数控车工中级操作3.ppt

数控车中级操作工理论辅导,金属切削原理与刀具及机械制造工艺学,一、切削运动与切削用量,1、切削表面切削加工过程是一个动态过程，在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面。即：待加工表面：工件上即将被切除的表面。已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。过渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。,2、切削运动刀具与工件间的相对运动称为切削运动（即表面成形运动）。按工件与刀具对运动所起的作用不同，切削运动可分为主运动和进给运动。主运动是刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，机床通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。,进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。,3、切削用量三要素与切削层参数切削速度vc：是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时：式中d切削刃上选定点的回转直径，mm;n主运动的转速，r/s或r/min。,进给速度vf：切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，mm/s或mm/min。进给量f：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述，mm/r或mm/行程。Vf=nf对于车削和刨削加工来说，切削深度ap（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。,切削层参数在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。切削层参数主要有切削层公称厚度、切削层公称宽度切削层公称横截面积,二、刀具切削部分的基本定义,1、刀具切削部分的组成外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其定义分别为：（1）前刀面刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。（2）主刀后面刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。,（3）副刀后面刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。（4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。（6）刀尖主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。,2、刀具的标注角度刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。前角0：在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分。,后角0：在主剖面P0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。主偏角r：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。副偏角r：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。,刃倾角s：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，s=0；刀尖为主切削刃最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高点是，s0。,3、刀具的工作角度在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。,4、刀具安装位以车刀车外圆为例，若不考虑进给运动，当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，将引起工作前角o和工作后角o的变化,当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起工作主偏角r和工作副偏角r的变化,三、刀具材料,刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具切削部分的材料、几何形状和刀具结构。刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响，因此要重视刀具材料的正确选择与和合理使用。1、刀具材料应具备的性能高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨损的能力，它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。,足够的强度和韧性为了承受切削中的压力冲击和韧性，避免崩刀和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。高耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。良好的工艺性为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性。如，切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。良好的经济性,2、刀具材料类型目前，生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢），硬质合金，陶瓷，超硬刀具材料。一般机加工使用最多的是高速钢和硬质合金。