典型零件的机械加工

1、模块二 典型零件的机械加工项目二 阶梯轴零件加工工作任务 按工艺完成图2-1所示阶梯轴加工。图2-1任务分析：轴类零件是机械结构中用于传递运动和动力的重要零件之一，其加工质量直接影响到机械的使用性能和运动精度。轴类零件的主要表面是外圆，车削是外圆加工的主要方法。 任务一：选择刀具、机床和安装方式1、车刀类型与选用（1）车刀的类型车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具，它可在各种类型的车床上加工外圆、内孔、倒角、切槽与切断、车螺纹以及其它成形面。按用途可大致分 ：· 偏刀如图a，用来车削外圆、台阶、端面。· 弯头刀如图b，用来车削外圆、端面、倒角。切断刀·

2、 （切槽刀）如图c，用来切断工件或在工件上加工沟槽。· 镗刀如图d，用来加工内孔。· 圆头刀如图e，用来车削工件台阶处的圆角和圆弧槽。· 螺纹车刀如图f，用来车削螺纹。· 除此之外，还有端面车刀、直头外圆车刀和成形车刀等等。· 按材料分：· 整体式高速钢车刀 硬质合金焊接式车刀可转位车刀 （2）车刀几何角度的标注和工作角度· 主偏角r。· 副偏角r。· 前角0。· 后角0。· 刃倾角s。· 副后角0。（3）车刀的安装要求）车刀刀尖应与工件中心等高）刀杆偏斜对工作主、副偏角的影

3、响。刀杆偏斜会使车刀的工作主偏角增大，工作副偏角减小。3）车刀装夹在刀架上伸出部分应尽量短以增强其刚性（4）车刀的材料及选用）高速钢： 是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢高速钢分类 普通高速钢高性能高速钢粉末冶金高速钢涂层高速钢。 ）硬质合金 由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相，如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属（粘结相，如Co、Ni、Mo等）通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金分类与选用YG主要用于脆性材料，YT用于碳钢类塑性材料，YW用于不锈钢等难加工材料。用于高精加工3）陶瓷 是以氧化铝或以氧化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成。 一般用于在高速下精加工硬材料，如氧

4、化铝复合陶瓷适合于中速下切削冷硬铸铁、淬硬钢等；适宜精加工和半精加工。 4）金刚石金刚石的硬度的耐磨性很好，可用于切削硬度高的一些材料，不宜用于加工含碳的黑色金属。 5）立方氮化硼：其硬度与耐磨性仅次于金刚石，有较强的抗粘结能力，与钢的摩擦系数小，适用于高速切削钢材及耐热合金。（5）刀杆截面形状和尺寸的选用 1）车刀刀杆截面形状类型 矩形 方形 圆形2）选择 一般用矩形，切削力较大时采用方形，圆形多用于内孔车刀。刀杆高度H可按车床中心高选择。 2、车床车床按照用途和功能不同，可分为许多类型。立式车床 卧式车床 落地车床 转塔车床 （1）车床的功能与型号1）车床的功能 车床适用于加工各种轴类、套

5、筒类和盘类零件上的回转表面，如内外圆柱面、圆锥面及成形回转表面、车削端面及各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹，还可以钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。 2）车床的型号 通用机床的型号表示方法如下：（2）CA6140车床的组成与技术性能 1）主要组成部件 主轴箱：支承并传动主轴，使主轴带动工件按照规定的转速旋转，实现主运动。床鞍与刀架：装夹车刀，并使车刀纵向横向或斜向运动。尾架：用后顶尖支承工件，并可在其上安装钻头等孔加工工具，以进行孔加工。床身：车床的基本支承件，在其上安装车床的主要部件，以保持它们的相对位置。溜板箱：把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺

6、纹。其上有各种操作手柄和操作按钮，方便工人操作。进给箱：改变被誉为加工螺纹时的螺距或机动进给的进给量。CA6140主要技术性能参数 床身上最大工件回转直径 400mm最大工件长度（4种规格） 750mm;1000mm;1500mm;2000mm最大车削长度直 650mm;900mm;1400mm;1900mm刀架上最大工件回转直径 210mm主轴转速 正转24级 101400r/min 反转12级 141580r/min进给量 纵向进给量64级 0.0286.33mm/r 横向进给量64级 0.0143.16mm/r床鞍与刀架快速移动速度 4m/min车削螺纹范围 米制螺纹44种 T=1192

