4.2.1 车削加工范围
车削加工是机械加工中最重要的加工方法之一，主要用于加工回转体零件的表面和端面，还可进行切断、切槽、车螺纹、钻孔、铰孔、扩孔等工作。车削设备一般使用车床。车削加工范围如图4－35所示。对车床进行适当改装或使用其他附件和夹具，还可实现镗削、磨削、研磨、抛光、滚花、绕弹簧等加工。
图4－35 车削加工应用范围举例
4.2.2 车床
1.车床的种类
车床的种类很多，按用途和结构不同，可分为卧式车床、立式车床、转塔车床、马鞍车床、多刀半自动车床、仿形车床及仿形半自动车床等。此外，还有各种专门车床，如凸轮轴车床、铲齿车床、曲轴车床、高精度丝杠车床等。其中，以卧式车床应用最为广泛。图4－36至图4－38为几种常见机床的外观图。
车床型号有统一规定，根据GB／T 15375—2008《金属切削机床 型号编制方法》的规定，最常用的CA6140车床型号的含义见图4－39。
图4－36 卧式车床
1—主轴箱；2—刀架；3—尾座；4—进给箱；5，7—床腿；6—溜板箱；8—尾座锁紧螺钉；9—床身
图4－37 立式车床
1—底座；2—工作台；3—立柱；4—垂直刀架；5—横梁；6—垂直刀架进给箱；7—侧刀架；8—侧刀架进给箱；9—顶梁
2.普通车床的组成
1）主轴箱
主轴箱固定在床身左端，内部装有主轴和变速及传动机构。变速箱传来的不同转速通过变速机构变成主轴的十几种转速，主轴带动工件旋转，形成主运动。主轴通过齿轮等进给换向机构，又可将运动传入进给箱。
图4－38 转塔式车床
1—进给箱；2—主轴箱；3—前刀架；4—转塔刀架；5—纵向溜板；6—定程装置；7—床身；8—转塔刀架溜板箱；9—前刀架溜板箱
图4－39 车床型号及其含义
2）进给箱
进给箱内装有进给运动的变速齿轮，变速机构带动光杠或丝杠以不同转速转动，最终通过溜板箱带动刀具实现机动进给时改变进给量或所加工螺纹的导程。
3）溜板箱
溜板箱与刀架的最下层——纵向溜板相连，它将光杠传来的旋转运动变为纵向或横向的直线运动，也可将丝杠传来的旋转运动通过“开合螺母”直接变为纵向移动用来车螺纹。溜板箱上装有各种操作手柄和按钮。
4）刀架
刀架部件由几层组成（见图4－40），它的功用是装夹车刀，并可带动刀具做纵向、横向和斜向进给运动。
5）尾座
尾座可沿床身右端的导轨纵向移动，以此来调整其位置，尾座用于安装顶尖（支承长工件）或安装钻头、铰刀等刀具进行孔加工。
6）床身
床身固定在左右床腿上。床身上安装着车床的各主要部件并保证它们工作时准确的相对位置或运动轨迹。
图4－40 刀架的组成
4.2.3 车刀
车刀按用途可分为外圆车刀、成形车刀、螺纹车刀等，如图4－41所示。
图4－41 车刀按用途分类示意图
1—45°弯头车刀；2—90°外圆车刀；3—外螺纹车刀；4—75°外圆车刀；5—成形车刀；6—90°左外圆车刀；7—车槽刀；8—内孔车槽刀；9—内螺纹车刀；10—盲孔车刀；11—通孔车刀
车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成形车刀等，如图4－42所示。
1）整体式高速钢车刀
这种车刀刃磨方便，刀具磨损后可多次重磨。其刀杆采用高速钢制造，造成刀具材料浪费。一般用于较复杂成形表面的低速精车。
2）硬质合金焊接车刀
这种车刀是将一定形状的硬质合金刀片钎焊在刀杆的刀槽内制成的。其结构简单，制造刃磨方便，刀具材料利用充分，在一般的中小批量生产和修配生产中应用较多。但其切削性能受工人的刃磨技术水平和焊接质量的影响，不适应现代制造技术发展的要求，且刀杆不能重复使用，浪费材料。
