1主轴×ux×Ph丝杠=Ph螺纹 （2-2）
式中：l主轴——主轴每转一转；
ux——机床主轴至丝杠之间的总传动比；
Ph丝杠、Ph螺纹——车床丝杠和被加工螺纹的导程。在CA6140车床中，Ph丝杠=12mm。
CA6140型车床所能加工的四种螺纹的螺距、导程换算关系如表2-5所示。在车削螺纹时，根据螺纹的标准和导程，通过调整传动链实现加工要求。表中k表示螺纹的头数。
表2-5 螺距、导程换算关系
①车削公制螺纹。传动路线表达如下：
其中，u基为ⅩⅢ、ⅩⅣ轴之间的变速传动比，由此可以得到基本的螺纹导程，称为基本变速组，共有八种变速传动比，分别为
u倍为ⅩⅤ～ⅩⅦ轴之间的变速传动比，称为增倍变速组，共有四种变速传动比，分别为
上述四种传动比成倍数关系排列，通过改变u倍可以使被加工螺纹导程成倍数变化，扩大了车床能加工的螺纹导程数量。
在传动路线中，通过改变挂轮就可以实现公制螺纹与模数螺纹的加工转换。由于传动路线可得加工公制螺纹的运动平衡式
将上式化简为
Ph螺纹=1主轴7u基u螺纹 （2-3）
加工模数螺纹的运动平衡式为
将上式化简为
式中：m——模数螺纹的模数；
k——模数螺纹的头数。
②车削英制螺纹。为实现英制螺纹的特殊因子和以每英寸长度上的螺纹牙数表示螺距的要求，把公制螺纹加工的传动路线进行调整。首先，改变ⅩⅢ、ⅩⅣ轴的主从动关系，从而使基本组的传动比变为原来的倒数；其次，在传动链中改变部分传动副的传动比，使之包含特殊因子25.4，其传动路线表达如下：
同理，通过改变挂轮可以实现英制螺纹与径节螺纹的转换。
加工英制螺纹时，其运动平衡式为
由于
，上式可化简为
式中：a——螺纹每英寸长度上的牙数。
加工径节螺纹时，同理可得运动平衡式为
式中：DP——径节螺纹导程主参数（径节数）。
在加工非标准螺纹和精密螺纹时，可将M3、M4、M5全部啮合，主轴运动经过挂轮后，由Ⅻ轴、ⅩⅣ轴、ⅩⅦ轴直接传动到丝杠。被加工螺纹的导程通过调整挂轮的传动比来实现。这时，传动路线缩短，传动误差减小，螺纹精度可以得到较大的提高。其运动平衡式为
Ph=1主轴12u挂 （2-7）
3）CA6140型车床结构特点
（1）主轴箱和主轴部件。图2-7所示为CAl6140型车床的主轴箱展开图。为保证机床的功能要求，在主轴箱中Ⅰ轴上采用了卸荷式带轮，以消除带传动的径向力使Ⅰ轴产生的弯曲变形，减小对主传动系统传动精度的影响。在Ⅰ轴采用了双向片式摩擦离合器，与Ⅳ轴上的钢带制动器相结合.实现对主轴的启动、停止、制动、换向的控制。图2-8所示为双向片式摩擦离合器结构示意图。
图2-7 CA6140型车床主轴箱展开图
图2-8 双向片式摩擦离合器
1—双联齿轮；2、3—摩擦片；4、9—可调压紧套；5—销柱；6—元宝销；7—拉杆；8—滑动套；10、11—挡环；12—转销；13—滑动套；14—齿轮
主轴部件是机床的核心部件，其精度和承载能力将直接影响机床的相关技术性能指标。在保证精度要求的前提下，经过生产实践使用的检验，CA6140车床的主轴形成了前后双支承、后端定位的结构，如图2-9所示。其中，前轴承采用P5级精度的双列圆柱滚子轴承318212l，用于承受径向力，通过轴承内环与主轴在轴向的相对移动使内环产生弹性变形，以调整轴承的径向间隙；后支承采用推力轴承和角接触球轴承组合，分别用以承受双向轴向力和径向力，轴承的间隙由主轴后端的螺母调整。前后轴承均采用油泵供油润滑。轴上z58斜齿轮靠近主轴前端布置，以减小径向力对主轴弯曲变形的影响，同时可抵消主轴承受的轴向载荷。
图2-9 CA6140型车床主轴部件图
主轴是一个空心阶梯轴，内孔用来通过棒料或卸顶尖，也可用来通过气、电、液夹紧机构。前端孔为莫氏6号锥度孔，用以安装顶尖或心轴；前端为短锥法兰结构，用以安装卡盘。
（2）床身及导轨。CA6140型车床床身为铸铁件，其形状结构如图2-10所示。该车床采用了平床身结构，床身前后壁之间用“П”形截面的肋板相连接，床身的刚度较大。平床身的工艺性好，易于加工制造，并有利于提高刀架的运动精度。床身上两组三角形—矩形组合的滑动导轨，分别作为拖板和尾座的运动导轨。
