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车削加工工艺基础 第四章 车削加工工艺基础 4 1车床概述4 2车削加工基础知识4 3轴类零件的加工工艺4 4盘套类零件车削加工工艺 4 1车床概述 4 1车床概述金属切削机床是制造机器的机器 车床是机床的一种 用来进行车削加工 它的功能强 用途广泛 因此 在一般机械制造工厂中 车床在各种金属切削机床中所占的比例最大 4 1 1车床结构及参数介绍车床的种类很多 大致可分为卧式车床 立式车床 转塔车床 仿形车床 多刀车床 自动车床等 其中 CA6140型卧式车床是最常用的车床 如图4 1所示 4 1车床概述 图4 1CA6140型卧式车床 4 1车床概述 4 1 1 1CA6140型车床主要部件及功用 1 主轴箱 床头箱 主轴箱固定在床身的左上部 箱内装有齿轮 主轴等 组成变速传动机构 该变速机构将电机的旋转运动传递至主轴 通过改变箱外手柄位置 可使主轴实现多种转速的正 反旋转运动 2 进给箱 走刀箱 进给箱固定在床身的左前下侧 是进给传动系统的变速机构 它通过挂轮把主轴的旋转运动传递给丝杠或光杠 可分别实现车削各种螺纹的运动及机动进给运动 4 1车床概述 3 溜板箱 拖板箱 溜板箱固定在床鞍的前侧 随床鞍一起在床身导轨上作纵向往复运动 通过它把丝杠或光杠的旋转运动变为床鞍 中滑板的进给运动 变换箱外手柄位置 可以控制车刀的纵向或横向运动 运动方向 起动或停止 4 挂轮箱挂轮箱装在床身的左侧 其上装有变换齿轮 挂轮 它把主轴的旋转运动传递给进给箱 调整挂轮箱上的齿轮 并与进给箱内的变速机构相配合 可以车削出不同螺距的螺纹 并满足车削时对不同纵 横向进给量的需求 4 1车床概述 5 刀架部件由两层滑板 中 小滑板 床鞍与刀架体共同组成 用于安装车刀并带动车刀作纵向 横向或斜向运动 6 床身是精度要求很高的带有导轨 山形导轨和平导轨 的一个大型基础部件 用以支承和连接车床的各个部件 并保证各部件在工作时有准确的相对位置 床身由纵向的床壁组成 床壁间有横向筋条用以增加床身刚性 床身固定在左 右床腿上 7 床脚前后两个床脚分别与床身前后两端下部连为一体 用以支撑安装在床身上的各个部件 同时 通过地脚螺栓和调整垫块使整台车床固定在工作场地上 通过调整 能使床身保持水平状态 4 1车床概述 8 尾座尾座是由尾座体 底座 套筒等组成的 它安装在床身导轨上 并能沿此导轨作纵向移动 以调整其工作位置 尾座上的套筒锥孔内可安装顶尖 钻头 铰刀 丝锥等刀 辅具 用来支承工件 钻孔 铰孔 攻螺纹等 9 丝杠丝杠主要用于车削螺纹 它能使拖板和车刀按要求的速比作很精确的直线移动 10 光杠光杠将进给箱的运动传递给溜板箱 使床鞍 中滑板作纵向 横向自动进给 11 操纵杆操纵杆是车床的控制机构的主要零件之一 在操纵杆的左端和溜板箱的右侧各装有一个操纵手柄 操作者可方便的操纵手柄以控制车床主轴的正转 反转或停车 4 1车床概述 12 冷却装置冷却装置主要通过冷却泵将箱中的切削液加压后喷射到切削区域 降低切削温度 冲走切屑 润滑加工表面 以提高刀具的使用寿命和工件表面的加工质量 4 1 1 2CA6140车床传动系统简介车削加工过程中 车床通过工件的主运动和车刀进给运动的相互配合来完成对工件的加工 其运动传动过程如图4 2所示 4 1车床概述 图4 2CA6140车床传动系统示意图 4 1车床概述 主运动 主轴变速箱4 主轴 卡盘6 工件旋转 进给运动 主轴变速箱4 主轴变换齿轮箱3 走刀箱13 丝杠11或光杠12 溜板箱9 床鞍10 滑板8 刀架7 车刀运动 4 1车床概述 CA6140型车床的型号和主要技术参数机床的型号反映出机床的类别 结构特性和主要技术参数等内容 按GB T15375 1994规定 CA6140型号的含义如下 CA6140 主参数代号 车床最大工件回转直径为400 系代号 卧式车床系 组代号 落地及卧式车床组 结构特性代号 加重型 类代号 车床类 4 1车床概述 车床的主要技术规格与参数如下 床身上最大工件回转直径400 刀架上最大工件回转直径210 最大工件长度 4种 750 1000mm 91500 2000 中心高205 主轴孔能通过棒料最大直径48 主轴孔锥度莫氏6号 4 1车床概述 主轴转速 正转 24级 10 1400r min反转 12级 14 1580r min车削螺纹范围 米制 44种 1 192 英制 20种 2 24牙 in 25 4 模数螺纹 39种 0 25 48 径节螺纹 37种 1 96进给量 纵 横各64种 纵向0 08 1 59 r横向0 04 0 795 r纵向快移速度4m min横向快移速度2m min 4 1车床概述 刀架行程 最大纵向行程 4种 650 900 1400 1900 最大横向行程260 295 小滑板最大行程139 165 主电动机功率7 5kW机床工作精度 圆度0 01 圆柱度0 01 100 精车平面平面度0 02 400 表面粗糙度Ra2 5 1 25 m 4 1车床概述 4 1 2车床主要附件车床上常备有卡盘 花盘 顶尖 中心架 跟刀架等附件 4 1 2 1卡盘卡盘装在主轴前端 有三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘两种 1 三爪自定心卡盘如图4 3所示 它主要由外壳体 三个卡爪 三个小锥齿轮 一个大锥齿轮等零件组成 4 1车床概述 三爪自定心卡盘的卡爪可以装成正爪 