第一章车削的基本知识

车工工艺学第四版第一章车削的基本知识退出

1、了解车床主要组成部分的名称、作用及传动关系。2、初步掌握车刀几何要素的名称和主要作用。3、掌握车削和切削用量的基本概念，能初步选择切削用量。教学目的和要求重点：车刀角度和切削用量。难点：确定车刀角度的三个辅助平面和刃倾角。重点和难点退出§1-1车床与车削运动知识目标1.掌握常用车床主要部件的名称、功能和结构特点2.了解卧式车床的传动路线3.掌握车削运动退出§1-1车床与车削运动一、车床1.车床的种类车床的种类很多，按其结构和用途可分为：①卧式车床

②立式车床

③落地车床

④转塔车床⑤回轮车床⑥液压仿形车床

⑦多刀自动和半自动车床

⑧专用：曲轴车床、凸轮车床、铲齿车床。退出§1-1车床与车削运动退出§1-1车床与车削运动2.卧式车床的主要结构车床型号中的字母与数字含义如下所示C

A

6

1

40

主参数代号（床身上最大工件回转直径的1/10）系代号（卧式车床系）组代号（落地及卧式车床组）结构代号类代号（车床类）CA6140型车床是最常用的国产卧式车床，下面以其为例讲解。退出CA6140主轴箱卡盘刀架部分冷却嘴尾座床身丝杠光杠操纵杆溜板箱快移机构床脚床脚进给箱交换齿轮箱退出（1）床身

是车床的大型基础部件，有两条高精度V形导轨、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。（2）主轴箱§1-1车床与车削运动

支撑主轴并带动工件作旋转运动。主轴箱内装有齿轮、轴等零件，以组成变速传动机构。变速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。加大螺距及左、右螺纹变换手柄主轴变速手柄退出（3）交换齿轮箱（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）；并可以满足车削时对纵向和横向不同进给量的需求。（4）进给箱（变速箱）§1-1车床与车削运动进给量和螺距变换手柄螺纹种类和丝杠、光杠变换手柄进给量和螺距变换手轮

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或光杠。退出（5）溜板箱

溜板箱接受光杠（丝杠）传递来的运动，操纵箱外手柄及按钮，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。（6）刀架部分组成：床鞍、中滑板、小滑板和刀架等组成。作用：用于装夹车刀并带动车刀作纵向运动、横向运动、斜向运动和曲线运动。（7）尾座用来安装后顶尖，钻头或铰刀等进行孔的加工。§1-1车床与车削运动退出（8）床脚

用以支撑床身及安装床身上的各个部分。（6）冷却装置主要通过冷却泵将切削液加压后经冷却嘴喷射到切削区域。§1-1车床与车削运动退出§1-1车床与车削运动3.卧式车床的传动路线电动机V带轮主轴箱卡盘工件旋转进给箱丝杠溜板箱刀架纵向车螺纹光杠溜板箱刀架纵、横向直线运动交换齿轮箱车刀车刀快移电动机退出§1-1车床与车削运动二、车削运动车削运动：为切除多余金属，工件与刀具间产生的相对的车削运动。1．主运动

主运动—是指机床的主要运动，它消耗机床的主要动力，通常主运动的速度较高。车削时，工件的旋转运动是主运动。2．进给运动进给运动—是指使工件的多余材料不断被去除的切削运动。退出§1-1车床与车削运动3．待加工表面——工件上有待切除的表面。工件上形成的表面1．已加工表面——工件上经车刀车削后产生的新表面。2．过渡表面——工件上由切削刃正在切削的那部分表面。退出§1-1车床与车削运动车外圆车孔车端面车削时工件上形成的三个表面退出§1-2车刀知识目标1.了解常用车刀的种类和用途。2.掌握车刀切削部分的几何要素和几何角度。退出§1-2车刀一、常用车刀1.常用车刀的种类和用途(1)90°车刀(偏刀，可分为90°左、右车刀）车削外圆、台阶和端面。(2)75°车刀车削外圆和端面。退出§1-2车刀(3)45°车刀(弯头车刀）车削外圆、倒角和端面。(4)切断刀

