车削

在车床使用不同的车刀或其他刀具，可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等，加工精度可达IT8一IT7 ,表面粗糙度Ra 值为1.6～0.8,车削常用来加工单一轴线的零件，如直轴和一般盘、套类零件等。若改变工件的安装位置或将车床适当改装，还可以加工多轴线的零件(如曲轴、偏心轮等)或盘形凸轮。单件小批生产中，各种轴、盘、套等类零件多选用适应性广的卧式车床或数控车床进行加工;直径大而长度短（长径比0.3～0.8)的大型零件，多用立式车床加工。成批生产外形较复杂，具有内孔及螺纹的中小型轴、套类零件时，应选用转塔车床进行加工。大批、大量生产形状不太复杂的小型零件，如螺钉、螺母、管接头、轴套类等时，多选用半自动和自动车床进行加工。它的生产率很高但精度较低。

【车削】修改功能可以通过旋转一个二维图形，产生三维物体，施加该命令后，通常都需要调节对齐轴向与对齐位置，才能得到正确结果。

1、易于保证工件各加工面的位置精度

a 例如易于保证同轴度要求

利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线

利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线

b 易于保证端面与轴线垂直度要求由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度

2、切削过程较平稳避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利于生产率提高。

3、适于有色金属零件的精加工

有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。

4、刀具简单

车刀制造、刃磨和安装均较方便。

工件旋转，车刀在平面内作直线或曲线移动的切削加工。车削一般在车床上进行，用以加工工件的内外圆柱面、端面、圆锥面、成形面和螺纹等。

车削内外圆柱面时，车刀沿平行于工件旋转轴线的方向运动。车削端面或切断工件时，车刀沿垂直于工件旋转轴线的方向水平运动。如果车刀的运动轨迹与工件旋转轴线成一斜角，就能加工出圆锥面。车削成形的回转体表面，可采用成形刀具法或刀尖轨迹法。 车削时，工件由机床主轴带动旋转作主运动；夹持在刀架上的车刀作进给运动。切削速度v 是旋转的工件加工表面与车刀接触点处的线速度（米/分）；切削深度是每一切削行程时工件待加工表面与已加工表面间的垂直距离（毫米），但在切断和成形车削时则为垂直于进给方向的车刀与工件的接触长度（毫米）。进给量表示工件每转一转时车刀沿进给方向的位移量(毫米/转)，也可用车刀每分钟的进给量（毫米/分）表示。用高速钢车刀车削普通钢材时，切削速度一般为25～60米/分，硬质合金车刀可达80～200米/分;用涂层硬质合金车刀时最高切削速度可达300米/分以上。

车削一般分粗车和精车（包括半精车）两类。粗车力求在不降低切速的条件下，采用大的切削深度和大进给量以提高车削效率,但加工精度只能达IT11,表面粗糙度为Rα20～10微米；半精车和精车尽量采用高速而较小的进给量和切削深度，加工精度可达IT10～7,表面粗糙度为Rα10～0.16微米。在高精度车床上用精细修研的金刚石车刀高速精车有色金属件,可使加工精度达到IT7～5,表面粗糙度为Rα0.04～0.01微米，这种车削称为"镜面车削"。如果在金刚石车刀的切削刃上修研出 0.1～0.2微米的凹、凸形,则车削的表面会产生凹凸极微而排列整齐的条纹,在光的衍射作用下呈现锦缎般的光泽,可作为装饰性表面，这种车削称为"虹面车削"。

车削加工时，如果在工件旋转的同时，车刀也以相应的转速比（刀具转速一般为工件转速的几倍）与工件同向旋转，就可以改变车刀和工件的相对运动轨迹，加工出截面为多边形（三角形、方形、棱形和六边形等）的工件。如果在车刀纵向进给的同时，相对于工件每一转，给刀架附加一个周期性的径向往复运动，就可以加工凸轮或其他非圆形断面的表面。在铲齿车床上，按类似的工作原理可加工某些多齿刀具(如成形铣刀、齿轮滚刀)刀齿的后刀面，称为"铲背"。

古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。

1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国 人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。