实现由外向内夹紧 也可以装成反爪 实现由内向外夹紧 即撑夹 反夹 正爪夹持工件时 直径不能太大 卡爪伸出卡盘外圆的长度不应超过卡爪长度的三分之一 以免发生事故 反爪可以夹持直径较大的工件 图4 3三爪自定心卡盘1 方孔2 小锥齿轮3 大锥齿轮4 平面螺纹5 卡爪 4 1车床概述 2 四爪单动卡盘如图4 4所示 它的四个卡爪能各自独立地径向移动 分别通过四个调整螺钉进行调整 其夹紧力较大 但校正工件较麻烦 四爪单动卡盘的卡爪也可装成正爪或反爪 图4 4四爪单动卡盘 4 1车床概述 4 1 2 2花盘花盘装在主轴前端 它的盘面上有几条长短不同的通槽和T形槽 以便用螺栓 压板等将工件压紧在它的工作面上 它多用于安装形状比较特别的 而三爪和四爪卡盘无法装夹的工件 如对开轴承座 十字孔工件 双孔连杆 环首螺钉 齿轮油泵体等等 在安装时 根据预先在工件上划好的基准线来进行找正 再将工件压紧 对于不规则的工件 应在花盘上装上适当的平衡块保持平衡 以免因花盘重心与机床回转中心不重合而影响工件的加工精度 甚至导致意外事故发生 4 1车床概述 用花盘安装工件有两种形式 若工件被加工表面的回转轴线与其基准面垂直时 直接将工件安装在花盘的工作面上 如图4 5 a 所示 若工件被加工表面的回转轴线与其基准面平行时 将工件安装在花盘的角铁上加工 如图4 5 b 所示 工件在花盘上的定位要用划针盘等找正 图4 5花盘安装工件方法 4 1车床概述 4 1 2 3顶尖 拨盘和鸡心夹头顶尖有前顶尖和后顶尖之分 顶尖的头部带有60 锥形尖端 顶尖的作用是定位 支承工件并承受切削力 图4 6前顶尖 4 1车床概述 前顶尖前顶尖插在主轴锥孔内与主轴一起旋转 如图4 6 a 所示 前顶尖随工件一起转动 为了准确和方便 有时也可以将一段钢料直接夹在三爪自定心卡盘上车出锥角来代替前顶尖 如图4 6 b 所示 但该顶尖从卡盘上卸下来后 再次使用时必须将锥面重车一刀 以保证顶尖锥面的轴线与车床主轴旋转轴线重合 a b c 图4 7死顶尖 a 普通顶尖 b 镶硬质合金顶尖 c 反顶尖 4 1车床概述 后顶尖后顶尖插在车床尾座套筒内使用 分为死顶尖和活顶尖两种 常用的死顶尖有普通顶尖 镶硬质合金顶尖和反顶尖等 如图4 7所示 死顶尖的定心精度高 刚性好 缺点是工件和顶针发生滑动摩擦 发热较大 过热时会把中心孔或顶针 烧 坏 所以 常用镶硬质合金的顶尖对工件中心孔进行研磨 以减小摩擦 死顶尖一般用于低速加工精度要求较高的工件 支承细小工件时可用反顶尖 4 1车床概述 活顶尖如图4 8所示 内部装有滚动轴承 活顶尖把顶尖与工件中心孔的滑动摩擦变成顶尖内部轴承的滚动摩擦 因此其转动灵活 由于顶尖与工件一起转动 避免了顶尖和工件中心孔的磨损 能承受较高转速下的加工 但支承刚性较差 且存在一定的装配累积误差 且当滚动轴承磨损后 会使顶尖产生径向摆动 所以 活顶尖适宜于加工工件精度要求不太高的场合 图4 8活顶尖 4 1车床概述 一般前 后顶尖是不能直接带动工件转动的 它必须借助拨盘和鸡心夹头来带动工件旋转 拨盘后端有内螺纹跟车床主轴配合 盘面形式有两种 一种是带有U形槽的拨盘 用来与弯尾鸡心夹头相配带动工件旋转 如图4 9 a 所示 而另一种拨盘装有拨杆 用来与直尾鸡心夹头相配带动工件旋转 如图4 9 b 所示 鸡心夹头的一端与拨盘相配 另一端装有方头螺钉 用来固定工件 图4 9用鸡心夹头装夹工件 4 1车床概述 4 1 2 4中心架与跟刀架当轴类零件的长度与直径之比较大 L d 10 时 即为细长轴 细长轴的刚性不足 为防止在切削力作用下轴产生弯曲变形 必须用中心架或跟刀架作为辅助支承 较长的轴类零件在车端面 钻孔或车孔时 无法使用后顶尖 如果单独依靠卡盘安装 势必会因工件悬伸过长使安装刚性很差而产生弯曲变形 加工中产生振动 甚至无法加工 此时 必须用中心架作为辅助支承 使用中心架或跟刀架作为辅助支承时 都要在工件的支承部位预先车削出定位用的光滑圆柱面 并在工件与支承爪的接触处加机油润滑 4 1车床概述 中心架上有三个等分布置并能单独调节伸缩的支承爪 使用时 用压板 螺钉将中心架固定在床身导轨上 且安装在工件中间 然后调节支承爪 首先调整下面两个爪 将盖子盖好固定 然后调整上面一个爪 调整的目的是使工件轴线与主轴轴线重合 同时保证支承爪与工件表面的接触松紧适当 如图4 10 a b c 所示 图4 10中心架及应用 a 中心架 b 中心架的应用 4 1车床概述 跟刀架上一般有两个能单独调节伸缩的支承爪 而另外一个支承爪用车刀来代替 两支承爪分别安装在工件的上面和车刀的对面 如图4 11 a 所示 加工时 跟刀架的底座用螺钉固定在床鞍的侧面 跟刀架安装在工件头部 与车刀一起随床鞍作纵向移动 每次走刀前应先调整支承爪的高度 使支承爪与预先车削出用于定位的光滑圆柱面保持松紧适当的接触 配置了两个支承爪的跟刀架 安装刚性差 加工精度低 不适宜作高速切削 另外还有一种具有三个支承爪的跟刀架 如图4 11 b 所示 它的安装刚性较好 加工精度较高 并适宜高速切削 4 1车床概述 使用中心架或跟刀架时 必须先调整尾座套筒轴线与主轴轴线的同轴度 中心架用于加工细长轴 阶梯轴 长轴端面 端部的孔 跟刀架则适合于车削不带台阶的细长轴 图4 11跟刀架的应用 4 1车床概述 4 1 2 5心轴当工件的形状复杂或内外圆表面的位置精度要求较高时 可采用心轴安装进行加工 这有利于保证零件的外圆与内孔的同轴度及端面对孔的垂直度要求 使用心轴装夹工件时 应将工件全部粗车完后 再将内孔精车好 IT7 