多阶台轴的车削

项目2　简单轴类工件的车削

●项目描述

本项目包含短轴车削、一般轴的车削、精密轴的车削、典型轴的车削、轴类工件质量分析等任务，通过学生在完成项目各任务的过程中，掌握轴类工件车削的相关理论知识和操作技能。

●项目目标

知识目标：

●知道轴类工件及类别；

●理解轴类工件常用车刀几何角度及选择；

●掌握轴类工件常用装夹方法；

●掌握轴类工件常见加工方法；

●学会轴类工件的精度控制。

技能目标：

●会根据轴类工件要求刃磨轴类工件车刀角度；

●能完成中级精度的典型轴类零件加工。

情感目标：

●通过完成本项目学习任务的体验过程，增强学生完成对本课程学习的自信心。

●项目实施过程

概述　简单轴类工件

（1）轴类工件

是机器上的重要零件，一般都是回转体，主要是在车床上加工。轴类工件的特点是：尺寸精度、表面粗糙度要求较高，还有同 度、跳动等位置精度要求。常见的简单轴类工件如图2．1所示。在车床上加工轴类工件，要首先注意工件的安装方法，这是保证工件位置精度的关键，还要安排合理的车削工艺顺序、采用正确的检测方法，才能保证轴类工件的加工精度。本项目只介绍简单轴类工件的车削。

图2．1　常见简单轴类工件

（2）典型轴类工件工作图

如图2．2所示为常见的阶台 零件，同学们需要正确选用工夹具，正确选用外圆车刀、切断刀，正确使用外径千分尺来测量工件，熟悉加工阶台 的工艺过程，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。

图2．2　典型简单阶台轴零件工作图

任务2．1　阶台短轴的车削

2．1．1　外圆车刀、切断刀

（1）外圆车刀

按刀具主偏角的不同分为45°弯头刀、75°车刀和90°偏刀，可用于车削工件外圆、端面和阶台，不同主偏角的外圆车刀主要特点和用途如图2．3所示。

图2．3　几种外圆车刀

按走刀方向不同可分为右（正）车刀和左（反）车刀，常用的是右车刀，如图2．4所示。

图2．4　右车刀和左车刀

按加工性质不同可分为粗车刀与精车刀。

1）外圆粗车刀

外圆粗车刀要适应粗车进切削深、进给快的要求，车刀形状角度要保证有足够的强度，能在一次进给中车去较多的加工余量。

典型外圆粗车刀几何角度及选择如图2．5所示。

图2．5　典型粗刀刀几何角度及选择

2）外圆精车刀

外圆精车刀要保证工件的尺寸精度和表面粗糙要求，因此外圆精车刀要足够的锋利，切削刃平直光洁。

典型精车偏刀几何角度及其选择如图2．6所示。

图2．6　典型精 偏刀几何角度及选择

（2）切槽刀与切断刀

1）常用切断刀

切槽刀与切断刀受加工空间限制，刀片很薄，加之散热不良，排屑不畅，如操作不当很容易折断。

切刀按刀具材料分，有高速钢切断刀和硬质合金切断刀两种，如图2．7所示。

切槽刀与切断刀的形状及几何角度大致相同。

切刀刀头长度：根据加工具体情况确定，一般不宜太长。切断刀刀头的长度应大于将工件切断时的切入深度2～3mm。

图2．7　高速钢切断刀和硬质合金切断刀

切刀刀头宽度：当加工窄槽时，切槽刀刀头宽度等于槽宽。切断刀刀宽虽不受槽宽限制，但也不能太宽，浪费金属材料及因切削力太大而引起振动；太窄，刀头容易折断。通常切断刀刀头宽度a可按下列经验公式确定。

