车刀及其应用

6　车削加工技术与项目实训

车削加工是指在车床上使用车刀或其他刀具对工件进行切削的方法。车削加工范围很广，所用的刀具除车刀外，还有钻头、扩孔钻、铰刀等各种孔加工的刀具，以及丝锥、板牙等螺纹加工工具。

在车削加工中，工件的旋转运动为主运动，刀具的移动为进给运动。进给运动既可以是直线运动，也可以是曲线运动；不同的进给方式，配备相应的刀具，就可以加工形成各种回转表面，如内外圆柱面，内外圆锥面、内外螺旋面、沟槽、端面及成形面等。车削加工的经济精度为IT11～IT6，表面粗糙度Ra值为12.5～0.8μm。

6.1　车削加工项目实训

6.1.1　实训目的和要求

（1）了解车削加工基本知识。

（2）熟悉卧式车床的基本结构及传动系统的组成。

（3）熟悉常用车刀的种类、结构、刀具材料及使用方法。

（4）熟悉车削加工方法、特点和工、夹、量具的使用。

（5）了解切削运动、切削（车削）用量及其选择原则。

（6）了解常用车床附件的结构及其应用；熟悉轴类、盘类零件的装夹方法。

（7）掌握车削端面、车削外圆与台阶、车削圆锥面、切槽、滚花等操作技能。

6.1.2　实训安全守则

（1）实训时必须穿好工作服，戴好工作帽，长发必须压入工作帽内，严禁戴手套操作，夏天不得穿凉鞋进入车间。

（2）开车床前，车床应注好润滑油，检查车床运转及安全设施是否正常，操纵手柄是否灵活等。

（3）工件和车刀必须装夹牢固；卡盘扳手应及时取下，以免启动车床时飞出造成安全事故。

（4）车床启动后精力要集中，头部不可离工件太近，同时也不要将头部正对工件旋转方向，以免切屑飞出伤人；清除切屑时应用钩子，不得直接用手清除。

（5）车削过程中严禁用手触摸工件、车床运转部分及测量工件，不得用棉纱擦拭工件和刀具；需要变换转速时，必须停车，应在车床静止状态下进行变速。

（6）车床运转过程中出现异常情况时，应立即关闭车床电源并及时报告实习指导教师，等待处理。

（7）操作结束后，应关闭车床电源，清除切屑，擦净车床，整理工、夹、量具，加注润滑油，打扫工作场地卫生，保持良好的工作环境。

6.1.3　项目实训内容

在车削加工项目实训过程中，要求学生严格遵守车工安全操作规程，能够根据给出的图纸及工艺卡片要求，完成各个零件的加工任务。

（1）短轴类零件车削加工训练。

（2）盘、套类零件车削加工训练。

（3）手锤柄车削加工训练。

6.2　车床

车床是金属切削类机床中数量最多的一种，车床的种类很多，有卧式车床、立式车床、转塔车床、仿形车床、多刀车床、自动车床、数控车床等，其中，卧式车床所占比例最大，应用最为普遍，本节主要介绍卧式车床。

6.2.1　卧式车床型号及主要技术参数

车床型号应符合GB/T　15375—2008《金属切削机床型号编制方法》中的规定，由于车床型号很多，现以CA6136型卧式车床为例加以说明

1）CA6136型卧式车床型号及含义

2）CA6136型卧式车床主要技术参数

CA6136卧式车床主要技术参数如下：

床身上最大工件回转直径　　　　360　　　　mm

最大工件长度　　　　　　　　　750　　　　mm

最大车削长度　　　　　　　　　650　　　　mm

主轴中心至床身表面导轨距离　　190　　　　mm

主轴正转时转速的种数　　　　　12种

主轴孔径　　　　　　　　　　　53　　　　　mm

主轴正转时转速范围　　　　　　102～1570　r/min

主轴反转时转速的种数　　　　　6种

主轴每转刀架的纵向进给量范围　0.05～1.6　mm/r

主轴每转刀架的横向进给量范围　0.04～1.28　mm/r

公制螺纹种数　　　　　　　　　19种

刀架转盘回转角度　　　　　　　±90°

顶尖套筒的最大行程　　　　　　140　　　　mm

6.2.2　卧式车床的组成

不同型号的卧式车床，其组成结构略有不同，但主要都由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、光杠和丝杠、刀架及尾座等组成，如图6-2-1所示。

图6-2-1　CA6136车床结构

①床身　床身是用于支承和连接车床上各主要部件并保证各部件之间有准确的相对位置，床身上面有内、外两组平行的纵向导轨，分别用以安装刀架和尾座。

②主轴箱　主轴箱内装有一根空心的主轴和主轴变速机构，通过改变变速机构手柄的位置，可使主轴获得各档转速，空心主轴前端的内锥面可插入顶尖，外锥面用以安装卡盘等车床附件。车削过程中，由主轴直接带动工件旋转（主运动），同时通过传动齿轮带动挂轮旋转，从而将运动传给进给箱。

③进给箱　进给箱内装有进给运动的变速机构，进给箱的作用是将主轴的旋转运动传给光杠和丝杠。通过改变进给箱变速手柄的位置，就可改变箱内变速机构的齿轮啮合关系，使光杠和丝杠获得不同的旋转速度。

④光杠和丝杠　光杠和丝杠将进给箱的运动传给溜板箱，车外圆和端面时用光杠传动，实现刀具自动进给运动；车螺纹时用丝杠传动，使车刀按要求做纵向移动，光杠和丝杠不得同时使用。

图6-2-2　刀架的组成

⑤溜板箱　溜板箱为车床进给运动的操纵箱。其内装有纵、横两向进给传动机构，通过箱内的齿轮变换，将光杠传来的旋转运动传给刀架，使刀架（车刀）做纵向或横向进给的直线运动，操纵开合螺母可由旋转的丝杠直接带动刀架，做纵向移动，车削螺纹。

⑥刀架　刀架用来夹持车刀并使其做纵向、横向或斜向进给运动，其由大拖板、中拖板、小拖板、转盘和方刀架组成，如图6-2-2所示。大拖板可带动车刀沿床身导轨做纵向移动；中拖板可以带动车刀沿大拖板上导轨做横向移动。转盘与中拖板通过螺栓连接，松开螺母，转盘便可在水平面内扳转任意角度；小拖板可沿转盘上面的导轨做短距离移动。当转盘扳转某一角度后，小拖板便可以带动车刀做相应的斜向移动。

⑦尾座　尾座安装在车身内侧导轨上，用来支撑工件或安装孔加工工具（如钻头、中心钻等），尾座可在导轨上做纵向移动并能固定在所需要的位置上。

6.2.3　卧式车床的传动系统

卧式车床传动系统由主运动传动系统和进给运动传动系统两部分组成，图6-2-3为CA6136卧式车床传动系统示意图。

图6-2-3　CA6136车床传动系统图

1）主运动传动系统

主运动传动系统是指从电动机到主轴之间的传动系统。车削加工的主运动指主轴带动工件所做的旋转运动，主轴的转速常用n主来表示，单位r/min。

主运动为集中运动，位于前床腿内的主电机，通过五根三角胶带带动主轴箱（床头箱）中的I轴，经过摩擦离合器控制主轴正反转，通过主轴高低挡手柄和主轴变速手柄改变主轴转速，使齿轮2、6；8、12；14、16分别啮合，此时主轴为高速传动，再经过齿轮1、5；9、13；15、17分别啮合，则主轴为低速传动，主轴正转可得12种转速，反转可得6种转速。

2）进给运动传动系统

进给运动传动系统指从主轴到刀架之间的传动系统。车削加工的进给运动指刀具相对于工件的移动，进给运动用进给量f表示，进给量能反映刀具运动与主运动的关系，指主轴旋转一周，刀具相对工件沿纵向（或横向）移动的距离，其中纵向和横向分别有40种进给量，其计算公式如下：