IT9 然后以内孔为定位精基准 将工件安装在心轴上 再把心轴安装在前后顶尖之间 如图4 12所示 图4 12用心轴安装工件方法 4 1车床概述 4 1车床概述 a 圆柱体心轴1 工件2 心轴3 螺母4 垫圈 b 锥度心轴1 心轴2 工件 c 胀力心轴1 拉紧螺杆2 车床主轴3 胀力心轴4 工件5 锥形螺钉 d 伞形心轴1 3 伞形心轴2 工件 圆柱心轴适合于工件的长度尺寸小于孔径尺寸的情况 工件安装在带台阶的心轴上 一端与轴肩贴合 另一端采用螺母压紧 工件与心轴的配合采用H7 h6 如图4 12 a 所示 4 1车床概述 小锥度心轴适用于工件长度大于工件孔径尺寸的情况 这种心轴的锥度在1 1000 1 5000间 如图4 12 b 所示 工件内孔与心轴表面依靠过盈所产生的弹性变形来夹紧工件 小锥度心轴的定心精度较高 多用于精车 但加工中切削力不能太大 以避免工件在心轴上产生滑动 胀力心轴适用于中小型工件的安装 它是通过调整锥形螺钉使心轴一端作微量的径向扩张 将工件胀紧 如图4 12 c 所示 这种心轴可实现快速装拆 伞形心轴适用于安装以毛坯孔为基准车削外圆的带有锥孔或阶梯孔的工件 该心轴装拆迅速 装夹牢固 能装夹一定尺寸范围内不同孔径的工件 如图4 12 d 所示 4 1车床概述 4 1 2 6弹簧卡头当工件外圆表面结构简单 而内孔表面较复杂时 则采用弹簧卡头实现工件的夹紧 装夹时 以工件的外圆表面为定位基准 旋转压紧螺母 在螺母端面的作用下 弹簧套筒往左移动向中心均匀收缩 使工件获得准确的定位和牢固的夹紧 如图4 13所示 图4 13弹簧卡头 4 1车床概述 4 1 3工件的安装车削加工时 工件必须先在车床夹具上进行找正 夹紧 由于工件的形状 大小和加工数量的不同 必须采用不同的安装方法 4 1 3 1用三爪卡盘安装工件三爪卡盘的结构如图4 3所示 安装工件如图4 14所示 安装时 将扳手方榫插入小锥齿轮2的方孔1中转动 小锥齿轮2就带动大锥齿轮3转动 大锥齿轮3的背面是一平面螺纹4 三个卡爪5背面的螺纹与平面螺纹啮合 因此当平面螺纹转动时 就带动三个卡爪同时作向心或离心移动 当三个卡爪的张开度足以容纳工件时 将工件装上 再用板手锁紧 4 1车床概述 三爪卡盘能自动定心 装夹方便 但是定心精度不高 若因三爪卡盘使用太长时间 而失去了应有的精度 在加工高精度的工件时 也需要找正 三爪卡盘适于装夹截面为圆形 三角形 六方形的轴类和中小型盘类零件 图4 14用三爪卡盘安装工件的方法 a 正爪装夹圆柱面 b 正爪装夹内圆柱面 c 反爪装夹 4 1车床概述 4 1 3 2四爪卡盘安装工件四爪卡盘的结构如图4 4所示 在四爪卡盘上安装工件 必须保证工件的几何中心与车床主轴的回转中心重合 找正方法如下 先将卡爪张开 使相对的两个爪的距离稍大于工件的直径 然后装上工件 先用两个相对的爪夹紧 再用另两个相对的爪夹紧 这时可根据卡盘端面上的圆弧线来初步判定四个卡爪的相对位置 用划针盘找正外圆 找正时 先使划针稍离工件外圆 如图4 15 a 所示 慢慢地旋转卡盘 观察工件表面与针尖之间间隙的大小 然后根据间隙的差异来调整相对卡爪的位置 其调整量约为间隙差异值的一半 经过几次调整 直到工件旋转一周 针尖与工件表面距离均等为止 4 1车床概述 图4 15用划针盘校正工件 a 校正外圆 b 校正平面 c 用百分表校正工件 4 1车床概述 用四爪单动卡盘装夹工件的特点 夹紧可靠 用途广泛 但不能自动定心 需要与划针盘 百分表配合进行找正安装工件 通过校正后的工件安装精度较高 夹紧可靠 适于方形 长方形 椭圆形及各种不规则形状零件的装夹 4 1 3 3用两顶尖安装工件用两顶尖间进行工件的安装 一般适于长轴 长丝杠等较长工件 或须经过多次装夹 或有较多工序的工件等情况 用顶尖安装工件 需在工件的两端面上预先钻出中心孔 4 1车床概述 中心孔的形状和种类中心孔有 A型 不带护锥 B型 带护锥 C型 带螺纹孔 和R型 带弧型 四种 常用的中心孔有A型和B型 如图4 16所示 A型中心孔由圆柱孔和圆锥孔两部分组成 圆锥孔的角度一般是60 它与顶尖配合 用来定中心 承受工件重量和切削力 圆柱孔用来储存润滑油和保证顶尖的锥面和中心孔的圆锥面配合贴切 不使顶尖触及工件 保证定位正确 B型中心孔是在A型中心孔的端部另加上120 圆锥孔 用以保护60 锥面不被碰毛 并使端面容易加工 一般精度要求较高 工序较多的工件用B型中心孔 4 1车床概述 两顶尖安装工件的方法两顶尖安装工件的方法见图4 9 a 及4 9 b 所示 工件支撑在前后两顶尖之间 工件的一端用鸡心夹头夹紧 由安装在主轴上的拨盘带动旋转 该方法定位精度高 能保证轴类零件的同轴度 图4 16中心孔及中心钻 a A型中心孔及中心钻 b B型中心孔及中心钻 4 1车床概述 4 1 3 4用一夹一顶方法安装工件在车削较重 较长的轴体零件时 可采用一端夹持 另一端用后顶尖顶住的方式安装工件 这样会使工件更为稳固 从而能选用较大的切削用量进行加工 为了防止工件因切削力作用而产生轴向窜动 必须在卡盘内装一限位支承 或用工件的台阶作限位 如图4 17所示 此装夹方法比较安全 能承受较大的轴向切削力 故应用很广泛 图4 17一夹一顶安装工件 a 用限位支承 b 用工件台阶限位 4 2车削加工基础知识 4 2 1车削加工特点车削加工具有自身的特点 归纳如下 车削加工应用广泛 能很好适应工件材料 结构 精度 表面粗糙度及生产批量的变化 可车削各种钢材 铸件等金属 又可车削玻璃钢 尼龙 胶木等非金属 