为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床。

1848年，美国又出现回轮车床。

1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床。

20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。

第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。

按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式车床加工尺寸公差等级可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了数控车床、车削加工中心等机电一体化的产品。

1．粗车车削加工是外圆粗加工最经济有效的方法。由于粗车的目的主要是迅速地从毛坯上切除多余的金属，因此，提高生产率是其主要任务。

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。而为了保证必要的刀具寿命，切削速度则通常较低。粗车时，车刀应选取较大的主偏角，以减小背向力，防止工件的弯曲变形和振动；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～ITll，表面粗糙度Ra为50～12．5μm。

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。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进行加工。在加工大型轴类零件外圆时，则常采用宽刃车刀低速精车。精车时车刀应选用较大的前角、后角和正值的刀倾角，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级，表面粗糙度Ra可达1．6～0．8μm。

3．精细车精细车的特点是：背吃刀量和进给量取值极小，切削速度高达150～2000m/min。精细车一般采用立方氨化硼（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作高速回转、并具有很高刚度的高精度或精密机床。精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以上，表面粗糙度Ra可达0．4～0.005μm。多用于磨削加工性不好的有色金属工件的精密加工，对于容易堵塞砂轮气孔的铝及铝合金等工件，精细车更为有效。在加工大型精密外圆表面时，精细车可以代替磨削加工。

车床操作

（1）工作前按规定润滑机床，检查各手柄是否到位，并开慢车试运转五分钟，确认一切正常方能操作。（2）卡盘夹头要上牢，开机时扳手不能留在卡盘或夹头上。

（3）工件和刀具装夹要牢固，刀杆不应伸出过长（镗孔除外）；转动小刀架要停车，防止刀具碰撞卡盘、工件或划破手。

（4）工件运转时，操作者不能正对工件站立，身不靠车床，脚不踏油盘。

（5）高速切削时，应使用断屑器和挡护屏。

（6）禁止高速反刹车，退车和停车要平稳。

（7）清除铁屑，应用刷子或专用钩。

（8）用锉刀打光工件，必须右手在前，左手在后；用砂布打光工件，要用“手夹”等工具，以防绞伤。

（9）一切在用工、量、刃具应放于附近的安全位置，做到整齐有序。

（10）车床未停稳，禁止在车头上取工件或测量工件。

（11） 车床工作时，禁止打开或卸下防护装置。

（12） 临近下班，应清扫和擦拭车床，并将尾座和溜板箱退到床身最右端。

1.装夹校正工件时的注意事项

在装夹工件前，必须先把碳在工件中的砂泥等杂质清除掉免杂质嵌进拖板滑动面，加剧导软磨损或“咬坏”导轨。

在装夹及校正一些尺寸校大、形状复杂而装夹而积又较小的工件时，应预先在工件下面的车床床面上安放一块木制的床盖板，同时用压板或活络顶针顶住工件，防止它掉下来砸坏车床，如发现工件的位置不正确或歪斜，切忌用力敲击，以免影响车床主轴的精度，必须先将夹爪、压板或顶针略微松开，再进行有步骤的校正。

2.工具和车刀的安放

工具和车刀不要放在床面上，以免敲坏导轨。如需要放的话般先在床面上盖上床盖板，把工具和车刀放在床盖板上。

（1）在砂光工件时，要在工件下面的床面上用床盖板或纸盖住；砂光后，仔细擦净床面。

（2）在车铸铁工件时，在扼板上装护轨罩盖，同时要擦去切屑能够飞溅到的一段床面上的润滑油。

（3）不使用时，必须做好车床的清洁保养工作，防止切屑、砂粒或杂质进入车床导轨滑动面，把导轨“咬坏”或加剧它的磨损。

（4）在使用冷却润滑液前，必须清除车床导轨及冷却润滑液盛盘里的垃圾；使用后，要把导轨上的冷却润滑液擦干，并加机械润。

1.定义

车刀是应用最广的一种单刃刀具。也是学习、分析各类刀具的基础。车刀用于各种车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。

2.分类

车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。

（1）硬质合金焊接车刀 所谓焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。

（2）机夹车刀 机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。

（3）可转位车刀 可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作。

与焊接车刀相比，可转位车刀具有下述优点:

A.刀具寿命高 由于刀片避免了由焊接和刃磨高温引起的缺陷,刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具寿命。

B.生产效率高 由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。

C. 有利于推广新技术、新工艺 可转位刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。

D. 有利于降低刀具成本 由于刀杆使用寿命长，大大减少了刀杆的消耗和库存量，简化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。

可转位车刀刀片的夹紧特点与要求：

A. 定位精度高 刀片转位或更换新刀片后，刀尖位置的变化应在工件精度允许的范围内。

B. 刀片夹紧可靠 应保证刀片、刀垫、刀杆接触面紧密贴合，经得起冲击和振动，但夹紧力也不宜过大，应力分布应均匀，以免压碎刀片。

C. 排屑流畅 刀片前面上最好无障碍，保证切屑排出流畅，并容易观察。

D. 使用方便 转换刀刃和更换新刀片方便、迅速。对小尺寸刀具结构要紧凑。 在满足以上要求时，尽可能使结构简单，制造和使用方便。

(4) 成形车刀 成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面。 用成形车刀加工零件时可一次形成零件表面，操作简便、生产率高，加工后能达到公差等级IT8～IT10、粗糙度为10～5μm，并能保证较高的互换性。但成形车刀制造较复杂、成本较高，刀刃工作长度较宽，故易引起振动。 成形车刀主要用在加工批量较大的中、小尺寸带成形表面的零件。

按用途分类

（1）车刀按用途可分

（a）90°车刀（偏刀）；

（b）45°车刀(弯头车刀)；

（c）切断刀;

（d）镗孔刀;

（e）成形车刀;

（f）螺纹车刀；

（g）硬质合金不重磨车刀

（2）各种车刀的基本用途

（a）90°车刀：用来车削工件的外圆,阶台和端面。

（b）45°车刀：用来车削工件的外圆.端面和倒角。

（c）切断刀 ：用来切断工件或工件上切出的沟槽。

（d）镗孔刀：用来车削工件的内孔。

（e）成形车刀：用来车削阶台处的圆角,圆槽或车削特殊形状工件。

（f）纹车刀：用来车削螺纹 。

加工效率高

硬车削具有比磨削更高的加工效率，且其所消耗的能量是普通磨削加工的1/5 。硬车削往往采用大切削深度、高的工件转速，其金属切除率通常是磨削加工的3～4倍。车削加工时一次装夹可完成多种表面加工(如车外圆、车内孔、车槽等)，而磨削则需要多次安装，因此，其辅助时间短，加工表面之间位置精度高。

硬车削是洁净加工工艺

大多数情况下，硬车削无须冷却液。事实上，使用冷却液会给刀具寿命和表面质量带来不利影响。因为，硬车削是通过使剪切部分的材料退火变软而形成切削的，若冷却率过高，就会减小由切削力而产生的这种效果，从而加大机械磨损，缩短刀具寿命。同时硬车削可省去与冷却液有关的装置，降低生产成本，简化生产系统，形成的切屑干净清洁，回收处理容易。

设备投资少，适合柔性生产要求

在生产率相同时，车床投资是磨床的1/3～1/2，其辅助系统费用也低。对于小批量生产而言，硬车削不需特殊设备，而大批量加工高精度零件则需耍刚性好、定位精度和重复定位精度高的数控机床。

车床本身就是一种加工范围广的柔性加工方法，车削装夹快速，采用配有多种刀具转盘或刀库的现代CNC车床很容易实现两种不同工件之问的加工转换，硬车削尤其适合此类加工。因此，与磨削相比，硬车削能更好地适应柔性化生产要求。

硬车削可使零件获得良好的整体加工精度

硬车削中生产的大部分热量被切屑带走，不会产生像磨削加工的表面烧伤和裂纹，具有优良的加工表面质量，有精确的加工圆度，能保证加工表面之间较高的位置精度 。

首先合理的硬车削系统可以减少甚至省去磨削以及与之相关的高昂的刀具成本和太长的加工时间。采用合理的硬车削工艺可获得0.0028mm表面光洁度、0.0002mm圆度和±0.005mm直径公差，硬车削的目标是随切屑带走至少80%热量。这样的精度在对淬硬前工件进行“软车削”相同机床上同样可以达到从而最大限度地提高了设备利用率。但有些工厂由于错误地选用了刀片或不清楚所用机床是否具有足够的刚性以承受二倍于普通车削的压力，从而使得硬车削工艺没有充分发挥出其高效应。

