《机械零件切削加工》-4

项目四车槽和切断

学习目标熟悉槽的种类和作用。熟悉切断刀、内沟槽刀和外沟槽刀的结构特点掌握切断刀、内沟槽刀和外沟槽刀的安装方法掌握车内外沟槽和切断的方法了解切槽和切断时应注意的问题及预防方法工作任务车削如图4-1所示V带轮。该零件由外圆表面、V形槽及内圆表面、内沟槽组成。通过V带轮的车削加工，了解切断刀、内沟槽刀和外沟槽刀的结构特点，掌握切断刀、内沟槽刀和外沟槽刀的安装，掌握车内、外沟槽和切断的方法，厂解切槽时应注意的问题及预防方法。上一页返回4-1了解资讯4-1-1切断的相关知识在工件上切成各种形状的槽子，叫做切沟槽。外圆及轴肩部位的沟槽，称为外沟槽。在内孔表面的沟槽叫做内沟槽，在工件端面的沟槽叫做端面沟槽。沟槽的形状和种类较多，常见的外沟槽有矩形沟槽、圆弧形沟槽、梯形沟槽等。矩形沟槽的作用通常是使所装配的零件有正确的轴向位置，在磨削、车螺纹、插齿等加工过程中便于退刀。将毛坯棒料在车床上切下来，或将加工好的零件从棒料上切下来的加工方法称为切断。切断时，切断刀以横向进给进行车削，刀具前边的刀刃是主切削刃，两侧是副切削刃。因为切断时要切到工件的中心，所以切断刀的主切削刃较窄，刀头较长。在选择刀头几何形状和切削用量时应特别注意。车槽和切断的关键是选择合理的切削用量及刃磨好切刀的几何角度，使其具有良好的刚性。下一页返回4-1了解资讯1.切断刀的类型

(1)高速钢切断刀(W18Cr4V)

高速钢切断刀通常做成整体式，如图4-2所示。刀具性能参数如下。

1)前角(γ0)。切断中碳钢材料时γ0=20°~25°,切断铸铁材料时γ0=0°~10°。

2)主后角(α0)切断塑性材料时取大些，切断脆性材料时取小些，一般取ao=3°~5°。

3)副后角(α0’)。切断刀有两个对称的副后角α0’=1°~2°，其作用是减小副后刀面与已加工面之间的摩擦。

4)主偏角(Kr)切刀从横向进给为主，因此Kr=90°，也可以把主切削刃略磨斜些，可减小端面留凸台和切工件留的飞边。

5)副偏角(Kr’)。切刀的两个副偏角必须对称，为保证切刀强度。Kr’=1°~1°30’6)切刀主切削刃宽度(a)。既不要太宽(太宽会使切削力过大而产生振动)，也不要太窄(太窄会削弱刀体强度)，因此主切削刃的宽度可用下面经验公式计算:上一页下一页返回4-1了解资讯式中，a——主切削刃宽度，单位：mm；

d——工件待加工表面直径，单位：mm；

7)刀体长度(L)。刀体太长容易引起振动(或向左右摆动)使刀体折断。刀体长度可用下式计算:式中，L——刀体长度，单位：mm；

h——单边切入深度，单位：mm；例4-1;切断外径为50mm的圆柱形工件，计算切刀主切削刃宽度和刀体长度。解:根据上面两式可得上一页下一页返回4-1了解资讯8)卷屑槽。切断刀的卷屑槽不要磨太深，一般为1~2mm若槽磨得太深，其刀头强度差，散热差，容易折断，更不能把前面磨得低或磨成阶台形，这种刀排屑困难，切削负荷大，刀头更容易折断。

(2)硬质合金切断刀用硬质合金切断刀(图4-3)采用较高速度切断工件时，切屑容易堵塞在槽内。为便于排屑，主切削刃两边倒角成10°~20°，或倒角距离占主刀刃1/3的长度，或磨成人字形。为了增加刀头强度，把刀头下部做成鱼肚形。高速切断时会产生很大的热量，为防止刀片脱焊，必须加强冷却。

