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车削加工在轴套盘类零件上的应用

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:车削加工适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面,如内/外圆柱面、内/外圆锥面、环槽、成形回转表面、端面和各种常用螺纹等。这是车削加工最基本的操作,经常用来加工轴销类和盘套类工件的外表面。尖刀主要用于粗车外圆和车削没有台阶或台阶不大的外圆。端面的车削加工如图2-24所示。粗车或加工大直径工件时,车刀自外向中心切削,多用弯头车刀,弯头车刀车端面对中心凸台是逐步切除的,不易损坏刀尖。

车削加工在轴套盘类零件上的应用

车削加工适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面,如内/外圆柱面、内/外圆锥面、环槽、成形回转表面、端面和各种常用螺纹等。在车床上还可以进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工艺,如图2-22所示。

图2-22 卧式车床的典型加工工序

(a)车端面;(b)车外圆;(e)车外锥面;(d)切槽、切断;(e)车孔;(f)切内槽;(g)钻中心孔;
(h)钻孔;(i)铰孔;(j)锪锥孔;(k)车外螺纹;(l)车内螺纹;(m)攻螺纹;(n)车成形面;(o)滚花

1.车外圆

刀具的运动方向与工件轴线平行时,将工件车削成圆柱形表面的加工称为车外圆。这是车削加工最基本的操作,经常用来加工轴销类和盘套类工件的外表面。

常用外圆车刀(见图2-23)有以下几种。

图2-23 车外圆

(a)尖刀车外圆;(b)45°弯头刀车外圆;(c)右偏刀车外圆

(1)尖刀。尖刀主要用于粗车外圆和车削没有台阶或台阶不大的外圆。

(2)45°弯头刀。45°弯头刀既可车外圆,又可车端面,还可以进行45°倒角,应用较为普遍。

(3)右偏刀。右偏刀主要用来车削带直角台阶的工件。由于右偏刀切削时产生的径向力小,常用于车削细长轴。

在粗车铸件、锻件时,因其表面有硬皮,可先倒角或车出端面,然后用大于硬皮厚度的背吃刀量粗车外圆,使刀尖避开硬皮,以防刀尖磨损过快或被硬皮打坏。用高速钢车刀低速精车钢件时,采用乳化液润滑;用高速钢车刀低速精车铸铁件时,采用煤油润滑,可降低工件表面粗糙度数值。

2.车端面

轴类、盘套类工件的端面经常用来作为轴向定位和测量的基准。车削加工时,一般都先将端面车出。

对工件端面进行车削时,刀具进给运动方向与工件轴线垂直。车削时,注意刀尖要对准中心,否则端面中心处会留有凸台。端面的车削加工如图2-24所示。粗车或加工大直径工件时,车刀自外向中心切削,多用弯头车刀,弯头车刀车端面对中心凸台是逐步切除的,不易损坏刀尖。精车或加工小直径工件时,多用右偏车刀,右偏刀由外向中心车端面时,凸台是瞬时去掉的,容易损坏刀尖。右偏刀由外向中心进给切削时,前角小、切削不顺利,而且背吃刀量大时容易引起扎刀,使端面出现内凹;右偏刀自中心向外切削时,切削刃前角大、切削顺利,表面粗糙度数值小。

图2-24 车端面

(a)右偏刀车端面(由外向中心);(b)右偏刀车端面(由中心向外);(c)弯头刀车端面

3.车台阶

很多轴类、盘套类零件上有台阶面。高度小于5 mm的低台阶由正装的90°偏刀车外圆时车出;高度大于5 mm的高台阶在车外圆几次走刀后,用主偏角大于90°的偏刀沿径向向外走刀车出,如图2-25所示。

图2-25 车台阶面

(a)车低台阶;(b)车高台阶

4.切槽与切断

图2-26 切槽刀

回转体工件表面经常需要加工一些沟槽,如螺纹退刀槽、砂轮越程槽、油槽、密封圈槽等,这些沟槽分布在工件的外圆表面、内孔或端面上。切槽所用的刀具为切槽刀,如图2-26所示,它有一条主切削刃、两条副切削刃、两个刀尖,加工时沿径向由外向中心进刀。宽度小于5 mm的窄槽,用主切削刃尺寸与槽宽相等的车槽刀一次车出;车削宽度大于5 mm的宽槽时,先沿纵向分段粗车,再精车,车出槽深及槽宽,如图2-27所示。

