车工工艺与技能训练 教学课件 PPT 作者 汤国泰 模块六 复杂零件的车削

模块六复杂零件的车削课题一在四爪单动卡盘上装夹较复杂的工件利用四爪单动卡盘车削复杂零件，主要是车削外形比较复杂，三爪卡盘难以装夹，比较笨重的工件。因此在使用四爪单动卡盘时，工件的装夹和调整是学习的重点。一、基本知识四爪单动卡盘如图6.2所示，是车床上最常见的夹具之一，它适用于装夹形状不规则或大型的工件，夹紧力较大，装夹精度较高，不受卡爪磨损的影响，但装夹不如三爪自定心卡盘方便。装夹圆棒料时，如在四爪单动卡盘内放上一块V形架（见图6.3），装夹就快捷多了。图6.2四爪单动卡盘1—卡爪2—螺杆3—卡盘体图6.3用V形架装夹圆棒料四爪单动卡盘装卡时有以下注意事项。（1）应根据工件被装夹处的尺寸调整卡爪，使其相对于两爪的距离略大于工件直径即可。（2）工件被夹持部分不宜太长，一般以10～15mm为宜。（3）为了防止工件面被夹伤和找正工件时方便，装夹位置应垫0.5mm以上的铜皮。（4）在装夹大型、不规则工件时，应在工件和导轨面之间垫放防护木板，以防工件掉下，损坏机床表面。二、课题实施（一）找正盘类工件如图6.4所示，对于盘类工件，既要找正外圆，又要找正平面（即图6.4（a）中所示的A点、B点）。找正A点外圆时，用移动卡爪来调整，其调整量为间隙差值的一半［见图6.4（b）］；找正B点平面时，用铜锤或铜棒敲击，其调整量等于间隙差值［见图6.4（c）］。图6.4盘类工件找正方法（二）找正轴类工件如图6.5所示，对于轴类工件通常是找正外圆A、B两点。其方法是先找正A点外圆，再找正B点外圆。找正A点外圆时，应调整相应的卡爪，调整方法与盘类工件找正方法一样；而找正B点外圆时，采用铜锤或铜棒敲击。图6.5轴类零件找正（三）找十字线如图6.6所示，先用手转动工件，找正A（A1）B（B1）线；调整划针高度，使针尖通过AB，然后工件转过180°。可能出现下列情况：一是针尖仍然通过AB线，这表明针尖与主轴中心一致，且工件AB线也已经找正［见图6.6（a）］；二是针尖在下方与AB线相距Δ［见图6.6（b）］，这表明划针应向上调整Δ/2，工件AB线向下调整Δ/2；三是针尖在上方与AB线相距Δ［见图6.6（c）］，这表明划针应下调整Δ/2，AB线向上调整Δ/2。工件这样反复调转180°进行找正，直至划针盘针尖通过AB线为止。划线盘高度调整好后，再找十字线时，就容易多了。工件上A（A1）和B（B1）线找平后，如在划针针尖上方，工件就往下调；反之，工件就往上调。找正十字线时，要十分注意综合考虑，一般应该是先找内端线，后找外端线；两条十字线，如图6.6中所示的A（A1）B（B1）、C（C1）D（D1）线，要同时找调，反复进行，全面检查，直至找正为止。图6.6找十字线的方法（四）两点目测找正选择四爪单动卡盘正面的圆环作为找正的参考基准（见图6.7）；再把对称卡爪上第一个阶台的端点作为目测找正的辅助点，按照“两点成一线”的原理，利用枪支射击时瞄准“准星”的方法，去目测辅助点A与参考基准上的点。将机床挂空挡，把卡盘转过180°，再与对应辅助点B与同一参照基准上的点进行比较，并按它们与同一参照基准两者距离之差的一半作为调整距离，进行调整，反复几次就能把第一对对称卡爪校好；同理，可找正另一对应卡爪。此法经过一段时间的练习，即可在2～3min的时间内，使找正精度达到0.15～0.20mm的水平。不过这种方法还只适用于精度不高的工件或粗加工工序；而对于高精度的工件，这种方法只能作为粗找正。