机械加工工艺-车工.ppt

1 机械加工工艺 主讲教师 周世权 2 第1章材料切削加工基础MaterialRemovedFundamental 1 1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 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量要求的零件的加工过程 基本加工方法 车 铣 刨 磨 钻等 另外还有电火花 超声波 激光 等离子等特种加工方法 一般所讲的切削加工多指的是基本的机械加工 切削加工的地位 切削加工在机器制造中所担负的工作量 约占机器制造总工作量的40 60 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 3 1 1 2零件的加工精度和表面粗糙度 1 加工精度加工精度是指工件加工后 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 相符合的程度越高 也就是说加工误差越小 加工精度越高 加工精度主要包括尺寸精度 形状精度 位置精度 1 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度 尺寸精度包含两个方面 一是表面本身的尺寸精度 如园柱面的直径 另一是表面间的尺寸精度 如孔间距 4 尺寸公差 尺寸允许变动的最大范围即为尺寸公差 国家标准GB T1800 2 1998规定 标准公差分为20级 分别用IT01 IT0 IT1 IT2 IT18表示 其中IT表示公差 数字表示等级 IT01的公差值最小 精度最高 一般IT01 IT13用于配合尺寸 其余的用于非配合尺寸 2 形状精度零件上的各形状要素与理想形状要素的符合程度 当零件的尺寸精度满足要求时 并不意味着其形状也符合要求 如加工一个的轴 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4 3 5 6 3 位置精度位置精度是指零件上的表面 轴线等的实际位置与理想位置相符合的程度 零件加工时应允许有一定的误差 国家标准GB T1182 1996 GB T4249 1996 GB T16671 1996规定了3类共8种标准位置公差 其表达符号及相应的含义详见表4 4 7 8 2 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 1031 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 9 10 表1 5表面粗糙度选用举例 11 续表1 5表面粗糙度选用举例 12 1 切削要素切削用量三要素 指切削速度vc 进给量f 背吃刀量ap 切削速度vc 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度 单位为m s 若主运动为旋转运动 切削速度一般为其最大线速度 计算公式为 m s 式中 D 工件待加工表面的直径或刀具的最大直径 n 主运动的转速 r s 1 1 3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 进给量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 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 刀具每往复一次 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ap 待加工表面 已加工表面 加工表面 待加工表面与已加工表面之间的垂直距离 即为背吃刀量 单位为 ap值的大小直接影响主切削刃的工作长度 反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 18 1 1 4切削刀具 1 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 碳素工具钢是一种含碳量较高的优质钢 含碳量一般为0 7 1 3 其优点是淬火后硬度较高 可达60 66HRC 刃磨容易 价格低廉 但不能耐高温 在200 250 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T10A T12A等 多用于制造锯条 锉刀等手工工具 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 60 66HRC 其含碳量一般为0 85 1 5 能耐350 400 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 v 0 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550 600 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 v 0 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74 82HRC 耐温高达850 1000 故可用于高速切削 1 5 5m 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 23 2 刀具的几何形状及参数 24 1 车刀的组成前刀面 刀具上切屑流过的表面主后刀面 与工件上的加工表面相对的表面副后刀面 与工件上已加工表面相对的表面主切削刃 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 但不明显 刀尖 主切削刃与副切削刃相交的部位 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 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 26 27 28 3 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 但前角过大时 将导致切削刃强度下降 刀头散热体积减小 影响刀具使用寿命 后角 较大的后角可减少主后刀面与工件已加工表面间的磨擦 但后角过大时 会影响切削刃强度 并减小刀头的散热体积 29 主偏角 主偏角较小 则主切削刃参加切削的长度较大 使刀刃单位长度上的受力减小 刀具寿命较长 但过小的主偏角 使得刀具切削时的径向分力加大 从而增大工件已加工表面的弹性回复量及加工时的振动 所以加工细长轴时 一般要取较大的主偏角 通常 加工细长轴时 宜选用75 90 甚至大于90 的主偏角 单件或小批生产时 选用通用性好的45 车刀及90 偏刀 30 副偏角 取较大值时 可减小副后刀面与已加工表面间的磨擦 但当主偏角选定后 副偏角增大时 加工残留面积也会增大 已加工表面也就越粗糙 一般粗加工时取5 10 精加工时取0 5 刃倾角 刃倾角一般取 10 5 由于负的刃倾角可使远离刀尖的切削刃先接触工件 故可避免刀头受到冲击 加强刀头强度 所以粗加工时一