2.1 车床、车削与车刀

2.1.1 车床

（1）车床加工的基本内容

在车床上，工件旋转运动做主运动，车刀做进给运动的切削加工方法称为车削。用车削方法可以进行车外圆、车端面、车孔、切槽、车锥体、车成形面、车螺纹等加工，见表2-1。

（2）车床的种类与型号

①车床种类 车床按其结构的不同可分为：仪表车床，落地及卧式车床，立式车床，回轮、转塔车床，曲轴及凸轮轴车床，仿形及多刀车床，轮、轴、锭、辊及铲齿车床，马鞍车床及单轴自动车床，多轴自动、半自动车床和数控车床等。此外还有很多专门化、专用车床等，常用车床见表2-2。为满足车削加工的需要，根据不同回转表面需要，应选用不同型号类型的车床。

②车床的型号 车床型号不仅是一个代号，而且能表示出机床的名称、主要技术参数、性能和结构特点。根据GB/T 15375—2008《金属切削机床 型号编制方法》编制而成。它由汉语拼音字母及阿拉伯数字组成。车床型号示例如下：

“CA6140”中的“C”叫机床类别代号。类别代号是以机床名称第一个字的汉语拼音的第一个字母的大写来表示。如“C”代表车（Che）床，“Z”代表钻床（Zuan）等。

“CA6140”中的“A”叫机床的结构特性代号，它属于机床特性代号，机床特性代号还包括通用特性代号。通用特性代号和结构特性代号都是用大写的汉语拼音字母来表示。

“CA6140”中的“6”和“1”分别叫机床的组、系别代号。机床的组、系别代号用数字表示，每类机床按用途、性能、结构或有派生关系分为若干组。每类机床分为10个组，每组分为10个系。

“CA6140”中的“40”叫机床的主要参数代号。它分为主参数和第二主参数。

③卧式车床的结构 了解卧式车床各部件的名称与作用，对车床的操作与运用是大有必要的。

a.床身。床身是车床的大型基础部件，有两条精度要求很高的V形导轨和矩形导轨，主要用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。

b.主轴箱。主轴箱又称床头箱，主要用于支撑主轴并带动工件做旋转运动。主轴箱内装有齿轮、轴等零件，以组成变速传动机构。变换主轴箱外的手柄位置，可使主轴获得多种转速，并带动装夹在卡盘上的工件一起旋转。

c.交换齿轮箱。交换齿轮箱又称为挂轮箱，主要用于将主轴箱的运动传递给进给箱。更换箱内的齿轮，配合进给箱变速机构，可以车削各种导程的螺纹（或蜗杆），并可满足车削时对纵向和横向不同进给量的需求。

d.进给箱。进给箱又称走刀箱，是进给传动系统的变速机构。它把交换齿轮箱传递来的运动，经过变速后传递给丝杠，以实现车削各种螺纹，或传递给光杠，以实现机动进给。

e.溜板箱。溜板箱接受光杠（或丝杠）传递来的运动，操纵箱外手柄和按钮，通过快移机构驱动刀架部分，以实现车刀的纵向或横向运动。

f.刀架部分。刀架部分由床鞍、中滑板、小滑板和刀架等组成，用于装夹车刀，并带动车刀做纵向运动、横向运动、斜向运动和曲线运动。沿工件轴向的运动为纵向运动，垂直于工件轴向的运动为横向运动。

g.尾座。尾座安装在床身导轨上，沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾座主要用来安装后顶尖。以支顶较长的工件；也可装夹钻头或铰刀等进行孔的加工。

h.床脚。前后两个床脚分别与床身前后两端下部连为一体，用以支撑床身及安装床身上的各个部件。可以通过调整垫铁块把床身调整到水平状态，并用地脚螺栓把整台车床固定在工作场地上。

2.1.2 车削的基本概念

（1）车削运动

车削工件时，为了切除多余的金属，必须使工件和车刀产生相对的车削运动。按其作用划分，车削运动可分为主运动和进给运动两种，如图2-1所示。

①主运动 车床的主要运动，它消耗车床的主要动力。车削时工件的旋转运动是主运动。通常，主运动的速度较高。

②进给运动 使工件的多余材料不断被去除的切削运动。如车外圆时的纵向进给运动，车端面时的横向进给运动等，如图2-2所示。

（2）车削时工件上形成的三个表面

工件在车削加工时有三个不断变化的表面，它们是已加工表面、过渡表面与待加工表面，如图2-3所示。

①已加工表面 是工件上经车刀车削多余金属后产生的新表面。

②过渡表面 是工件上由切削刃正在形成的那部分表面。

③待加工表面 是工件上有待切除的表面，它可能是毛坯表面或加工过的表面。

（3）切削用量

切削用量是表示主运动及进给运动大小的参数，是背吃刀量、进给量和切削速度三者的总称，故又把这三者称为切削用量三要素。

①背吃刀量ap 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离称为背吃刀量，用符号ap表示，如图2-4所示。

背吃刀量是每次进给时车刀切入工件的深度，故又称为切削深度。车外圆时，背吃刀量可用下式计算：

式中 ap —背吃刀量，mm；

dw —工件待加工表面直径，mm；

dm —工件已加工表面直径，mm。

②进给量f 工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离称为进给量，如图2-5中的尺寸f，单位为mm/r。