(3)弹性切断刀为节省高速钢材料，把切断刀做成片状，再装夹在弹簧刀杆内，做成弹性切断刀，如图4-4所示。这种弹性切断刀既节省刀具材料，又富有弹性。当进刀过多时，刀头在弹性刀杆的作用下会自动让刀，不容易产生扎刀而折断刀头。上一页下一页返回4-1了解资讯(4)反切刀切削直径较大的工件时，由于刀头较长，刚性较差，容易引起振动。可采用反向切断法，长口工件反转，用反切刀切断工件，如图4-5所示。这种切断法的切削力的方向与重力方向一致，不易引起振动，此外，反向切断，切屑从下面排出，不易堵在工件槽内。前角γ。可为0°，刀头强度好。但由于反切时刀架受力向上，要求刀架有足够的刚性。

(5)外沟槽车刀外沟槽车刀的形状和几何角度与切断刀的基本相同。车削较窄的外沟槽时，切槽刀的主切削刃宽度应与槽宽相等，刀头长度稍大于槽深。

(6)内沟槽车刀内沟槽车刀与切断刀的几何形状相似，内沟槽刀的后角通常刃磨成双重后角，如图4-6所示，装夹方向与切断刀的相反。加工小孔中的内沟槽车刀做成整体式，如图4-7(a)所示，在大直径内孔中车内沟槽的车刀可做成车槽刀刀体，然后装夹在刀柄上使用，如图4-7(b)所示。由于内沟槽通常与轴线垂直，因此要求内沟槽车刀的刀体与刀柄轴线垂直。上一页下一页返回4-1了解资讯2.切断刀的安装①刃磨正确的切断刀安装时，主切削刃应对准工件中心，刀具中心线垂直于工件中心线，两侧副偏角保证相等。装夹切槽刀时，可用90°角尺检查副偏角，确保两侧副偏角对称。如图4-8所示。②切断刀刀头不宜伸出太长，否则容易产生振动。③切断刀的底平面应平整，保证两副后角对称。④安装高速钢的切刀时，面上应加一块垫片，使切刀装夹更牢固，同时使刀架上紧固螺纹不易产生拨头现象。⑤切断实心工件时，主切削刃的刀尖要与主轴轴线等高，否则不能切到中心，刀头容易折断。

3.切断时切削用量的选择

(1)背吃刀量切断与切槽时的背吃刀量等于主切削刃的宽度。上一页下一页返回4-1了解资讯(2)进给量切断、切槽刀的刀头强度较低，应适当减小进给量。进给量过大时容易使刀头折断;进给量过小会使刀具后面和工件表面强烈摩擦，引起振动。进给量的大小应根据工件和刀具材料决定。表4-1为切断及切槽的进给量参考表。①用高速钢切刀横走刀量选择范围如下:

切钢件时，f=0.05~0.1mm/r;切铸铁时，f=0.1~0.2mm/r②用硬质合金切断刀横走刀量选择如下:

切钢件时，f=0.1~0.2mm/r;切铸铁时，f=0.15~0.25mm/r(3)切削速度①用高速钢切刀的切削速度范围如下:切钢件时，Vc=30~40r/min;切铸铁时，Vc=15~25m/min②用硬质合金切断刀的切削速度范围如下:切削钢件时，Vc=80~120to/thin;切铸铁时，Vc=50~90m/min上一页下一页返回4-1了解资讯4.切断的车削方法（1）用直进法切断工件所谓直进法，就是指垂直于工件轴线方向进刀切断(图4-9(a))。这种方法切断效率高，但对车床、切刀的刃磨和安装都有较高的要求，否则易使刀头折断。

(2)左右借刀法切断工件在切削系统(刀具、工件、车床)刚性不足的情况下，可采用左右借刀法切断(图4-9(b))。此法在轴线方向反复左右移动，后又径向进给，直至工件切断。