图2-27 切槽方法

(a)切窄槽;(b)切宽槽

当工件上有几个同一类型的槽时,槽宽如一致,可以用同一把刀具切削。

图2-28 切断

切断是将坯料或工件从夹持端上分离下来的工艺,如图2-28所示。切断所用的切断刀与车槽刀极为相似,只是刀头更加窄长,刚性更差。由于刀具要切至工件中心,呈半封闭切削,排屑困难,容易将刀具折断。因此,装夹工件时应尽量将切断处靠近卡盘,以增加工件刚性。对于大直径工件,有时采用反切断法,目的在于排屑顺畅。切断时刀尖必须与工件等高,否则切断处将留有凸台,也容易损坏刀具;切断刀伸出不宜过长,以增强刀具刚性;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;切断钢件时应适当使用切削液,加快切断过程的散热。

5.车圆锥

在各种机械结构中还广泛存在圆锥体和圆锥孔的配合,如顶尖尾柄与尾座套筒的配合、顶尖与被支承工件中心孔的配合、锥销与锥孔的配合。圆锥面配合紧密、装拆方便,经多次拆卸后仍能保证有准确的定心作用,小锥度配合表面还能传递较大的扭矩。因此,这类配合广泛用于要求对中准确和需要经常拆卸的配合上,如大直径的麻花钻都使用锥柄。在生产中,车削锥面常用宽刀法、小滑板旋转法、偏移尾座法和靠模法。

图2-29 宽刀法车锥面

宽刀法就是利用主切削刃横向直接车出圆锥面,如图2-29所示。此时,切削刃的长度要略长于圆锥母线长度,切削刃与工件回转中心线成半锥角。宽刀法加工方法方便、迅速,能加工任意角度的内、外圆锥。此种方法加工的内、外圆锥面很短,而且要求切削加工系统要有较高的刚性,适用于批量生产。

小滑板旋转法就是松开车床中滑板上转盘的紧固螺钉,使小滑板转过半锥角,如图2-30所示,将螺钉拧紧后,转动小滑板手柄,沿斜向进给,便可以车出圆锥面。小滑板旋转法操作简单方便,能保证一定的加工精度,能加工各种锥度的内、外圆锥面,应用广泛。受小滑板行程的限制,小滑板旋转法不能车太长的圆锥。由于小滑板只能手动进给,加工的锥面粗糙度数值大,所以小滑板旋转法主要用于单件或小批生产精度较低和长度较短的内外锥面。

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图2-30 小滑板旋转法车锥面

偏移尾座法(见图2-31)是将尾座带动顶尖横向偏移距离S,使得装夹在两顶尖间的工件回转轴线与主轴轴线成半锥角。这样车刀作纵向走刀车出的回转体母线与回转体中心线成斜角,形成圆锥面。偏移尾座法能在单件或成批生产中切削较长的外圆锥面,并能自动走刀,表面粗糙度值比小滑板旋转法小,与自动走刀车外圆相当;但受到尾部偏移量的限制,一般只能加工小锥度圆锥,也不能加工内锥面。

图2-31 偏移尾座法车锥面

在大批量生产中还可以采用靠模法车削圆锥面,如图2-32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。松开紧固螺钉,靠模板可以绕定位销钉旋转,与工件的轴线成一定的斜角。靠模上的滑块可以沿靠模滑动,而滑块通过连接板与滑板连接在一起。中滑板上的丝杠与螺母脱开,其手柄不再调节刀架横向位置,而是将小滑板转过90°,用小滑板上的丝杠调节刀具横向位置,以调整所需的背吃刀量。如果工件的锥角为α,则将靠模调节成α/2的斜角。当床鞍作纵向自动进给时,滑块就沿着靠模滑动,从而使车刀的运动平行于靠模板,车出所需的圆锥面。靠模法加工进给平稳,工件的表面质量好,生产效率高,可以加工α<12°的长圆锥。但在数控车削加工技术广泛应用后,此方法已很少使用。

图2-32 靠模法车锥面

6.成形面车削

在回转体上有时会出现母线为曲线的回转表面,如手柄、手轮、圆球等。这些表面称为成形面。成形面的车削方法有手动法、成形刀法、靠模法、数控法等。

手动法车削成形面如图2-33所示,操作者双手同时操纵中滑板和小滑板手柄移动刀架,使刀尖运动的轨迹与要形成的回转体成形面的母线尽量相符合。车削过程中还经常用成形样板检验。通过反复的加工、检验、修正,最后形成要加工的成形表面。手动法加工简单方便,但对操作者技术要求高,而且生产效率低,加工精度低,一般用于单件或小批生产。

图2-33 双手操纵法车成形面

成形刀法是用切削刃形状与工件表面形状一致的成形车刀(样板车)加工成形面。用成形车刀切削时,只要作横向进给就可以车出工件上的成形表面。用成形车刀车削成形面,工件的形状精度取决于刀具的精度,加工效率高,但由于刀具切削刃长,加工时的切削力大,加工系统容易产生变形和振动,要求机床有较高的刚度和切削功率。成形车刀制造成本高,且不容易刃磨。因此,成形刀法宜用于成批或大量生产。