图2-10 床身结构示意图
（3）操纵机构。CA6140车床的主轴箱采用了一套主轴的启、停、制动机构，如图2-11所示。为便于操作，在操纵杆4上共有两个操纵手柄3，它们分别位于进给箱和溜板箱的右侧。当把手柄3向上搬动时，通过由曲柄5和9、拉杆8组成的杠杆机构可使轴10和扇形齿板11顺时针转动，带动齿条轴12向右移动，经拨叉15拨动滑套13（滑套内孔的两端为锥孔，中间是圆柱孔）向右移，压下羊角形摆块6的右角，使拉杆16向左移，双向多片式摩擦离合器的左离合器接合，主轴启动正转；当把手柄3向下搬动时，双向多片摩擦离合器右离合器接合，主轴反转。当手柄3处于中间位置时，则拉杆16、滑套13及齿条轴12均处于中间位置，此时左右离合器均不接合，将主轴与动力源断开，而齿条轴12上的凸起部分压着杠杆7的下端，将制动带2拉紧，导致主轴快速停止转动。
图2-11 主轴起停控制机构
1—双联空套齿轮；2—制动带；3—手柄；4—操纵杆；5、9—曲柄；6—羊角形摆块；7—杠杆；8—拉杆；10—轴；11—扇形齿板；12—齿条轴；13—滑套；14—空套齿轮；15—拨叉；16—拉杆
图2-12所示为CA6140型卧式车床主轴箱中变换Ⅱ轴上的双联滑移齿轮和Ⅲ轴上的三联滑移齿轮的工作位置，使Ⅲ轴获得六级变速的操纵机构示意图。转动手柄8通过链传动带动轴7上的曲柄5和盘形凸轮6转动，链传动的传动比为1∶1，即手柄8和轴7同步转动。固定在曲柄5上的销4上装有一滑块，它插在拨叉3的长槽中，因此，当曲柄带着销4做圆周运动时，通过拨叉3可使三联滑移齿轮2沿轴Ⅲ左右移换，实现左、中、右位置的变换。盘形凸轮6端面上的封闭曲线槽是由不同半径的两段圆弧和过渡直线组成，每段圆弧的中心角稍大于120°，当盘形凸轮6转动时，曲线槽迫使杠杆10上的销9带动杠杆10摆动，通过拨叉11使双联齿轮1沿轴Ⅱ改变左、右位置。当顺序地转动手柄8并每次转60°时，曲柄5上的销4依次地处于a、b、c、d、e、f六个位置，使三联滑移齿轮2由拨叉3拨动分别处于左、中、右、右、中、左六个工作位置，如图2-12（b）～图2-12（g）所示；同时，凸轮曲线槽使杠杆10上的销9相应的处于a'、b'、c'、d'、e'、f'六个位置，使双联滑移齿轮1由拨叉11拨动分别处于左、左、左、右、右、右六个工作位置，如图2-12（b）～图2-12（g）所示。要实现Ⅲ轴上的六级变速，其具体组合情况如表2-6所示。
图2-12 CA6140型卧式车床主轴变速操纵机构
1—双联滑移齿轮；2—三联滑移齿轮；3、11—拨叉；4、9—销；5—曲柄；6—盘形凸轮；7—轴；8—手柄；10—杠杆；Ⅱ、Ⅲ—轴
表2-6 Ⅲ轴上六级变速的组合情况
5.车刀及其选用
车刀是完成车削加工所必需的工具，它直接参与从工件上切除余量的车削加工过程。车刀的性能取决于刀具的材料、结构和几何参数。刀具性能的优劣对切削加工质量、提高生产率至关重要。尤其是随着车床性能的提高和高速主轴的应用，刀具的性能直接影响机床性能的发挥。因此，掌握车刀的几何角度，合理地刃磨、选择和使用车刀非常重要。车刀多用于在各种类型的车床上加工外圆、端面、内孔、切槽及切断、车螺纹等，其种类繁多，具体可分为如下四类：
（1）按用途不同可将车刀可分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断车刀、螺纹车刀等。
（2）按切削部分的材料不同可将车刀分为高速钢车刀、硬质合金车刀、陶瓷车刀等。
（3）按结构形式不同可将车刀分为整体车刀、焊接车刀、机夹重磨车刀和机夹可转位车刀，如图2-13所示；四种车刀的特点与用途比较如表2-7所示。
（4）按切削刃的复杂程度不同可将车刀分为普通车刀和成形车刀。
图2-13 车刀的结构类型
表2-7 车刀结构类型的特点和用途
6.普通车刀的使用类型