(3)反切法切断工件车刀反装，车床主轴带动工件反向旋转，利用反切刀切断工件。反切法适用于切断直径较大的工件。优点是:①反转切削时，作用在工件上的切削力与主轴重力方向一致(向卡)，因此，主轴不容易产生上下跳动，所以切削比较平稳。②切屑从下面流出，不会堵塞在切削槽中，因而能比较顺利地车削。但必须注意，采用反切法时，卡盘与主轴连接部分必须有保险装置，否则卜盘会因倒车而脱离主轴，产生事故。上一页下一页返回4-1了解资讯5.切断时的注意事项①切断时，切断刀应尽可能靠近卡盘，如图4-10所示。工件的切断处应距卡盘近些，避免在顶尖安装的工件上切断。②切断刀刀尖必须与工件中心等高，否则切断处将剩有凸台，且刀头也容易损坏，如图4-11所示。③切断刀伸出刀架的长度不要过长，进给要缓慢均匀。将切断时，必须放慢进给速度，以免刀头折断。④切断钢件时需要加切削液进行冷却润滑，切铸铁时一般不加切削液，但必要时可用煤油进行冷却润滑。硬质合金刀切断时中途可适时退刀以便断屑和散热。⑤一夹一顶或两顶尖装夹工件时，不能直接把工件切断，避免切断时工件飞出伤人。

上一页下一页返回4-1了解资讯⑥切断刀太宽，浪费工件材料，太窄易折断，刀头宽度一般选(0.5-0.6），D为被切工件直径。刀头长度太短切不到中心，太长则容易折断，一般选稍大于D/2即可。切空心工件刀头长度应稍大于(D-d)/2计算。⑦切断时机床拖板间隙要小，防止产生振刀。用高速钢车刀切断，切削速度小于25m/min用硬质合金车刀切断，切削速度可大于40r/min。手动进给速度要均匀，并加切削液，以减少车刀的磨损。即将切断时，进给速度应适当放慢。⑧用手动切断时，手动走刀要均匀，并且走刀量不要过大或过小，也不要断断续续，过快易使切刀折断。用左右借刀法切断工件时，借刀速度要均匀，借刀距离要一致。⑨如果被切断的坯料表面凹凸不平或是不正抛物圆，最好先把外圆车一刀再切断。上一页下一页返回4-1了解资讯6.切断时常见间题及原因

(1)切下的表面凹凸不平的原因①切断刀强度不够，刀尖圆弧刃磨或磨损不一致或主切削刃不平直时，切刀受力不均匀，使切下的工件表面凹凸不平。②刀具角度不正确，两副偏角过大而且不对称，从而降低刀头强度，产生“让刀”使工件表面凹凸不平。③切断刀安装不正确。④一夹一顶或两顶安装工件时，不能直接把工件切断，以防切断时飞出伤人。(2)被切断工件断面凹凸不平切断时，如果两侧刀尖刃磨不一致，或者窄切断刀的主削刃与轴线不平行，都可能使切断的工件平面凹凸不平。上一页下一页返回4-1了解资讯(3)切断刀折断切断刀折断，其可能的原因可能是:①工件装夹不牢。②切断刀前角、副偏角、副后角过大。③排屑不良，切屑堵塞。④装夹刀具时，切断刀轴线与工件轴线不垂直，主切削刃与轴心有高低。⑤进给量过大。⑥切断过程中，床鞍、中小滑板松动，产生扎刀，使切断刀折断。上一页下一页返回4-1了解资讯4-1-2切槽的相关知识在工件表面上车沟槽的方法叫切槽，槽的形状有外槽、内槽和端面槽。如图4-12所示。

1.外沟槽的车削

(1)外沟槽刀一般外沟槽刀的角度和形状与切断刀的基本相同。在车较窄的外沟槽时，车槽刀的主切削刃宽度与槽宽度相等，刀体长度略大于槽深。切槽刀和切断刀几何形状基本相似，刃磨方法也基本相同，只是刀头部分的宽度和长度有些区别，有时也通用。切槽刀安装得是否正确，对切槽的质量有直接影响。如矩形车刀的安装，要求垂直于工件轴心线，否则切出的槽底不平直。上一页下一页返回4-1了解资讯切槽刀安装时应垂直于工件中心线，以保证车削质量。