为减少刀具刃磨量和节省刀具材料，目前，高速钢切断刀通常做成4～6mm的切刀片，插装在专用的弹性切刀盒中，再压到刀架上，如图2．8所示。

图2．8　切刀盒的使用

2）*其他切断刀

除以上常规切断刀外，还有弹性切断刀、反切断刀、机夹式硬质合金切断刀等形式，具体可参见参考文献。

切断刀的安装要求：

①切断刀不宜伸出过长，同时切断刀的中心线必须装得与工件 线垂直，以保证两副偏角的对称。

②切断实心工件时，切断刀必须装得与工件 线等高，否则不能切到中心，而且容易崩刃甚至折断车刀。

③切断刀底平面如果不平，安装时会引起两副后角不对称。

2．1．2　轴类工件的测量（一）——外径千分尺的使用

外径千分尺的示值精度为0．01mm，是精车外圆时常用的量具。

（1）千分尺的结构原理

外径千分尺有0～25mm、25～50mm、50～75mm等规格，即每25mm为一个量程级差，如图2．9所示。外径千分尺的小砧、固定套管（其上有间隔为0．5mm的主尺刻度）固定在尺架上，而测微螺杆与微分f（其圆周上有50格刻度）组装为一体，转动微分f时，测微螺杆随之前后移动。

千分尺测微螺杆上的精密螺纹的螺距是0．5mm，微分f刻度有50个等分刻度，微分f刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0．5mm，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或后退0．5／50＝0．01mm。可见，微分f刻度每一小分度表示0．01mm，所以以螺旋测微器可准确到0．01mm。

当小砧和测微螺杆并拢时，微分f刻度的零点应与固定刻度的零点重合；测量时，旋转微分f使测微螺杆旋出，并使小砧和测微螺杆的面正好接触待测长度的两端，那么测微螺杆向右移动的距离就是所测的长度。这个距离的整半毫米数由固定刻度上读出，小数部分则由微分f刻度读出，如图2．10所示的读数为11．5mm＋0．263mm＝11．765mm（千分位为估计数）。

图2．9　外径千分尺

图2．10　外径千分尺的读数

（2）车床上使用千分尺的方法

车床上使用千分尺的方法如图2．11所示，在测量时须注意以下几点：

①在工件完全停止旋转后才能进行测量；

②工件温度较高时，要待自然冷却后再进行测量；

③测量时，千分尺要摆正，并前后左右微微摆动，保证千分尺测量头与工件直径贴合。

④取出千分尺时要先锁紧，小心取出，防止损坏量具。

⑤读数时不要读错千分尺主尺的半格数，最好是在使用千分尺前，先用游标卡尺预测一下，这样心中有数，不易读错千分尺主尺的半格数。

图2．11　在 车床上使用千分尺

2．1．3　车削外圆、阶台和端面、 外沟槽和切断

（1）外圆车削的方法

为保证加工精度，要体现粗、精分的原则；粗车的主要目的是要尽快地去除毛坯上的加工余量，粗车的加工精度降为次要；精车加工余量小，主要目的是全面达到工件的尺寸精度和表面粗糙度要求；因此，在粗车和精车两种状态下，其刀具几何参数和切削用量都有所不同。

车外圆的要点如下：

①根据粗、精车削选择合适的切削用量；

②用“试切削”的方法控制背吃刀量；

③精车前用千分尺准确测量工件尺寸，以便控制精车时的背吃刀量；

④在进退中滑板刻度盘手柄时，要注意消除中滑板丝杠间隙；

⑤不要看错刻度盘格数，注意背吃刀量是工件直径余量的一半。

（2）阶台长度的控制

在车削低阶台时，要注意控制阶台长度，单件生产一般采用刻线法、利用床鞍上纵向刻度盘来控制。

1）刻线法

先用钢直尺、样板或外卡钳量取工件阶台长度，然后用刀尖在旋转的工件上刻上一条细线作为长度尺寸标记，然后车至标记处停下，如图2．12（a）所示。

2）用床鞍上纵向刻度盘

CA6140车床床鞍上纵向刻度盘每格代表纵向1mm，可以根据工件长度计算出刻度盘需要转过的格数，并用粉笔做好标记，然后车到标记格数处停下，如图2．12（b）所示。

