引言

车工作为机械加工的基础工种之一，在制造业中扮演着至关重要的角色。无论是传统的机械加工还是现代的数控加工，车工技能都是不可或缺的。对于准备参加车工理论考试的学员来说，掌握核心知识点并理解常见问题的解决方法至关重要。本文将系统性地梳理车工理论考试的必备知识点，并对常见问题进行详细解析，帮助考生高效备考。

一、车工基础知识

1.1 车床的基本结构与工作原理

车床是车工操作的主要设备，其基本结构包括床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座等部分。

  • 床身：车床的基础部件，用于支撑和连接其他部件，确保机床的刚性和稳定性。
  • 主轴箱：安装主轴，通过电机驱动主轴旋转，带动工件转动。主轴箱内有变速机构，可调整主轴转速。
  • 进给箱：控制刀具的进给运动，通过调整进给箱的变速机构，可以改变进给速度。
  • 溜板箱：将进给箱的运动传递给刀架，实现刀具的纵向、横向和斜向进给。
  • 刀架：用于安装和固定刀具，可进行多方向调整。
  • 尾座：用于支撑较长工件或安装钻头、铰刀等工具。

工作原理：工件通过卡盘或顶尖固定在主轴上，随主轴旋转；刀具安装在刀架上，通过进给箱和溜板箱的控制，沿工件表面移动，进行切削加工。

1.2 车工常用刀具与材料

车工刀具按用途可分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀、切断刀等。刀具材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷和金刚石等。

  • 高速钢：具有良好的韧性和耐磨性，适用于低速切削和复杂形状加工。
  • 硬质合金：硬度高、耐磨性好，适用于高速切削，但韧性较差。
  • 陶瓷：硬度极高，耐高温，适用于高速精加工。
  • 金刚石：硬度最高，适用于有色金属和非金属材料的精加工。

举例：加工45号钢外圆时，常选用YT15硬质合金刀具，因其耐磨性和红硬性较好，适合中等切削速度。

1.3 切削用量三要素

切削用量包括切削速度（Vc）、进给量（f）和背吃刀量（ap）。

  • 切削速度（Vc）：刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，单位m/min。计算公式：Vc = π × D × n / 1000，其中D为工件直径（mm），n为主轴转速（r/min）。
  • 进给量（f）：刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，单位mm/r。
  • 背吃刀量（ap）：已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，单位mm。

举例：车削直径50mm的45号钢工件，主轴转速600r/min，进给量0.2mm/r，背吃刀量2mm。则切削速度Vc = 3.14 × 50 × 600 / 1000 = 94.2 m/min。

1.4 工件装夹与定位

工件装夹是保证加工精度的关键。常用装夹方法有卡盘装夹、顶尖装夹、心轴装夹等。

  • 卡盘装夹：适用于短轴类、盘类零件，常用三爪卡盘（自动定心）和四爪卡盘（可调整偏心）。
  • 顶尖装夹：适用于长轴类零件，常用双顶尖（前顶尖和后顶尖）装夹，保证同轴度。
  • 心轴装夹：用于套类零件，通过心轴将工件定位在主轴上。

举例：加工长径比大于5的轴类零件时，应采用双顶尖装夹，避免工件因刚性不足而产生振动和变形。

二、车工工艺知识

2.1 车削加工工艺流程

车削加工工艺流程一般包括：分析零件图、确定加工方案、选择刀具和切削用量、装夹工件、对刀、试切、正式加工、检验。

举例：加工一个阶梯轴，工艺流程如下：

  1. 分析零件图：确定各段直径、长度、公差和表面粗糙度要求。
  2. 确定加工方案：粗车各段外圆，精车各段外圆，车退刀槽，车螺纹。
  3. 选择刀具：粗车用YT15外圆车刀，精车用YT30外圆车刀，切断刀车退刀槽，螺纹刀车螺纹。
  4. 选择切削用量：粗车时ap=2mm，f=0.3mm/r，Vc=80m/min；精车时ap=0.5mm，f=0.1mm/r，Vc=120m/min。
  5. 装夹工件：用三爪卡盘装夹，先车一端，再调头车另一端。
  6. 对刀：调整刀具位置，确保尺寸精度。
  7. 试切：先试切一小段，测量尺寸，调整刀具补偿。
  8. 正式加工：按工艺顺序加工。
  9. 检验：用卡尺、千分尺等测量尺寸，用粗糙度仪检查表面质量。