并且硬度越高者可允许的切削速度越高，而韧性越高者可承受的切削力大。,工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能好故广泛用于中、低速切削的成形刀具，不宜高速切削。硬质合金耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧性不及工具钢，焊接刃磨工艺性也比工具钢差，多用于制作车刀、铣刀及各种高效切削工具。高速钢是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。,3、刀体材料刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车刀、镗刀、钻头、铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成形铣刀、拉刀等。机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀体可用合金工具钢制作，如9CrSi或GCr15。,对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工工具，如小直径的镗刀、铰刀，为保证刀体有足够的强度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命及加工精度。,四、刀具选用,1、刀具种类的选择刀具种类主要根据被加工表面的形状、尺寸、精度、加工方法、所用机床及要求的生产率等进行选择。2、刀具材料的选择刀具材料主要根据工件材料、刀具形状和类型及加工要求等进行选择。3、刀具角度的选择刀具角度的选择主要包括刀具的前角、后角、主偏角和刃倾角的选择。,（1）前角前角o对切削的难易程度有很大影响。增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，并减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积减少，影响刀具使用寿命。前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些；刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之应选得小些（如硬质合金）；精加工时，前角可选得大些。粗加工时应选得小些。,（2）后角后角o的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。一般，切削厚度越大，刀具后角越小；工件材料越软，塑性越大，后角越大。工艺系统刚性较差时，应适当减小后角，尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。（3）主偏角主偏角r的大小影响切削条件和刀具寿命。在工艺系统刚性很好时，减小主偏角可提高刀具,耐用度、减小已加工表面粗糙度，所以r宜取小值；在工件刚性较差时，为避免工件的变形和振动，应选用较大的主偏角。（4）副偏角副偏角r的作用是可减小副切削刃和副厚刀面与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削振动。r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。（5）刃倾角刃倾角s主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。,五、金属的切削过程,金属切削过程是指将工件上多余的金属层，通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的过程。在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列现象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。对这些现象进行研究，揭示其内在的机理，探索和掌握金属切削程的基本规律，从而主动地加以有效,控制，对保证加工精度和表面质量，提高切削效率，降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。总之，金属切削过程的优劣，直接影响机械加工的质量、生产率与生产成本。了解切削变形与切屑形成、切削力、影响切削力的因素、切削热与切削温度。,六、刀具磨损与刀具寿命,切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损，属正常磨损；后者包括脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）和塑性破损两种，属非正常磨损。刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能继续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。,1、刀具正常磨损的形式有以下几种：前刀面磨损后刀面磨损边界磨损(前、后刀面同时磨损）从对温度的依赖程度来看，刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象）、,扩散（刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。主要由以下几种磨损机理。(1)磨粒磨损在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。磨粒磨损对高速钢作用较明显。(2)粘结磨损刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。低、中速切削时,，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。(3)扩散磨损切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换，使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用，刀具容易被磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损。