按用途的不同，车刀可分为45°弯头车刀、90°外圆车刀、75°外圆车刀、螺纹车刀、内孔镗刀、成形车刀、车槽及切断刀等，如图2-14所示。
1）45°弯头车刀
图2-14所示的车刀1为45°弯头车刀，可按其刀头的朝向分为左弯头和右弯头两种。该车刀是一种多用途车刀，既可以车外圆、车端面，也可以加工内、外倒角。但切削时背向力Fp较大，车削细长轴时，工件容易被顶弯而引起振动，所以常用来车削刚性较好的工件。
2）90°外圆车刀
90°外圆车刀又称90°偏刀，分左偏刀（见图2-14中的车刀6）和右偏刀（见图2-14中的车刀2）两种，主要用于车削外圆柱表面和阶梯轴的轴肩端面。由于主偏角（κr=90°）大，切削时背向力Fp较小，不易引起工件弯曲和振动，所以多用于车削刚性较差的工件，如细长轴。
3）75°外圆车刀
图2-14所示的车刀4为75°外圆车刀，又称直头外圆车刀。该刀刀头强度高，散热条件好，常用于粗车外圆和端面。通常有右偏直头车刀和左偏直头车刀两种形式。
4）螺纹车刀
图2-14所示的车刀3为外螺纹车刀、车刀9为内螺纹车刀。螺纹车刀属于成形车刀，其刀头形状与被加工的螺纹牙型相符合。一般来说，螺纹车刀的刀尖角应等于或略小于螺纹牙型角。
5）内孔镗刀
内孔镗刀可分为通孔镗刀、盲孔镗刀和车内槽车刀（见图2-14中的车刀8）。图2-14所示的车刀11为通孔镗刀，它的主偏角κr=45°～75°，副偏角
；图2-14所示的车刀10为盲孔镗刀，其主偏角κr≥90°。
6）成形车刀
成形车刀是用来加工回转成形面的车刀，机床只需要做简单运动就可以加工出复杂的成形表面，其主切削刃与回转成形面的轮廓母线完全一致。图2-14所示的车刀5为成形车刀，其形状因切削表面的不同而不同。
7）车槽、切断刀
车槽、切断刀可用来切削工件上的环形沟槽（如退刀槽、越程槽等）或用来切断工件（见图2-14中的车刀7），这种车刀的刀头窄而长，有一个主切削刃和两个副切削刃，副偏角
；切削钢件时，前角γo=10°～20°；切削铸铁时前角γo=3°～10°。
图2-14 普通车刀的使用类型
1—45°弯头车刀；2、6—90°外圆车刀；3—外螺纹车刀；4—75°外圆车刀；5—成形车刀；7—车槽、切断刀；8—车内槽车刀；9—内螺纹车刀；10—盲孔镗刀；11—通孔镗刀
7.机夹可转位车刀
1）可转位车刀的构成
可转位式车刀是采用一定的机械夹固方式把一定形状的可转位刀片夹固在刀杆上形成的。它由刀杆、刀片、刀垫、夹固元件等部分构成，如图2-15所示。这种车刀用钝后，只需要将刀片转过一个位置，即可使新的刀刃投入切削。当全部刀刃都用钝后，需更换新的刀片。
图2-15 可转位车刀的构成
1—刀杆；2—刀垫；3—刀片；4—夹固元件
可转位车刀的刀具几何参数由刀片和刀片槽保证，不受工人技术水平的影响，因此切削性能稳定，适于大批量生产和数控车床使用。由于节省了刀具的刃磨、装卸、调整等步骤，减少了辅助时间。同时也避免了由于刀片的焊接、重磨造成的缺陷。这种刀具的刀片由专业厂家生产，刀片性能稳定，刀具几何参数可以得到优化，并有利于新型刀具材料的推广应用，是金属切削刀具发展的方向。
2）可转位车刀的刀片
可转位式车刀的刀片有三角形、偏三角形、凸三角形、正方形、五角形和圆形等多种形状。使用时可根据需要按国家标准或制造厂家提供的产品样本选用。
3）可转位车刀的典型结构
可转位车刀的定位夹紧机构应满足定位正确、夹紧可靠、装卸转位方便、结构简单等要求。其典型结构包括以下类型：
（1）杠杆式夹紧机构如图2-16所示。夹紧原理：拧紧螺钉5，杠杆1摆动，刀片3压紧在两个定位面上，将刀片夹紧。刀垫2通过弹簧套8定位，调节螺钉7调整弹簧6的弹力。杠杆式夹紧机构定位精度高，夹紧可靠，使用方便，但结构复杂。
（2）楔块式夹紧机构如图2-17所示。夹紧原理：拧紧螺钉4，楔块5推动刀片3紧靠在圆柱销2上，将刀片夹紧。楔块式夹紧机构结构简单，更换刀片方便，但定位精度不高，夹紧力与切削力的方向相反。
图2-16 杠杆式夹紧机构
1—杠杆；2—刀垫；3—刀片；4—刀柄；5—螺钉；6—弹簧；7—调节螺钉；8—弹簧套