2.2 常见车削加工方法

2.2.1 外圆车削

外圆车削是车工最常用的加工方法，用于加工轴类、套类零件的外圆表面。

工艺要点：

  • 粗车时，为提高效率，可采用较大的背吃刀量和进给量。
  • 精车时，为保证精度和表面质量，应采用较小的背吃刀量和进给量，并提高切削速度。
  • 注意刀具的几何角度：主偏角影响切削力和散热，副偏角影响表面粗糙度，前角影响切削轻快程度，后角影响刀具寿命。

举例：车削直径60mm的45号钢轴，粗车时ap=3mm，f=0.4mm/r，Vc=70m/min；精车时ap=0.5mm，f=0.1mm/r，Vc=120m/min。刀具选用YT15，主偏角90°，副偏角15°，前角10°，后角8°。

2.2.2 端面车削

端面车削用于加工零件的端面，保证端面与轴线的垂直度。

工艺要点：

  • 刀具安装时，刀尖应与工件中心等高，否则会产生端面凸凹。
  • 切削时，从外向内或从内向外均可，但通常从外向内切削，以保证端面平整。
  • 注意控制进给方向，避免刀具与工件碰撞。

举例：车削直径80mm的端面，选用45°端面车刀，主偏角45°，副偏角45°，前角12°，后角8°。切削速度Vc=100m/min，进给量f=0.2mm/r，背吃刀量ap=2mm。从外向内切削，保证端面与轴线垂直度误差小于0.05mm。

2.2.3 内孔车削

内孔车削用于加工套类零件的内孔，常用刀具为内孔车刀。

工艺要点：

  • 内孔车刀刚性较差，易产生振动，因此应选择较小的背吃刀量和进给量。
  • 刀具悬伸长度不宜过长，一般不超过刀杆直径的3倍。
  • 加工深孔时，需采用冷却液，防止刀具过热。

举例：车削直径30mm、深度50mm的内孔，选用硬质合金内孔车刀，刀杆直径25mm，悬伸长度40mm。切削速度Vc=60m/min，进给量f=0.15mm/r，背吃刀量ap=1mm。使用乳化液冷却。

2.2.4 螺纹车削

螺纹车削用于加工内外螺纹，常用刀具为螺纹车刀。

工艺要点：

  • 螺纹车削需多次进刀，每次进刀量逐渐减小。
  • 车削螺纹时，主轴转速与进给量必须匹配，以保证螺纹导程正确。
  • 常用螺纹车削方法有直进法、斜进法和左右切削法。

举例：车削M20×2的外螺纹，螺距2mm。选用高速钢螺纹车刀，主偏角60°，前角10°，后角8°。车削时，主轴转速n = 1000 × Vc / (π × D) = 1000 × 30 / (3.14 × 20) ≈ 477r/min（Vc=30m/min）。采用直进法，分5次进刀，每次进刀量分别为0.5mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、0.05mm。

2.3 切削液的作用与选择

切削液的主要作用是冷却、润滑、清洗和防锈。常用切削液有乳化液、切削油和合成切削液。

  • 乳化液：冷却性能好，适用于粗加工和半精加工。
  • 切削油：润滑性能好，适用于精加工和难加工材料。
  • 合成切削液：综合性能好，适用于多种材料加工。

举例：车削45号钢时，粗车可选用乳化液，精车可选用切削油；车削不锈钢时，应选用极压切削油，以提高润滑性能。

三、车工测量与检验

3.1 常用量具与使用方法

车工常用量具有游标卡尺、千分尺、百分表、粗糙度样板等。

  • 游标卡尺：用于测量内外径、长度、深度等，精度0.02mm或0.05mm。
  • 千分尺：用于测量外径、内径、厚度等，精度0.01mm。
  • 百分表：用于测量形位公差，如平行度、垂直度等。
  • 粗糙度样板：用于比较法测量表面粗糙度。

举例：测量直径50mm的外圆，使用0-25mm千分尺。测量时，先校对零位，然后将工件放在砧座和测微螺杆之间，轻轻旋转棘轮，听到“咔咔”声后读数。若读数为50.02mm，则实际尺寸为50.02mm。

3.2 尺寸精度与表面粗糙度控制

尺寸精度通过控制切削用量和刀具磨损来保证。表面粗糙度受刀具几何角度、切削用量和机床振动影响。

  • 尺寸精度控制：采用试切法或调整法。试切法通过试切、测量、调整、再试切的循环来保证尺寸；调整法通过调整刀具位置，批量加工时保证尺寸一致。
  • 表面粗糙度控制：减小进给量、提高切削速度、使用锋利刀具、减少振动。

举例：加工直径30±0.02mm的外圆，采用试切法。先试切一小段，测量尺寸为30.05mm，比要求大0.05mm。调整刀具向工件中心移动0.05mm，再试切测量，直至尺寸合格。

