机械加工工艺-车工

1、1机械机械加工加工工艺工艺安康水电厂修配分场安康水电厂修配分场 车工班车工班 冯尚斌冯尚斌 2014年年9月月2第第1章材料切削加工基础章材料切削加工基础Material Removed Fundamental1.1金属切削加工概述金属切削加工概述1.1.1金属切削加工的特点及应用金属切削加工的特点及应用金属切削加工金属切削加工-是利用切削刀具与工件的相对运动，从是利用切削刀具与工件的相对运动，从工件（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得符合一定质工件（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得符合一定质量要求的零件的加工过程。量要求的零件的加工过程。基本加工方法基本加工方法-车、铣、刨、磨、钻等车、铣

2、、刨、磨、钻等，另外还有，另外还有电火电火花、超声波、激光、等离子等特种加工方法花、超声波、激光、等离子等特种加工方法。一般所讲的。一般所讲的切削加工多指的是基本的机械加工。切削加工多指的是基本的机械加工。切削加工的地位切削加工的地位-切削加工在机器制造中所担负的工作切削加工在机器制造中所担负的工作量，约占机器制造总工作量的量，约占机器制造总工作量的40% 60%。切削加工的技。切削加工的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。31.1.2零件的加工精度和表面粗糙度零件的加工精度和表面粗糙度1加工精度加工精度加工精度是指加工精度是指

3、工件加工后，尺寸、形状和位置等参数的工件加工后，尺寸、形状和位置等参数的实际数值同它们绝对准确的理论数值之间相符合的程度实际数值同它们绝对准确的理论数值之间相符合的程度。相。相符合的程度越高，也就是说加工误差越小，加工精度越高。符合的程度越高，也就是说加工误差越小，加工精度越高。加工精度主要包括加工精度主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度尺寸精度、形状精度、位置精度。（1）尺寸精度）尺寸精度尺寸精度尺寸精度-指加工后的零件的尺寸与理想尺寸相符合的程指加工后的零件的尺寸与理想尺寸相符合的程度。度。尺寸精度包含两个方面：一是表面本身的尺寸精度，如尺寸精度包含两个方面：一是表面本身的尺寸精度，如园柱

4、面的直径；另一是表面间的尺寸精度，如孔间距。园柱面的直径；另一是表面间的尺寸精度，如孔间距。401.025尺寸公差尺寸公差-尺寸允许变动的最大范围尺寸允许变动的最大范围即为尺寸公差。国家标准即为尺寸公差。国家标准GB/T1800.21998规定，标准公差分为规定，标准公差分为20级，分别用级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2、IT18表示。其中表示。其中IT表示公差表示公差，数字表示等级。，数字表示等级。IT01的公差值最小，精的公差值最小，精度最高。度最高。一般一般IT01IT13用于配合尺寸，其余的用于非配合尺寸。用于配合尺寸，其余的用于非配合尺寸。（2）形状精度）形状精度零件上的各

5、形状要素与理想形状要素的符合程度零件上的各形状要素与理想形状要素的符合程度。当零件的尺寸精度。当零件的尺寸精度满足要求时，并不意味着其形状也符合要求。如加工一个满足要求时，并不意味着其形状也符合要求。如加工一个 的的轴，其实际尺寸为轴，其实际尺寸为24.95，符合精度要求。但轴的某一截面的实际形状，符合精度要求。但轴的某一截面的实际形状不是理想的圆形，故其形状不一定满足要求。关于形状误差方面，其不是理想的圆形，故其形状不一定满足要求。关于形状误差方面，其表达符号及相应的含义详见表表达符号及相应的含义详见表4-356（3）位置精度）位置精度位置精度是指零件上的位置精度是指零件上的表面、轴线等的实

6、际位置与表面、轴线等的实际位置与理想位置相符合的程度。理想位置相符合的程度。零件加工时应允许有一定的误零件加工时应允许有一定的误差，差，国家标准国家标准GB/T1182-1996、GB/T4249-1996、GB/T16671-1996规定了规定了3类共类共8种标准位置公差种标准位置公差，其表达符号，其表达符号及相应的含义详见表及相应的含义详见表4-4。782表面粗糙度无论用何种方法加工，在零件表面总会留下微细的凹凸不平的刀痕，出现交错起伏的现象。粗加工后的表面用肉眼就能看到，精加工后的表面用放大镜或显微镜仍能观察到。表面上微小峰谷间的高低程度称为表面粗糙度，也称微观不平度。国家标准GB/10