图6.7目测找正法（五）用百分表、量块找正为保证高精度的工件达到要求，采用百分表、量块找正法是较佳的方法。（详见偏心工件的车削）课题二车削偏心工件偏心结构是机械机构中常见的形式，偏心机构的主要组成部分是偏心零件，通常由车床来加工完成，无论从工艺过程和加工方法上都具有较高的难度。一、基础知识1．偏心的定义。在机械传动中，回转运动变为往复直线运动或直线运动变为回转运动，一般都是用偏心轴或曲轴来完成的，例如主轴箱中的偏心轴、汽车发动机中的曲轴等。外圆和外圆的轴线或外圆和内孔的轴线平行而不重合（偏一个距离）的工件，称为偏心工件。安装、车削偏心工件时，应先用划线的方法确定偏心轴（套）轴线，随后在两顶尖或四爪单动卡盘上安装。现以偏心轴为例来说明偏心工件的划线方法。其步骤如下。2．偏心工件的划线方法。（1）先将工件毛坯车成一根光轴，直径为D，长为L，如图6.9所示。图6.9偏心轴（2）用游标高度尺划针尖端测量光轴的最高点，如图6.10所示。图6.10在V形架上划偏心的方法（3）找出工件的轴线后，即可在工件的端面和四周划出如图6.10所示圈线（即过轴线的水平剖面与工件的截交线）。（4）将工件转过90°，用平型直角尺对齐已划好的端面线，然后用刚才调整好的游标高度尺在轴端面和四周划一道圈线，这样在工件上就得到两道互相垂直的圈线了。（5）将游标高度尺的游标上移一个偏心距尺寸，也在轴端面和四周划上一道圈线。（6）偏心距中心线划出后，在偏心距中心处两端分别打样冲眼，要求敲打样冲眼的中心位置准确无误，眼坑宜浅，且小而圆。二、课题实施（一）用四爪单动卡盘安装车削偏心工件数量少、偏心距小、长度较短、不便于两顶尖装夹或形状比较复杂的偏心工件，可安装在四爪单动卡盘上车削。在四爪单动卡盘上车削偏心工件的方法有两种，即按划线找正车削偏心工件和用百分表找正车削偏心工件。根据已划好的偏心圆来找正，由于存在划线误差和找正误差，故此法仅适用于加工精度要求不高的偏心工件。现以图6.8所示工件为例来介绍其操作步骤。1．按划线找正车削偏心工件。图6.8偏心工件（1）装夹工件前，应先调整好卡盘爪，使其中两爪呈对称位置，另外两爪呈不对称位置，其偏离主轴中心的距离大致等于工件的偏心距。（2）夹持工件长15～20mm，夹紧工件后，要使尾座顶尖接近工件，调整卡爪位置，使顶尖对准偏心圆中心（即图6.11中所示的A点），然后移去尾座。（3）将划线盘置于床鞍上适当位置，使划针尖对准工件外圆上的侧素线（见图6.12），移动床鞍，检查侧素线是否水平，若不呈水平，可用橡胶锤（或铜棒）轻轻敲击进行调整。（4）将四个卡爪均匀地紧一遍，经检查确认侧素线和偏心圆线在紧固卡爪时没有位移，即可开始车削。（5）粗车偏心圆直径。（6）检查偏心距。（7）精车偏心外圆。对于偏心距较小，加工精度要求较高的偏心工件，按划线找正加工，显然是达不到精度要求的，此时须用百分表来找正，一般可使偏心距误差控制在0.02mm以内。由于受百分表测量范围的限制，所以它只能适于偏心距为5mm以下的工件的找正。仍以图6.8所示工件为例来说明其操作步骤。2．用百分表找正。（1）先用划线初步找正工件。（2）再用百分表进一步找正，使偏心圆轴线与车床主轴轴线重合，如图6.15所示，找正M点用卡爪调整，找正N点用橡胶锤或铜棒轻敲。（3）找正工件侧素线，使偏心轴两轴线平行。（4）校正偏心距。（5）粗车偏心轴。（6）检查偏心距。（7）精车偏心圆外径，保证各项加工精度要求。