6.2.4　其他类型车床简介

1）立式车床

立式车床一般用来加工直径大、高度与直径之比H/D＝0.32～0.8、形状复杂而且笨重的中型、大型或重型工件，如盘、轮和套类零件的外圆柱面、端面、圆锥面、圆柱孔或圆锥孔等；还可以借助附加装置进行车削螺纹、车球面、仿形、铣削和磨削等加工。

立式车床的外形如图6-2-4所示，工件装夹在工作台上，并由工作台带动绕垂直轴线做旋转主运动。进给运动由立刀架和横刀架来实现，横刀架可在立柱的导轨上移动即做垂直进给；还可以沿刀架滑座的导轨做横向进给。立刀架可在横梁的导轨上移动即横向进给；另外，立刀架溜板还可沿其刀架滑座的导轨上做垂直进给。两个刀架都有独立的进给箱，可以分别或同时切削。中小型立式车床的立刀架上通常带有转位刀架，在转位刀架上可以装夹几组刀具（一般为5组），供轮流使用。利用立刀架可以进行车内外圆柱面、内外圆锥面，车端面、切槽以及钻孔、扩孔、铰孔等。利用横刀架可完成车外圆、端面、切外沟槽及倒角等。

图6-2-4　立式车床

由于立式车床的工作台面处于水平位置，因此，工件装夹及校正比较方便。另外，由于工件和工作台重量均匀地作用在工作台导轨或推力轴承上，因此，立式车床能较长期地保持工作精度。

图6-2-5　转塔车床

2）转塔式六角车床

转塔式六角车床外形如图6-2-5所示，其结构与卧式车床相似，但其没有丝杠，并且用可转动的六角刀架代替尾座，在六角刀架上可同时安装六组刀具，如钻头、铰刀、板牙以及装在特殊刀夹中的各种车刀等。这些刀具是按零件加工顺序安装的，且六角刀架每转60°就可以更换一组刀具，以便进行多刀加工。四方刀架上也可安装刀具进行切削，并且可以和六角刀架上的刀具同时对工件进行切削。另外，车床上设有定程挡块以控制刀具的行程，操作方便迅速。

对于外形复杂而且多具有内孔的成批零件，用转塔式六角车床加工较为合适。

6.3　车床附件及其应用

6.3.1　三爪自动定心卡盘

1）三爪自动定心卡盘结构

三爪自动定心卡盘是车床上最常用的附件，其结构如图6-3-1所示。由一个大锥齿轮（背面有平面螺纹）、三个小锥齿轮及三个卡爪等组成的锥齿轮传动机构。

图6-3-1　三爪自动定心卡盘

当用卡盘钥匙转动小锥齿轮时，三个卡爪沿卡盘体上的径向槽同时向卡盘中心缩进或离散，从而实现夹紧或松开不同直径的工件。三爪自动定心卡盘还附带三个“反爪”用来夹持直径较大的工件，夹持范围大。无论正、反爪，均适于夹持圆形、正三角形或正六边形等工件而无需找正，应用比较广泛。

2）用三爪自动定心卡盘装夹工件的方法

用三爪自动定心卡盘装夹工件时，必须将工件装正、夹牢，工件被夹持长度一般不小于10mm，当机床开动时，工件不能有明显的摆动、跳动，否则，必须重新找正工件的位置，夹紧后方可进行加工。图6-3-2所示为用三爪自动定心卡盘装夹工件的几种方法。

图6-3-2　用三爪卡盘安装工件

6.3.2　四爪单动卡盘

四爪单动卡盘的外形如图6-3-3a所示，与三爪自动定心卡盘不同，它的四个卡爪分别由四个径向螺杆单独控制其移动。装夹工件时，四个卡爪只能用卡盘钥匙逐一调节，不能自动定心，使用时一般要与划针盘、百分表配合进行工件找正，如图6-3-3b和图6-3-3c所示。装夹工件比较费时，但通过找正后的工件，其安装精密较高，夹紧可靠。主要用来夹持方形、椭圆形、长方形及其他各种不规则形状的工件，有时也可用来夹持尺寸较大的圆形工件。

图6-3-3　四爪单动卡盘及其找正

6.3.3　顶尖

顶尖是车削较长或工序较多的轴类零件常用的夹具，根据车削的目的（粗车或精车）不同，可采用不同的装夹方法。

1）顶尖结构与安装方法

常用的顶尖有死顶尖和活顶尖两种结构，如图6-3-4所示。顶尖头部是带有60°锥角的尖端，靠其顶入工件的中心孔内支承工件；顶尖的尾部是莫氏锥体，安装在主轴孔内（一般称其为前顶尖）或尾座套筒的锥孔内（后顶尖）。前顶尖采用死顶尖，后顶尖易磨损，在高速切削时常采用活顶尖。

图6-3-4　顶尖

图6-3-5　中心孔类型及中心钻

2）中心孔类型及加工方法。

用顶尖装夹轴类工件时，首先必须用中心钻在工件的两端或一端钻中心孔，作为安装工件时的定位基准，常用的中心孔类型有A、B两种，如图6-3-5所示。通常在完工的零件上不允许保留中心孔时，采用A型中心孔；当要求在完工的零件上必须保留中心孔时，采用B型中心孔。

中心孔通常用相应的中心钻在车床上钻出，也可在相应的机床上钻出，钻中心孔之前，首先将轴端加工平整，钻中心孔时应选用较高的转速、缓慢进给，待钻到尺寸后，将中心钻稍作停留，以降低中心孔的表面粗糙度。

3）用顶尖装夹工件的方法

（1）采用双顶尖装夹工件

用双顶尖装夹工件的方法如图6-3-6所示。零件装夹在前、后顶尖之间，由拨盘带动鸡心夹头（卡箍），鸡心夹头带动工件旋转，前顶尖随主轴一起旋转，后顶尖在尾座内固定不转。

用双顶尖安装工件的步骤如图6-3-7所示。

图6-3-6　双顶尖装夹工件

图6-3-7　用双顶尖安装工件的步骤

（2）用卡盘（三爪或四爪）和顶尖装夹工件

将工件一端用三爪自动定心卡盘或四爪单动卡盘夹持，另一端靠尾座上的顶尖支承，这种装夹方法夹紧力较大，比较适于轴类零件的粗加工和半精加工；但当工件调头安装时，此法不能保证同轴度的精度要求，因此，精加工时还需改用双顶尖装夹。

6.3.4　中心架与跟刀架

在车床上加工细长轴时，为防止工件振动或防止工件被车刀顶弯，除利用顶尖装夹工件外，还需使用中心架或跟刀架，作为辅助支承以提高工件刚性，减小变形。

1）中心架的应用

用压板和压板螺栓将中心架固定在车床导轨上，通过调整中心架上的三个可调支承爪，使它们分别与工件上已预先加工过的一段光滑外圆接触，就能达到固定和支承工件的作用，然后再分段进行车削。图6-3-8所示为利用中心架车削细长轴的端面或轴端孔的方法。中心架多用于加工阶梯轴或细长轴的端面、中心孔及内孔等。

2）跟刀架的应用

将跟刀架固定在刀架大拖板上，使其随跟刀架一起做纵向移动。使用跟刀架时，应首先在工件上靠后顶尖的一端车削出一小段外圆，并以此来调节跟刀架支承爪的位置和松紧程度，然后再车削工件的全长。跟刀架多用于车削细长光轴或丝杠时起辅助支承的作用，跟刀架的应用如图6-3-9所示。

图6-3-8　中心架

图6-3-9　跟刀架

6.3.5　心轴

对于有些形状复杂或位置精度要求较高的盘套类零件，可采用心轴装夹工件。此种装夹方法能保证零件的外圆与内孔的同轴度以及端面对于孔的垂直度等要求。用心轴装夹工件时，必须首先将工件的内孔精加工（IT7～IT9）出来并达到零件的技术要求，然后再以孔作为定位基准将工件安装在心轴上，最后将心轴安装在前、后顶尖之间，完成后续加工。

心轴的种类很多，有圆柱心轴、小锥度心轴、胀力心轴、伞形心轴等，一般可根据工件的形状、尺寸、精度要求以及加工数量的不同而选择不同结构的心轴，其中圆柱心轴和小锥度心轴应用比较多。