7、31-1995规定了表面粗糙度的评定参数和评定参数允许数值系列。常用参数是轮廓算术平均偏差Ra和微观不平度十点高度Rz，其含义分别见图4-1、图4-2。图图4-1轮廓算术平均轮廓算术平均偏差偏差图图4-2微观不平度十微观不平度十点高度点高度Rayxxyp1yp2yp3yp4yp5yv5yv4yv3yv2yv1910加工方法加工方法表面粗糙表面粗糙度参数度参数(Ra/m)表面状况表面状况应用举例应用举例粗车、镗、刨、钻粗车、镗、刨、钻100明显可见的刀明显可见的刀痕痕如粗车、粗刨、切断等粗加工后的表面如粗车、粗刨、切断等粗加工后的表面25.5粗加工后的表面，焊接前的焊缝、粗钻也壁等粗加工后的表面

8、，焊接前的焊缝、粗钻也壁等粗车、铣、刨、钻粗车、铣、刨、钻12.5可见刀痕可见刀痕一般非结合表面，如轴的端面、倒角等一般非结合表面，如轴的端面、倒角等车、镗、刨、铣、钻、锉、车、镗、刨、铣、钻、锉、磨、粗铰、铣齿磨、粗铰、铣齿6.3可见加工痕迹可见加工痕迹不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外不重要零件的非配合表面，如支柱、支架、外壳等的端面。紧固件的自由表面、紧固件通孔壳等的端面。紧固件的自由表面、紧固件通孔的表面等。的表面等。车、镗、刨、铣、拉、磨、车、镗、刨、铣、拉、磨、锉、滚压、铣齿、刮锉、滚压、铣齿、刮12点点/23.2微见加工刀痕微见加工刀痕与其它零件连接，但不形成配合的表面。如

9、箱与其它零件连接，但不形成配合的表面。如箱体、外壳等的端面。体、外壳等的端面。车、镗、刨、铣、拉、磨、车、镗、刨、铣、拉、磨、铰、滚压、铣齿、刮铰、滚压、铣齿、刮12点点/21.6看不清加工刀看不清加工刀痕痕安装直径超过安装直径超过80的的G级轴承的外壳孔、普通级轴承的外壳孔、普通精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面。精度齿轮的齿面、定位销孔等重要表面。车、镗、拉、磨、立铣、车、镗、拉、磨、立铣、滚压、刮滚压、刮310点点/20.8可辨加工痕迹可辨加工痕迹的方向的方向要求保证定心及配合特性的表面。如锥销与园要求保证定心及配合特性的表面。如锥销与园柱销的表面，磨削的轮齿表面、中速转动的轴柱销的表面

10、，磨削的轮齿表面、中速转动的轴颈等。颈等。表表1-5 表面粗糙度选用举例表面粗糙度选用举例 11铰、磨、镗、拉、滚压、铰、磨、镗、拉、滚压、刮刮310点点/20.4微辨加工痕迹微辨加工痕迹的方向的方向要求长期保持配合性质稳定的配合表面。如要求长期保持配合性质稳定的配合表面。如IT7级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表级的轴、孔配合表面，精度较高的轮齿表面等。面等。布轮磨、磨、研磨、超级布轮磨、磨、研磨、超级加工加工0.2不可辨加工痕不可辨加工痕迹的方向迹的方向工作时受变应力作用的重要零件的表面。保证工作时受变应力作用的重要零件的表面。保证零件的疲劳强度、防腐性和耐久性，并在工作零件的疲劳强度、