（二）用三爪自定心卡盘安装、车削偏心工件在四爪单动卡盘上安装、车削偏心工件时装夹、找正相当麻烦。对于长度较短、形状比较简单且加工数量较多的偏心工件，可以在三爪自定心卡盘上进行车削，其方法是在三爪中的任意一个卡爪与工件接触面之间，垫上一块预先选好的垫片，使工件轴线相对车床主轴轴线产生位移，并使位移距离等于工件的偏心距（见图6.17），并把工件夹紧后，即可车削。垫片厚度的x的计算公式如下x=1.5e±KK≈1.5e（三）用两顶尖安装、车削偏心工件较长的偏心轴，只要轴的两端面能钻中心孔，有装夹鸡心夹头的位置，都可以安装在两顶尖间进行车削（见图6.18）。由于是用两顶尖装夹，在偏心中心孔中车削偏心圆，这与在两顶尖间车削一般外圆相类似，不同的是车偏心圆时，在一转内工件加工余量变化很大，且是断续切削，因而会产生较大的冲击和振动。其优点是不需要用很多时间去找正偏心。图6.18在两顶尖装夹车偏心工件用两顶尖安装、车削偏心工件时，先在工件的两个端面上根据偏心距的要求，共钻出2n+2个中心孔（其中只有2个不是偏心中心孔，n为工件上偏心轴线的个数）。然后先顶住工件基准圆中心孔车削基准外圈，再顶住偏心圆中心孔车削偏心外圆。单件、小批量生产精度要求不高的偏心轴，其偏心中心孔可经划线后在钻床上钻出；偏心距精度要求较高时，偏心中心孔可在坐标镗床上钻出；成批生产时，可在专门中心孔钻床或偏心夹具上钻出。（四）在两顶尖间检测偏心距对于两端有中心孔，偏心距较小，不易放在V形架上测量的轴类零件，可放在两顶尖间测量偏心距，如图6.19所示。检测时，使百分表的测量头接触在偏心部位，用手均匀地、缓慢地转动偏心轴，百分表上指示出的最大值与最小值之差的一半就等于偏心距。偏心套的偏心距也可以用类似上述方法来测量，但必须将偏心套套在心轴上，再在两顶尖间检测。（五）在V形架上检测偏心距1．偏心距e<5mm的偏心工件。将工件外圆放置在V形架上，转动偏心工件，通过百分表读数最大值与最小值之间差值的一半确定偏心距，如图6.20所示。图6.20在V形架上间接测量偏心距2．偏心距较大的工件（e>5mm）。偏心距较大的工件，因为受到百分表测量范围的限制就不能用上述在两顶尖间测量的方法来测量。这时可用如图6.21所示的间接测量偏心距的方法。测量时，把V形架放在平板上，并把工件放在V形架中，转动偏心轴，用百分表测得偏心轴的最高点。找出最高点后，工件固定不动，将百分表水平移动，测量出偏心轴外圆到基准轴外圆之间的距离a，然后用下式计算出偏心距e。课题三车削细长轴工件的长度（L）和直径（d）之比大于25的轴，称为细长轴。细长轴刚性差，加工时易弯曲变形。一、基本知识1．细长轴工件的工艺特点。（l）细长轴的柔、软、弯特性。切削加工时，由于背向分力的作用，工件出现弯曲变形，易车削成中间粗、两端细的腰鼓形。（2）细长轴的下垂特性。细长轴由自重而引起弯曲变形，使中部下垂。旋转时，受离心力作用而产生机械振动，影响加工质量。（3）细长轴的热膨胀特性。细长轴加工中产生的切削热，使工件的温度升高，从而导致工件伸长变形，容易引起振动，有时甚至使工件挤死在两顶尖间。（4）细长轴刀具易磨损的特性。由于细长轴刀具进给的距离很长，在刚性不足的情况下进行切削，切削速度受到一定的限制，刀具的磨损较快，工件容易出现锥度误差。（5）细长轴使用过定位加工的特性。加工时，采用跟刀架、中心架等过定位装夹方法。若使用不当，很容易使工件产生竹节形、多棱形、麻花形等缺陷。因此，车细长轴是一种难度较大的加工工艺。