3.3 形位公差检测

形位公差包括形状公差（如直线度、平面度、圆度、圆柱度）和位置公差（如平行度、垂直度、同轴度、对称度）。

  • 直线度：用刀口尺和塞尺测量。
  • 平面度：用平板和塞尺测量。
  • 圆度：用千分尺或圆度仪测量。
  • 同轴度：用百分表在车床上测量，或用三坐标测量机测量。

举例：检测轴类零件的同轴度。将工件用双顶尖装夹在车床上，用百分表测量各段外圆的跳动量。若跳动量小于0.02mm，则同轴度合格。

四、车工安全操作规程

4.1 个人防护

  • 穿戴工作服、安全帽、防护眼镜、防护手套等。
  • 长发必须盘起，避免卷入机床。
  • 禁止戴手套操作机床，防止卷入。

4.2 机床操作安全

  • 开机前检查机床各部件是否正常，润滑是否良好。
  • 工件装夹必须牢固，卡盘扳手使用后立即取下。
  • 禁止在机床运转时测量工件或调整刀具。
  • 禁止用手触摸旋转的工件或刀具。
  • 加工完毕，先退刀，再停机。

4.3 刀具安全

  • 刀具安装必须牢固，刀尖高度与工件中心等高。
  • 刀具磨损后及时更换，避免崩刃。
  • 使用砂轮机修磨刀具时，必须佩戴防护眼镜。

举例：操作车床时，若发现工件松动，应立即停机，重新装夹，严禁在机床运转时用手扶工件。

五、常见问题解析

5.1 尺寸精度超差

问题表现：加工后工件尺寸不符合图纸要求。

原因分析：

  1. 刀具磨损或刀尖崩裂。
  2. 切削用量选择不当，导致刀具变形或工件振动。
  3. 装夹不牢固，工件在切削力作用下位移。
  4. 测量误差或读数错误。

解决方法：

  1. 定期检查刀具，及时更换或修磨。
  2. 合理选择切削用量，粗车时增大背吃刀量，精车时减小背吃刀量。
  3. 确保工件装夹牢固，必要时使用辅助支撑。
  4. 正确使用量具，多次测量取平均值。

举例：车削外圆时，尺寸逐渐变大。检查发现刀具磨损，更换新刀具后，尺寸精度恢复正常。

5.2 表面粗糙度不合格

问题表现：工件表面有振纹、毛刺或粗糙度值超标。

原因分析：

  1. 刀具几何角度不合理，前角或后角过小。
  2. 切削速度过低，进给量过大。
  3. 机床振动，如主轴轴承松动或导轨磨损。
  4. 切削液选择不当或供应不足。

解决方法：

  1. 调整刀具几何角度，增大前角和后角。
  2. 提高切削速度，减小进给量。
  3. 检查机床，紧固松动部件，必要时进行维修。
  4. 选用合适的切削液，并确保充分供应。

举例：车削45号钢时，表面出现振纹。将切削速度从80m/min提高到120m/min，进给量从0.3mm/r减小到0.15mm/r，振纹消失，表面粗糙度达到Ra1.6。

5.3 刀具崩刃或断裂

问题表现：刀具在切削过程中突然崩刃或断裂。

原因分析：

  1. 切削用量过大，刀具承受的切削力超过其强度。
  2. 刀具材料选择不当，如用高速钢车削硬质材料。
  3. 刀具安装不牢固，或刀尖高度不正确。
  4. 工件材料有硬点或夹杂物。

解决方法：

  1. 减小背吃刀量和进给量，降低切削力。
  2. 根据工件材料选择合适的刀具材料。
  3. 确保刀具安装牢固，刀尖高度与工件中心等高。
  4. 加工前检查工件材料，避免硬点。

举例：车削淬火钢时，硬质合金刀具崩刃。改用陶瓷刀具，并减小背吃刀量至0.5mm，进给量至0.1mm/r，刀具寿命显著提高。

5.4 工件振动或变形

问题表现：车削过程中工件振动，导致表面质量差或尺寸不稳定。

原因分析：

  1. 工件刚性不足，如长径比过大。
  2. 刀具悬伸过长，刚性差。
  3. 切削用量过大，切削力过大。
  4. 机床主轴轴承松动或导轨间隙过大。

解决方法：

  1. 采用辅助支撑，如中心架或跟刀架。
  2. 缩短刀具悬伸长度，使用刚性好的刀杆。
  3. 减小背吃刀量和进给量。
  4. 检查并调整机床，确保主轴和导轨精度。

举例：车削长径比8的轴时，工件振动严重。使用中心架支撑工件中部，振动明显减小，表面粗糙度改善。

5.5 螺纹车削问题

问题表现：螺纹牙型不正确、螺距错误、表面粗糙等。

原因分析：

  1. 刀具安装不正确，刀尖角与工件轴线不平行。
  2. 主轴转速与进给量不匹配，导致螺距错误。
  3. 刀具磨损，牙型变钝。
  4. 切削用量过大，产生振动。