11、防腐性和耐久性，并在工作时不破坏配合性质的表面。时不破坏配合性质的表面。超级加工超级加工0.1暗光泽面暗光泽面工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面。工作时承受较大变应力作用的重要零件的表面。保证精确定心的锥体表面等保证精确定心的锥体表面等0.05亮光泽面亮光泽面保证高度气密性接合的表面。如活塞、柱塞和保证高度气密性接合的表面。如活塞、柱塞和汽缸内表面等汽缸内表面等0.025镜状光泽面镜状光泽面高压柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面等精密高压柱塞泵中柱塞和柱塞套的配合表面等精密表面表面0.012雾状光泽面雾状光泽面仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过仪器的测量表面和配合表面，尺寸超过100的块规工

12、作面的块规工作面0.008镜面镜面块规的工作表面，高精度测量仪器的测量面及块规的工作表面，高精度测量仪器的测量面及其磨擦机构的支承表面其磨擦机构的支承表面续表续表1-5表面粗糙度选用举例表面粗糙度选用举例 121切削要素切削要素切削用量切削用量三要素三要素-指切削速度指切削速度vc、进给量、进给量f、背吃刀量背吃刀量ap，切削速度切削速度vc切削刃上选定点相对于工件切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度，单位为主运动的瞬时速度，单位为m/s。若主运动为旋转运动，切削速度一般若主运动为旋转运动，切削速度一般为其最大线速度。计算公式为：为其最大线速度。计算公式为： （m/s） 式中：式中：D工件

13、待加工表面的直径或刀工件待加工表面的直径或刀具的最大直径（）具的最大直径（） n主运动的转速（主运动的转速（r/s）1000Dnvc1.1.3 切削用量及选用切削用量及选用13若主运动为往复直线运动，则以其平均速度为切削速度，其计算公式为： （m/s）式中：l往复运动行程长度（） nr主运动每秒往返次数（str/s）1000ln2rcv 进给量进给量f f工件或刀具运动的一个循环（或单位时间）内，刀具在进给方向上相对工件的位移量。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量车削时车削时，工件每转一转，车刀沿工件轴线方向移动的距离即为进给量，单位为/r，称为每转进给量。刨削时刨削时，刀具每往复

14、一次，工件移动的距离即为进给量，单位为/str，称为每行程进给量。铣平面时铣平面时，铣刀每转一齿或一分钟，工件沿进给方向移动的距离，分别称为每齿进给量（/z）、每分钟进给量（/min）。14背吃刀量背吃刀量ap待加工表待加工表面、已加工表面、加工面、已加工表面、加工表面。表面。待加工表面与已待加工表面与已加工表面之间的垂直距加工表面之间的垂直距离，即为背吃刀量离，即为背吃刀量，单，单位为。位为。ap值的大小直接影响主值的大小直接影响主切削刃的工作长度，反切削刃的工作长度，反映了切削负荷的大小。映了切削负荷的大小。15 切削用量的选择原则 粗加工阶段：以提高生产率为主，因此应尽可能多地切除加工余

15、量，在选择合理的刀具耐用度后，把背吃刀量选得大些，其次选择较大的进给量，最后确定合适的切削速度；对于有硬皮的铸件、锻件的第一刀加工，其背吃刀量应大于硬皮厚度； 精加工阶段：为保证工件获得需要的尺寸精度和表面粗糙度，应选择较小的进给量和背吃刀量，较高的切削速度。只有在受到刀具等工艺条件限制不能使用较高切削速度时，才考虑选用较低的切削速度。16 背吃刀量的选择：不论是粗加工还是精加工，最佳方法是一次走刀就能完成切削加工。但当切削余量较大时，切削力较大，这时就会由于机床功率、刚度、刀具强度等方面的不足而无法一次完成。因此，生产中往往需要多次走刀，第一次走刀的背吃刀量，应在机床工艺系统的承受能力范围内

16、尽可能取大值，其后的背吃刀量相对的可取小些。17 进给量的选择：当选定背吃刀量后，切削力的大小主要受进给量的影响。因此，粗加工时，由于对加工表面质量的要求不高，可在工艺系统允许的范围内尽可能取大值。精加工时，为减小切削力，同时保证较高的表面质量，宜选择较小数值。切削速度的选择：在选定了背吃刀量及进给量后， 可根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法选择切削速度。粗加工时，若所选的切削速度较大，使得切削功率超过机床承受能力，这时应适当降低切削速度。181.1.4切削刀具切削刀具1常用刀具切削部分材料常用刀具切削部分材料目前机械加工中常用的刀具切削部分的材料主要有：碳目前机械加工中常用的刀具切削部分