虽然车细长轴难度较大，但其加工方法也有一定的规律，主要解决方法有：正确使用中心架、跟刀架以提高工件的刚性，应用平面汇交力系来平衡切削力的作用，减小工件热变形伸长，合理选择切削用量及刀具几何角度等。以上关键技术，均可有效地提高细长轴类工件的加工质量。当车削长度为直径25倍以上的细长轴或端面带有深孔的细长工件时，由于工件本身的刚性很差，当受切削力的作用，往往容易产生弯曲变形和振动，容易把工件车成两头细中间粗的腰鼓形。为防止上述现象发生，需要附加辅助支撑，即中心架或跟刀架。在车削细长轴时，使用中心架来增加工件刚性，一般车削细长轴使用中心架的方法有两种。2．使用中心架支撑车细长轴。（1）中心架直接支撑在工件的中间。当细长轴可以分段车削时，中心架的架体通过压板支撑在工件中间，如图6.23所示，L/d的值减少了1倍，车削时细长轴的刚性可增加好几倍。工件装夹在中心架上之前，必须在其中间车一段支撑中心架支撑爪的沟槽。图6.23用中心架车削细长轴外圆、内孔及端面沟槽的表面粗糙度值及圆柱度误差要小，否则会影响工件精度。调整中心时，必须先调整下面的两个支撑爪，接触压力要适当，用紧定螺钉紧固，然后把上盖盖好并固定，调整上面的一个支撑爪并用紧定螺钉紧固。（2）用过渡套筒支撑车细长轴。在上面所介绍的方法中，要在细长轴中间车削一条沟槽比较困难。为了解决这一问题，可使用过渡套筒。将过渡套筒套在细长轴上，使支撑爪与过渡套外表面接触，如图6.24所示。过渡套筒的两端各装有4个螺钉，用这些螺钉夹住工件毛坯，并调整套筒外圆的轴线与主轴旋转轴线相重合，即可车削。图6.24用过渡套筒支撑车细长轴对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支撑，而要用跟刀架支撑进行车削，以增加工件的刚性，如图6.25所示。3．使用跟刀架支撑车细长轴。图6.25用跟刀架车削工件车削时，因切削热的影响，使工件随着温度升高而逐渐伸长，称为热变形。在车削一般轴类工件时可不考虑热变形伸长问题，但是车削细长轴时，因工件长、伸长量大，所以一定要考虑到热变形的影响。工件热变形伸长量可按下式计算：4．减少工件的热变形伸长。式中：—工件热变形伸长量，mm；  —材料热胀系数，l/℃，钢：； L—工件的总长，mm；—工件升高的温度，℃。（1）使用弹性回转顶尖。（2）加注足够的切削液。（3）刀具保持锋利。车削细长轴时，由于工件刚性差，车刀的几何形状对工件的弯曲变形、切削力、切削热、振动等都有明显的影响，选择时主要考虑以下几点。5．合理选择车刀的几何形状和刀具材料。（1）为了减少背向力，减少细长轴弯曲，车刀的主偏角取Kr=80°～93°。（2）为了减小切削力和切削热，应该选择较大的前角o=15°～30°，使刀具锋利，减小切削变形。（3）车刀前面应该磨有R1.5～R3.2mm的断屑槽，使切屑卷曲折断。（4）选择正值刃倾角，取=3°～10°，使切屑流向待加工表面。（5）切削刃表面粗糙度要求不大于Ra0.4m，并保持切削刀锋利。（5）切削刃表面粗糙度要求不大于Ra0.4m，并保持切削刀锋利。（6）为了减少背向力，刀尖圆弧半径应选小些（＜0.3mm），倒棱的宽度也应选择得较小，一般取=0.5。（7）后角应选得小一些，一般=4°～6°，起防振作用。图6.28所示为车削细长轴车刀。（8）选用热硬性和耐磨性好的刀片材料（如YT15、YT30或YW1等），并提高刀尖的刃磨质量，以增加刀具的寿命。图6.2890°细长轴车刀粗车和半精车细长轴切削用量的选择原则：可能减小背向力，减少切削热。