图2-17 楔块式夹紧机构
1—刀垫；2—圆柱销；3—刀片；4—螺钉；5—楔块；6—弹簧垫圈；7—刀柄
（3）偏心式夹紧机构如图2-18所示。夹紧原理：利用偏心销1上部的偏心轴将刀片2夹紧。螺纹偏心式夹紧机构结构简单，但定位精度不高，要求刀片精度不高。
（4）压孔式夹紧机构如图2-19所示。夹紧原理：拧紧沉头螺钉2，利用螺钉斜面将刀片1夹紧。压孔式夹紧机构结构简单，刀头部分小，用于小型刀具。
图2-18 偏心式夹紧机构
1—偏心销；2—刀片；3—刀垫；4—刀柄
图2-19 压孔式夹紧机构
1—刀片；2—沉头螺钉；3—刀垫；4—刀柄
（5）上压式夹紧机构如图2-20所示。夹紧原理：拧紧螺钉5，压板6将刀片4夹紧。上压式夹紧机构夹紧可靠，但切屑容易擦伤夹紧元件。
（6）拉垫式夹紧机构如图2-21所示。夹紧原理：拧紧螺钉3，使拉垫1移动，拉垫1上的圆柱销将刀片2夹紧。拉垫式夹紧机构夹紧可靠，但刀头部分刚性较差。
图2-20 上压式夹紧机构
1—刀柄；2—刀垫；3、5—螺钉；4—刀片；6—压板
图2-21 拉垫式夹紧机构
1—拉垫；2—刀片；3—螺钉；4—刀柄
8.成形车刀
成形车刀是加工回转体成形表面的专用车刀。它的刃形根据被加工零件表面的廓形进行设计。工件的廓形取决于刀刃的形状，质量稳定，不受操作者的技术水平影响。其加工精度可达IT10～IT9，表面粗糙度可达Ra3.2～6.3µm。图2-22所示为成形车刀的几种常见类型。其中，平体成形车刀只能用来加工外成形表面，重磨次数少，主要用于加工宽度不大，成形表面比较简单的工件，装夹方式与普通车刀相同；棱体成形车刀也只能用来加工外成形表面，但重磨次数较多；圆体成形车刀可用于内外回转体成形表面的加工，重磨次数最多，制造比较容易，应用较多。
成形车刀是专用刀具。其前角和后角根据设计的要求通过刃磨和安装相结合而得到。成形车刀的设计依据主要是廓形深度设计。具体设计方法可查阅有关刀具设计手册。
图2-22 成形车刀的类型
9.车削类型
1）粗车
车削加工是外圆粗加工最经济有效的方法。由于粗车的主要目的是高效地从毛坯上切除多余的金属，因而提高生产效率是其主要任务。
粗车通常采用尽可能大的背吃刀量和进给量来提高生产率。为了保证必要的刀具寿命，所选切削速度一般较低。粗车时，车刀应选取较大的主偏角，以减小背向力，防止工件产生变形；选取较小的前角、后角和负值的刃倾角，以增强车刀切削部分的强度。粗车所能达到的加工精度为IT12～IT11，表面粗糙度Ra12.5～50µm。
2）精车
精车的主要任务是保证零件所要求的加工精度和表面质量要求。精车外圆表面一般采用较小的背吃刀量与进给量和较高的切削速度（vc≥100m/min）。在加工大型轴类零件外圆时，常采用宽刃车刀低速精车（vc≥2～100m/min）。精车时，车刀应选用较大的前角、后角和正值的刃倾角，以提高加工表面质量。精车可作为较高精度外圆的最终加工或作为精细加工的预加工。精车的加工精度可达IT8～IT6，表面粗糙度为Ra0.8～1.6µm。
3）细车
细车的特点是背吃刀量和进给量取值极小（ap05.0～03.0mm，f=0.02～0.2mm/r），切削速度高达150～2000mm/min。细车一般采用立方氮化硼（CBN）、金刚石等超硬材料刀具进行加工，所用机床也必须是主轴能做高速回转并具有很高刚度的高精度或精密机床。细车的加工精度及表面粗糙度与普通外圆磨削大体相当，加工精度可达IT6～IT5，表面粗糙度为Ra0.02～1.25µm，多用于磨削加工性不好的有色金属工件的精密加工。对于容易堵塞砂轮的铝及铝合金等工件，细车更为有效。在加工大型精密外圆表面时，细车可以代替磨削加工。
10.车削方法
上述车削的加工方法是按加工精度、加工余量及切削用量的大小来阐述的，下面介绍的是实际加工过程的车削加工方法，具体步骤及过程如下：
1）车外圆