(2)车外沟槽较窄和精度要求不高的外沟槽，可选用主切削刃宽度与槽宽相等的切槽刀，采用一次直进法直接车出。如图4-13(a)所示。有精度要求的外沟槽，通常采用两次直进法车出，第一次车槽时两侧留精车余量，然后根据槽深、槽宽进行精车。如图4-13(b)所示。较宽的沟槽，可先采用多次直进法进行切削，在槽宽和槽深方向留精车余量。然后，再根据槽宽、槽深进行精车。如图4-13(c)所示。上一页下一页返回4-1了解资讯(3)车端面直槽如图4-14所示，切槽刀靠圆环沟槽大直径一侧的a处，相当于车孔，为使副后面与a处不发生干涉，此面应磨成弧形，同时会产生副后角。(4)车T形槽车T形槽时，要用三种形状的车槽刀分三个工步才能把T形槽车出。第一工步，用端面直槽车刀车出端面直槽，如图4-15(a)所示。第二工步，用弯头右车槽刀车外侧内沟槽，如图4-15(b)所示。第三工步，用弯头左车槽刀车里侧内沟槽，如图4-15(c)所示。

(5)车圆弧槽车较小的圆弧槽时，一般以成形刀一次车出;车较大的圆弧槽时，可用双手联动车削，以样板检查修整。

(6)车梯形槽车较小的梯形槽时，一般以成形刀一次完成;车较大的梯形槽时，通常先切割直槽，然后用梯形刀直进法或左右切削法完成。上一页下一页返回4-1了解资讯

例4-2切削加工如图4-16所示柱塞零件。分析:该柱塞零件主要由端面、外圆、外沟槽及倒角组成。槽宽4mmx1.5mm，最高尺寸精度为IT9级:φ22(0~-0.052)mm,φ24(0~-0.084)mm,φ30(0~-0.062)mm;未注尺寸公差IT14级。无特殊位置精度要求。拟定柱塞零件的加工步骤如下。①三爪卡盘装夹，伸出长度70mm。②粗、精平端面。③粗车外圆φ30(0~-0.062)mm，长度大于等于65mm。直径留精车余量1mm。④粗车外圆φ22(0~-0.052)mm，长度30mm,留精车余量1mm。⑤精车外圆φ22(0~-0.052)mm，长度(30士0.1)mm到尺寸。⑥精车外圆φ30(0~-0.062)mm。上一页下一页返回4-1了解资讯⑦两处切槽4x1.5。⑧切槽φ24(0~-0.084)mm/(8士0.1)mm⑨倒角C1。⑩去毛刺。⑾切断工件，保持长度大于等于60mm⑿调头，用铜皮包住φ22(0~-0.052)mm外圆，三爪卡盘装夹工件。⒀车端面，保持总长(58士0.15)mm⒁去毛刺。上一页下一页返回4-1了解资讯2.内沟槽的车削

(1)内沟槽的种类和作用

1)退刀槽。车内螺纹、车孔和磨孔时作退刀用或为了拉油槽方便，两端开有退刀槽。

2)密封槽。在T形槽中嵌入油毛毯，防止轴上的润滑油溢出。

3)轴向定位槽。在轴承座内孔中的适当位置开槽放入孔用弹性挡圈，以实现滚动轴承的轴向定位。有些较长的轴套，为了方便和定位良好，往往在长孔中间开有较长的内沟槽。

4)油气通道槽。在各种液压和气压滑阀中开内沟槽以通油或通气。这类沟槽要求有较高的轴向位置。上一页下一页返回4-1了解资讯(2)车内沟槽车内沟槽与车外沟槽方法类似。根据被加工工件的孔径尺寸、沟槽的深度和宽度选用内沟槽刀。宽度较小和要求不高的内沟槽，可用主切削刃宽度等于槽宽的内沟槽车刀采用直进法一次车出，如图4-17(a)所示。要求较高或较宽的内沟槽，可采用直进法分几次车出，如图4-17(b)所示。粗车时，槽壁和槽底留精车余量，然后根据槽宽、槽深进行精车。若内沟槽深度较浅，宽度较大，可用内圆粗车刀先车出凹槽，再用内沟槽刀车沟槽两端垂直面，如图4-17(c)所示。上一页下一页返回4-1了解资讯(3)内沟槽深度尺寸的控制