1）圆柱心轴

当工件的长度尺寸小于其孔径时，通常采用圆柱心轴装夹工件。圆柱心轴的结构及装夹方法如图6-3-10所示。工件左端紧靠心轴轴肩，右端用螺母压紧。工件与轴之间一般采用H7/h6配合，其对中性较差，加工精度受到限制。

图6-3-10　圆柱心轴安装零件

图6-3-11　圆锥心轴安装零件

2）小锥度心轴

当工件的长度尺寸大于其孔径时，通常采用小锥度心轴装夹工件，如图6-3-11所示。小锥度心轴的锥度一般为1∶1　000～1∶5　000，小锥度心轴靠其与工件接触面之间的过盈配合夹紧工件，其对中准确，拆卸方便，但切削力不能太大，以防工件在心轴上滑动而影响正常切削。小锥度心轴适于盘套类零件的精车外圆和端面。

6.3.6　花盘

花盘是安装在主轴上的大直径铸铁圆盘，其端面有很多长槽用于穿压紧螺栓。花盘用于装夹形状不规则且用三爪或四爪卡盘无法装夹的工件。用花盘装夹工件时有两种形式：直接将工件安装在花盘上（见图6-3-12a）；利用弯板将工件安装在花盘上（见图6-3-12b）。

花盘装夹工件时，必须利用划针盘等对工件进行找正，同时由于工件重心往往偏向一边，为防止加工过程中产生振动，需在花盘的另一边加上平衡铁进行平衡。

图6-3-12　用花盘或花盘弯板安装工件

6.4　车刀及其应用

车刀种类很多，其结构各有不同，因此，在特定条件下，选择一把较合适的车刀进行切削加工，可以达到保证加工质量，提高生产率，降低生产成本，延长车刀使用寿命等作用。在实际生产中，一般根据生产批量、机床形式、工件形状、加工精度及表面粗糙度、工件材料等因素来合理选择车刀类型。

6.4.1　车刀构造

图6-4-1　车刀的组成

1）车刀的组成

车刀由切削部分和刀杆组成。其中切削部分是由切削刃和刀面、刀尖形成的车刀工作部分，用于完成切削工作。刀杆是车刀的夹持部分，用以将车刀夹持在刀架上。图6-4-1所示为外圆车刀的组成，其切削部分的名称及定义如下：

①前刀面　刀具切削部分上与切屑直接相接触的表面。前刀面有主副之分。与后刀面相交而形成主切削刃的那部分前刀面称为主前刀面，简称为前刀面；与后刀面相交而形成副切削刃的那部分前刀面称为副前刀面。

②后刀面　刀具切削部分上与工件上被切成的表面相对的表面。后刀面也有主副之分。与前刀面相交而形成主切削刃的那部分后刀面称为主后刀面，简称后刀面；与前刀面相交而形成副切削刃的那部分后刀面称为副后刀面。

③主切削刃　用来进行切削工作的前刀面的边缘，即为刀具的切削刃。由主偏角为零的一点开始的一段切削刃，它至少有一部分是用来切成工件过渡表面的称为主切削刃。

④副切削刃　除主切削刃之外的其余部分切削刃，它不参与工件过渡表面的切成工作。

⑤刀尖　位于主切削刃与副切削刃交接处的相当小的一部分刃口。它可能是主切削刃与副切削刃的实际交点，也可能是圆弧形或直线形的过渡切削刃。

车刀的结构是由车刀切削部分的连接形式决定的。如果车刀切削部分与刀杆是整体结构，则此类车刀即为整体式车刀。通常高速钢车刀都是整体式车刀，如果车刀切削部分是由刀片连接形成的，则按刀片的夹固形式，有焊接式车刀和机械夹固式车刀。其中机械夹固式车刀又分为重磨式和不重磨式（又称可转位式）两种。车刀的结构形式如图6-4-2所示。

图6-4-2　车刀的结构形式

2）车刀切削部分的主要几何角度

（1）静止参考系

刀具要从工件上切除多余的金属，其切削部分就必须具有一定的几何角度，因刀具的几何形状、切削刃及前、后刀面的空间位置都是由刀具的几何角度决定的。为了适应刀具在设计、制造、刃磨和测量时的需要，选取一组几何参数作为参考系，称其为静止参考系。选取刀具静止参考系时，必须满足两条假设条件：

①运动假设　假设刀具的进给速度为零。

②安装假设　假设刀具安装时，刀尖与工件轴线等高，刀杆与工件轴线垂直。

如图6-4-3所示，静止参考系由基面pr、主切削平面ps和正交平面po三个相互垂直的辅助平面构成。

基面pr通过主切削刃选定点的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适于装夹或定位的一个平面或轴线，其方位垂直于假定的主运动方向。

主切削面ps通过主切削刃选定的点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。

正交平面po通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和主切削平面的面。

（2）车刀的静态几何角度及作用

在静止参考系中，车刀切削部分在辅助平面中的位置关系就形成了车刀的几何角度。车刀的几何角度主要有前角γ0、后角α0、主偏角kr、副偏角kr′和刃倾角λs，如图6-4-4所示。

图6-4-3　刀具静止参考系pr-ps-po平面

图6-4-4　车刀的主要几何角度及辅助平面

①前角γ0　它是在正交平面中测量的角度，是前刀面与基面的夹角。其作用是使刀刃锋利，便于切削。前角越大，刀具越锋利，切削力越小，有利于切削，且工件的表面质量好。但前角过大会降低切削刃的强度，容易崩刀，前角一般为5°～20°。一般情况下，当工件材料的强度、硬度较低、塑性好时应取较大的前角，加工硬性材料时应取较小的前角，当刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较高时，取较大的前角；粗加工、断续切削时取较小的前角。

②后角α0　后角也是在正交面中测量的刀具角度，是主后刀面与切削平面间的夹角，后角影响主后刀面与工件过渡表面的摩擦，影响刀刃的强度，后角α0一般取6°～12°。粗加工、强力切削、承受冲击载荷刀具，要求刀刃强度较高，应取较小的后角。工件材料强度、硬度较高时，为保证刀具强度，也应取较小的后角。对于较软的工件材料，后刀面摩擦严重应取较大的后角。精车刀也应取较大的后角。

③主偏角kr　主偏角是在基面中测量的角度，是主切削平面与假定工作平面间的夹角。主偏角的大小影响主切削刃实际参与切削的长度及切削力的分解，即主偏角减小，主切削刃参与切削的长度增加，刀尖强度增加，切削条件得到改善，但主偏角减小，切削时径向力增大，故切削细长轴时，常用kr＝75°或kr＝90°的车刀。车刀常使用的主偏角有45°、60°、75°和90°几种。

④副偏角kr′　副偏角也是在基面中测量的角度，是副切削平面与假定工作平面间的夹角。副偏角影响副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦及已加工表面粗糙度。较小的副偏角可减小工件表面粗糙度，提高刀刃强度，增加散热体积。但是过小的副偏角会增加径向力，切削过程中会引起振动，加重副后刀面与已加工表面之间的摩擦，一般副偏角kr′取值范围为5°～15°，精加工时取较小值。

⑤刃倾角λs　刃倾角是在主切削面中测量的角度，指主切削刃与基面之间的夹角。刃倾角主要影响切屑的流向和刀尖的强度。

3）车刀切削部分材料

刀具的切削部分不但要承受切削过程中的高温、高压及冲击载荷，而且还要受到切屑及工件的强烈摩擦，因此作为刀具切削部分的材料必须具有较高的硬度、耐磨性、耐热性及足够的强度、韧性，此外还必须有较好的冷热加工性能。对于车刀而言，当前使用的车刀材料有高速钢、硬质合金、硬质合金涂层、陶瓷及立方氮化硼等，其中，以高速钢和硬质合金材料的车刀应用最广。