7、mm英制螺纹20种 a=224牙/in模数螺纹39种 m=0.2548mm径节螺纹37种 DP=196牙/in主电动机 7.5KW,1450 r/min3、工件的安装 （1）三爪卡盘上找正安装工件 （2）在双顶尖间安装工件（3）一夹一顶安装工件任务二：拟定加工工艺图2-1任务三：阶梯轴加工实践1、车削基本知识 （1）车削运动与工件上的加工表面1）车削运动 车削运动包括主运动与进给运动，如图2-13所示为外圆的车削运动和表面形成。主运动：工件的旋转 图2-13 外圆车削运动与加工表面的形成进给运动：刀具的移动2）工件上的加工表面待加工表面：工件上有待加工的表面。已加工表面：工件经切削后产生的表

8、面。过渡表面：工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里被切除，或由下一切削刃切除。（2）切削用量三要素切削用量的三要素：切削速度Ve进给量f(或进给速度Vf)背吃刀量ap。切削用量选择确定切削用量时，应在保证加工质量（表面粗糙度和加工精度）要求下，在工艺系统刚性允许的情况下，在充分发挥机床功率和发挥刀具切削性能时的最大切削量。在粗加工时，应选择较大的背吃刀量ap。采用一次或二次走刀，就把本工序中的加工余量切除掉。在精加工时，应重点保证工件的加工精度和表面质量，故应选较小进给量，并尽可能地选用较大的切削速度。进给量和切削速度的选择应与所用机床的功率和

9、刀具情况相适应。具体可查手册。（3）金属切削过程中的物理现象 在金属切削过程中，会产生一系列象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。1）切屑的形成 塑性金属切削过程在本质上是被切削层金属在刀具的挤压作用下产生变形并与工件本体分离形成切屑的过程。切削过程中的变形区图2-14 切削过程中的变形区第一变形区第二变形区第三变形区切屑的形成 第一变形区（I）：从OA线开始发生剪切滑移塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成。第二变形区（II）：切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层靠近前刀面处的金属纤维化，其方向基本上和前刀面平行。第三变形区（III）：已加工表面受到切

10、削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦和回弹作用，造成纤维化与加工硬化。 2）切屑的种类 图2-15 切屑类型3）积屑瘤 在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位都附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，或称刀瘤。 图2-16 积屑瘤积屑瘤能代替切削刃进行切削，起到保护切削刃的作用。积屑瘤可增大刀具实际工作前角，使切削轻快，粗加工时希望产生积屑瘤。 但是积屑瘤会导致切削力的变化，引起振动，使表而变得粗糙，故精加工时应尽量避免积屑瘤产生。（4）切削力 切削力来源：切削层金属变形产生的变形抗力。切屑、工件与刀具间摩擦产生的摩擦抗力。 图2-17 切削力的来源切削力分解 切削力

11、 F可沿坐标轴分解为三个互相垂直的分力 ：主切削力Fc 背向力Fp 进给力Ff 图2-18切削力分解（5）切削热 在切削过程中，由于绝大部分的切削功都转变成热量，所以有大量的热产生，这些热称为切削热。车削时的切削热主要是由切屑传出的。传入工件的热可能使工件变形，产生形状和尺寸误差。切削时刀具的温度可达到很高（高速切削时可达到1000以上）。温度升高以后，会加速刀具的磨损。在切削加工中要设法减少切削热的产生、改善散热条件以及减小高温对刀具和工件的不良影响。（6）切削温度 切削温度一般是指切屑与刀具前刀具面接触区的平均温度。切削碳钢时，随着切削温度的升高，切屑的颜色也发生相应的变化，淡黄色约200

12、，蓝色约320。切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何形状等因素的影响。 （7）刀具磨损的形式 a、后刀面磨损 b、前刀面磨损 c 前刀面与后刀面同时磨损图2-19刀具的磨损形式（8）刀具磨损阶段第一阶段（OA段）称为初期磨损阶段第二阶段（AB段）称为正常磨损阶段第三阶段（BC段）称为急剧磨损阶段 图2-20 刀具的磨损曲线（9）刀具耐用度 刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间称为刀具耐用度，以T表示。粗加工时，多以切削时间（min表示刀具耐用度。例如，目前硬质合金焊接车刀的耐用度大致为60min，高速钢钻头的耐用度为80

13、120min，硬质合金端铣刀的耐用度为120180min，齿轮刀具的耐用度为200300min。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具的耐用度。2、生产过程和机械加工工艺过程 （1）生产过程 生产过程是把原材料变为成品的全过程。（2）机械加工工艺过程 机械加工工艺过程是指用机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格的零件的工艺过程。其由工序、安装、工步、走刀、工位五个部分组成。 工序、安装、工步、走刀、工位 1）工序：指一个(或一组)工人，在一个工作地点(或一台机床上)，对同一个零件(或一组零件)进行加工所连续完成的那部分工艺过程，它是工艺过程的基本组成单元。2）