解决方法：

  1. 使用对刀样板调整刀具安装角度。
  2. 检查机床传动链，确保主轴与进给运动同步。
  3. 及时更换或修磨刀具。
  4. 减小切削用量，采用多次进刀。

举例：车削M20×2螺纹时，螺距偏大。检查发现主轴与进给箱的传动比错误，调整后螺距正确。

六、车工理论考试常见题型解析

6.1 选择题

例题：车削45号钢外圆时，应选用（ ）刀具材料。 A. 高速钢 B. 硬质合金 C. 陶瓷 D. 金刚石

解析：45号钢是中碳钢，切削性能较好，常用硬质合金刀具进行中等速度切削。高速钢适用于低速切削，陶瓷和金刚石适用于高速精加工或特殊材料。因此，正确答案是B。

6.2 判断题

例题：车削螺纹时，主轴转速越高，螺纹精度越高。（ ）

解析：错误。车削螺纹时，主轴转速与进给量必须匹配，以保证螺纹导程正确。转速过高可能导致振动，影响螺纹精度。通常，车削螺纹时主轴转速不宜过高，以保证切削平稳。

6.3 简答题

例题：简述切削液的作用。

解析：切削液的主要作用包括：

  1. 冷却作用：降低切削温度，减少刀具磨损，提高刀具寿命。
  2. 润滑作用：减少刀具与工件、切屑之间的摩擦，提高表面质量。
  3. 清洗作用：冲走切屑，防止切屑划伤工件表面。
  4. 防锈作用：保护工件和机床不生锈。

6.4 计算题

例题：车削直径60mm的45号钢工件，主轴转速500r/min，进给量0.2mm/r，背吃刀量2mm。求切削速度、切削力（假设单位切削力为2000N/mm²）和切削功率。

解析：

  1. 切削速度：Vc = π × D × n / 1000 = 3.14 × 60 × 500 / 1000 = 94.2 m/min。
  2. 切削力：Fc = ap × f × 单位切削力 = 2 × 0.2 × 2000 = 800 N。
  3. 切削功率：P = Fc × Vc / 60 = 800 × 94.2 / 60 ≈ 1256 W。

6.5 综合应用题

例题：根据零件图（假设为阶梯轴），制定车削工艺。

解析：

  1. 分析零件图：确定各段直径、长度、公差和表面粗糙度要求。
  2. 确定加工方案：粗车各段外圆，精车各段外圆，车退刀槽，车螺纹。
  3. 选择刀具：粗车用YT15外圆车刀，精车用YT30外圆车刀，切断刀车退刀槽，螺纹刀车螺纹。
  4. 选择切削用量：粗车时ap=2mm，f=0.3mm/r，Vc=80m/min；精车时ap=0.5mm，f=0.1mm/r，Vc=120m/min。
  5. 装夹工件：用三爪卡盘装夹，先车一端，再调头车另一端。
  6. 对刀：调整刀具位置，确保尺寸精度。
  7. 试切：先试切一小段，测量尺寸，调整刀具补偿。
  8. 正式加工：按工艺顺序加工。
  9. 检验：用卡尺、千分尺等测量尺寸，用粗糙度仪检查表面质量。

七、备考建议

7.1 理论学习

  • 系统学习车工基础知识、工艺知识、测量知识和安全规程。
  • 多做练习题，尤其是计算题和综合应用题。
  • 参考最新教材和考试大纲，确保知识点覆盖全面。

7.2 实践操作

  • 多上机操作，熟悉机床结构和操作流程。
  • 在操作中注意观察和记录，积累经验。
  • 针对常见问题，进行专项练习，如尺寸精度控制、表面粗糙度改善等。

7.3 模拟考试

  • 定期进行模拟考试，检验学习效果。
  • 分析错题，找出知识盲点，及时弥补。
  • 适应考试节奏，提高答题速度和准确率。

7.4 安全意识

  • 始终将安全放在首位，严格遵守操作规程。
  • 在考试和操作中，注意个人防护和机床安全。

结语

车工理论考试涵盖的知识点广泛，但只要系统学习、勤加练习，就能掌握核心内容。本文详细解析了车工基础知识、工艺知识、测量检验、安全操作以及常见问题，并提供了备考建议。希望考生通过本文的学习，能够顺利通过考试，并在实际工作中应用所学知识，成为一名优秀的车工。

（注：本文内容基于车工理论考试常见知识点整理，具体考试内容请以最新考试大纲和教材为准。）