（1）高速钢车刀

高速钢是一种加入了较多金属（如W、Cr、Mo、V等）碳化物且含碳量也较高的合金工具钢，高速钢除具有足够的硬度（62～69HRA）、耐磨性和耐热性（500℃～600℃）外，还具有较高的强度和韧度，在热处理前，高速钢可以像一般中碳钢一样进行各种加工，热处理后，变形较小，而且可以获得较高的常温硬度，制成刀具可以磨出锋利的切削刃，高速钢车刀通常为整体式结构，可以制造成各种类型的车刀，尤其是螺纹精车刀、成形车刀等，俗称白钢刀，适于加工从有色金属到高温合金的范围广泛的金属材料，但高速钢车刀的切削速度不能太高。车刀通常采用的高速钢牌号为W18Cr4V1和W6Mo5Cr4V2。

（2）硬质合金车刀

硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化物如（WC、TiC、TaC、NbC等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）用粉末冶金方法制成的一种刀具材料。常用硬质合金的硬度（89～93HRA）和耐热性（800℃～1000℃）都比高速钢高，但硬质合金的强度和韧度却比高速钢差得多，硬质合金刀具不能承受大的振动和冲击。

硬质合金的冷加工和热加工性能都很差，一般通过粉末冶金方法制成具有特定形状的刀片，然后将刀片用焊接或机械夹固方法固定在刀体上。因此，硬质合金车刀通常制成焊接式或机械夹固式车刀。常用的硬质合金有两类：钨钴类和钨钴钛类

①钨钴类　常用的牌号有YG3、YG6、YG8等，牌号中的“Y”代表硬质合金，“G”代表钴，后面的数字表示合金中钴含量，如YG6表示含6%Co、94%WC的钨钴类硬质合金。钴含量高，其抗弯强度和冲击韧性相应提高。

②钨钛钴类　常用的牌号有YT5、YT15、YT30等。牌号中“Y”代表硬质合金，“T”代表碳化钛，后面的数字表示合金中TiC的含量，如YT15表示含15%TiC，其余为含79% WC和含“Y”6%Co的钨钴钛类硬质合金。

YG类硬质合金比YT类硬质合金硬度略低，韧度稍好一些，一般用于加工铸铁类工件，其中YG8用于铸铁件的粗车，YG6用于半精车，而YG3用于精车；YT类硬质合金车刀一般用于钢件的车削，如YT5用于钢件的粗车，YT15用于半精车，YT30用于钢件的精车。

（3）其他材料车刀

除上述材料外，还有涂层硬质合金刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼车刀及金刚石车刀等。

（4）车刀的种类和用途

图6-4-5所示为常用的车刀种类。各种车刀的用途如下所述：

图6-4-5　常用车刀的种类

①偏刀　用来车削外圆、台阶及端面，偏刀通常有45°、60°、75°和90°几种。

②弯头刀　用来车削外圆、端面及倒角。弯头刀通常有45°、60°、75°和90°几种。

③切断刀（切槽刀）　用来切断工件或在工件上加工沟槽。

④镗刀　用来加工内孔。

⑤圆头刀　用来车削工件台阶处的圆角和圆弧槽，或车削工件上的特形表面。

⑥螺纹车刀　用来车削螺纹。

6.4.2　车刀刃磨

对于整体车刀和焊接车刀而言，未经使用的新车刀或用钝的车刀，必须经过刃磨方能保证车刀应具有的几何形状和角度要求，以便顺利完成车削工作。车刀的刃磨质量直接影响加工质量和刀具的耐用度。单件和成批生产时，一般由刀具的使用者在砂轮机上刃磨，此种刃磨方法简单易行，应用比较广泛，但刃磨质量不易保证，大批量生产时，一般由刃磨工在专用刃磨机床上进行集中刃磨，专用刃磨机床有车刀磨床、万能工具磨床、研磨机、电解车刀磨床、电解工具磨床等。这里只简单介绍用砂轮机刃磨车刀的工艺方法。

1）砂轮的选择

目前广泛使用的砂轮有白色的氧化铝砂轮（白刚玉砂轮）和绿色的碳化硅砂轮，当刃磨高速钢车刀或刃磨硬质合金车刀刀体时，使用氧化铝砂轮；刃磨硬质合金车刀刀头时用碳化硅砂轮。

2）刃磨工艺过程

因车刀的几何形状相似，只是几何参数（车刀角度）不同，故各种车刀的刃磨工艺过程基本相同，车刀的刃磨一般分粗磨和精磨，刃磨时砂轮与车刀的相对运动方向为砂轮的旋转方向应从刀刃向刀体旋转，而且粗磨和精磨的顺序也有所不同。粗磨：前刀面→副后刀面→主后刀面；精磨：前刀面（包括断屑槽）→主后刀面→副后刀面→刀尖圆弧。车刀的各标注角度就是通过磨削车刀的三个面而获得的，图6-4-6所示为精磨外圆车刀的一般工艺过程。

图6-4-6　精磨外圆车刀的一般步骤

①磨前刀面　为了磨出车刀的前角γ0及刃倾角λs。

②磨主后刀面　为了磨出主偏角kr及主后角α0。

③磨副后刀面　为了磨出副偏角kr′及副后角α0′。

④磨刀尖圆弧　为了提高刀尖强度和散热条件，并为了减小加工面的粗糙度，一般在刀尖处磨出半径为0.2～0.3mm的刀尖圆弧。

车刀在砂轮机上磨好后，还应用油石修光各刀面，进一步降低切削刃和各刀面的粗糙度，从而提高车刀的耐用度和加工表面的质量。

3）刃磨注意事项

（1）启动砂轮或刃磨时，操作者应站在砂轮侧面，砂轮机上应有防护罩，以防砂轮伤人。

（2）刃磨时，双手应拿稳车刀，使车刀轻轻接触砂轮，用力要均匀，禁止车刀猛撞砂轮，以防砂轮破碎或手拿车刀不稳车刀飞出伤人。

（3）刃磨时，车刀应在砂轮中间部位磨削，车刀各部位倾斜角度要合适，并左右移动车刀，使砂轮磨耗均匀，不出现沟槽，以保持砂轮圆周面的平整。

（4）刃磨高速钢车刀时，常用水冷却，以防车刀升温过高而回火软化；刃磨硬质合金车刀时，严禁用水冷却，以防因车刀刀头过热遇水急冷而产生裂纹，影响车刀的使用寿命。

6.4.3　车刀的安装

车刀应正确地安装在方刀架上，这样才能使车刀在切削过程中具有合理的几何角度，从而保证车削加工的质量及车刀的耐用度。车刀安装基本要求如下：

①刀尖应与车床主轴轴线等高且与尾座顶尖对齐，刀杆应与零件的轴线垂直，其底面应平放在方刀架上。

②刀头伸出长度应小于刀杆厚度的1.5～2倍，以防切削时产生振动，影响加工质量。

③刀具应垫平、放正、夹牢。垫片的数量不宜过多，以1～3片为宜，一般用两个螺钉交替锁紧车刀。

④锁紧方刀架。

⑤装好零件和刀具后，检查加工极限位置是否会干涉、碰撞。

6.5　切削运动、切削用量三要素及其选择原则

6.5.1　切削运动与切削用量三要素

在切削过程中，为了切除多余金属，刀具和工件间必须有相对运动即切削运动。切削运动包括主运动和进给运动，一般主运动只有一个，而进给运动可能有一个或数个。

切削用量是指切削速度、进给量及背吃刀量等三个切削要素。它们表示切削过程中切削运动的大小及刀具切入工件的程度。

1）主运动与切削速度vc（m/min或m/s）

主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动。其特点是运动速度最高、消耗功率最大。主运动的速度就是切削速度vc。