14、安装：工件在加工之前，在机床或夹具上先占据一正确位置(定位)，然后再予以夹紧的过程。一个工序可以有一次安装和多次安装。3）工步：指在一个工序中，当加工表面(或装配时的联接表面)不变，加工(或装配)工具不变，切削用量中切削速度和进给量不变的情况下所连续完成的那部分工艺过程，简称“三不变一连续”。一个工序可以有一个工步和多次工步。4）走刀（又称工作行程）：一个工步内，若被加工的表面需要切去的余量层很厚，余量一次切不完，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次走刀。5）工位：为了完成一定的工序内容，一次装夹工件后，工件(或装配单元)与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备固定部分所占据的每一个位置。

15、 工序、工步、工位和安装、走刀的关系 安装1工序安装2工位3工位2工位3工位1安装1工序安装2工位3工位2工位3工位1图2-21 工序、工步、工位和安装、走刀的关系图生产纲领 生产纲领：指企业在计划期内（通常为一年），根据市场需求和自身生产能力应当生产的产品数量和生产进度计划。通常又称年产量，也包括生产计划。生产纲领的计算：生产类型 生产类型：指企业（车间、工段、班组、工作地）生产 专业化程度的分类。一般可分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。 三种生产类型关系如下图： 单件生产 单件小批 小批 生产类型 批量生产 中批 成批 大批 大量生产 大批大量图1-19 生产类型间的关系机械加

16、工工艺规程 工艺规程：把比较合理或最合理的工艺过程的各项内容用表格的形式固定下来，并用于指导和组织生产。工艺文件的基本内容包括：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目和检验方法、切削用量等。工艺表格的格式可根据工厂具体情况自行确定，一般有三种：1)机械加工过程卡：该卡适用指导单件小批生产。2)机械加工工艺卡：适用于批量生产及单件小批生产的关键（重要）零件。 3)机械加工工序卡：适用于大批大量生产。加工精度与表面质量 3、加工精度与经济加工精度 （1）加工精度: 零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。加工精度的高低是以国家有关公

17、差标准来表示的。 尺寸精度尺寸公差加工精度 形状精度形状公差 位置精度位置公差（2）加工误差 加工误差：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的偏离 程度。图2-23 原始误差的产生原因（3）经济加工精度 经济加工精度指某种加工方法，在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度和表面粗糙度。 在AB段区域内，加工成本或加工误差是比较协调、经济的，即为经济加工精度区域。 加工成本 图2-24 加工成本与加工误差之间的关系（4）、工艺系统静误差对加工精度的影响 1）、机床几何误差工艺系统静误差 刀具制造误差 夹具制造误

18、差 调整与度量误差 机床几何误差 主轴回转运动误差 机床几何误差 导轨直线运动 传动链传动误差机床主轴回转误差 主轴回转误差可分解为图2-25所示的轴向窜动、径向跳动或纯角度摆动三种基本形式 图2-25主轴回转误差的基本形式机床导轨误差 图2-26车床导轨在水平面内的直线度图2-27车床导轨在垂直面内的直线度图2-28 导轨扭曲产生的误差传动链传动误差传动链误差主要会引起螺纹加工误差。 工艺系统静误差对加工精度的影响2）刀具误差 主要是定尺寸刀具和成形刀具的制造误差、刀具安装误差及刀具磨损。3）夹具误差 主要是夹具本身的制造误差、与机床的联接误差、工件定位基面与夹具定位零件间的定位误差以及夹具

19、的磨损。4）度量与调整误差。（5）、表面质量的含义 是指加工表面的完整性，主要包括加工表面的几何特征和表面层的物理力学性能两个方面内容。加工表面的几何特征加工表面的几何特征 表面粗糙度 表面波度表面粗糙度：是指加工表面的微观形状误差。可在Ra、Ry、Rz三项特性参数中选择，优先选用Ra值。表面波度：是介于形状误差(L1H11000)与表面粗糙度(L3H350)之间的周期性形状误差。表面层的物理力学性能包括表面层的加工硬化，表面层金相组织的变化和表面层的残余应力。 表面质量对产品的使用性能的影响 表面质量对产品使用性能的影响主要表现在以下三个方面：1）表面质量对产品耐磨性的影响2）表面质量对产品配合质量的影响3）表面质量对产品零件疲劳强度的影响影响表面粗糙度的因素 影响表面粗糙度的因素中要有刀具几何因素、切削用量、工件材料性能、切削液、工艺系统刚度和抗振性等。刀具的几何因素中对表面粗糙度影响 刀具的几何因素中对表面粗糙度影响最大的是切削层的残留面积。如图1-29所示: 图2-29 切削层残余面积当刀尖圆弧半径为零时：从上图可以得出：当刀尖圆弧半径为r时：影响表面粗糙度的因素 在进给量一定的情况下，减小主偏角Kr和副偏角Kr或增大刀尖圆弧半径r，减小进给量都可降低表面粗糙度值；切