对不易进行磨削的有色金属工件的精加工 也可采用金刚石车刀进行精细车削 4 2车削加工基础知识 车削加工一般是等截面 即切削宽度 切削厚度均不变 其中 粗车时毛坯余量的不均匀可忽略不计 的连续切削 因此 切削力变化小 切削过程平稳 可进行高速切削和强力切削 生产率较高 车削采用的车刀一般为单刃刀 其结构简单 制造容易 刃磨方便 安装方便 同时 可根据具体加工条件选用刀具材料和刃磨合理的刀具角度 这对保证加工质量 提高生产率 降低生产成本具有重大意义 车削加工尺寸精度范围一般在IT12 IT7之间 表面粗糙度值Ra为12 5 0 8 m 适于工件的粗加工 半精加工和精加工 4 2车削加工基础知识 4 2 2车削加工刀具4 2 2 1车刀的种类车刀按用途可分为外圆车刀 端面车刀 切断刀 成形车刀 螺纹车刀和车孔刀等 如图4 18所示 由于车刀是由刀头和刀体组成的 故按其结构车刀又可分为整体车刀 焊接车刀 机夹车刀 可转位车刀和成形车刀等 如图4 19所示 4 2车削加工基础知识 图4 18常用车刀及用途 4 2车削加工基础知识 图4 19车刀的结构 4 2车削加工基础知识 4 2 2 2车刀的用途各种车刀的基本用途如下 90 外圆车刀 偏刀 用来车削工件的外圆 台阶和端面 分为左偏刀和右偏刀两种 45 弯头刀用来车削工件的外圆 端面和倒角 切断刀用来切断工件或在工件表面切出沟槽 车孔刀用来车削工件的内孔 有通孔车刀和盲孔车刀 成形车刀用来车削台阶处的圆角 圆槽或车削特殊形面工件 螺纹车刀用来车削螺纹 4 2车削加工基础知识 4 2 2 3车刀的几何形状和角度 车刀的组成车刀由刀头和刀杆组成 刀头承担切削工作 刀杆是车刀的夹持部分 其主要作用是保证刀具切削部分有一个正确的工作位置 刀头是一个几何体 是由刀面 刀刃组成 包括有 前刀面 主后面 副后面 主切削刃 副切削刃 修光刃 刀尖等 如图4 20所示 4 2车削加工基础知识 图4 20车刀的组成部分 4 2车削加工基础知识 前刀面切屑流出时所经过的刀面 主后面车刀上与工件过渡表面相对的刀面 副后面车刀上与工件已加工表面相对的刀面 主刀刃前刀面与主后面相交构成的切削刃 担负主要的切削工作 副刀刃前刀面与副后面相交构成的切削刃 它配合主刀刃完成次要的切削工作 对已加工表面起修光作用 刀尖主刀刃和副刀刃的联结部位 它常被磨成圆弧型或直线型状态 以提高其强度 延长车刀寿命 修光刃副刀刃近刀尖处一窄小的平直刀刃 装刀时修光刃必须平行于走刀的方向 且修光刃长度要大于进给量 才起到修光作用 4 2车削加工基础知识 所有车刀都由上述各部分组成 但结构可能不同 例如典型的外圆车刀是由三面 二刃 一刀尖组成 而切断刀就有四个面 三个刀刃 二个刀尖组成 此外 切削刃可以是直线 也可以是曲线 如车特形面的成形刀的刀刃就是曲线型 辅助平面为了确定上述刀面及切削刃的空间位置和刀具几何角度的大小 必须建立适当的参考系 坐标平面 选定切削刃上某一点而假定的几个平面称为辅助平面 如图4 21所示 4 2车削加工基础知识 图4 21刀具的辅助平面 4 2车削加工基础知识 基面 pr 通过刀刃上某一选定点并垂直于该点切削速度方向的平面 主切削平面 ps 通过刀刃上某一选定点 切于工件过渡表面且与基面垂直的平面 正交平面 po 通过刀刃上某一选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面 以上三个平面相互垂直 构成空间直角坐标系 假定工作平面 pf 通过切削刃选定点与基面垂直 且与假定进给运动方向平行的平面 背平面 pn 通过切削刃选定点并同时垂直于基面和假定工作平面的平面 副切削平面 p S 通过副切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面 如图4 22所示 4 2车削加工基础知识 车刀的角度和作用车刀的切削部分共有六个独立的基本角度 刀具的切削性能 锋利程度及强度主要是由刀具的几何角度来决定的 各角度标注如图4 22所示 图4 22刀具的主要角度 4 2车削加工基础知识 前角 0 是前刀面和基面间的夹角 前角的大小反映了刀具前面倾斜的程度 决定刀刃的强度和锋利程度 影响切削变形和切削力的大小 前角有正负之分 当前面在基面下方时为正值 反之为负值 如图4 22所示为正 前角大 刃口锋利 可减少切削变形和切削力 易切削 易排屑 但前角过大 强度低 散热差 易崩刃 前角的大小主要根据工件材料 刀具材料和加工要求进行选择 硬质合金车刀前角参考值如表4 1所示 4 2车削加工基础知识 4 2车削加工基础知识 后角 0 是主后面与主切削平面间的夹角 后角的大小决定刀具后面与工件之间的摩擦及散热程度 后角过大 会降低车刀强度 且散热条件差 刀具寿命短 后角过小 磨擦严重 温度高 刀具寿命也短 硬质合金车刀的后角参考值如表4 2所示 楔角 0 是前面与主后面间的夹角 0 90 0 0 主偏角 kr 是主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向间的夹角 主偏角的大小决定背向力与进给力的分配比例和刀头的散热条件 主偏角大 背向力小 散热差 主偏角小 进给力小 散热好 4 2车削加工基础知识 副偏角 kr 是副切削刃在基面上的投影与假定进给运动反方向之间的夹角 副偏角的大小决定切削刃与已加工表面之间的摩擦程度 较小的副偏角对已加工表面有修光作用 其参考值如表4 3所示 表4 2硬质合金车刀后角参考值 4 2车削加工基础知识 