1)摇动床鞍与中滑板，将内沟槽刀伸入孔内，使主切削刃与孔壁轻轻触碰，将中滑板刻度置零。

2)根据沟槽深度计算出中滑板的进刀格数，并在进给终了相应刻度位置作出记号或记下刻度值。

3)使内沟槽车刀主切削刃退离孔壁0.3~0.5mm，在中滑板刻度盘上作出退刀位置记号。

(4)内沟槽轴向位置尺寸的控制

1)摇动床鞍和中滑板，使内沟槽刀的副切削刃与工件端面轻轻触碰，将床鞍手轮刻度盘置零。

2)如果内沟槽轴向位置离孔口端面不远，可利用小滑板刻度盘控制内沟槽轴向位置尺寸。此时，应将小滑板刻度置零。

3)用床鞍刻度盘或小滑板刻度盘控制内沟槽刀进入孔内深度。为内沟槽位置尺寸L与内沟槽刀主切削刃宽度h之和，即L+h。如图4-18所示。上一页下一页返回4-1了解资讯3.内外沟槽的测量

(1)外沟槽的测量精度要求低的沟槽，可用钢直尺测量。精度要求高的沟槽，通常用卡尺、样板、千分尺测量。

(2)内沟槽的测量

1)内沟槽的深度一般用弹簧内卡钳测量，如图4-19(a)所示。测量时，张开内卡的两爪，分别接触内孔槽尽可能大的槽壁，缓慢移动钳爪，找到最大方向，移出卜钳，用卡尺比对就可以得到尺寸。当内沟槽直径较大时，可用弯脚游标卡尺测量，如图4-19(b)所示。2)内沟槽的轴向尺寸可用钩形游标深度卡尺测量，如图4-19(c)所示。3)内沟槽的宽度可用样板或游标卡尺测量，如图4-19(d)所示。上一页下一页返回4-1了解资讯4.切槽时常见间题和注意事项①车外圆槽时，主切削刃应与轴心线平行，否则车成的槽底直径不大一样。②槽底、槽侧要求平直、清角。③车刀装夹应垂直，两侧副偏角应对称。④用借刀法车沟槽时，应注意各条槽距。⑤要正确使用游标卡尺、样板、千分尺测量。⑥选择合理的切削速度和进给量，并加切削液。

5.减小振动和防止刀体折断的方法

(1)减小振动减小切断时振动，防止切断刀振坏，可采取以下几点措施。①适当加大前角，但又不能过大，一般应控制在20°左右，使切削阻力减小。同时适当减小后角，让切断刀刃附近起消振作用把工件稳定，防止振动。②在切断刀主切刃中间磨R0.5左右的凹槽(如图4-20所示)，特别是当切刀头长度超过30mm时更应如此。磨R0.5，这样不仅能起消振作用，还能起导向作用，保证切断刀的平直性。上一页下一页返回4-1了解资讯③大直径工件宜采用反向切断法(图4-5所示)，这样既可防止振动，也使排屑方便。④切刀主刀刃宽按(0.5~0.6)d的计算方式选择。切断刀的刀刃狭窄会使切削部分强度减弱;主切削刃太宽，切削阻力大，容易引起振动。⑤改变刀柄的形状，增大刀柄的刚性，刀柄下面做成“鱼肚形”，可减弱或消除切断时的振动现象。

(2)防止刀体折断的方法①士曾强刀体强度，切刀的副后角或副偏角不要过大，其前角不宜太大，否则容易产生“扎刀”，致使刀体折断。②切刀应安装正确，不得歪斜或高于、低于工件中心太多，同时不要悬伸太长，否则会降低刀体强度。③切断毛坯工件前，应先车圆再切断或开始时尽量减小进给量，进行自动切断，横向进给量不宜超过0.1mm/r④手动进给切断时，摇动手柄应连续、均匀。若切削中必须停车，应先退刀，后停车。上一页返回4-2制订计划4-2-1零件的加工工艺分析

1.零件图工艺分析由图4-1可知，该带轮由外圆表面、V形槽、内圆表面、内沟槽组成。其主要技术要求有:①尺寸精度φ20(+0.021~0)mm精度为IT7,φ30(+0.021~0)mm精度为IT7,φ70(0~-0.2)mm精度为IT11,φ10(+0.18~0)mm精度为IT12,φ12士0.3mm精度为IT13,φ46mm,φ42mm,φ65mm,φ46mm精度为IT12，长度尺寸62mm,8mm精度为IT12。角度尺寸34°士1°精度为IT15。②表面粗糙度:内孔表面粗糙度值为Ra1.6，带轮轮槽工作面粗糙度值为Ra1.6，其余表面粗糙度值为Ra3.20③位置精度:该零件没有特殊位置精度要求。