车削加工时，工件随车床主轴的旋转运动是主运动。其他加工方法中，如牛头刨床上刨刀的移动及铣床上铣刀、钻床上的钻头、磨床上的砂轮的旋转等都是主运动。

外圆切削加工时，切削速度的计算公式为：

vc＝πDn/1　000（m/min）或　vc＝πDn/60　000（m/s）

式中：D——工件直径，单位为mm；

　　　n——工件转速（r/min）。

2）进给运动与进给量f（mm/r）

进给运动指不断地将被切削层投入切削，以便逐渐切削出所需工件表面的运动。进给运动的大小用进给量f（mm/r）表示，指在工件或刀具的每一转或每一往复行程的时间内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。单位时间内的进给量称为进给速度，用vf表示，单位为mm/s或mm/min。

车削加工时，车刀沿车床纵向或横向的移动就是进给运动。而铣削和牛头刨削时工件的移动以及磨削外圆时工件的旋转和轴向移动（此时进给运动为两个）都是进给运动。外圆及端面切削时，进给量指工件的每转行程中，刀具沿工件轴向或径向移动的距离。

3）背吃刀量ap（mm）

在通过切削刃基点并垂直于工作表面方向上测量的吃刀量称背吃刀量，用ap（mm）表示。

背吃刀量即为工件上待加工表面和已加工表面之间的垂直距离，如图6-5-1所示。习惯上也将背吃刀量称为切削深度。

6.5.2　车削用量三要素选择原则

图6-5-1　车削时的切削要素

切削用量三要素对切削加工质量、生产率、机床的动力消耗及刀具的磨损有着很大的影响，选择切削用量时要综合考虑切削生产率，加工质量和加工成本，所谓合理的切削用量是指在充分利用刀具的切削性能和机床性能以及保证加工质量的前提下，能获得高生产率和低加工成本的切削用量。

切削用量三要素对已加工表面粗糙度影响最大的是进给量f。进给量增大，表面粗糙度相应增大。对于半精加工和精加工，进给量是限制切削生产率提高的主要因素；对刀具寿命影响最大的是切削速度vc，其次是进给量f，影响最小的是背吃刀量ap。因此，选择切削用量的原则是：在机床、刀具和工件的强度以及工艺系统刚性允许的条件下，首先选择尽可能大的背吃量ap，其次选择在加工条件和加工要求限制下允许的进给量，最后再按刀具寿命的要求确定一个合适的切削速度vc。

1）粗车时切削用量的选择

粗车时，应首先考虑采用较大的背吃刀量，其次考虑采用较大的进给量，最后再根据刀具耐用度的要求选用合理的切削速度。

（1）合理选择背吃刀量

选择背吃刀量时，应根据工件的加工余量和工艺系统的刚性来确定。在保留半精车和精车的余量后，应尽可能将粗车余量一次性切除。只有当加工余量太大、一次切除所有余量会产生明显的振动、刀具强度不够、机床功率不够或断续切削时才考虑分两次或几次走刀，且每次走刀的背吃刀量应逐渐递减。

当粗车铸件和锻件毛坯时，由于毛坯表皮硬度较高，而且由于其上可能有砂眼、气孔等缺陷而造成断续切削，为了保护刀刃，第一次走刀的背吃刀量应取较大值。

（2）合理选择进给量

选择进给量时主要根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时，不考虑进给量对已加工表面粗糙度的影响，只考虑机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度以及工件装夹的刚度等。在工艺系统刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量，否则应适当减小进给量。

在实际生产中，进给量常常是按实际经验确定的，一般根据工件材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及已选定的背吃刀量，按表6-5-1选取。

表6-5-1　用硬质合金车刀粗车外圆及端面时的进给量（经验值）（单位：mm）

（3）合理选择切削速度

在背吃刀量和进给量选定以后，则可在保证合理的刀具耐用度的前提下，确定合理的切削速度，合理的耐用度和切削速度可根据生产实践经验和有关资料确定，一般不需经过精确计算，背吃刀量、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时，必须考虑到机床的许用功率。具体选择时可查阅机械加工切削手册。

2）半精车、精车时切削用量的选择

半精车、精车时，首先要保证加工精度和表面粗糙度，同时还要兼顾必要的刀具耐用度和切削效率。

半精车和精车时的背吃刀量是根据加工精度和表面粗糙度的要求，由粗加工留下的余量确定的。但必须注意，当用硬质合金车刀切削时，由于其刃口在砂轮上不易磨得很锋利（刃口圆弧半径γε较大），最后一刀的背吃刀量不易太小，否则加工表面的粗糙度达不到要求。

半精车和精车时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度，因此半精车尤其是精车时一般多用较小的背吃刀量和进给量。一般精车（Ra1.25～2.5μm）时，可取ap＝0.05～0.8mm；半精车（Ra5.0～10.0μm）时，可取ap＝1.0～3.0mm；同时，用硬质合金车刀时一般多采用较高的切削速度，具体选择时可查阅机械加工切削手册。

6.6　车削加工基本方法

车削加工时，操作者必须严格遵守车床的安全操作规程，按车削加工工艺规程所规定的工艺过程及工艺方法完成零件的加工。

车削加工基本步骤如下：

①检查车床　检查车床运转及安全设施是否正常，操纵手柄是否灵活等。

②检查毛坯　检查毛坯尺寸是否合格，毛坯表面是否有不允许的缺陷。

③安装工件　根据待加工零件的结构特点、技术要求及加工工艺要求等，选择适当的车床附件（或其他车床夹具）正确地装夹工件。

④安装车刀　根据车削目的和精度要求，合理选用并正确安装车刀。

⑤调整车床　合理选用切削用量后，用变速手柄调整主轴转速和进给量，注意：调整主轴转速时一定要停车变速。

⑥试切　通过试切来确定背吃刀量，以便在车削加工中能准确地控制尺寸。

⑦车削　按工艺要求进行车削加工零件。

6.6.1　车削端面、外圆与台阶、切槽与切断

1）车削端面

在进行轴类、盘、套类零件的车削加工时，通常先将其某一端面车出，然后以此端面作为零件轴向方向的加工及测量基准，常用的端面车刀及车削方法如图6-6-1所示。

图6-6-1　车端面

（1）用弯头车刀车削端面

用弯头车刀车端面应用较广，车削时，因为端面上的中心凸台是被弯头车刀逐渐切除的（见图6-6-1a），因此，刀尖不易损坏，但端面的表面粗糙度值较大，一般用于车削大端面。

（2）用偏刀车削端面

用右偏刀由外向中心车削端面时，由于端面上的中心凸台是瞬时被切除的（见图6-6-1b），容易损坏刀尖，而且由于切削时前角比较小，切削不顺利，背吃刀量大时容易扎刀，使端面出现内凹，一般不用此方法车削端面。通常情况下，用右偏刀由内向外车削带孔工件的端面（图6-6-1c）或精车端面，此时切削前角较大，切削顺利且端面表面粗糙度数值较低，有时也可用左偏刀车端面（图6-6-1d）。

（3）车削端面操作要领

①安装工件时，要校正外圆和端面。

②安装车刀时，刀尖应对准工件中心，否则会在端面中心留下凸台。

③车大端面时，为使车刀能准确地横向进给，应将大拖板紧固在车床床身上，而用小刀架调整背吃刀量。

④精度要求高的端面应分粗、精加工，最后一刀背吃刀量应小些且最好由中心向外切削。

图6-6-2　车外圆和台阶

2）车削外圆与台阶

车削外圆与台阶是车削加工中最基本的操作，如图6-6-2所示。为了提高生产率和保证加工质量，车削外圆时通常分粗加工和精加工两个步骤。粗车目的是尽快地从毛坯上切除掉大部分加工余量，不用考虑加工精度和表面粗糙度的要求，因此尽量选取较大的背吃刀量、进给量和较低的切削速度；而精车时主要考虑保证加工精度和表面粗糙度的要求，通常采用较小的背吃刀量、进给量及较高的切削速度。