刃倾角 S 是主切削刃与基面间的夹角 刃倾角主要影响排屑方向和刀尖强度 刃倾角有正值 负值 和零度三种 如图4 23所示 表4 3车刀主偏角 副偏角参考值 4 2车削加工基础知识 图4 23刃倾角的作用 4 2车削加工基础知识 当刀尖是主切削刃上的最高点时 刃倾角为正值 切削时 切屑流向待加工表面 保护已加工表面不被切屑划伤 但刀尖强度较差 不耐冲击 当刀尖是主切削刃的最低点时 刃倾角为负 切削时 切屑流向已加工表面 保护了刀尖 增加了刀具寿命 但容易擦伤已加工表面 当主切削刃和基面平行 也即刀刃上各点等高时 刃倾角等于零度 切削时切屑垂直于主切削刃方向流出 并很快卷曲 刀尖抗冲击能力较强 刀尖角 r 是主切削平面与副切削平面间的夹角 4 2车削加工基础知识 4 2 2 4车刀的材料 对车刀材料的性能要求 高硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度 常温硬度一般在60HRC以上 高强度 主要指抗弯强度 刀具材料应能承受切削力和内应力 不致崩刃或断裂 足够的韧性刀具材料应能承受冲击和振动 不致因脆性而断裂或崩刃 高耐磨性是指刀具材料抵抗磨损的能力 它是刀具材料硬度 强度等因素的综合反映 一般刀具材料的硬度愈高 耐磨性亦愈好 4 2车削加工基础知识 高耐热性是指刀具材料在高温下保持较高的硬度 强度 韧性和耐磨性的性能 它是衡量刀具材料切削性能的重要指标 良好工艺性及经济性为了能方便的制造刀具 刀具材料应具备可加工性 可刃磨性 可焊接性及可热处理性等 同时刀具选材应尽可能满足资源丰富 价格低廉的要求 常用的车刀材料目前常用的刀具材料有碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 人造聚晶金刚石及立方氮化硼等 高速钢和硬质合金是两类应用广泛的车刀材料 常用的刀具材料和性能如表4 4所示 4 2车削加工基础知识 4 2车削加工基础知识 4 2 2 5车刀的刃磨车刀的刃磨一般有机械刃磨和手工刃磨两种 进行车刀刃磨时 必备有磨刀砂轮 砂轮的选择常用的砂轮有两种 一种是氧化铝砂轮 另一种是碳化硅砂轮 刃磨时必须根据刀具材料来选用砂轮 氧化铝砂轮多呈白色 其砂粒韧性好 较锋利 但硬度稍低 常用来刃磨高速钢车刀和碳素工具钢刀具 而呈绿色的碳化硅砂轮的砂粒硬度高 切削性能好 但较脆 常用来刃磨硬质合金刀具 4 2车削加工基础知识 另外 还可采用人造金刚石砂轮刃磨刀具 这种砂轮既可刃磨硬质合金刀具 也可磨削玻璃 陶瓷等高硬度材料 砂轮的粗细以粒度表示 一般分为36 60 80 和120 等级别 粒度愈大则表示组成砂轮的磨料愈细 反之则愈粗 一般粗磨时选用粒度小颗粒粗的平形砂轮 精磨时选用粒度大颗粒细的杯形砂轮 手工刃磨的方法和步骤 粗磨主后面同时磨出主偏角及主后角 如图4 24 a 所示 粗磨副后面同时磨出副偏角及副后角 如图4 24 b 所示 4 2车削加工基础知识 磨前面同时磨出前角 如图4 25所示 磨断屑槽其目的是使断屑容易 断屑槽常见的形式有圆弧型和直线型两种 如图4 26所示 刃磨圆弧断屑槽 必须先把砂轮的外圆与平面的相交处修整成相应的圆弧 刃磨直线形断屑槽 其砂轮的外圆与平面的相交处必须修整得比较尖锐 刃磨时 刀尖可向上或向下磨削 a b 图4 24粗磨后角 副后角 a 粗磨后角 b 粗磨副后角 4 2车削加工基础知识 图4 25粗磨前面 a b 图4 26断屑槽的型式 a 圆弧型 b 直线型 4 2车削加工基础知识 磨削断屑槽时 注意刃磨时的起点位置应和刀尖 主切削刃离开一小段距离 以防止将刀尖和切削刃磨坍 磨削时用力不能过大 应将车刀沿刀杆方向上下缓慢移动 刃磨断屑槽的方法如图4 27所示 精磨主后面和副后面刃磨方法如图4 28所示 刃磨时 将车刀底平面靠在调整好角度的台板上 刀刃轻轻靠在砂轮的端面上并沿砂轮端面缓慢地左右移动 使砂轮磨损均匀 保证车刀刃口平直 4 2车削加工基础知识 a b 图4 27刃磨断屑槽的方法 a 向下磨 b 向上磨 图4 28精磨主后面和副后面 4 2车削加工基础知识 磨负倒棱刃磨方法如图4 29所示 刃磨时 用力要轻微 车刀要沿主刀刃的后端向刀尖方向摆动 磨削方法有直磨法和横磨法 多用直磨法 负倒棱的宽度一般为进给量的 0 5 0 8 倍 负倒棱倾斜角为 5 10 a b c 图4 29负倒棱及磨负倒棱的方法 a 负倒棱 b 直磨法 c 横磨法 4 2车削加工基础知识 磨过渡刃过渡刃有直线形和圆弧形两种 刃磨方法与精磨后面时基本相同 对于车削较硬材料的车刀 也可以在过渡刃上磨出负倒棱 对于大进给量车削的车刀 可以用同样的方法在副切削刃上磨出修光刃 采用的砂轮与精磨后面时所用的砂轮相同 研磨为了保证工件表面加工质量 对精加工使用的车刀 常进行研磨 研磨时 用油石加一些机油 然后在刀刃附近的前面和后面以及刀尖处贴平进行研磨 直到车刀表面光洁 看不出磨削痕迹为止 这样既可使刀刃锋利 又能延长车刀的使用寿命 如图4 30所示 图4 30用油石研磨车刀 4 2车削加工基础知识 车刀刃磨的注意事项 刃磨时 握刀姿势要正确 双手拿稳车刀 使刀杆靠于支架 并让被磨表面轻贴砂轮 用力要均匀 不能抖动 磨碳素钢 高速钢及合金钢时 要及时将发热的刀头放入水中冷却 以防刀刃退火 失去其硬度 磨硬质合金刀具时 不需要进行冷却 否则 刀头的急冷会导致刀片碎裂 在盘形砂轮上磨刀时 尽量避免在砂轮端面上刃磨 在杯形砂轮上磨刀时 不准使用砂轮的内圈 刃磨时 刀具应往复移动 