2.毛坯选择该带轮材料为HT150，无特殊力学性能要求，单件生产，可选用φ72mmx82mm的棒料。下一页返回4-2制订计划3.表面加工方法及定位基准的选择通过对带轮工艺分析，其最高尺寸精度IT7和表面粗糙度值Ra1.6，可以通过选择合适的切削加工方法保证其要求:外表面采取先粗车再精车的方法;内孔表面采取先钻、再扩，最后进行精车的方法保证其要求。定位基准为端面和轴心线。

4.加工设备及刀具、夹具的选用机床:车削加工机床选用CA6140型普通车床。刀具:93°外圆车刀，车外圆锥表面及台阶面;直径为φ18mm的麻花钻，钻底孔;φ29mmx40mm扩孔钻钻阶梯孔，内孔车刀粗、精车内孔。内、外沟槽刀车内外沟槽。夹具:选用三爪自定心卡盘。上一页下一页返回4-2制订计划5.切削用量的选择切削用量参考表2-5，选择如下:

粗车外圆锥面刀杆伸出长100mm，背吃刀量取2mm，进给量取0.15~0.3mm/r，主轴转动速度可选取800~1000车余量0.5~1mm。精车时，背吃刀量取0.5mm,进给量取0.08~0.15mm/r;主轴转动速度可选取1000~1400r/min。粗车莫氏N0.3锥孔时，刀杆伸出长100mm，背吃刀量取2mm，进给量取0.1~0.2mm/r;主轴转动速度可选取800~1000r/min。留精车余量0.5~1mm。精车时，背吃刀量取0.5mm，进给量取0.1~0.2mm/r，主轴转动速度可选取1000~1200r/min

切槽时，切削用量的选择:

高速钢切刀，f=0.1~0.2mm/r,v=15~25to/min;

硬质合金切刀，f=0.15~0.25mm/r,v=50~90tomin

车内槽时，切削用量减小20%左右。上一页下一页返回4-2制订计划4-2-2零件加工工艺过程带轮的加工工艺过程见表4-2。上一页返回4-3组织实施4-3-1工具准备车削带轮的工、刃、量具见表4-34-3-2零件加工1.机床(CA6140)的启动按照机床操作说明书正确启动机床。2.粗车左端面及功46mm外圆面至尺寸φ47mm，长21mm①夹持外圆右端伸出三爪卡盘30mm左右，找正、夹紧;②车左端面;③粗车外圆φ46mm，至φ47mm，长21mm3.车右端面，保证总长63mm①调头，夹φ47mm外圆找正，夹紧;②粗车右端面，保证总长63mm4.粗车外圆至φ70(+0.1~0)mm下一页返回4-3组织实施5.钻、扩内孔(1)用φ18mmx70mm的钻头钻通孔;(2)用φ29mmx40mm的扩孔钻，扩孔至φ29mm，长26mm6.划线在φ70mm外圆上涂色，划出T形槽中心线痕并控制槽距，端面留0.5φ精车余量。7.车外沟槽①用宽3.8φ的直槽车刀车直槽;②用成形车刀车T形沟槽至图样尺寸要求(3条)。8.车端面①精车端面保证总长62.5mm,;②精车外圆φ72(0~-0.2)mm9.车内孔①精车内孔至尺寸φ20(+0.021~0)mm;②精车内孔至尺寸φ30(+0.021~0)mm，长27mm至尺寸要求。上一页下一页返回4-3组织实施10.车内槽①用成形内沟槽车刀一次车出内T形槽至图样要求;②倒角C111.精车端面和外圆①调头，垫铜皮夹持外圆φ70mm处;②精车端面保证总长62mm;③精车φ46mm外圆，并控制左端台阶长22mm12.倒角倒内外圆倒角C1。上一页返回4-4检查评价4-4-1