1．冷却液

其最大问题是用还是不用冷却液。对于齿轮之类的断续切削零件来说，最好采用“干车削”，否则进刀和退刀时的热冲击很可能引起刀片破裂。至于连续切削，刀头在干车削过程中产生的高温足以韧化（软化）预切削区域，从而降低材料硬度使之易于剪切。这个现象说明了干切削时增大速度是有益的。同时，无冷却液切削方式具有明显的成本优势。

在连续切削中，冷却液可能有助于延长刀具寿命和提高表面光洁度。问题的关键是要使冷却液能够到达刀头，高压冷却液是解决这个问题的最好办法，因为它不容易在高温下蒸发。此外，高压可以减少切屑堆积，从而减少因为切屑阻塞对冷却液流至刀头的影响。另一个办法是将冷却液同时释放到刀片的顶部和底部，以确保冷却液连续到达刀头。 如果使用冷却液，必须是水基的。在完全匹配的硬车削过程中形成的切屑可以带走80%～90%的热量（切削区域最高温度可达1700°F）。如此炽热的切屑一旦接触低燃点冷却油，整个工序将有可能遭到彻底破坏。如果在敞开式机床上进行硬车削，必须增加适当的保护装置，避免操作人员被切屑烫伤。

2．白化层

“白化层（热影响区）”可能令人讨厌地出现在硬车削和磨削操作中，即在材料表面形成一层肉眼看不见的非常薄（通常1μm）的硬壳。在硬车削过程中形成白化层，一般是因为刀片钝化导致过多的热量传递到零件内。白化层经常在轴承钢上形成，而且对于轴承圈之类需要承受高接触压力的零件是非常有害的，随着时间的推移，白化层可能剥离并导致轴承失效。

对于刚开始从事硬车削的工厂，建议在生产的头几周内进行随机抽查，以确定每个刀片能够车削多少零件而不形成白化层。另外，一个刀片即使可加工400个零件，也有可能在加工300件后就变钝并且开始使零件产生白化层。

3．机床

机床刚度决定了硬车削的加工精度。近15～20年内制造的机床几乎都有很好的刚性，足以承受硬车削。在许多情况下，机床的总体状况很大程度上比使用年限更重要，精心维护的普通车床也可以用于硬车削。

为了给硬车削机床增加刚性和阻尼特性，哈挺将许多先进机床的特性用于了车削中心，其中包括聚合物复合材料增强机座、带弹簧夹头（使主轴支撑靠近工件）的直接配合式主轴和静压导轨。

系统刚性最大化意味着尽量减少悬空、刀具延伸和零件伸出，并取消调隙片和垫圈，其目标是保持所有零部件尽可能地接近转塔刀架。

4．车螺纹

采用合适的刀片几何形状是在淬硬材料上车螺纹的关键，最好的螺纹刀片是类似于镗杆上安装的三角形刀片。在淬硬材料上车螺纹时，为了控制切削压力和延长刀片寿命，有必要增加走刀次数并减小切深。另一种选择是采用交替式侧面切入方式，可改变切削力承受位置并延长刀具寿命。

5．工件

尽管45HRC硬度是硬车削的起始点，但硬车削经常在60HRC以上硬度的工件上进行。硬车削材料通常包括工具钢、轴承钢、渗碳钢以及铬镍铁合金、耐蚀耐热镍基合金、钨铬钴合金等特殊材料。根据冶金学，在切深范围内硬度偏差小（小于2个HRC）的材料可显示出最好的过程可预测性。最适合于硬车削的零件具有较小的长径比（L/D），一般说来，无支撑工件的L/D之比不大于4:1，有支撑工件的L/D之比不大于8:1。尽管细长零件有尾架支撑，但是由于切削压力过大仍有可能引起刀振。 为了最大限度地增加硬车削的系统刚性，应尽量减小悬伸。刀具伸出长度不得大于刀杆高度的1.5倍。