图4－42 车刀按结构分类
3）可转位车刀
如图4－42（c）所示，可转位车刀包括刀杆、刀片、刀垫和夹固元件等部分。这种车刀用钝后，只需将刀片转过一个角度，即可使新的刀刃投入切削。当几个刀刃都用钝后，更换新的刀片。可转位车刀的刀具几何参数由刀片和刀片槽保证，不受工人技术水平的影响，切削性能稳定，适合于大批量生产和数控车床使用。
此外还有成形车刀。它是将车刀制成与工件成形面相应的形状后对工件进行加工的刀具。
4.2.4 车削基本工艺
车削按加工性质可分为荒车、粗车、精车和半精车。
荒车的尺寸精度一般为IT18～IT15，表面粗糙度≥Ra80μm。
粗车的尺寸精度一般为IT13～IT11，表面粗糙度为Ra30～Ra12.5μm。粗车的主要目的是为了尽快从毛坯切除大部分多余金属，使工件接近图样要求尺寸，加工时可采用较大的吃刀量和进给量。
半精车的尺寸精度一般为IT10～IT8，表面粗糙度为Ra6.3～Ra3.2μm。多用于精度要求高、工艺过程复杂的工件。
精车后的尺寸精度可达IT8～IT7，表面粗糙度可达Ra1.6～Ra0.8μm。精车的主要目的是为了获得零件要求的形状、尺寸精度和表面质量，一般用于最终工序或光整加工的预加工工序。精车时可适当减小车刀副偏角，适当加大前角。生产实践表明，较高的切速（100m／min以上）和较低的切速（6m／min以下）都可获得较高的光洁度（低速切削一般在精车小直径工件时使用）。选好精车切削速度后，再选取较小的进给量。
1.车外圆
由于工件尺寸和形状各异，因而装夹方式也各不相同，一般根据工件的长径比L／D的大小需选择不同的装夹方式。
（1）当L／D＜4时，即车削工件为短轴类或盘套类，常采用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘。三爪卡盘夹持工件能自动定心，使定位和夹紧同时完成，其结构如图4－43所示。
图4－43 三爪自定心卡盘
图4－44 四爪单动卡盘
所夹持工件直径较大时，应采用反爪夹持，如图4－43 （c）所示。用已加工面作为装夹面时，应包一层圆筒形铜皮，以免对已加工表面造成夹伤。
四爪卡盘结构如图4－44所示。它有四个独立的卡爪，装夹时必须对每个卡爪进行独立调整，使工件的旋转中心与车床主轴的旋转中心重合。四爪卡盘多用于夹持较重的圆形截面工件，或方形截面、椭圆形截面及不规则的工件，其优点是夹紧力大，但装夹找正费时。四爪卡盘也可安装成正爪或反爪两种形式。
（2）当L／D＞4时，即车削工件为中等长度轴类，应采用顶尖夹持工件。这又分两种方式：一种是双顶尖定位装夹工件（见图4－45（a）），另一种是卡盘和顶尖配合装夹工件（见图4－45（b））。双顶尖定位方式装夹工件方便，不需找正，装夹精度高，但只能承受较小切削力，适合于较长工件或需要多次装夹才能完成加工的工件，一般用于精加工。双顶尖定位装夹刚性较差，在车削较重的轴类零件时，常采用卡盘和顶尖配合装夹工件的方式，由于“夹”、“顶”结合装夹刚性好，轴向定位准确，且比较安全，可承受较大的轴向切削力，因此应用广泛。
（3）当L／D＞10时，即车削长轴时，除用顶尖支持外，为防止轴受切削力的作用而产生弯曲变形，还必须使用中心架或跟刀架。某些情况下，为避免长轴受压弯曲，可采用反向走刀，使轴受拉。图4－46所示为使用中心架车外圆及端面的情形，图4－47所示为使用跟刀架车外圆的情形。