切断和车槽。(5)内孔车刀车孔。退出§1-2车刀(6)圆头车刀车削圆弧面和成形面。(7)螺纹车刀车削螺纹。退出§1-2车刀1－45°弯头车刀2、6－90°外圆车刀3－外螺纹车刀4－75°外圆车刀5－成形车刀7－车槽、切断刀8－内槽车刀9－内螺纹车刀10－盲孔镗刀11－通孔镗刀退出§1-2车刀2.硬质合金可转位车刀是近年来国内外大力发展和广泛应用的先进刀具之一。用来车外圆、端面、切断、车孔和车螺纹等。退出§1-2车刀二、车刀切削部分的几何要素车刀由刀杆和刀头组成。刀杆是固定车刀的部分，刀头担任主要的切削工作任务。退出§1-2车刀(2)后面Aa

主后面Aa

与工件上过渡表面相对的刀面。

副后面Aa

ˊ

与工件上已加工表面相对的刀面。(1)前面Ar

刀具上切屑流过的表面。退出§1-2车刀(4)副切削刃Sˊ前面和副后面的交线，它配合主切削刃完成少量的切削工作。(3)主切削刃S前面和主后面的交线，它担负着主要的切削工作，与工件过渡表面相切。退出§1-2车刀(6)修光刃副切削刃近刀尖处一小段平直的切削刃称为修光刃。

(5)刀尖指主切削刃与副切削刃交会的一小段切削刃。为了提高刀尖强度和延长车刀寿命，多将刀尖磨成圆弧形或直线形过渡刃。刀尖45°车刀切断刀进给方向进给方向退出§1-2车刀45°车刀、切断刀刀头有哪些几何要素？退出§1-2车刀三、测量车刀角度的三个基准坐标平面（1）基面Pr

通过切削刃上某一选定点，垂直于该点主运动方向的平面。对于车削，一般可认为基面是水平面。（2）切削平面Ps

通过切削刃上某一选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面。主切削平面Ps——选定点在主切削刃上。副切削平面Psˊ——选定点在副切削刃上。对于车削，一般可认为切削平面是铅垂面。基面切削平面退出§1-2车刀（3）正交平面Po通过切削刃上某一选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面，也叫剖面或截面。主正交平面Po

，副正交平面Poˊ对于车削，一般可认为正交平面是铅垂面。正交平面切削平面Ps正交平面Po基面Pr退出§1-2车刀四、车刀切削部分的几何角度车刀切削部分6个独立的基本角度：主偏角(κr)、副偏角(κrˊ)、前角(γo)、主后角(αo)、副后角(αoˊ)和刃倾角(λs)。两个派生角度：刀尖角εr和楔角βo

退出§1-2车刀1.投影平面——基面pr

（1）主偏角κr（2）副偏角κrˊ（3）刀尖角εr基面退出（1）主偏角κr§1-2车刀主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角在背吃刀量与进给量不变时，主偏角减小将使切削厚度减小，切削宽度增加，参加切削的切削刃长度也相应增加，切削刃单位长度上的受力减小，散热条件也得到改善。主偏角减小时，刀尖角增大，刀尖强度提高，刀尖散热体积增大。所以，主偏角减小，能提高刀具耐用度。主偏角减小，将使背向力Fp增大，从而使切削时产生的挠度增大，同时背向力的增大将引起振动。主偏角太小会使工件变形，影响加工精度。作用：改变主切削刃的受力及导热能力，影响切削厚度。退出§1-2车刀初步选择：车台阶加工中间部分退出（2）副偏角κrˊ§1-2车刀副切削刃在基面上的投影与背进给方向之间的夹角作用：减少副切削刃与工件已加工表面间的摩擦。减小副偏角，可以减小工件的表面粗糙度值；但是副偏角不能太小，否则会使背向力增大。退出§1-2车刀初步选择：加工中间部分退出（3）刀尖角εr§1-2车刀主切削刃和副切削刃在基面上的投影之间的夹角作用：影响刀尖强度和散热性能退出§1-2车刀主偏角κr副偏角κrˊ刀尖角εr标出基面内的刀具角度进给方向退出§1-2车刀2.投影平面——主正交平面po基面主正交平面主切削平面前面基面主后面主切削平面（1）前角γo（2）主后角αo

（3）楔角βo

前角楔角主后角退出§1-2车刀正交平面内，前面与基面之间的夹角（1）前角γo

+γo正前角-γo负前角作用：影响刀口的锋利程度和强度，影响切削变形和切削力。基面前面退出§1-2车刀初步选择：退出§1-2车刀退出§1-2车刀（2）主后角αo正交平面内，主后面与主切削面之间的夹角主后角作用：减少车刀主后面和工件过渡表面间的摩擦主切削平面主后面退出§1-2车刀初步选择：退出§1-2车刀作用：影响刀头截面的大小，从而影响刀头的强度（3）楔角βo在正交平面内，前面与后面之间的夹角楔角退出§1-2车刀3.投影平面——副正交平面Poˊ副后角αo