图2．12　控制阶台长度

3）*在批量生产时，可使用相应长度尺寸的挡块来控制多阶台的长度尺寸，具体可参见参考文献。

要注意的是，使用纵向自动进给时，要快接近标记位置时，要改为手动进给达到标记位置，防止车过标记位置导致工件报废。

（3）车削端面的方法

常用45°弯头刀车刀和偏刀来车端面，如图2．13所示。

图2．13　45°弯头刀刀和偏刀端面

对于既车外圆又车端面的场合，常使用弯头车刀和偏刀来车削端面。弯头车刀是用主切削刃担任切削，适用于车削较大的端面。

偏刀从外向里车削端面，是用车外圆时的副切削刃担任切削，副切削刃的前角较小，切削不够轻快，如果从里向外车削端面，便没有这个缺点，不过工件必须有孔才行。

车削端面时应注意的要点如下：

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偏刀车端面，当背吃刀量较大时，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。

③端面的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。

④车直径较大的端面，若出现凹心或凸肚时，应检查车刀和方刀架，以及大拖板是否锁紧。

（4）车削外沟槽和切断的方法

如图2．14所示，切断与车外沟槽一般都采用正车法方法，即主 正转，横向走刀进行车削。横向走刀可以手动也可以机动。

图2．14　车削外沟槽和切断

切槽的方法：车削宽度不大的沟槽，可以用主刀刃宽度等于槽宽的车刀一次直进车出。对较宽的沟槽，用切槽刀分几次吃刀，先把柄的大部余量车去，在槽的两侧和底部留有精车余量。最后根据槽的形状将车刀的主刀刃及后面磨成需要的形状进行车削。

切断时，由于切断刀伸入槽内，周围被工件和切屑包围，散热条件较差。为了降低切削区域的温度，应在切断时浇注充分的切削液进行冷却。

切断操作时应注意的事项：

①用手动进刀切断时，应注意走刀的均匀性，并且不得中途停止走刀，否则车刀与已加工面产生不断摩擦，造成迅速磨损。如果加工中必须停止走刀或停车，则应先将车刀退出。

②用卡盘装夹工件切断时，切断位置应尽可能靠近卡盘。否则容易引起振动，或使工件抬起压断切断刀。

2．1．4　技能训练——阶台轴车削

本次训练工件为如图2．15所示的阶台 工件。

（1）零件工艺分析

形状分析：本工件为一短阶台 ，采用三爪自定心卡盘安装工件；

精度分析：本工件直径尺寸精度要求较高、其余要求一般，无特殊技术要求。

工艺分析：

①根据工件形状和毛坯特点，采用三爪自定心卡盘装夹棒料，加工后切下工件。

②根据工件直径精度要求，采用粗精分开的原则，精车余量为1mm。

图2．15　阶台轴零件图

（2）工量具清单（见表2．1）

表2．1　工量具准备清单

（3）工艺步骤

加工工艺过程见表2．2。

表2．2　阶台轴车削工艺过程

续表

（4）评分标准及记录表（见表2．3）

表2．3　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

任务2．2　多阶台轴的车削

2．2．1　用一夹一顶装夹工件

（1）一夹一顶安装方法

车削加工前，必须将工件放在机床夹具中定位和夹紧，使工件在整个切削过程中始终保持正确的安装位置。由于轴类工件形状、大小的差异和加工精度及数量的不同，应分别采用不同的装夹方法（本节只介绍最为常用的一夹一顶装夹工件）。

对于一般较短的回转体类工件，较适用于用三爪自定心卡盘装夹，但对于较长的回转体类工件，用此方法则刚性较差。因此，对一般较长的工件，尤其是较重的工件，不能直接用三爪自定心卡盘装夹，而需用一端用卡盘夹住，另一端用后顶尖顶住的装夹方法，如图2．16所示。这种装夹方法称为一夹一顶装夹。