（1）外圆车刀的选择

车削外圆和台阶时，常使用以下几种车刀：

①尖刀　主要用于粗车外圆和车削没有台阶或台阶很小的外圆。

②45°弯头车刀　车削外圆、端面及倒角。

③右偏刀　主要用于车削带直角台阶的工件，也常用于车削细长轴。

④刀尖带圆弧的车刀　一般用于车削母线带有过渡圆弧的外圆表面。

（2）车削外圆时径向尺寸的控制

①正确使用横向进刀刻度盘手柄　车削外圆与台阶时，要准确地控制所加工外圆的尺寸，必须掌握好每一次走刀的背吃刀量，而背吃刀量的大小是通过转动横向进刀刻度盘手柄进而调节横向进给丝杠实现的。

横向进刀刻度盘紧固在丝杠轴头上，中拖板（横刀架）和丝杠螺母紧固在一起，当横向进刀刻度盘手柄转一圈时，丝杠也转一圈，此时中拖板就随丝杠横向移动一个螺距。由此可知，横向进刀手柄每转一格，中拖板即车刀横向移动的距离为：丝杠导程÷刻度盘格数。

车外圆时，车刀向工件中心移动为进刀，远离中心为退刀。对于CA6136、CA6132车床，刻度盘沿顺时针转一格，横向进刀0.02mm，工件直径减小0.04。这样，就可以根据背吃刀量的大小来决定进刀格数。

进刻度时，如果刻度盘手柄转过了所需的刻度，或试切后发现车出的尺寸有差错而需将车刀退回时，考虑到丝杠和螺母之间有间隙，刻度盘不能直接退回到所需的刻度，应按图6-6-3所示的方法进行纠正。

图6-6-3　手柄摇过头后的纠正方法

②试切法调整加工尺寸　由于丝杠和刻度盘都有误差，半精车或精车时，只靠刻度盘来进刀无法保证加工的尺寸精度，通常采用试切的方法来调整背吃刀量，以达到加工的尺寸精度要求。试切的方法与步骤如图6-6-4所示。

图6-6-4　试切方法与步骤

（3）车削台阶

车削高度小于5mm以下的低台阶时，用正常的90°偏刀在车外圆时同时车出，为保证台阶端面与轴线垂直，对刀时将主切削刃与已加工好的端面贴平即可，如图6-6-5a所示；车削高度大于5mm的台阶时应用主偏角大于90°（约为95°）的偏刀，分几次走刀切削外圆，如图6-6-5b所示，最后一次纵向走刀后，退刀时，车刀沿径向向外车出，以修光端面，如图6-6-5c所示。

台阶轴向尺寸的控制可根据生产批量而定，批量较小时，可采用钢尺或样板确定其轴向尺寸。车削时，先用刀尖或卡钳在工件上划出线痕，线痕的轴向尺寸应小于图样尺寸0.5mm左右，以作为精车的加工余量。精车时，轴向尺寸可用游标卡尺和深度尺进行测量，轴向进刀时，可视加工精度的要求采用大拖板或小拖板刻度盘控制。如果工件的批量较大，且台阶较多时，用行程挡块来控制轴向尺寸，可显著提高生产率并保证加工质量。

图6-6-5　车台阶面

3）切槽与切断

（1）切槽

轴类或盘套类零件的外圆表面、内孔表面或端面上常常有一些沟槽，如螺纹退刀槽、砂轮越程槽、油槽、密封圈槽等，这些槽都是在车床上用切槽刀加工形成的，如图6-6-6所示。

图6-6-6　车槽形式

在轴的外圆表面切槽和车端面很相似。切槽刀有一条主切削刃，两条副切削刃、两个刀尖，切槽时沿径向由外向中心进刀，就如同右偏刀和左偏刀合并在一起，同时车左、右两个端面，如图6-6-7所示。

图6-6-7　偏刀与切槽刀角度比较

图6-6-8　车宽槽

切削宽度小于5mm的窄槽时，用主切削刃的宽度与槽宽相等的切槽刀一次车出；切削宽度大于5mm的宽槽时，先沿纵向分段粗车，再精车出所需的槽深及槽宽，如图6-6-8所示。

（2）切断

切断是将坯料或工件从夹持端分离下来的操作。切断使用切断刀，切断刀的形状与切槽刀相似，只是刀头更加窄而长，常将主切削刃两边磨出斜刃，以利于排屑和散热；安装切断刀时刀尖必须与工件中心等高，否则切断处将留有凸台，也容易损坏刀具，如图6-6-9所示，同时切断刀不易伸出太长，否则刀具刚性更加降低。

图6-6-9　切断刀刀尖应与工件中心等高

切断时一般采用卡盘装夹工件，且尽量使切断处靠近卡盘，以增加工件刚性，除此之外，要尽可能减小主轴以及刀架滑动部分的间隙，以免工件和车刀振动，使切断难以进行，切断时切削速度要低，采用缓慢均匀的手动进给，以防进给量太大造成刀具折断。切断铸铁件等脆性材料时采用直进法切削，切断钢件等塑性材料时采用左、右借刀法切削。

6.6.2　孔加工

在车床上加工孔的方法有镗孔、钻孔、扩孔、铰孔及锪孔等。

1）钻孔、扩孔、铰孔

（1）钻孔

在车床上加工孔时，若工件上无孔，需先用麻花钻（钻头）将孔钻出；由于钻孔的公差等级为IT10级以下，表面粗糙为Ra12.5μm，因此多用于粗加工。钻孔后，再根据工件的结构特点及孔的加工精度要求，采用其他加工方法继续进行孔加工，使其达到孔的精度要求。

图6-6-10所示为在车床上钻孔的方法。钻孔时，工件安装在卡盘上，其旋转运动为主运动。若使用锥柄麻花钻，则将其直接安装在尾座套筒内（或使用锥形变径套过渡），若使用直柄麻花钻（钻头），则通过钻夹头夹持后，再装入尾座套筒内。此外，钻头也可以用专用工具夹持在刀架上，以实现自动进给。

在车床上钻孔操作步骤如下：

①装夹工件并车平端面　为便于钻头定心，防止钻偏，应先将端面车平。

②预钻中心孔　用中心孔钻钻出麻花钻定心孔或用车刀在工件中心处车出定心小坑。

③选择并装夹钻头　选择与所钻孔直径对应的麻花钻，麻花钻的工作部分长度应略长于孔深。

④调整尾座纵向位置　松开尾座锁紧装置，移动尾座直至钻头接近工件，然后将尾座锁紧在床身上。注意加工时套筒不要伸出太长，以保证尾座的刚性。

图6-6-10　车床上钻孔

⑤开车钻孔　钻孔是封闭切削，散热困难，容易导致钻头过热。钻孔的切削速度不宜高，通常vc＝0.3～0.6m/s。开始钻削时进给要慢一些，然后以正常的进给量进给，并注意经常退出钻头排屑，钻钢件时要加切削液。可用尾座套筒上的刻度来控制孔的深度；也可在钻头上做深度标记来控制孔深；孔的深度还可用深度尺测量。若钻通孔时，当快要钻通时应缓慢进给，以防钻头折断，钻孔结束后，应先退出钻头后再停车。

在车床上钻孔，孔与工件外圆的同轴度比较高，与端面的垂直度也比较高。

（2）扩孔

扩孔是用扩孔钻作钻孔后的半精加工。扩孔的公差等级为IT10～IT9，表面粗糙度为Ra6.3～3.2μm。扩孔的余量与孔径大小有关，一般约为0.5～2mm。

（3）铰孔

铰孔是用铰刀作扩孔后或半精镗孔后的精加工。铰孔的余量一般为0.1～0.2mm，公差等级一般为IT8～IT6，表面粗糙度为Ra1.6～0.8μm。

在车床上加工直径较小而精度和表面粗糙度要求较高的孔时，通常采用钻、扩、铰孔的工艺方法，有关麻花钻、扩孔钻及铰刀的结构等参见第8章钳工相关内容。

2）镗孔

图6-6-11所示为在车床上的镗孔加工。镗孔是用镗孔刀对工件上锻出、铸出或钻出的孔作进一步的加工。镗孔可以较好地纠正原来孔轴线的偏斜，提高孔的位置精度，镗孔主要用于加工大直径孔，可以进行粗加工、半精加工和精加工。