图4－45 车床上工件安装
图4－46 使用中心架车外圆及端面
图4－47 使用跟刀架车外圆
对于带孔的盘套类零件，当其外圆与内孔有同轴度要求时，常利用工件上精加工过的孔，将工件装在心轴上，心轴再安装在顶尖之间进行加工。心轴的种类很多，常用的有锥度心轴、圆柱心轴和可胀心轴，如图4－48所示。
2.车端面
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，通常使用90°偏刀或45°弯头刀，安装时应注意刀尖对准工件中心，否则工件端面中心会留有凸台，甚至造成刀尖崩刃。
图4－48 心轴的种类
图4－49（a）是用弯头刀车端面，可采用较大背吃刀量，切削过程较为顺利，表面粗糙度小，此方式大小端面均适合，应用较广。
图4－49（b）是用90°右偏刀从外向中心车端面，适合车削较小尺寸的端面或一般台阶面。
图4－49（c）是用90°右偏刀从中心向外车端面，适合车削中心带孔的端面或精车小直径工件。
图4－49（d）是用左偏刀车端面，刀头强度好，适合车削较大尺寸的端面，特别是铸、锻件的大端面。
图4－49 车端面所用的刀具
3.车槽与切断
（1）车槽 切削5mm以下窄槽时，可以主切削刃与槽等宽一次切出。车宽槽时，可用同样的车槽刀依次横向进刀，切至接近槽深为止（留下的余量在之后纵向精车时车去），最后一次横向粗车后，再进行纵向精车，使槽达到要求的深度和宽度。如图4－50所示为粗车槽和精车槽的走刀方向。
图4－50 车宽槽方法
（2）切断 切断刀与车槽刀形状相似，但刀刃是斜刀刃，且刀头更窄长。常用的切断方法有直进法和左右借刀法两种。直进法常用于切削铸铁等脆性材料，如图4－51（a）所示。左右借刀法常用于切削钢等塑性材料及大直径棒料，如图4－51（b）所示。
图4－51 切断方法
4.车锥面
车床上加工圆锥面有以下4种方法。
（1）小滑板转位车锥面。如图4－52所示，将小滑板转动一角度（锥度的一半），车削加工时，转动小滑板手柄，使车刀沿锥面母线进给，可完成锥体（或锥孔）的加工。此法操作简单，调整方便，但由于小滑板行程受限制，不能加工长锥面，且只能手动进给，不能自动走刀。
（2）偏移尾座车锥面。如图4－53所示，将尾座顶尖偏移一定距离，使工件旋转中心线与车床主轴中心线形成一角度（锥度的一半），车削时，车刀纵向进给，车出所需锥面。此法能加工较长锥面，可自动走刀，但受尾座偏移量不能太大的限制，能加工出的锥度较小，且不能加工内锥面。
图4－52 转动小滑板车圆锥
图4－53 偏移尾座车锥面
（3）利用靠模车锥面。靠模是车床的专用附件，由于靠模板的偏角小于12°，所能加工出的锥度也不大。利用靠模加工的方法适合于加工成批量、小锥度、精度要求高的圆锥工件。图4－54是利用靠模车圆锥面的情形。
图4－54 利用机械靠模车圆锥
（4）宽刀刃车锥面。宽刀刃加工锥面就是利用主切削刃横向进给直接车出圆锥面，如图4－55所示。显然，此时的切削刃长度要大于圆锥母线长度。零件的倒角实际就是宽刀刃车圆锥。此法的加工特点是方便、快捷，但受切削刃长度限制，能加工的圆锥面很短（一般小于20mm）。
5.车螺纹
车床上可以加工各种形状、各种牙型的内外螺纹，应用非常广泛。
车螺纹时，工件每转一周，车刀要准确地移动一个待加工螺纹的螺距（或导程）。这种关系是通过主轴转速与车床丝杠转速保持一定的传动比来实现的。
图4－55 宽刀刃车圆锥
车削螺纹适合于单件小批生产，生产效率较低。