采用一夹一顶装夹工件，其特点是装夹刚性好，能承受较大的 向切削力，安全可靠。

图2．16　一夹一顶 轴类工件

（2）一夹一顶车轴类工件时的工艺要求

一夹一顶车削轴类工件时，为了保证零件的技术要求、保护机床、保护工具，应注意以下几点：

①工件端面必须钻中心孔；

②为了防止工件由于切削力的作用而产生 向位移，必须在卡盘内装一限位支承（见图2．16（a）），或利用工件的阶台作限位（见图2．16（b））。

图2．17　一夹一顶安装工件

③卡盘夹持部分不宜过长。

一夹一顶安装轴类零件，若卡盘夹持工件的部分过长（见图2．17（a）），卡爪与后顶尖一起将重复限制工件绕Z 和Y 的转动自由度，因此，当卡爪夹紧工件后，后顶尖往往顶不到中心处。如果强行顶入，工件会产生弯曲变形，加工时，后顶尖及尾座套f容易摇晃。加工后，中心孔与外圆不同 。当后顶尖的支承力卸去后，工件会产生弹性恢复而弯曲。因此，用一夹一顶安装工件时，卡盘夹持部分应短些。

④车床尾座的 线必须与车床主 的旋转 线重合。一夹一顶安装轴类零件，若车床尾座的 线与车床主 的旋转 线不重合，车削外圆后，用千分尺检测会发现，加工的外圆一端大一端小，是一个圆锥体，产生锥度。前端小后端大，称为顺锥，反，称为倒锥。

⑤车床尾座套f伸出长度不宜过长，在不影响车刀进刀的前提下，应尽量伸出短些，以增加工艺系统的刚性。

2．2．2　顶尖和中心孔的使用

（1）顶尖的类型

顶尖是用来确定中心，承受工件重力和切削力。根据顶尖在车床上装夹位置的不同，可分为前顶尖和后顶尖。

1）前顶尖

前顶尖装在主 锥孔内随工件一起转动，与中心孔无相对运动，不产生摩擦，故无须淬火。前顶尖有两种：一种是直接安装在车床主 锥孔中；另一种是用三爪自定心卡盘夹住一自制的有60°锥角的钢制前顶尖（见图2．18）。这种顶尖卸下后再次使用时必须将锥回再车一刀，以保证顶尖锯面的 线与车床主 旋转中心同　。

图2．18　前顶尖

2）后顶尖

后顶尖装在尾架套f内，分固定式顶尖（又称死顶尖）（见图2．19）和回转式顶尖（又称活顶尖）（见图2．20）两种。

①固定顶尖的结构，如图2．19（a）、（b）所示，其特点是刚度高，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或顶尖“烧坏”，尤其是普通固定顶尖，如图2．19（a）所示。因此，固定顶尖只适用于低速加工精度要求较高的工件。目前，大多使用镶硬质合金的固定顶尖，如图2．19（b）所示。

图2．19　固定顶尖

图2．20　回转顶尖

②回转顶尖，如图2．20所示。这种顶尖将顶尖与工件中心孔之间滑动摩擦改成顶尖内部 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，应用较为广泛。但是，由于回转顶尖存在一定的装配累积误差。且滚动 承磨损后会使顶尖产生径向圆跳动，从而降低了定心精度。

（2）中心孔的类型

一夹一顶车削轴类工件时，用后顶尖安装支顶工件，必须在工件端面上先钻出中心孔。

中心孔的种类及用途：

国家标准GB／T145—2001规定，中心孔有A型（不带护锥）、B型（带护锥）、C型（带螺孔）和R型（弧形）4种，如图2．21所示。

图2．21　A型和B型中心孔

①A型中心孔由圆柱孔和圆锥孔两部分组成，圆锥孔的圆锥角一般是60°（重型工件用90°）。它与顶尖配合，用来承受工件质量、切削力和定中心，圆柱孔用来储存润滑油和保证顶尖的锥面和中心孔的圆锥面配合紧密，不使顶尖端与中心孔底部相碰，保证定位正确。精度要求不高、不需要保留中心孔的轴类工件车削，一般采用A型中心孔。