固定在砂轮某处磨刀 会导致该处形成凹坑 不利于以后的刃磨 同时 砂轮表面要经常修整 以保证刃磨质量 刃磨结束后 随手关闭砂轮机电源 4 2车削加工基础知识 4 2 2 6车刀的安装在车削加工前 必须正确安装好车刀 否则 即便是车刀的各个角度刃磨得合理 但其工作角度发生了改变 也会直接影响到切削的顺利进行和工件的加工质量 所以在安装车刀时 要注意下列事项 车刀的悬伸长度要尽量缩短 以增强其刚性 一般悬伸长度约为车刀厚度的1 1 5倍 车刀下面的垫片要尽量少 且与刀架边缘对齐 车刀一定要夹紧 至少用两个螺钉平整压紧 否则车刀崩出 后果不堪设想 4 2车削加工基础知识 车刀刀尖应与工件旋转轴线等高 否则 将使车刀工作时的前角和后角发生改变 如图4 31所示 车外圆时 如果车刀刀尖高于工件旋转轴线 则使前角增大 后角减小 这样加大了后面与工件之间的摩擦 如果车刀刀尖低于工件旋转轴线 则使后角增大 前角减小 这样切削的阻力增大 切削不顺畅 刀尖不对中 当车削至端面中心时会留有凸头 若使用硬质合金车刀时 有可能导致刀尖崩碎 图4 31车刀刀尖相对工件中心的图示 4 2车削加工基础知识 车刀刀杆中心线应与进给运动方向垂直 如图4 32 b 所示 否则将使车刀工作时的主偏角和副偏角发生改变 主偏角减小 进给力增大 副偏角减小 加剧摩擦 图4 32车刀装偏对主 副偏角的影响 a 主偏角增大 副偏角减小 b 正确 c 主偏角减小 副偏角增大 4 2车削加工基础知识 4 2 3车削加工表面车削加工是在车床上靠工件的旋转运动 主运动 和刀具的直线运动 进给运动 相组合 形成加工表面轨迹来加工工件的 车削加工的范围很广 归纳起来 其加工的各类零件具有一个共同的特点 带有旋转表面 它可以车外圆 车端面 切槽或切断 钻中心孔 钻孔 扩孔 铰孔 车内孔 车螺纹 车圆锥面 车特形面 滚花 车台阶和盘绕弹簧等 如图4 33所示 如果在车床上装上其它附件和夹具 还可进行镗削 磨削 珩磨 抛光以及加工各种复杂形状零件的外圆 内孔等 4 2车削加工基础知识 图4 33车床加工的典型表面 4 3轴类零件的加工工艺 4 3轴类零件的加工工艺4 3 1定位基准的选择零件进行机械加工之前 为了保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求 便于合理安排加工顺序 必须正确选择定位基准 这是因为在加工阶段开始 前道工序必须为后续工序提供好定位基准面 对于轴类零件而言 其定位基准面的选择 通常有如下几类 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 1 1采用两中心孔这是最常用的一种方式 因为轴类零件各外圆表面 锥孔 螺纹表面的同轴度以及端面对主轴轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目 而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线 轴的中心线的具体具现是两端面的中心孔 采用两中心孔定位 符合基准重合这一基本定位原则 再则 采用中心孔定位 能够最大限度地在一次安装中加工出多个外圆和端面 完成多道工序的切削加工 符合基准统一原则 所以 应尽可能采用中心孔作为轴类零件加工的定位基准面 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 1 2采用外圆表面当加工较粗 较长的轴类零件 或为了在粗加工阶段实现强力切削 则采用轴的外圆表面作为定位基准面 或是以外圆和中心孔同时作为定位基准面 其目的是为了提高工件刚度和加工生产率 4 3 1 3采用锥堵或锥堵心轴当工件为通孔轴类零件时 工艺上采用带有中心孔的锥堵 闷头 或锥堵心轴定位 如图4 34所示 当轴孔的锥度比较小时 如某车床的主轴锥孔分别为1 20和莫氏6号锥度 可使用锥堵 当锥孔的锥度较大或圆柱孔时 则用带锥堵的锥堵心轴 4 3轴类零件的加工工艺 锥堵在使用过程中 要保持较高的精度 才可保证工件的加工质量 其次应尽量减少锥堵安装次数 因工件锥孔与锥堵上锥角不可能完全一致 重新安装势必导致安装误差 图4 34锥堵与锥堵心轴 a 锥堵 b 锥堵心轴 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 1 4采用装配基准面在磨主轴锥孔时 为了保证锥孔与前 后支承轴颈的同轴度 则选用作为装配基准面的前 后支承轴颈作为定位基准面 同时又实现基准重合 如图4 35所示 但如果某些主轴的前 后支承轴颈是圆锥表面而不便于定位时 则宜选择与前 后支承轴颈临近且与支承轴颈有高同轴度要求的两轴颈作为辅助定位基准面 这样也可也保证锥孔与前 后支承轴颈的同轴度要求 4 3轴类零件的加工工艺 图4 35磨主轴锥孔夹具1 底座2 支架3 浮动夹具 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 2端面和外圆的加工及检验车端面 外圆时 一般选用主偏角为45 75 和90 的等几种车刀 4 3 2 1车端面车端面时 工件安装在卡盘上 调整机床 开动机床使工件旋转 移动拖板将车刀移至工件附近 移动小滑板 控制背吃刀量 摇动中滑板手柄作横向进给 4 3轴类零件的加工工艺 用右 左偏刀 90 主偏角 车削端面右偏刀适于车削带有台阶和端面的工件 如一般的轴和直径较小的端面 通常情况下 偏刀由外向中心走刀车端面时 是由副刀刃进行切削的 