图6-6-11　在车床上镗孔

在车床上镗孔时，工件做旋转主运动，镗刀做纵向进给运动。由于镗刀要进入孔内进行镗削，因此，镗刀切削部分的结构尺寸较小，刀杆也比较细，刚性比较差，镗孔时要选择较小的背吃刀量和进给量，生产率不高。但镗刀切削部分的结构形状与车刀一样，便于制造，而且镗削加工的通用性较强，对于大直径和非标准的孔都可进行镗削，镗削加工的精度接近于车外圆的精度。

在车床上镗孔时其径向尺寸的控制方法与外圆车削时基本一样，镗盲孔或台阶时，轴向尺寸（孔的深度）的控制方法与车台阶时相似，需要注意的是，当镗刀纵向进给至末端时，需作横向进给加工内端面，以保证内端面与孔轴线垂直（见图6-6-11b）。此外镗孔时还要注意下列事项：

①镗孔时镗刀杆尽可能粗些，以增加刚性，减小振动。在镗盲孔时，镗刀刀尖至刀杆背面的距离必须小于孔的半径，否则，孔底中心将无法车平（见图6-6-11b）。

②装夹镗刀时，刀尖应略高于工件回转中心，以减少加工中的颤动和扎刀现象，也可以减小镗刀下部碰到孔壁的可能性。

③在保证镗孔深度的情况下，镗刀伸出刀架的长度应尽量短，以增加镗刀的刚性，减少振动。

④开动机床镗孔前，用手动方法使镗刀在孔内试走一遍，确认无运动干涉后再开车镗削。

6.6.3　车削锥面

锥面分外锥面和内锥面，车削锥面的方法有小刀架转位法，尾座偏移法、宽刀法（又称样板刀法）及靠模法。

1）小刀架转位法

当松开中拖板上转盘的紧定螺钉后，转盘及小刀架便可转动任意角度。车削内、外圆锥面时，只要将转盘转过半锥角度α后，并锁紧螺钉，然后转动小拖板（小刀架）的进给手柄，小刀架便沿半锥角度方向进行斜向进给，从而再车削出所需要的内、外圆锥面，如图6-6-12a所示。

小刀架转位法可加工任意角度的内、外圆锥面，但由于受小刀架行程的限制，不能车削太长的锥面，又由于小刀架只能手动进给，锥面的表面粗糙度数值较大，劳动强度较大，此法只适于锥面精度较低、长度较短的单件、小批量生产。

2）尾座偏移法

将工件安装在前后顶尖之间，调整尾座横向位置并使其偏移S距离后，使工件回转轴线与纵向走刀方向成α角，通过车刀的纵向自动走刀而车出圆锥面，如图6-6-12b所示。

尾座偏移量的计算公式为：

式中：S——尾座偏移量

　　　D——锥面大端直径

图6-6-12　车削锥面的方法

d——锥面小端直径

l——锥面长度

L——两顶尖之间的距离

α——半锥角

尾座偏移法适于加工较长的小锥度的外圆锥面。可自动进刀，工件表面粗糙度数值较小，但不能加工带锥顶的完整圆锥面和内圆锥面，尾座调整比较麻烦，而且受尾座偏移量的限制，圆锥角2α一般小于16°。

3）靠模法

在大批量生产中，通常使用专用的靠模装置车削圆锥面，如图6-6-12c所示。靠模装置的底座固定在床身的后面，底座上装有锥度靠模板，松开紧定螺丝钉后，靠模板可以绕中心轴旋转，便与工件的轴线成一定的角度，若工件的锥角为2α，则靠模板应转过α角度。靠模板上的滑块可沿靠模滑动，而滑块通过连接板与中拖板连接在一起。中拖板上的丝杠与螺母脱开，其手柄不再调节中拖板的横向位置，而是将小拖板转过90°，用小拖板上的丝杠调节刀具横向位置以调整所需的背吃刀量。当大拖板做纵向自动进给时，滑块便沿靠模板滑动，从而使车刀的运动平行于靠模板，车出所需的圆锥面。

靠模法加工圆锥面时，可自动进给，因此，工件表面质量好、生产率较高，一般适用于加工锥角2α＜24°的内外长圆锥面的大批量生产。

4）宽刀法

宽刀法就是利用主切削刃横向直接车出圆锥面，如图6-6-12d所示。切削刃与工件回转中心线成半锥角度且切削刃的长度略长于圆锥母线的长度。这种方法可加工任意锥角、锥面长度小的内、外圆锥面，加工效率高，但要求加工系统（例如刀具、工件等）的刚性好。

6.6.4　车削螺纹

螺纹在机械连接和机械传动中应用非常广泛，按不同的分类方法可将螺纹分为多种类型：按其用途可分为连接螺纹与传动螺纹；按其标准可分为公制螺纹与英制螺纹；按其牙型可分为三角螺纹、梯形螺纹、矩形（方牙）螺纹等。其中，公制三角螺纹应用最广，称之为普通螺纹，主要用于连接；梯形、矩形螺纹主要用于传动。

在车床上可以加工各种类型的螺纹，加工螺纹时，除使用的螺纹车刀的形状不同外，其加工方法基本一致，现以车削普通螺纹为例，介绍螺纹的车削方法。

1）螺纹的几何要素

螺纹总是成对使用的，为了保证内、外螺纹的配合精度，必须根据螺纹的几何要素选择螺纹车刀及车削用量等。螺纹几何要素如图6-6-13所示。

图6-6-13　普通螺纹几何要素（GB/T196—2003）

①大径（d或D）　指外螺纹的牙顶直径d或内螺纹牙底直径D，也就是螺纹标注的公称直径，如 M20-g6（外螺纹）M20-H7（内螺纹）等。

②小径（d1或D1）　指外螺纹的牙底直径d1或内螺纹牙顶直径D1。

③中径（d2或D2）　轴向剖面内，牙型厚度等于牙间距的假想圆柱直径。

④牙型半角（α/2）　轴向剖面内，螺纹牙型的一条侧边与螺纹轴线的垂线间夹角。普通螺纹α/2＝30°，英制螺纹为α/2＝27.5°。

⑤螺距（P）　相邻两螺纹牙型平行侧面间的轴向距离。

牙型半角、螺距和中径对螺纹的配合精度影响最大，称为螺纹三要素，车削螺纹时必须保证其精度要求。

2）螺纹车削要点

（1）牙型角α的保证

各种螺纹的牙型都是靠螺纹车刀直接切削出来的。螺纹车刀切削部分的形状必须与所切削螺纹的牙型一致，即螺纹车刀的刀尖角等于牙型角α，普通螺纹车刀的刀尖角应为60°，车刀前角γ0等于零度，以保证牙型角正确。安装车刀时，必须使刀尖与工件轴线等 高，刀尖角的等分线与工件轴线垂直，为保证车刀的安装要求，应使用对刀样板安装车刀，如图6-6-14所示。

（2）螺距P的保证

为了获得标准的螺距，必须用丝杠带动刀架进给，使工件转一圈，刀具移动的距离正好等于工件的螺距，图6-6-15所示为CA6136车床车削螺纹时的进给系统。主轴与丝杠之间是通过“三星轮”z1、z2、z3或其他换向机构、配换齿轮a、b、c、d和进给箱联接起来的。三星轮可改变丝杠旋转方向，通过三星轮可车削左螺纹或右螺纹，改变配换齿轮或进给箱手柄位置，即可改变丝杠转速从而车出不同螺距的螺纹，对于标准的螺距，可根据车床进给箱的标牌，通过调整进给箱手柄位置即可获得所需的螺距；对于特殊的螺距（非标准螺距）需要通过改变配换齿轮才能获得所需的螺距。

图6-6-14　螺纹车刀的形状及对刀方法

图6-6-15　车螺纹时车床传动示意图

（3）中径d2或D2的保证

螺纹中径的大小是靠控制切削过程中的多次进刀的总背吃刀量来保证的，进刀的总背吃刀量可根据计算的螺纹工作牙高由刻度盘来做大致的控制，并用螺纹量规等进行检验。测量外螺纹时用螺纹环规，测量内螺纹时用螺纹塞规。