（1）试切步骤。车外圆一般分粗车和精车两步进行，粗车的目的是尽快切去多余的金属层，使工件接近于最后的形状和尺寸。粗车后应留下0.5～1mm作为精车余量。精车是切去余下的少量金属层以获得零件所求的精度和表面粗糙度，因此背吃刀量较小，为0.1～0.2mm，切削速度则可用较高或较低速度。为了使工件表面获得较小的粗糙度值，用于精车的车刀的前、后面应采用磨石加润滑油磨光，有时刀尖磨成一个小圆弧。为准确控制工件的尺寸精度，一般采用试切法车削，试切的方法和步骤如下：
①开机对刀。启动车床，使车刀刀尖与工件外圆表面轻微接触，如图2-23（a）所示。
②向右退刀。摇动溜板箱的手轮，使刀具向右移动，离开工件，如图2-23（b）所示。
③横向进刀。顺时针转动手中滑板手轮，根据刻度盘调整背吃刀量，如图2-23（c）所示。
④向左试切。摇动溜板箱的手轮，向左试切削1～3mm，如图2-23（d）所示。
⑤退刀测量。试切后，摇动溜板箱的手轮向右退刀，脱离工件后停机，用量具测量试切外圆直径，如图2-23（e）所示。如尺寸合格，用机动进给车削外圆。
⑥切深精调。尺寸未到，再次横向进刀，调整背吃刀量，然后开机车削，如图2-23（f）所示。
图2-23 试切步骤
（2）细长轴外圆的车削加工
由于细长轴（长径比很大，如L/d≥20）的刚度很差，车削时容易产生弯曲和振动，形成腰鼓形或竹节形误差而不能保证加工质量。因此，必须采取有效措施来解决车削时的变形、振动等问题。具体方法如下：
①改进工件的装夹。车削细长轴时，工件的装夹常采用一端在卡盘中夹紧，另一端支顶在弹性尾座顶尖中的方法。这种装夹方式夹持的刚性好，并且当工件因切削热而膨胀伸长时，尾座顶尖能自动伸缩，可避免热膨胀引起零件弯曲变形。在车床卡盘中夹紧工件常用的形式有两种：一是在工件的左端绕上一圈较细的钢丝，以减小接触面积，使工件在卡盘内能自由调节其位置，可避免因卡爪卡死而引起弯曲变形，如图2-24所示；二是在卡盘一端的工件上车出一个缩颈部分，缩颈直径d≈D/2（D为工件的坯料直径），以此增加工件的柔性，起到与万向接头类似的作用，缓解由于坯料本身的弯曲而在卡盘强制夹持下轴心歪斜的影响。
图2-24 细长轴的装夹
②选择合理的切削方法。车削细长轴时，宜采用由车头向尾座的反向切削法。这时在轴向切削力的作用下，从卡盘到车刀区段内，工件受到的是拉力；而从车刀到尾顶尖区段，则采用了可伸缩的活顶尖，而不会把工件顶弯。由于选择了较大的进给量和主偏角，增大了轴向切削力，工件在大的轴向拉力作用下，能有效地选择消除径向颤动，使切削过程平稳，如图2-25所示。
图2-25 反向进给车削法
③合理选择刀具。粗车时选用粗车刀，粗车刀常用较大的主偏角（75°），以增大轴向力而减小径向力，可防止工件的弯曲变形和振动。粗车刀选用较大的前角（12°～20°）和较小的后角，以减小切削力又可加强刃口强度。通过磨出卷屑槽和选用的刃倾角，以控制切屑的顺利排出。刀片材料宜采用强度和耐磨性较高的硬质合金，如YW1或YG6A。
精车时常用宽刃高速钢刀片，选用25°的前角和10°的后角。这种大前角、无倒棱的宽刀，其切削刃易切入工件，切下很薄的切屑，便于消除粗车时留在工件上的形状误差。刃倾角和弹性刀杆使得切入平稳并防止发生振动和啃刀现象，低速切削时可以避免积屑瘤和振动，宽平切削刃可以修光工件表面，因此可以获得良好的加工质量。此外，粗车刀安装使刀尖可比工件中心高0.1～0.15mm，使刀尖部分的后面压住工件，有效地增强了工件的刚度。精车时工件安装高度低于中心，以增大后角减小刀具磨损，并可使用弹性刀柄，振动时切削刃不会切入工件，以防止损伤加工表面。
（3）车削外圆时产生废品的原因及预防措施如表2-8所示。
表2-8 车削外圆时产生废品的愿意及预防措施
2）车端面
对工件的端面进行车削的方法叫车端面。其安装和操作方法如下：
（1）工件的安装。车端面时工件的安装和车外圆时基本相同。对于长径比大于5的轴类零件，当直径小于车床主轴孔径时，可将其插入孔中，用三爪自定心卡盘夹持右端；当直径大于车床主轴孔径时，可用卡盘夹持其左端并用中心架支承右端。