6．镗孔

镗削淬硬材料需要很大的切削压力，因此往往需成倍增加镗杆承受的扭力和切向力。采用正前角（35°或55°）、小刀尖半径刀片可以减小切削压力。在增加切削速度的同时减小切深和进刀速度，也是减小切削压力的办法。

镗孔时，刀具必须与零件同心或略高于零件中心，因为切削引起的挠曲变形使实际中心线的位置降低了。最好的夹紧形式是全长度对开套筒，在镗削淬硬材料时，全长度对开套筒夹头可提供最高的刀夹刚度。其次是弹簧夹头和单点螺丝夹头。

7．工艺

因为硬车削产生的热量大部分由切屑带走，加工前后对切屑进行检查可以发现整个过程是否协调。连续切削时，切屑应该呈炽燃的橙黄色，并象一根缎带似地飘逸而出。如果切屑冷却后用手一压基本断裂，表明切屑带走的热量是正常的。

8．刀片

尽管立方氮化硼（CBN）刀片的价格昂贵，但CBN刀片最适合于硬车削。CBN刀片能够在断续切削过程中保持定位不变，在连续切削过程中提供安全的刀具磨损率。当采用合理的硬车削工艺时，CBN刀片除了在控制直径公差方面比不上磨削以外，其它性能都是首屈一指的。

陶瓷不如CBN耐磨，因此一般不用于公差小于±0.025mm的加工。陶瓷不适合于断续切削，而且不能加冷却液，因为热冲击可能造成刀片破裂。刀片的钝缘几何形状是陶瓷材料的固有特点，这一特点使切削力增大而工件表面光洁度下降。另外，陶瓷刀片刃口断裂可能是灾难性的，它可能导致所有切削刃均不能使用。金属陶瓷（立方碳化钛）对连续切削渗碳硬化材料很有效，尽管它不具备CBN那样的耐磨性，但刀片在大多数情况下会成比例地磨损而不断裂。正前角刀片由于其切削力较小，通常用在刚性不高的机床上进行硬车削。关于刀片的最合理应用，建议与刀具供应商密切合作，特别是在最初阶段，以迅速达到最佳切削速度。

硬车削技术经过十年的发展及推广应用，获得了巨大的经济效益和社会效益。下面举例说明硬车削技术在轧辊加工等行业生产中的推广应用情况。

轧棍加工行业

国内十儿家大型轧辊企业已使用硬车削技术对冷硬铸铁、淬硬钢等各类轧辊进行荒车、粗车和精车等切削加工，均取得了良好的效益。平均提高加工效率2～6倍，节约加工工时和电力50%～80%。如在武汉钢铁公司轧辊厂，对硬度为60～80HS的冷硬铸铁轧辊粗车、半精车时．切削速度提高了3倍，每车一根轧辊，节约电力、工时费400多元，节约刀具费近100元，取得了巨大的经济效益。如我校机电实验中心．用FD22金属陶瓷刀具车削HRC58～63的 86CrMoV7淬硬钢轧辊时(v=60m/min，f=0.2mm/r，ap=0.8mm)单刃连续切削轧辊路径达15000m(VCmax=0.2mm) ，满足了以精车代磨削的要求。

工业泵加工行业

国内碴浆泵生产厂的70%～80%已采用硬车削技术。碴浆泵广泛应用于矿山、电力等行业，是国内外急需的产品，其护套、护板是63～67HRC的 Cr15Mo3高硬铸铁件。过去由于各种刀具难以车削它．所以只得采用退火软化后粗加工，然后再悴火加工的工艺。采用硬车削技术以后，顺利解决了一次硬化加工问题，免除了退火再淬火两道工序，节约了大量工时和电力。

汽车加工行业

在汽车、拖拉机等大批量生产行业中的曲轴、凸轮轴及传动轴、刀量具行业及设备维修中经常会碰到淬硬件的加工难题。如我国某机车车辆厂，在设备维修中需要对轴承内圈进行加工，轴承内圈(材料Gcr15)的硬度为60HRC，内圈直径为285mm，采用磨削工艺，磨削余量不均匀，需2h才能磨好；而采用硬车削加工，仅用45min就加工好一个内圈 。