（4）车削螺纹时的进刀方法

车削螺纹时，主要有两种进刀方法：直进法和斜进法（左右赶刀法）。

①直进法　用中拖板横向进刀，两切削刃和刀尖同时参加切削，此方法操作简单，能保证螺纹牙型精度，但刀具受力大、散热差、排屑困难、刀尖易磨损，适用于车削脆性材料和小螺距或最后的精车。

②斜进法　又称左右赶刀法。用中拖板横向进刀和小拖板纵向（左或右）微量进刀相配合，使车刀基本上只有一个切削刃参加切削。这种方法刀具受力较小，车削比较平衡，生产率较高；但螺纹的牙型一边表面粗糙，所以，在进行最后一次进刀时应注意使牙型两边都修光。此法适用于塑性材料和大螺距螺纹的粗车。

3）车削螺纹的方法步骤

车削螺纹时，首先应按螺纹的精度等级要求、车出螺纹大径d（外螺纹）或螺纹小径D1（内螺纹），螺纹退刀槽及端面倒角等，然后再车螺纹。内、外螺纹的车削方法及步骤基本相同。

车削螺纹的方法有正反车法和抬闸法。

正反车法适合车削各种螺纹，图6-6-16所示为用正反车法车削外螺纹的步骤。

图6-6-16　螺纹车削方法与步骤

抬闸法是利用开合螺母的压下或抬起来车削螺纹。这种方法操作简单，但容易出现乱扣（即前后两次走刀车出的螺纹槽轨迹不重合），只适用于加工车床的丝杠螺距是工件螺纹螺距整数倍的螺纹。与正反车法的主要区别在于车刀行至终点时，横向退刀后，不开反车退回至起点，而是抬起开合螺母使丝杠与螺母脱开，手动纵向退回，再进刀车削。

4）车削螺纹时注意事项

①车削螺纹时，由于加工余量比较大，应分几次走刀进行刀削，每次走刀的背吃刀量要小，并记住横向进刀的刻度，作为下次进刀时的基数。特别要记住刻度手柄进、退刀的整数圈数，以防多进一圈导致背吃刀量太大造成刀具崩刃或损坏工件。

②车削至螺纹末端时应及时退刀。若退刀过早，使得下次车至螺纹末端时，因背吃刀量突然增大而损坏刀刃，或使得螺纹有效长度不够而不符合加工要求。若退刀过迟，会使车刀撞上工件造成车刀损坏、工件报废，甚至损坏设备。

③若丝杠螺距不是工件螺距的整数时，螺纹车削完毕前不得随意松开开合螺母。若加工中需要重新装刀时，必须将刀头与已有的螺纹槽密切贴合，以免产生乱扣。

④车削精度要求较高的螺纹时应适当加注切削液，减少刀具与工件的摩擦，以降低螺纹表面粗糙度的数值。

6.6.5　车削成形面

对表面轮廓为曲面的回转体零件的加工称之为成形面加工，如在普通车床上切削手柄、手轮、球体等都称为车成形面，车削成形面的方法有手动法、成形车刀法及靠模法等。

1）手动法

手动法又称双手控制法，操作者用双手同时控制中拖板和小拖板手柄使刀架移动，其目的是尽量使刀尖的运动轨迹与工件上成形面的母线一致。车削过程中要经常用成形样板检验车削表面，经过反复的加工、检验、修正直至最后完成成形面的加工。手动法加工成形面，对操作者的技术要求较高，生产率低，加工精度低，但由于不需要特殊的设备，加工简单、方便，一般在单件、小批量生产中广泛应用。

2）成形车刀法

切削刃形状与工件表面形状一致的车刀称为成形车刀（又称样板刀）。用成形车刀加工成形面时，车刀只要做横向进给就可以车出所需的成形面，此法操作方便、生产率高，但由于样板刀的刀刃不能太宽，且刃磨的曲线不十分准确且刃磨困难，因此，一般适用于加工形状简单、轮廓尺寸要求不高的成形面。

3）靠模法

用靠模法车成形面与用靠模法车锥面的原理是一样的，只是靠模的形状与工件回转母线的形状一致，此法操作简单，零件的加工尺寸不受限制，可实现自动进给，生产率高，但靠模的制造成本高，适于大批量生产。

6.6.6　滚花

1）滚花

一般手工工具和机器零件的手握部分，为便于把持和增加美观，常用滚花刀在其表面滚压出各种花纹，如千分尺的套管及小锤柄的手持部分等。滚花操作基本都是在车床上进行的，如图6-6-17所示。

滚花的实质是用滚花刀在光滑的工件表面进行挤压，使其产生塑性变形而形成花纹。花纹的形式取决于滚花刀上滚轮的花纹形式，有直纹和网纹两种。滚花刀的结构及花纹形式如图6-6-18所示。滚花时径向挤压力很大，因此，加工时工件的转速要低，并需要充分供给冷却润滑液以免损坏滚花刀和防止细屑滞塞在滚花刀的滚轮内而产生乱纹。

图6-6-17　滚花方法

图6-6-18　滚花刀的种类

6.7　车削综合工艺分析

在进行车削综合工艺分析时，可参照1.5节中的制定零件机械加工工艺规程的步骤，根据零件的生产类型、结构特点及技术要求等，选择合适的车床，合理安排工序及各工序的工艺基准，装夹方法及检验量具等，然后按工艺顺序将相关内容填入机械加工工艺过程卡片（或工序卡片）内，最后再按要求将零件加工完毕。

6.7.1　轴类零件的车削工艺分析

轴类零件通常用来支承齿轮、带轮及轴承等，其各加工表面的尺寸精度、位置精度（如外圆面、台阶对轴线的圆跳动）、形状精度及表面粗糙度等都有较高的要求，且零件长度与直径比值也较大，加工时一般都不能一次完成，往往需要多次调头安装。对于轴类零件的粗加工和半精加工，可采用卡盘和顶尖装夹，精车时，为保证安装精度，且方便可靠，多采用双顶尖安装。图6-7-1所示为手锤柄零件图，由于手锤柄的尺寸精度和形状精度要求较低，故采用卡盘顶尖装夹方式，其车削加工工艺过程见表6-7-1。

图6-7-1　手锤柄零件图

表6-7-1　手锤柄车削加工工艺过程

续　表

6.7.2　盘套类零件的车削工艺分析

盘套类零件的结构特点基本相似，加工工艺过程基本相仿。除尺寸精度、表面粗糙度外，一般外圆面、端面都对孔的轴线有圆跳动要求，保证位置精度是这类零件车削时的工艺重点。加工时通常分粗车、精车。精车时，尽可能将有位置精度要求的外圆、端面、孔在一次安装中全部加工完成。若不能在一次安装中完成，一般先加工孔并使孔的精度达到零件的技术要求，然后再以孔为定位基准，用心轴安装加工外圆和端面。图6-7-2所示为齿轮坯的粗车削加工工序图，其粗车加工工艺过程见表6-7-2。

图6-7-2　齿轮坯工序图

表6-7-2　齿轮坯粗车车削加工工艺过程

续　表

复习思考题

1.卧式车床由哪几部分组成？

2.CA6136车床型号含义及零件的主要加工范围是什么？

3.车削外圆时的主运动和进给运动各是什么运动？切削速度如何计算？

4.试比较粗车、精车时的加工目的、加工质量及切削用量、所用刀具的区别。

5.常用车刀有哪些？试说明各自的应用范围。

6.车削时为什么要先开车对刀？为什么要用试切的方法来调整加工尺寸？试切的步骤有哪些？

7.在车床上加工锥面的方法都有哪些？各有哪些特点？

8.光杠和丝杠能否同时使用？为什么？

9.加工细长轴时如何使用中心架和跟刀架？

10.在车床上如何钻孔？

11.镗孔刀与车刀有什么区别？安装时应注意哪些事项？

12.车削螺纹有哪几种方法？在什么情况下可用抬闸法车削螺纹？