′在副正交平面内，副后面与副切削平面之间的夹角作用：减少车刀副后面和工件已加工表面间的摩擦初步选择：退出§1-2车刀4.投影平面——主切削平面Ps刃倾角λs

作用：控制排屑方向。当刃倾角为负值时，可增加刀头强度，并在车刀受冲击时保护刀尖。在主切削平面内，主切削刃与基面之间的夹角退出§1-2车刀车刀切削部分几何角度标注退出§1-2车刀前角正负值规定：退出§1-2车刀后角正负值规定：退出刃倾角正负值规定及使用情况：退出§1-2车刀基面pr

：（1）主偏角κr（2）副偏角κr′（3）刀尖角εr

主正交平面po

：（1）前角γo（2）主后角αo

（3）楔角βo

副正交平面po

：副后角αo′主切削平面ps：

刃倾角λs

回顾：练习退出§1-3刀具材料和切削用量知识目标1.了解车刀常用材料。2.掌握车刀切削用量三要素及合理选择。退出§1-3刀具材料和切削用量一、车刀切削部分应具备的基本性能1.较高的硬度2.较高的耐磨性3.足够的强度和韧性4.较高的耐热性5.较好的导热性6.良好的工艺性和经济性退出§1-3刀具材料和切削用量二、车刀切削部分的常用材料

高速钢是含有钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的合金工具钢，也称为白钢、锋钢。优点：高速钢具有较高的强度、韧性和良好的刃磨性能，能承受较大的切削力和冲击力，常用于制造形状复杂的刀具。缺点：高速钢的耐热性较差，耐热温度为550~600℃，允许的最高切削速度为30m/min，因此不能用于高速切削。

1.高速钢退出§1-3刀具材料和切削用量退出§1-3刀具材料和切削用量2.硬质合金硬质合金是用钨和钛的碳化物粉末加作为黏结剂，高压压制成形后再经高温烧结而成的粉末冶金制品。优点：硬度、耐磨性和耐热性均高于高速钢。切削速度可达220m/min左右。缺点：韧性较差，承受不了大的冲击力。硬质合金是目前应用最广泛的一种车刀材料。退出§1-3刀具材料和切削用量根据教材表6-1选择合适的硬质合金牌号？练一练（1）粗车铸铁选用YG8。（2）精车45钢选用YT30。（3）粗车不锈钢轴选用YW2。退出§1-3刀具材料和切削用量三、切削用量三要素

切削用量是衡量主运动和进给运动大小的参数，也是切削前操作者调整机床的依据。背吃刀量进给量切削速度切削用量退出§1-3刀具材料和切削用量

1．背吃刀量αp背吃刀量αp又叫切削深度，是工件上已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，单位为mm。车端面车外圆车削外圆时背吃刀量αp就是车刀每次进给切入工件的深度，按下式计算：

式中：dw——待加工表面直径，mm；dm——已加工表面直径，mm。§1-3刀具材料和切削用量§1-3刀具材料和切削用量例1—1：

车一直径为50mm的轴，一次进给车至45mm，求背吃刀量。解：由题意得：§1-3刀具材料和切削用量例1—2：

已知工件待加工表面直径为110mm，经三次等量的进给后，工件直径变为98mm，求背吃刀量。解：由题意得：§1-3刀具材料和切削用量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，单位mm/r。纵向进给横向进给§1-3刀具材料和切削用量3．切削速度υ

车削时，刀具切削刃上选定点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，称为切削速度，单位为m/min。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。切削速度是衡量主运动大小的参数。