(4)相变磨损当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表面金相组织发生变化。如马氏体组织转变为,奥氏体，使硬度下降，磨损加剧。因此，工具钢刀具在高温时均用此类磨损。(5)氧化磨损氧化磨损是一种化学性质的磨损。2、刀具的破损刀具破损和刀具磨损一样，也是刀具失效的一种形式。刀具在一定的切削条件下使用时，如果它经受不住强大的应力（切削力或热应力），就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。,破损是相对于磨损而言的。从某种意义上讲，破损可认为是一种非正常的磨损。刀具的破损有早期和后期（加工到一定的时间后的破损）两种。刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。脆性破损又分为：崩刀、碎断、剥落、裂纹破损。,3、刀具耐用度(刀具寿命)的选择原则切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。,（1）根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。（2）对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取1530min。（3）对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。,（4）车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。（5）大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。,七、刀具,1、车刀按加工表面特征可分为外圆车刀、端面车刀、切断车刀、螺纹车刀和内孔车刀。按车刀结构可分为整体式、焊接式、机夹式和可转位式。,2、麻花钻,3、铰刀用于中小直径的半精加工和精加工。铰刀加工余量小，齿数多，刚性和导向性好，加工精度可达IT7-IT6，表面粗糙度值可达Ra1.6-0.4微米。,4、铣刀,八、磨削与砂轮,磨削常用于精加工和超精加工，普通磨削可达到的Ra0.8-0.2,尺寸精度为IT6。磨削的主运动是砂轮的旋转运动。砂轮是用结合剂将磨粒固结成一定形状的多孔体。砂轮的组成要素：磨料分为天然磨料和人造磨料。常用人造磨料有棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅、人造金刚石、立方氮化硼。,粒度：是指磨粒的大小，国标规定粗磨料F4-F220，微粉F230-F1200。结合剂：把磨粒固结成磨具的材料称为结合剂硬度：磨粒在外作用下从磨具表面脱落的难易程度称为硬度。,1、影响刀具扩散磨损的最主要原因是（）。A、工件材料B、切削速度C、切削温度D、刀具角度2、（）刃倾角能控制切屑流向，也能影响断屑。3、（）硬质合金比高速钢的硬度高，所以抗冲击力强。,4、（）切削用量包括进给量、背吃刀量和工件转速。5、（）刃磨高速钢刀具时，应在白刚玉的白色砂轮上刃磨，且放入水中冷却，以防止切削刃退火。6、（）机夹可转位车刀不用刃磨，有利用涂层刀片的推广使用。,7、（）可转位数控螺纹车刀每种规格的刀片只能加工一个固定螺距。8、（）切断空心工件时，切断刀刀头应大于工件壁厚。9、（）标准麻花钻顶角一般为118度。,10、精加工时为获得好的表面粗糙度，应首先选择较大的（）。A、背吃刀量B、进给速度C、切削速度D、背吃刀量、进给速度、切削速度均不对切削速度vc是刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主动动方向上的瞬时速度.进给量是工件或工具每旋转一周或往复一次，或刀具每转过一齿时，工件与工具在进给运动方向上的相对位移。,11、磨削加工时，增大砂轮粒度号，可使加工表面粗糙度数值（）。A、变大B、变小C、不变D、不一定12、（）铰孔余量太小时不能全部切去上道工序的加工痕迹，同时由于刀齿不能连续切削而沿孔壁打滑，使孔壁的质量下降。,13、螺纹车刀刀尖高于或低于中心时，车削时易出现（）现象。A、扎到B、乱牙C、窜动D、停车14、按经验公式n1800/P-K计算，车削螺距为3mm,的双线螺纹，转速应（）转/分钟。A、2000B、1000C、520D、220,15、在切断时，背吃刀量Ap（）刀头宽度。A、大于B、等于C、小于D、小于等于16、为增加镗孔刀的截面积，刀尖应于刀杆的（）等高。A、上表面B、中心线C、下表面D、上表面、中心线、下表面均不对,镗孔的关键技术是解觉镗刀的刚性和排屑问题。增加镗刀的刚性主要采取以下两种措施：尽量增加刀杆的截面积，一般的镗刀要求刀杆的截面积小于孔截面积的四分之一。如果让镗刀的刀尖位于刀杆的中心线上，这样的刀杆的截面积就可达到最大程度，刀杆的伸出长度尽可能缩短。,解决排泄问题，主要是控制切屑流出方向，精加工孔要求切屑流向待加工表面，不通孔要求切屑从空口排出。,一、机械加工工艺过程,机械加工工艺过程是指利用切削加工、磨削加工、电加工、超声波加工、电子束及离子束加工等加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能，使其称为合格零件的过程。机械加工工艺过程是机械产品整个工艺过程的主要组成部分。1、机械加工工艺过程的组成工艺过程由一个或若干个顺序排列的工序组成，而每个工序又分为一个或若干个安装、工位、工步和走刀。,工序一个（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称为工序。划分工序的主要依据是：操作者是否改变，工作地点（或机床）是否改变，加工对象是否改变，加工是否连续。工步在一道工序中，当加加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程称为一个工步。,有时为了提高生产效率，会出现用几把不同刀具同时加工一个零件的几个表面的工步，称为复合工步。