车削细长轴时，一般在长径之比和工件材料韧性都较大时，应选用较小的切削用量，即增加车削进给次数，减小背吃刀量，以减少振动。6．加工细长轴的切削用量的选择。粗车时，切削速度=50～60m/min；进给量=0.3～0.4mm/r；背吃刀量=1.5～2mm。精车时，切削速度=50～100m/min；进给量=0.08～0.15mm/r；背吃刀量=0.15～0.25mm。“车工怕车杆。”这句话反映出车削细长杆的难度。由于细长轴的特点和技术要求，在高速车削时，易产生振动，导致多棱、竹节、圆柱度差和弯曲等缺陷。要想顺利地把它车好，必须全面注意工艺中的问题。8．车削细长轴时的缺陷消除方法。（1）机床调整。车床主轴与尾座两中心线的连线与车床大导轨上下左右必须平行，允差应小于0.02mm。（2）工件安装。（3）刀具。采用Kr=80°～93°偏刀。（4）跟刀架在安装好后必须进行修整。（5）辅助支撑。工件的长径比大于40时，应在车削的过程中，增设辅助支撑，以防止工件振动或因离心力的作用，将工件甩弯。切削过程中注意顶尖的调整，以刚顶上工件为宜，不宜紧，并随时进行调整，防止工件热胀变形弯曲。缺陷及消除方法有以下2种。（1）鼓肚形。即车削以后，工件两头直径小，中间直径大。这种缺陷产生的原因，是由于细长轴刚性差，跟刀架的支撑爪与工件表面接触不实，磨损产生了间隙，当车削到中间部分时，由于径向力的作用，车刀将工件的旋转中心压向主轴旋转中心的右侧，使切削深度减小，而工件两端的刚性较好，切削深度基本上无变化。由于中部产生“让刀”而使细长轴成鼓肚形。消除的方法。在跟刀架爪时，一定要仔细，使爪面与工件表面接触实，不得有间隙。车刀的主偏角应选为75°～90°，以减小径向力。跟刀架爪，应选耐磨性较好的铸铁。（2）竹节形。形状如竹节状，其节距大约等于跟刀架支撑爪与车刀刀尖间的距离，并且是循环出现。这种缺陷产生的原因，由于车床大拖板和中拖板的间隙过大，毛坯料弯曲旋转时引起离心力和在跟刀架支撑基准接刀处，产生接刀时的“让刀”，使车出的一段直径略大于基准一段，继续走刀车削，跟刀架支撑爪接触到工件直径大的一段，使工件的旋转中心压向车刀一边，车削出的工件直径减小。这样，跟刀架先后循环支撑在工件不同直径处，使工件离开和靠近车刀，而形成有规律的竹节形。还有在走刀中跟跟刀架爪，用力过大，使工件的旋转中心压向车刀这边，造成车出的直径变小，继续走刀，如此循环，也形成竹节。消除的方法。调整机床各部间隙，增强机床刚性。在跟刀架爪时，做到爪面既要与工件接触实，又不要用力大。在接刀处多切深0.05～0.1mm，以消除走刀时的“让刀”现象，切深的大小，要掌握机床的规律，灵活掌握。课题四车薄壁工件1．薄壁工件的加工特点。 车薄壁工件时，由于工件的刚性差，在车削过程中，可能产生以下现象。一、基本知识（1）因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形。（2）因工件较薄，切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难于控制。（3）在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。（1）工件分粗、精车。（2）合理选用刀具的几何参数。（3）增加装夹接触面。（4）应采用轴向夹紧夹具。6.33增大土艺肋减少变形（5）增加工艺肋。（6）合理选择切削用量。（7）充分浇注切削液。2．减少和消除薄壁工件变形的方法。