切削速度示意图§1-3刀具材料和切削用量切削速度的计算公式为：

式中n——车床主轴转速，r/min；

d——工件或刀具选定点的旋转直径（通常取最大直径），mm。§1-3刀具材料和切削用量例1—3：

车一直径为60mm的工件的外圆，选定的车床主轴转速为600r/min，求车削速度。解：由题意得：在实际生产中，往往已知工件直径，根据工件材料、刀具材料和加工要求等要素选定切削速度，再将切削速度换算成车床主轴转速，以调整车床。§1-3刀具材料和切削用量例1—4：在CA6140型车床上车削直径260mm的带轮外圆，选择切削速度为90m/min，求车床主轴转速n。解：由题意得§1-3刀具材料和切削用量例1—5：锻造后的齿轮毛坯直径为100mm，现在CA6140型车床上车外圆，一次进给车至94mm，切削速度62.8m/min，求背吃刀量ap和车床主轴转速n。解：由题意得退出§1-3刀具材料和切削用量四、切削用量的选择（1）切削用量的选择原则

粗车时，应尽量保证较高的生产率和必要的刀具耐用度。

选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。

精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。

退出§1-3刀具材料和切削用量（2）切削用量的选取方法

①背吃刀量

粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。粗加工的背吃刀量可达8～10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～2.0mm；精加工的背吃刀量取0.1～0.8mm。

②进给量

◆

粗加工时根据工艺系统强度和刚度条件确定（计算或查表）◆

精加工和半精加工时根据加工表面粗糙度和加工精度的要求确定（计算或查表）工件

材料车刀刀杆尺寸

/mm工件直径／mm

背吃刀量ap/mm≤3＞3～5＞5～8＞8～12＞12

进给量f/(mm·r-1)

碳素

结构

钢、

合金

结构

钢及

耐热

钢16×25200.3～0.4————400.4～0.50.3～0.4———600.5～0.70.4～0.60.3～0.5——1000.6～0.90.5～0.70.5～0.60.4～0.5—4000.8～1.20.7～1.00.6～0.80.5～0.6—20×3025×25200.3～0.4————400.4～0.50.3～0.4———600.6～0.70.5～0.70.4～0.6——1000.8～1.00.7～0.90.5～0.70.4～0.7—4001.2～1.41.0～1.20.8～1.00.6～0.90.4～0.6铸铁

及钢

合金16×25400.4～0.5————600.6～0.80.5～0.80.4～0.6——1000.8～1.20.7～1.00.6～0.80.5～0.7—4001.0～1.41.0～1.20.8～1.00.6～0.8—20×3025×25400.4～0.5————600.6～0.90.5～0.80.4～0.7——1000.9～1.30.8～1.20.7～1.00.5～0.8—4001.2～1.81.2～1.61.0～1.30.9～1.10.7～0.9

表1硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量工件材料表面粗糙度

Ra/μm切削速度范围vc/(m·min-1)

刀尖圆弧半径rε/mm

0.512进给量f/(mm·r-1)铸铁、青铜、

铝合金10～5不限0.25～0.400.40～0.500.50～0.605～2.50.15～0.250.25～0.400.40～0.602.5～1.250.10～0.150.15～0.200.20～0.35碳钢及合金钢10～5﹤500.30～0.500.45～0.600.55～0.70﹥500.40～0.550.55～0.650.65～0.705～2.5﹤500.18～0.250.25～0.300.30～0.40﹥500.250.300.30～0.350.35～0.502.5～1.25﹤500.10.11～0.150.15～0.2250～1000.110.160.16～0.250.25～0.35﹥1000.16～0.200.20～0.250.25～0.35表2按表面粗糙度选择进给量的参考值退出§1-3刀具材料和切削用量

粗车时一般取f=0.3～0.8mm／r；精车时常取f=0.1～0.3mm/r；切断时常取f=0.05～0.2mm/r。

③切削速度

切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。用硬质合金车刀精车时（vc>80m/min）用高速钢车刀精车时（vc<5m/min）退出§1-4切削过程与控制知识目标1.了解切屑的形成及种类。2.掌握影响切削力的主要因素，会合理选择。退出§1-4切削过程与控制切削过程是指通过切削运动，刀具从工件表面上切下多余的金属层，从而形成切屑和已加工表面的过程。钻孔刨平面车外圆切屑的形成、切削力、切削热及刀具磨损加工质量、生产率、生产成本直接影响退出§1-4切削过程与控制一、切屑的形成及种类刀具已加工表面切屑刀具挤压