走刀在一个工步中，切削刀具在工件表面上每切削去一层金属所完成的那部分工艺过程称为一次走刀。安装加工前，使工件在机床上（或夹具中）定位后,（即占据正确位置）然后夹紧的过程称为安装。工位工件在机床上所占据的每一个加工位置称为一个工位。为了减少安装次数，常用转位夹具、回转或移动工作台，使零件在一次安装中先后处于不同的加工位置进行加工。2、工艺规程按一定的格式，用文件的方式规定零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件，称为机械加,工工艺规程。工艺规程的作用：（1）工艺规程是工厂生产准备工作的主要依据。（2）工艺规程是企业生产组织和管理的指导性文件。（3）工艺规程新建和扩建工厂的重要技术资料。（4）工艺规程是技术交流和经验推广的基本技术文件,制订工艺规程的原则（1）工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器装配质量产品质量。（2）工艺过程应具有较高生产率。（3）尽量降低生产成本。（4）注意减轻操作人员的劳动强度，保证生产安全。,制订工艺规程的步骤（1）分析零件图和产品装配图。了解零件在部件中的位置和功用，分析其主要技术要求；审查图样上的视图、尺寸公差和技术要求是否正确、统一、完整，对零件设计的结构工艺性进行评价，和有关设计人员商讨图样修改方案。（2）确定毛坯。根据零件的生产类型及毛坯生产制造条件综合考虑。,（3）拟定工艺路线。其主要内容包括：选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中与分散程度，确定加工顺序等。（4）确定各工序的设备、工装确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差。（5）确定各主要工序的技术要求及检验方法。（6）确定切削用量和工时定额。（7）进行经济分析，选择最佳方案。（8）填写工艺文件。,定位基准的选择（1）基准的概念用来确定零件上某些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面称为基准。基准可分为设计基准和工艺基准两大类；工艺基准又可分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准等。,设计基准：在设计图样上所采用的基准；工艺基准：在工艺过程中所采用的基准，按其用途不同可分为：定位基准（在加工中用作定位的基准）、测量基准（测量工件时所采用的基准）、装配基准（装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准）和工序基准（在工序图上，为了标注本工序加工面的尺寸和位置，采用的基准）。,定位基准的选择定位基准又可分为粗基准和精基准。粗基准：在实际生产的第一道工序中，只能用毛坯表面作定位基准。精基准：以后的工序中，用已加工过的表面作为定位基准。粗基准的选择选择粗基准时，主要是保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面的尺寸、位置符合要求。一般要遵循以下原则：,如果必须保证零件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应选择不需要加工的表面作为粗基准。如果必须保证零件某重要表面的加工余量均匀，则应以该表面为粗基准。如果零件上所有的表面都需要机械加工，则应以加工余量最小的加工表面作粗基准。为了保证零件定位稳定、夹紧可靠，尽可能选用面积较大、平整光洁的表面作粗基准。粗基准一般只能用一次，重复使用容易导致较大的基准位移误差。,精基准选择精基准选择应减少误差，提高定位精度，一般要遵循以下原则：(1)基准重合原则。(2)基准统一原则。(3)互为基准原则。(4)自为基准原则,2、工件的装夹方式直接找正、划线找正和用夹具装夹3、工件的定位原理任何一个工件，如果对其不加任何限制，那么，它在空间的位置是不确定的，可以向任意方向移动或转动，工件所具有的这种运动的可能性，称为工件的自由度。,工件有六个自由度，分别是沿x、y、z三个方向的移动，和绕x、y、z三个方向的转动。工件的定位，实质上就是限制工件应该被限制的自由度。即，若要确定工件在某坐标方向上的位置，则只需用一个定位支撑点限制工件在该方向上的一个自由度，用六个合理布置的定位支撑点限制工件的六个自由度，就可使工件的位置完全确定，此称为工件定位的“六点定则”。,工件定位的形式：完全定位用六个合理布置的定位支撑点限制工件的六个自由度，使工件位置完全确定的定位形式称为完全定位。不完全定位工件被限制的自由度少于六个，但能满足加工技术要求的定位形式称为不完全定位。过定位两个或两个以上的定位支撑点同时限制工件的同一个自由度的定位形式称为过定位，也常称为超定位或重复定位。,定位元件限制自由度支承钉1支承板2短定位套2长定位套4短圆柱销2长圆柱销4菱形销1,定位元件限制自由度圆锥销3圆柱心轴4小锥度心轴2圆锥心轴5短V形块2长V形块4顶尖3,1、在下列内容中，不属于工艺基准的是（）。A、定位基准B、测量基准C、装配基准D、设计基准2、支承钉主要用于平面定位，限制（）个自由度。A、6B、1C、4D、8,3、圆柱心轴用于工件圆孔定位，限制（）个自由度。A、10B、4C、7D、204、圆锥销用于圆孔定位，限制（）个自由度。A、3B、12C、15D、05、定位套用于外圆定位，其中短套限制（）个自由度。A、10B、2C、7D、20,6、（）工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为重复定位。7、（）定位销用于工件圆孔定位，其中，短圆柱销限制11个自由度。8、V形架用于工件外圆定位，其中短V形架限制（）自由度。A、6B、2C、3D、8,9、（）工艺规程制定包括零件的工艺分析，毛坯的选择、工艺路线的拟定、工序设计和填写工艺文件等内容。10、（）零件轮廓的精加工应尽量一刀连续加工而成。11、（）夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确位置。,12、（）轴类零件是适宜于数控车床加工的主要零件。13、夹紧力的作用点应尽量靠近（），防止工件振动变形。A、待加工表面B