（2）车刀的选择与安装。车削端面时，通常使用90°或45°外圆车刀。其安装方法与车外圆时相同。车刀刀尖必须与工件回转中心线等高，以免车至中心时留下切不去的凸台，且容易崩刃。
（3）车削用量的选择。包括选择背吃刀量、进给量和切削速度。
①背吃刀量：粗车时，ap=2～5mm；精车时，ap=0.2～1mm；
②进给量：粗车时，f=0.3～0.7mm/r；精车时，f=0.08～0.3mm/r；
③切削速度：车端面时，切削速度随刀具横向的切入而变化，选用时，应根据工件最大直径来确定。详细的背吃刀量、进给量和切削速度参数可参照有关设计手册。
（4）车端面的操作方法。车端面有“由外向内进给”和“由内向外进给”两种方式。图2-26（a）所示为用外圆车刀向中心进给车端面；图2-26（b）所示为用外圆车刀由中心向外圆进给车端面；图2-26（c）所示为用45°弯头车刀车端面。
图2-26 车端面的常用方法
（5）车端面时的注意事项：
①车刀的刀尖应对准工件中心，以免车出的端面中心留有凸台。
②端面直径从外到中心是变化的，切削速度也在改变，在计算切削速度时必须按端面的最大直径计算。
③采用外圆车刀车端面时，应选择较小的背吃刀量，否则容易扎刀。背吃刀量ap的选择：粗车时，ap=0.2～1mm；精车时，ap=0.05～0.2mm。
④车直径较大的端面，若出现凹心或凸肚时，应检查车刀、刀架、床鞍是否锁紧。
3）车台阶
车台阶实际是车外圆和车端面的组合加工。车削台阶的方法与车削外圆基本相同，但在车削时应兼顾外圆直径和台阶长度两个方向的尺寸要求，还必须保证台阶平面与工件轴线的垂直度要求。
（1）台阶通常采用主偏角κr≥90°的外圆车刀车削。当台阶高度小于5mm时，可用主偏角为90°的外圆车刀在车外圆时同时车出；当台阶的高度大于5mm时，可把90°的外圆车刀的主偏角安装成93°～95°，分多次进给后再横向切出，台阶的车削如图2-27所示。
图2-27 台阶的车削
（2）台阶长度尺寸的控制方法：
①台阶长度尺寸要求较低可直接用床鞍刻度盘控制。
②台阶长度的控制一般用刻线法，台阶长度可用金属直尺或样板确定位置，如图2-28所示。车削时，先用刀尖车出比台阶长度略短的刻痕作为加工界限，台阶的准确长度可用游标卡尺或深度游标尺测量。
③台阶长度尺寸精度要求较高且长度较短时，可用小滑板刻度盘控制其长度。
图2-28 台阶长度尺寸的控制方法
（3）车端面和台阶时产生废品的原因和预防措施如表2-9所示。
表2-9 车端面和台阶时产生废品的原因和预防措施
4）车沟槽和切断
（1）车槽：在工件表面上车削沟槽的方法称为车槽，车槽的形状及加工如图2-29所示。
图2-29 车槽的形状
车沟槽的刀具的选用原则、切削用量的选择方法及操作过程如下：
①车沟槽、切断刀的选用原则。常用的车沟槽和切断刀材料有高速钢和硬质合金。工件直径较小时，通常采用高速钢；工件直径较大时，通常采用硬质合金刀。
②切削用量的选择方法。详细的车削用量可参考有关金属切削用量手册。
③车沟槽的操作过程。车槽和车端面很相似，如同左右偏刀并在一起同时车左右两个端面。
车削宽度为5mm以下的窄槽时，可采用主切削刃尺寸与槽宽相等的车槽刀一次车出。宽度大于5mm时，一般采用窄的车槽刀分两次或几次横向粗车，最后一次横向切削后，再进行纵向精车的方法，如图2-30所示。当工件上有几个同一类型的槽时，槽宽应一致，以便用同一把刀具切削，提高效率。
图2-30 车宽槽
（2）切断：将坯料或工件分成两段或若干段的车削称为切断。切断主要用于圆棒料按尺寸要求下料，或把加工完毕的工件从坯料上切下来。切断有直进法和左右借刀法两种方法，当工件直径较小时采用直进法，如图2-31所示；工件直径较大时采用左右借刀法。
图2-31 切断
切断要选用切断刀、切断刀的形状与车槽刀相似，只是刀头更加窄长，所以刚性也更差，容易折断，因此切断时应注意以下几点：
①切断时，刀尖必须与工件等高，否则切断处将留下凸台，也容易损坏刀具。