②B型中心孔是在A型中心孔的基础上，端部另加上120°的圆锥孔，用以保护60°锥面不致碰毛，并使端面容易加工。B型中心孔适用于精度要求较高、工序较多、需要保留中心孔的轴类零件精加工。

③*C型中心孔是在R型中心孔的60°锥孔后加一短圆柱孔（保证攻制螺纹时不致碰毛60°锥孔），后面有一内螺纹。当需要把其他工件 向固定在 上时，可采用C型中心孔。

④*R型中心孔的形状与A型中心孔相似，只是将A型中心孔的60°圆锥改成圆弧面。这样与顶尖锥面的配合变成线接触，在装夹轴类工件时，能自动纠正少量的位置偏差。轻型和高精度 上采用R型中心孔。

中心孔的尺寸按GB／T145—2001规定。中心孔的尺寸以圆柱孔直径d的基本尺寸为标准，中心孔的大小，即圆柱孔直径d的基本尺寸。

中心孔是轴类工件精加工（如精车、磨削）的定位基准，对工件的加工质量影响很大。中心孔圆度差，则加工出的工件圆度也差；中心孔锥面粗糙，工件表面粗糙度值也大。因此，中心孔必须圆整，锥孔表面粗糙度值小，角度正确，两端的中心孔必须同 。对于要求较高的中心孔，还需经过精车修整或研磨。

（3）中心钻的使用方法

中心孔一般是用中心钻直接钻出。常用的中心钻用高速钢制造，如图2．22所示。直径φ6．3mm以下的中心孔，通常用整体式中心钻直接钻出。直径较大的中心孔，通常用相应的钻头、圆锥形锪钻配合加工而成。中心钻可用钻夹头夹持，然后直接或用锥形套过渡插入车床尾座套f的锥孔中。

图2．22　中心钻

1）钻中心孔的方法

常用的钻中心孔的方法：在车床上钻中心孔。

把工件夹在卡盘上并找正，工件尽可能伸出短些；车平端面不留凸头；选择较高的工件转速，然后缓慢均匀地摇动尾座手轮，钻出中心孔。待钻到尺寸后，让中心钻保持原位置不动数秒，使中心孔圆整后再退出；或轻轻进给，使中心钻的切削刃将60°锥面切下薄薄一层切屑，以减小中心孔的表面粗糙度值。钻中心孔的过程中还应注意勤退刀，及时清除切屑，并进行充分的冷却润滑。此种方法适用于直径较小、质量较轻的轴类工件。

2）中心钻折断的原因及预防

钻中心孔时，由于中心钻切削部分的直径较小，承受不了过大的切削力，稍不注意就容易折断。导致中心钻折断的原因有：

①中心钻 线与工件旋转 线不一致，使中心钻受到一个附加力的影响而弯曲折断。通常是由车床尾座偏位，装夹中心钻的钻夹头锥柄弯曲及与尾座套f锥孔配合不准确而引起偏位等原因造成。因此，钻中心孔前必须严格找正中心钻的位置。

②工件端面不平整或中心处留有凸头，使中心钻不能准确地定心而折断。所以工件端面必须车平。

③切削用量选择不当，如工件转速太低，而中心钻进给太快，会使中心钻折断。

④中心钻磨钝后，强行钻入工件，使中心钻折断，因此，中心钻磨损后应及时修磨或调换。

⑤没有浇注充分的切削液或没有及时清除切屑，导致切屑堵塞在中心孔内而挤断中心钻。

钻中心孔操作虽然较简单，但如果不注意会使中心钻折断，而且，还会给工件加工带来困难。因此，必须熟练地掌握钻中心孔的方法。如果中心钻折断，必须将折断部分从中心孔中取出，并将中心孔修整后才能继续加工。