图2-34 靠模法车成形面

用靠模法车成形面与靠模法车圆锥面的原理是一样的,只是靠模的形状是与工件母线形状相吻合,如图2-34所示。床鞍带动刀具作纵向进给的同时,靠模带动刀具作横向进给,两个方向进给形成的合运动产生的进给运动轨迹就形成工件的母线。靠模法加工采用普通的车刀进行切削,刀具实际参加切削的切削刃不长,切削力与普通车削相近,变形小、振动小,工件的加工质量好、生产效率高,但靠模的制造成本高。靠模法车成形面主要用于成批或大量生产。但在数控车削加工技术广泛应用后,此方法已很少使用。

7.孔加工

在车床上加工的孔方法有钻孔、扩孔、铰孔和镗孔。

图2-35 在车床上钻孔

在车床上钻孔如图2-35所示,钻孔所用的刀具为麻花钻,工件的回转运动为主运动,尾座上的套筒推动钻头所作的纵向移动为进给运动。在车床上钻孔前须先车平工件端面,以便于钻头定心,防止钻偏;然后用中心孔钻在工件中心处先钻出麻花钻定心孔,或用车刀在工件中心处车出定心小坑;最后选择与所钻孔直径对应的麻花钻进行钻孔,麻花钻工作部分长度略长于孔深。如果是直柄麻花钻,则用钻夹头装夹后插入尾座套筒;锥柄麻花钻用过渡锥套或直接插入尾座套筒。钻孔时,松开尾座锁紧装置,移动尾座直至钻头接近工件,开始钻削时进给要慢一些,然后以正常进给量进给,并应经常将钻头退出,以利于排屑和冷却钻头。钻削钢件时,应加注切削液。

图2-36 镗孔

(a)镗通孔;(b)镗不通孔

在车床上镗孔如图2-36所示,工件旋转为主运动,镗刀在刀架带动下作进给运动。镗孔时,镗刀的刀杆应尽可能粗一些,镗刀伸出刀架的长度应尽量短些,以增加镗刀刀杆的刚性、减少振动,但伸出长度不得小于镗孔深度;镗孔时选用的切削用量要比车外圆小些,其调整方法与车外圆基本相同,只是横向进刀方向相反。开动机床镗孔前要将镗刀在孔内手动试走一遍,确认无运动干涉后再开车切削。

车床上的孔加工主要是针对回转体工件中间的孔。对非回转体上的孔,可以利用四爪单动卡盘或花盘装夹在车床上加工,但更多的是在钻床镗床上进行加工。

8.车螺纹

车床上加工螺纹主要是用车刀车削各种螺纹。对于小直径螺纹也可用板牙或丝锥在车床上加工。车螺纹时应使用丝杠传动,主轴的转速应选择得低些,图2-37为车削螺纹的步骤示意,此法适合于车削各种螺纹。

(1)开车,使车刀与工件轻微接触,记下刻度盘读数,向右退出车刀,如图2-37(a)所示;

(2)合上对开螺母,在工件表面上车出一条螺旋线,横向退出车刀,停车,如图2-37(b)所示;

(3)开反车使车刀退到工件右端,停车,用金属直尺检查螺距是否正确,如图2-37(c)所示;

(4)利用刻度盘调整背吃刀量,开车切削,如图2-37(d)所示;

(5)车刀将至行程终了时,应做好退刀停车准备,先快速退出,然后停车,开反车退回刀架,如图2-37(e)所示;

(6)再次横向进背吃刀量,继续切削,切削过程的路线如图2-37(f)所示。

图2-37 螺纹车削步骤示意

9.滚花

许多工具和机器零件的手握部分,为了便于握持和增加观赏性,常常在表面滚压出各种不同的花纹,如百分尺的套管、铰杠扳手及螺纹量规等。这些花纹一般都是在车床上用滚花刀滚压而成的,如图2-38所示。滚花的花纹有直纹和网纹两种,滚花刀也分如图2-39(a)所示的直纹滚花刀和如图2-39(b)、(c)所示的网纹滚花刀。花纹亦有粗细之分,工件上花纹的粗细取决于滚花刀上的滚轮。滚花时工件所受的径向力大,工件装夹时应使滚花部分靠近卡盘。滚花时工件的转速要低,并且要有充分的润滑,以减少塑性流动的金属对滚花刀的摩擦和防止产生乱纹。

图2-38 滚花

图2-39 滚花刀

(a)直纹滚花刀;(b)网纹滚花刀1;(c)网纹滚花刀2

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