②切断处应靠近卡盘，以增加工件刚性，减小切削时的振动。
③刀头长度比工件半径略长即可。
④切断刀伸出不宜过长，以增加刀具刚性。
⑤刀具要装正，以免折断。
⑥切断时，切削速度要低，采用缓慢均匀的手动进给，应均匀、连续，即将切断时，必须放慢进给速度，以免刀头折断。
⑦切断钢件时应适当使用切削液，以利于切断过程散热。
（3）车沟槽和切断时产生废品的原因及预防措施如表2-10所示。
表2-10 车沟槽和切断时产生废品的原因及预防措施
5）车圆锥面
将工件车削成圆锥表面的方法称为车圆锥，常用的车削锥面方法有转动小刀架法、偏移尾座法、宽刃车刀法、靠模法等几种。无论采用何种方法车圆锥，车刀刀尖均须严格对准工件中心，否则会使车出的圆锥母线不直。常见的车圆锥面的方法有如下几种：
（1）采用转动小滑板角度法车削圆锥面。根据圆锥的形状确定小滑板的转动方向后，松开小滑板下面转盘上的螺母，逆时针转动小滑板，把转盘转至所需要的圆锥半角α/2的刻度线上，与基准零线对齐后，拧紧转盘上的螺母，如果锥角不是整数，可在锥角附近估计一个值，试车后逐步找正，其原理如图2-32所示。
（2）偏移尾座法车圆锥面。对于较长而锥度较小的圆锥形工件，可采用偏移尾座法进行车削。车削时，工件装夹于两顶尖之间，将尾座上滑板横向偏移一个距离s，使工件回转轴线与车床主轴轴线成一个斜角，即两顶尖连线与原来两顶尖中心线相交一个圆锥半角α/2，其原理如图2-33所示。
图2-32 转动小滑板车圆锥
图2-33 偏移尾座法车削圆锥
（3）用宽刃车刀车圆锥面。车削较短的圆锥时，可以用宽刃刀直接车出，如图2-34所示。其工作原理与成形法相同，所以要求切削刃必须平直，切削刃与主轴轴线的夹角应等于工件圆锥半角α/2。
切削用量应小些，且要求车床具有较好的刚性，否则易引起振动。当工件的圆锥斜面长度大于切削刃长度时，可采用多次接刀方法加工，但接刀处必须平整。
（4）靠模法车圆锥。在床鞍上安装靠模，可以车削内外圆锥，其原理如图2-35所示。靠模法可机动进给，效率高，精度高，适合成批车削锥度小而锥体长的工件。对于某些较长的圆锥面和圆锥孔，当其精度要求较高，批量较大时常采用此方法。
在车床上采用靠模法加工圆锥面时必须配备靠模板。靠模装置底座一般固定在车床床身的后面，底座上面装有锥度靠模板，它可以绕中心轴线旋转到与工件轴线相交成α/2圆锥角的角度。滑板可自由地沿靠模板滑动，滑板又用固定螺钉与中滑板连接在一起。为了使中滑板能自由滑动，必须把中滑板上的横向进给丝杠与螺母脱开。为了便于调整背吃刀量，小滑板必须转过90°。当床鞍做纵向自动进给时，滑板就沿着靠模板滑动，从而使车刀的运动平行于靠模板，车出所需的圆锥面。
图2-34 用宽刃车刀车削圆锥
图2-35 靠模法车圆锥
靠模法的优点是可在自动进给条件下车削锥体，能保证一批工件获得稳定一致的合格锥度。目前已逐步被数控车削锥体代替。
（5）车削圆锥时产生废品的原因及预防措施如表2-11所示。
表2-11 车削圆锥时产生废品的原因及预防措施
6）车螺纹
将工件表面车削成螺纹的方法称为车螺纹。车螺纹的基本技术是保证螺纹的牙型和螺距的精度，并使相配合的螺纹具有相同的中径。
（1）车螺纹的进刀方法。合理分配背吃刀量与正确选择进刀方法是车螺纹的关键。车螺纹的进刀方法一般有直进法、左右进刀法、斜进法等三种。
①直进刀法车螺纹。
●进刀方法：利用中滑板做横向垂直进给，在几次进刀中切去螺纹的牙槽余量，如图2-36（a）所示。优点是可得到正确的牙型，缺点是车刀的左右侧刃同时切削，不便排屑，螺纹表面不易车光，当背吃刀量较大时，容易产生扎刀现象，一般适用于精车螺距小于2mm的螺纹。
●背吃刀量的分配：根据车螺纹总的背吃刀量，第一次背吃刀量ap1≈ap/4，第二次背吃刀量ap2≈ap/5，以后根据切屑情况，逐渐递减，最后留0.2mm余量，以便精车。
②左右进刀法车螺纹。
●进刀方法：每次进刀时，除了中滑板做横向的进给外，同时小滑板配合中滑板做向左或向右的微量进给，这样多次进刀，可车出螺纹的牙槽，小滑板每次进刀的量不宜过大，如图2-36（b）所示。