弹性变形

表面金属

断裂

塑性变形

继续进给

超过极限

切屑

退出切屑形状的分类带状切屑管状切屑盘旋状切屑环形螺旋切屑长短缠乱锥形螺旋切屑弧形切屑单元切屑针形切屑长短缠乱切屑形状的分类退出§1-4切削过程与控制

带状切屑

↑γ0↑v↓γ0↓v↓γ0↓v↑γ0↑v挤裂切屑单元切屑切削平稳，切削力波动小，加工面光洁，断屑难。滑移量较大，局部剪应力达断裂强度。切削不平稳，切削力波动大，加工表面糙，少见。退出§1-4切削过程与控制切屑折断过程：切屑的折断经历了“卷—碰—断”这三个过程。退出§1-4切削过程与控制影响断屑的主要因素：（1）断屑槽对流动中的切屑施加一定的约束力，使切屑应变增大，切屑卷曲半径减小。

槽底半径R对切屑卷曲的影响

槽底角对切屑卷曲的影响

退出§1-4切削过程与控制断屑槽宽度LBn减小：容易卷屑、断屑切屑卷曲半径rch减小卷曲变形和弯曲应力增大而宽度LBn大则卷曲半径rch较大，产生的弯曲应力不易使切屑折断。断屑槽宽度LBn必须与进给量f和背吃刀量ap联系起来考虑。进给量小，槽应窄些背吃刀量小，槽宽也应适当减小

1）断屑槽宽度LBn退出§1-4切削过程与控制2）断屑槽斜角（τ）a）外斜式b）平行式c）内斜式退出§1-4切削过程与控制（2）切削用量切削用量中对切削影响最大的是进给量，其次是背吃刀量和切削速度。

1）进给量f

进给量f加大，切削厚度αc按比例增大，切削变形增大，切屑易折断。

但要注意，随着进给量的增大，工件表面粗糙度值将会增大。退出§1-4切削过程与控制2）背吃刀量ap

背吃刀量ap

减小时，过渡刃和副切削刃参加切削的比例增大，使出屑角增大。出屑角的大小对切屑的卷曲和折断后的屑形有很大影响。退出§1-4切削过程与控制出屑角对卷屑的影响

3）切削速度v切削速度提高后，切削温度升高，在一般情况下，切屑的塑性增大，不易折断。

退出§1-4切削过程与控制（3）刀具角度1）前角γo

前角γo

越大，排屑越顺利，切屑变形小，不易断屑；反之，易断屑。2）主偏角κr

在背吃刀量ap

和进给量f已选定的条件下，主偏角κr越大，切削厚度ac越大，故切屑卷曲应力越大，越易断屑。3）刃倾角λs

①当λs为正值时，使切屑流向待加工表面或与后面相碰形成“C”形切屑，也可能呈螺旋屑而甩断；

②当λs为负值时，切屑流向已加工表面或过渡表面，容易碰断成“C”形或“6”形切屑。§1-4切削过程与控制二、切削力切削力定义：切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。切削力的来源：

金属切削时，力来源于两个方面：其一是克服在切屑形成过程中工件材料对弹性变形和塑性变形的变形抗力；其二是克服切屑与前刀面和后刀面的摩擦阻力。

车刀工件F方向相反§1-4切削过程与控制1.切削力的分解F

切削合力Fc

主切削力Fp

背向力Ff

进给抗力（3）背向力Fp（切深抗力）：

在垂直于进给运动方向上的分力，使工件在切削过程中产生振动的力。（1）主切削力Fc：在主运动方向上的分力。（2）进给力Ff（进给抗力）：在进给运动方向上的分力。§1-4切削过程与控制2.影响切削力的主要因素（1）工件材料强度、硬度高切削力大（2）刀具角度前角对γ0切削力的影响前角γ0切削力Fγ0-Fcγ0–Fpγ0–Ffγo↑

→切削变形↓→切削力↓→省力主偏角κr对切削力的影响切削力/N3045607590κr

-Fcκr

–Ffκr

–Fp2006001000140018002200主偏角κr

FcFfFpKr§1-4切削过程与控制λs

↑

→Ff↑,Fp↓,Fc基本不变rε

↑→切削刃圆弧部分的长度↑→切削变形↑→切削力↑。此外rε增大，整个主切削刃上各点主偏角的平均值减小，从而使Fp增大、Ff减小。

§1-4切削过程与控制

1）背吃刀量ap

和进给量f对切削力的影响

由此可见，从减小切削力和节省动力消耗的观点出发，在切除相同余量的条件下，增大f比增大ap

更为有利。（3）切削用量背吃刀量ap↑↑变形抗力摩擦力切削力↑（成倍）进给量f↑↑变形抗力摩擦力切削力↑(70%—80%)§1-4切削过程与控制5192835551001