如果背吃刀量较大 向里的切削力会使车刀扎入工件 而形成凹面 如图4 36 a 所示 当然也可反向切削 从中心向外走刀 利用主切削刃进行切削 则不易产生凹面 如图4 36 b 所示 切削余量较大时 可用如图4 36 c 所示的端面车刀车削 在精车端面时 一般用偏刀由外向中心进刀 背吃刀量要很小 因为这时切屑是流向待加工表面的 故加工出来的表面较光滑 4 3轴类零件的加工工艺 用左偏刀车削端面时 如图4 37所示 它是用主切削刃进行切削 所以切削顺利 车削的表面也较光滑 适于车削有台阶的平面 图4 36用90 外圆右偏刀车端面 图4 37用左偏刀车削端面 4 3轴类零件的加工工艺 用45 车刀车削端面45 车刀利用主切削刃进行切削 如图4 38 a b 所示 故切削顺利 工件表面粗糙度值较小 而且45 车刀的刀尖角等于90 刀头强度比偏刀高 适于车削较大的平面 并能倒角和车外圆 用左车刀 主偏角在60 75 车削端面左车刀利用主切削刃进行切削 如图4 38 c 所示 所以切削顺利 同时左车刀的刀尖角大于90 刀头强度最好 车刀耐用度高 适于车削铸锻件的大平面 4 3轴类零件的加工工艺 a b c 图4 3845 车刀 左车刀车削端面 a 用钢尺 b 用刀口直尺图4 39检查端面的平面度 检验端面加工最主要的要求是平直 光洁 检查其是否平直 可采用钢尺作工具 严格时 则用刀口直尺作透光检查 如图4 39所示 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 2 2车外圆 车削的步骤如下 根据图样要求检验毛坯是否合格 表面是否有缺陷 检查车床是否运转正常 操纵手柄是否灵活 装夹工件并校正 安装车刀 试切 试切方法与步骤如图4 40所示 切削 在试切的基础上 调整好背吃刀量后 扳动自动进给手柄进行自动走刀 当车刀进给到距尺寸末端3 5 时 应提前改为手动进给 以免走刀超长或将车刀碰到卡盘爪上 如此循环直至尺寸合格 然后退出车刀 最后停车 4 3轴类零件的加工工艺 图4 40试切的方法与步骤 a 开车对刀 使车刀与工件表面轻微接触 b 向右退出车刀 c 横向进刀 d 切削1 3 e 退出车刀 进行度量 f 如果尺寸不到位 再进刀 4 3轴类零件的加工工艺 加工工艺车削轴类零件外圆表面的大致工艺顺序为 荒车 粗车 半精车 精车 精细车 在加工具体的件时 则要根据零件精度要求来选择加工工序 不一定要经过全部的加工阶段 各种加工工艺所能达到的经济精度和表面粗糙度值 以及各种典型的加工方法见表4 5所示 4 3轴类零件的加工工艺 外圆面检验外圆表面的加工 一方面要保证零件图上要求的尺寸精度和表面粗糙度 另一方面还应保证形状和位置精度的要求 检查时 可采用钢尺 游标卡尺 千分尺或百分表等工具 用游标卡尺测外径测量前 使卡口宽度大于被测量尺寸 然后推动游标 使测量脚平面与被测量的直径垂直并接触 得到尺寸后把游标上的螺钉紧固 然后读数 如图4 41所示 图4 41测量外径的方法 4 3轴类零件的加工工艺 用千分尺测外径图4 41测量外径的方法测量时 工件放置于两测量面间 先直接转动微分筒 当测量面接近工件时 改用测力装置 直到发出 卡 卡 跳动声音 此时 应锁紧测微螺杆 进行读尺 用千分尺测量小零件时 测量方法见图4 42 a 测量精密的零件时 为了防止千分尺受热变形 影响测量精度 可将千分尺装在固定架上测量 见图4 42 b 在车床上测量工件 必须先停车 测量方法见图4 42 c 在车床上测量大直径工件时 千分尺两个测量头应在水平位置上 并要求垂直于工件轴线 测量时 左手握住尺架 右手转动测力装置 靠千分尺的自重在工件直径方向找出最大尺寸 见图4 42 d 4 3轴类零件的加工工艺 图4 42千分尺的使用 4 3轴类零件的加工工艺 外圆长度尺寸的检测外圆加工结束后 一般使用钢直尺 内卡钳 游标卡尺和深度游标卡尺来测量长度 对于批量大精度较高的工件可用样板测量 如图4 43所示 图4 43外圆长度尺寸检测 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 3圆锥面的加工及检验车圆锥面主要有下列四种方法 小滑板转位法 尾座偏移法 靠模法和宽刃刀法 车锥体时 必须特别注意车刀安装的刀尖要严格对准工件的中心 否则 车出的圆锥母线不是直线 而是双曲线 4 3 3 1小滑板转位法转动小滑板车削圆锥 是将小滑板按零件的要求转动一定的角度 小滑板转动的角应为圆锥母线与车床主轴轴线的夹角 使车刀的运动轨迹与所要车削的圆锥母线平行 然后紧固其转盘 再摇动进给手柄进行切削 如图4 44 a 所示 4 3轴类零件的加工工艺 图4 44车削锥面的方法 a 小刀架转位法 b 尾座偏移法 c 靠模法 d 宽刀法1 床身2 螺母3 联接板4 滑块5 中心轴6 靠模板7 底座 4 3轴类零件的加工工艺 小滑板转位法车削圆锥操作简单 适用范围广 可车削各种角度的内外圆锥 但受小滑板的行程限制 只可车削较短的圆锥体 且加工时只能用双手转动小滑板进给车削 劳动强度较大 零件表面粗糙度较难控制 4 3 3 2尾座偏移法尾座偏移法车削圆锥 是将工件置于前后顶尖之间 调整尾座横向移动一段距离s后 使工件轴线与纵向走刀方向成 角 自动走刀切出锥面 如图4 44 b 所示 4 3轴类零件的加工工艺 尾座偏移量的计算公式为 s L Ltan式中s 尾座偏移量 D 锥面大端直径 d 锥面小端直径 l 锥面长度 L 两顶尖之间的距离 锥角 4 3轴类零件的加工工艺 