●小滑板消除间隙的方法：采用左右借刀法进刀时，应注意消除小滑板左右进给的间隙，其方法是，如向左借刀，即小滑板向前进给，然后小滑板向右借刀移动时，应使小滑板比需要的刻度多退后几格，以消除间隙部分，再向前移动小滑板至需要的刻度上；以后每次借刀，使小滑板手轮向一个方向转动，可消除间隙。
③斜进刀法车螺纹。
●进刀方法。每次进刀中除中滑板做横向进给外，小滑板向同一方向做微量进给，多次进刀将螺纹的牙槽全部车去，如图2-36（c）所示。开始一、二次进给可用直进法车削，以后用小滑板配合进刀。特点是单刃车削，排屑方便，可采用较大的背吃刀量，适用于较大螺距螺纹的粗加工。
●背吃刀量的分配：中滑板的吃刀量随牙槽加深逐渐递减，每次进刀小滑板的进刀量是中滑板的1/4，以形成梯度。粗车后留0.2mm作为精车余量。
图2-36 车螺纹的进给方法
（2）对刀方法及背吃刀量的调整。车螺纹的过程中，刀具磨损或折断后，需要拆下修磨或换刀。重新装刀车削时，容易出现刀具位置不在原螺纹牙槽中的情况，若继续车削会出现乱牙现象。
为了避免乱牙现象的出现，必须将刀尖调整到原来在牙槽中的正确位置，这一调整过程称为对刀。对刀的方法有静态对刀法和动态对刀法。
①静态对刀法：主轴慢转，并合上开合螺母，转动中滑板手柄，待车刀接近螺纹表面时慢慢停机，主轴不可反转。待机床停稳后，移动中、小滑板，目测将车刀刀尖移至牙槽中间，然后记下中、小滑板刻度后退出。
②动态对刀法：主轴慢转，并合上开合螺母，在开机过程中移动中、小滑板，将车刀刀尖对准螺纹牙槽中间。也可根据需要，将车刀的一侧刃与需要切削的牙槽一侧轻轻接触，待有微量切屑时即刻记取中、小滑板刻度，最后退出车刀。为避免对刀误差，可在对刀的刻度上进行1～2次试切削，确保车刀对准。此法要求反应快，动作迅速，对刀精度高。
重新装刀后，车刀的原先位置发生了变化，对刀前应首先调整好车刀背吃刀量的起始位置。
（3）粗车螺纹的方法和步骤。
可用弯头车刀和切槽刀分别车出端面、外圆、倒角和退刀槽。粗车螺纹的方法和步骤如下：
①确定车螺纹切削的起始位置。将中滑板刻度调至零位，开机，使刀尖轻微接触工件表面，然后迅速将中滑板刻度调至零位，以便于进刀记数。
②试切第一条螺旋线并检查螺距。将床鞍摇至离工件端面8～10牙处，横向进刀0.05mm左右。开机，合上开合螺母，在工件表面车出一条螺旋线，至螺纹终止线处退出车刀，并反转把车刀退到工件右端。停机，用金属尺检查螺距是否正确，如图2-37（a）所示。
③用刻度盘调整背吃刀量，开机切削，如图2-37（b）所示。螺纹的总背吃刀量ap按其与螺距P关系以经验公式ap≈0.65P确定，每次背吃刀量约为0.1mm。
④车刀降至终点时，应做好退刀停机准备，先快速退出车刀，然后开反转退出刀架，如图2-37（c）所示。
⑤再次进刀，继续切削，为精车做好准备，如图2-37（d）所示。
图2-37 螺纹且切削方法与步骤
粗车螺纹，可通过调整背吃刀量或测量螺纹牙顶宽度值来控制尺寸，并保证精车余量。
（4）精车螺纹的方法和步骤如下：
①对刀，使螺纹车刀对准牙槽中间，当刀尖与牙槽底接触后，记下中、小滑板刻度，并退出车刀。
②分一次或二次进给，运用直进法车准牙槽底径，并记取中滑板的最后进刀刻度。
③车螺纹牙槽一侧，在中滑板牙槽底径刻度上采用小滑板借刀法车削，观察并控制切屑形状，每次借偏量为0.02～0.05mm。为避免牙槽底径扩大，最后一、二次进给时，中滑板可做适量进给。
④用同样的方法精车另一侧面，注意螺纹尺寸，当牙顶宽接近P/8时，可用螺纹量规检查螺纹尺寸。螺纹环规用来检测外螺纹，测量时如过端通过而止端拧不进，说明螺纹尺寸符合要求。
⑤精车时，应加注切削液，并尽量将余量留给第二侧面，即第一侧面精车时车光即可。
⑥螺纹车完后，牙顶上应用细齿锉去毛刺。
（5）车削螺纹时产生废品的原因及预防措施如表2-12所示。
表2-12 车削螺纹时产生废品的原因及预防措施