17、的材料主要有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。碳素工具钢碳素工具钢是一种含碳量较高的优质钢是一种含碳量较高的优质钢(含碳量一般为含碳量一般为0.7%1.3%)。其优点是淬火后硬度较高，可达其优点是淬火后硬度较高，可达6066HRC，刃磨容易，价格刃磨容易，价格低廉，但不能耐高温，在低廉，但不能耐高温，在200250时即开始失去原来的硬度，时即开始失去原来的硬度，所以切削速度不能太高。常用的牌号主要有所以切削速度不能太高。常用的牌号主要有T10A、T12A等，等，多用于制造锯条、锉刀等手工工具。多用于制造锯条、锉刀等手工工

18、具。19合金工具钢 在碳素工具钢中加入一定的铬（Cr）、钨（W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的耐热性、耐磨性和韧性，同时还可减小热处理时的变形，淬火后具有较高的硬度（6066HRC）。其含碳量一般为0.85%1.5%，能耐350400的高温，常用的牌号为9SiCr、CrWMn等。由于具有刃磨容易、热处理性能好、工艺性能好等优点，常用于制造丝锥、板牙、铰刀等形状复杂、切削速度较低（v0.15m/s）的刀具。20高速钢 又称锋钢、白钢，含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素。常用牌号为W18Cr4v和W6Mo5Cr4V2，能耐550600的高温。与前面的工具钢相比，高速钢的耐磨性、耐热性有显著

19、的提高。与后面的硬质合金相比，具有较高的抗弯强度和抗冲击韧性，工艺性能、热处理性能也较好，容易刃磨锋利。因此，常用于制造钻头、铣刀、拉刀和齿轮刀具等形状复杂的刀具。由于耐热性不高，多用于切削速度不高的场合（v0.5m/s），是目前使用最广的刀具材料之一。21硬质合金 由耐磨性和耐热性都很高的碳化物（WC、TiC等）粉末，用Co、Mo、Ti等做粘结剂烧结而成。硬度可达7482HRC，耐温高达8501000，故可用于高速切削（1.55m/s）。但与高速钢相比，其抗弯强度较低、承受冲击能力较差、刃口也不能太锋利。硬质合金也是目前国内使用最广泛的刀具材料之一，常制成各种形式的刀片，焊接或夹固在车刀、刨

20、刀等刀具的刀柄上使用。22常用的硬质合金有三类：1、由WC和Co组成的钨钴类（YG类）；2、WC、TiC和Co组成的钨钴钛类（YT类）；3、在钨钴钛类硬质合金中添加少量碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）而成的通用硬质合金（YW类）。232刀具的几何形状及参数 241)车刀的组成车刀的组成前刀面前刀面刀具上切屑流过的表面刀具上切屑流过的表面主后刀面主后刀面与工件上的加工表面与工件上的加工表面相对的表面相对的表面副后刀面副后刀面与工件上已加工表面与工件上已加工表面相对的表面相对的表面主切削刃主切削刃前刀面与主后刀面的相交线，切削时，该线担负主前刀面与主后刀面的相交线，切削时，该线担负主要的切削任务

21、要的切削任务副切削刃副切削刃前刀面与副后刀面的相交线，也起一定的切削作用，前刀面与副后刀面的相交线，也起一定的切削作用，但不明显。但不明显。刀尖刀尖主切削刃与副切削刃相交的部位。主切削刃与副切削刃相交的部位。为增强刀尖的强度与为增强刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出一直线或一段园弧，而非一个尖点。耐磨性，一般在刀尖处磨出一直线或一段园弧，而非一个尖点。25 2)车刀切削部分的几何参数基面通过主切削刃上选定点，与该点切削速度方向垂直的平面。切削平面过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于基面的平面。正交平面过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面的平面2627283车刀各参数的作用及选择前角：前角较大时，切屑的塑性变形较小，同时切屑与前刀面间的磨擦也较小，有利于降低切削温度、减轻刀具磨损等。但前角过大