2．2．3　技能训练——一般轴的车削

图2．23　多台阶轴

本次训练工件如图2．23所示的一般 的车削，毛坯为φ40×100的45钢棒料。

（1）零件工艺分析

形状分析：本工件为一般阶台 ，因工件较长，故采用一夹一顶装夹工件；

精度分析：本工件直径尺寸精度要求较高、其余要求不太高，无特殊技术要求。

工艺分析：

①根据工件形状和毛坯较长的特点，采用一夹一顶装夹工件装夹，加工好一端后调头加工另一端。

②根据工件直径精度要求，采用粗精分开的原则，精车余量为1mm。

（2）工量具准备清单（见表2．4）

表2．4　工量具准备清单

（3）操作步骤

多阶台 车削加工工艺过程见表2．5。

表2．5　多阶台轴车削加工工艺

（4）工件评分标准及记录表（见表2．6）

表2．6　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

任务2．3　典型简单轴类工件训练

车轴类工件时，如果 的毛坯余量较大又不均匀，或精度要求较高，应将粗加工与精加工分开进行。另外，根据工件的形状特点、技术要求、数量的多少和工件的安装方法，轴类工件的车削步骤应考虑以下几个方面：

①车短小的工件时，一般先车端面，这样便于确定长度方向的尺寸。车铸件时，最好先倒角再车削，刀尖就不会遇到外皮和型砂，避免损坏车刀。

②当工件车削后还需磨削时，这时只需粗车和半精车，但要注意留磨削余量。

③车削阶台 时，应先车削直径较大的一端，以避免过早地降低工件刚性。

④在 上车槽，一般安排在粗车和半精车之后、精车之前。如果工件刚性好或精度要求不高，也可在精车以后再车槽。

⑤车螺纹一般可以在半精车之后车削，螺纹车好以后再精车各级外圆，避免车螺纹时弯曲。如果工件精度要求不高，螺纹可以放在最后车削。

本项目典型车削训练工件如图2．24所示（也是本项目的图2．2），毛坯采用φ32×98的45钢棒料（也可采用图2．23训练图作为本次训练毛坯）。同学们根据本项目所学的知识技能，自行对工件进行工艺分析，制订加工工艺路线，分组完成本次训练任务。

（1）填写零件工艺分析

形状分析：

精度分析：

工艺分析：

车削工艺顺序：

图2．24　典型简单阶台轴零件工作图

（2）填写工量具清单（见表2．7）

表2．7　工量具清单

（3）评分标准及记录表（见表2．8）

表2．8　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

（4）注意事项

①夹持工件必须牢固可靠。

②车端面时车刀刀尖一定要对准工件中心。

③车阶台时，阶台面和外圆相交处一定要清角，不允许出现凹坑和凸台。

④钻中心孔时要复习一下中心钻折断的原因，防止中心钻折断。

⑤精车阶台时，为保证阶台面和工件 线垂直，装夹90°车刀应使主偏角大于90°。当阶台长度车至尺寸后，应手动进给由中心向外缘方向退出，以保证阶台外圆和 线垂直。

任务2．4　轴类工件质量分析

车削轴类工件时，可能产生废品的种类、原因及预防措施见表2．9。

表2．9　车削轴类工件时产生废品的原因及预防措施

续表

●拓展训练与思考题

1．拓展实训练习

拓展实训多台阶轴如图2．25所示。

图2．25　拓展实训多台阶轴

2．思考题

（1）轴类工件一般有哪些技术要求？

（2）车轴类工件时，常采用哪些装夹方法？各有什么特点？分别适用于什么场合？

（3）中心孔有哪几种类型？如何选用？

（4）用两顶尖装夹工件时应注意什么问题？

（5）粗、精车刀各有哪些特点？如何选择粗、精车刀的几何参数？

（6）车端面的方法有哪些？

（7）车阶台时正确控制阶台长度尺寸的方法有哪些？

（8）车削轴类工件时，表面粗糙度达不到要求的原因是什么？