根据进给方向的不同，进给量又分为纵进给量和横进给量，纵进给量是指沿车床床身导轨方向的进给量，横进给量是指垂直于车床床身导轨方向的进给量。

③切削速度vc 车削时，刀具切削刃上某一选定点相对于待加工表面在主运动方向的瞬时速度，称为切削速度。切削速度也可以理解为车刀在1min内车削工件表面的理论展开直线长度（假定切屑没有变形或收缩），如图2-6所示，单位为m/min。

切削速度可用下式计算：

≈

式中 vc —切削速度，m/min；

d —工件（或刀具）的直径，mm；

n —车床主轴的转速，r/min。

2.1.3 车刀

（1）车刀的结构与用途

①车刀的结构 车刀由刀头（或刀片）和刀柄两部分组成。刀头担负切削工件，故又称为切削部分；刀柄用来把车刀装夹在刀架上。刀头由若干刀面和切削刃组成，其结构与刀面的名称和位置及作用见表2-3。

②车刀的种类和用途 车削加工时，根据不同的车削加工要求，需选用不同种类的车刀。常用车刀的种类及其用途见表2-4。

③车刀切削部分的材料 车刀切削部分的材料有很多，如高速钢、硬质合金、陶瓷、碳素工具钢、金刚石等，但目前，车刀切削部分常用的材料有高速钢和硬质合金两大类。

a.高速钢。是以钨、铬、钒、钼、钴为主要合金元素的高合金工具钢。由于含有大量高硬度碳化物，热处理后硬度可达63～70HRC，热硬性温度达550～600℃，具有较好的切削性能，切削速度一般为16～35m/min。高速钢的强度较高，韧性也好，能磨出锋利的刃口，且具有良好的工艺性，是制造铣刀的良好材料。切削部分材料为高速钢的铣刀有整体式和镶齿式两种。一般形状复杂的铣刀都是高速钢铣刀。常用高速钢的牌号及主要性能见表2-5。

b.硬质合金。以钴为黏结剂，将高硬度难熔的金属物（WC、TiC、TaC、NbC等）粉末用粉末冶金方法黏结制成。其常温硬度达89～94HRA，热硬性温度高达900～1000℃，耐磨性好，切削速度可比高速钢高4～7倍，用于高速铣削。但其韧性差，承受冲击、振动能力差；刀刃不易磨得非常锐利，其加工工艺性差。硬质合金铣刀大都不是整体式，而是将硬质合金刀片以焊接或机械夹固的方法镶装于铣刀刀体上。常用的硬质合金有钨钴、钨钛钴、钨钛钽（铌）钴三类。切削工具用硬质合金的组别、基本成分、作业条件及性能（GB/T 18376.1—2008）见表2-6。

①不利条件系指原材料或铸造、锻造的零件表面硬度不匀、加工时的切削深度不匀，间断切削以及振动等情况。

（2）车刀的几何角度

车刀切削部分共有六个独立的基本角度，它们是主偏角、副偏角、前角、主后角、副后角和刃倾角，还有刀尖角和楔角两个派生角度,如图2-7所示。

①前角（γ0） 影响刃口的锋利程度和强度，影响切削变形和切削力。增大前角能使车刀刃口锋利，减少切削变形，可使切削省力，并使切削容易排出。

②后角（α0） 减少车刀主后面与工件过渡表面间的摩擦。

③副后角（α′0） 减少车刀副后面与工件已加工表面的摩擦。

④主偏角（κr） 改变主切削刃的受力及导热能力，影响切屑的厚度。

⑤副偏角（κ′r） 减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦，影响工件表面质量及车刀强度。

⑥刃倾角（λs） 控制排屑方向。刃倾角有正值、负值和零度三种，见表2-7。

2.1.4 金属的切削过程

（1）切屑的形成与切屑种类

①切屑形成的过程 金属的切削过程实际上是切屑形成的过程。在此过程中，被切金属层在刀具切削刃和前刀面的挤压作用下而产生剪切、滑移变形，最终被挤裂而形成切屑，如图2-8所示。

②切屑的种类 工件材料的塑性不同，刀具角度及切削用量不同，会形成不同类型的切屑，并对切削加工有不同的影响。常见的切屑有带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四种，见表2-8。

（2）刀具的磨损

刀具在切削过程中将逐渐磨损，磨损的过程分为三个阶段，如图2-9所示。随着磨损的增大，会引起切削力增大、切削温度上升、切屑颜色改变、噪声增大、工件表面质量下降等不良现象。刀具磨损主要是刀面的磨损，其形式与磨损情况见表2-9。

（3）切削液

车削时常用的切削液有水溶性切削液和油溶性切削液两大类。切削液的种类、成分、性能和作用及用途见表2-10。

使用时应注意以下事项。

a.油状乳化油必须用水稀释后才能使用，但乳化液会污染环境，应尽量选用环保型切削液。

b.切削液必须浇注在切削区域内，因为该区域是切削热源，如图2-10所示。

c.用硬质合金车刀切削时，一般不加切削液。如果使用切削液，必须从一开始就连续充分浇注，否则硬质合金刀片因骤冷而产生裂纹。

d.控制好切削液的流量。流量太小或断续使用，起不到应有作用；流量太大，则会造成切削液浪费。

e.加注切削液可以采用浇注法和高压冷却法。浇注法是一种简便易行、应用广泛的方法，一般车床均有这种冷却系统，如图2-11（a）所示。高压冷却法是以较高的压力和流量将切削液喷向切削区，这种方法一般用于半封闭加工或车削难加工材料，如图2-11（b）所示。