计算得s后 就可以根据偏移量s来移动尾座的上层 偏移尾座的方法有如下几种 利用尾座的刻度偏移尾座先把尾座上下层零线对齐 然后转动螺钉1和2 把尾座上层移动一个s距离 如图4 45所示 图4 45用尾座的刻度偏移尾座 4 3轴类零件的加工工艺 应用百分表偏移尾座先把百分表装在刀架上 使百分表的触头与尾座套筒接触 然后偏移尾座 当百分表指针转动至s值后 把尾座固定 如图4 46所示 图4 46用百分表偏移尾座的方法 4 3轴类零件的加工工艺 应用锥度量棒 或样件 偏移尾座把锥度量棒顶在两顶针中间 在刀架上装一百分表 使百分表与量棒接触 并对准中心 再偏移尾座 然后移动大滑板 看百分表在量棒两端的读数是否相同 如图4 47所示 如果读数不相同 再偏移尾座 直至百分表读数相同为止 图4 47用锥度量棒偏移尾座 4 3轴类零件的加工工艺 尾座偏移法适于车削锥度小 锥体较长的工件 可用自动走刀车锥面 加工出来的工件表面质量好 但因为顶针在中心孔中歪斜 接触不良 所以中心孔磨损不均匀 车削锥体时尾座偏移量不能过大 4 3 3 3靠模法靠模法是使用专用的靠模装置进行锥面加工 如图4 44 c 所示 车削锥度时 大滑板作纵向移动 滑块4就沿靠模板斜面滑动 又因为滑块4与中滑板丝杆连接 则中滑板就沿着靠模板斜度作横向进给 车刀就合成斜走刀运动 靠模法车削锥度适于加工小锥度工件 可自动进刀车削圆锥体和圆锥孔 且中心孔接触良好 故锥面质量好 靠模板调整方便 准确 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 3 4宽刃刀法宽刃刀法是采用与工件形状相适应的刀具横向进给车削锥面 如图4 44 d 所示 宽刃刀的刀刃必须平直 刀刃与主轴轴的夹角应等于工件圆锥斜角 当工件的圆锥斜面长度大于刀刃长度时 可以采用多次接刀的方法 但接刀必须平整 该方法适于车削较短的圆锥面 但要求车床必须具有很好的刚性 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 3 5外圆锥面的检验外圆锥面的检验项目包括两个 圆锥角度和尺寸精度的检测 常用的检验工具有万能角度尺 角度样板 若检测配合精度要求较高的锥度零件 则采用涂色检验法 对于3 以下的角度采用正弦规检测 角度和锥度的检验 用万能角度尺检测万能角度尺的测量范围是0 320 用万能角度尺检测外圆锥角度时 应根据工件角度的大小 选择不同的测量的方法 如图4 48所示 4 3轴类零件的加工工艺 图4 48用万能角度尺测量工件的方法 4 3轴类零件的加工工艺 用角度样板检测角度样板是根据被测角度的两个极限尺寸制成的 如图4 49所示 为采用专用的角度样板测量圆锥齿轮坯角度的情况 图4 49用样板测量圆锥齿轮坯的角度 4 3轴类零件的加工工艺 用涂色法检测检验标准外圆锥面时 可用标准圆锥套规来测量 如图4 50 a b 所示 测量时 先在工件表面顺着锥体母线用显示剂均匀地涂上三条线 约120 然后把工件放入套规锥孔中转动半周 最后取下工件 观察显示剂擦去的情况 如果显示剂擦去均匀 说明圆锥接触良好 锥度正确 如果小端擦着 大端没擦去 说明圆锥角小了 反之 则说明圆锥角大了 图4 50圆锥套规及圆锥套规测量 a 圆锥套规 b 圆锥套规测量 4 3轴类零件的加工工艺 用正弦规检测正弦规是利用正弦函数原理精确地检验锥度或角度的量具 它由一块准确的钢质长方体和两个相同的精密圆柱体组成 如图4 51 a 所示 测量时 将正弦规安放在平板上 一端圆柱体用量块垫高 量块组的高度尺寸为 H Lsin被测工件放在正弦规的平面上 如图4 51 b 所示 然后用百分表检验工件圆锥面的两端高度 如指针在两端点指示值相同 就说明圆锥半角准确 反之 则被测工件圆锥角有误差 这时可通过调整量块组的高度 使百分表两端在圆锥面的读数值相同 这样就可以计算出圆锥实际的角度 4 3轴类零件的加工工艺 图4 51正弦规及其使用方法1 2 挡板3 圆柱4 长方体5 工件6 量块 4 3轴类零件的加工工艺 圆锥尺寸的检测圆锥的大 小端直径可用圆锥界限套规来测量 如图4 50 a 所示 在套规端面上有一个台阶 或刻线 台阶长度m 或刻线之间的距离 就是圆锥大小端直径的公差范围 检测方法如图4 52所示 测量外圆锥时 如果锥体的小端平面在缺口之间 说明其小端直径尺寸合格 如锥体未能进入缺口 说明其小端直径大了 如锥体小端平面超过了止端缺口 说明其小端直径小了 图4 52用套规测量锥体的几种情况 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 4螺纹的加工及检验螺纹是轴类零件外圆表面加工中常见的加工表面 加工螺纹的方法很多 如车 铣 套螺纹 磨削和滚压等 采用车削方法可加工各种不同类型的螺纹 如普通螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹等 在加工时除采用的刀具形状不同外 其加工方法大致相同 现以普通螺纹加工为例进行介绍 4 3轴类零件的加工工艺 4 3 4 1螺纹车刀材料的选择常用的螺纹车刀材料有高速钢和硬质合金两类 高速钢螺纹车刀容易磨得锋利 而且韧性较好 刀尖不易崩裂 但其耐热性较差 只适用于低速车削螺纹 车出的螺纹表面质量较好 硬质合金螺纹车刀的硬度高 耐热性较好 但韧性较差 适用于高速车削螺纹时使用 4 3 4 2螺纹车刀几何形状的要求螺纹车刀的刀尖角必须与螺纹牙型角相等切削部分的形状应与螺纹截面形