《机械制造工艺》-项目二

2.1

轴类零件制造简述2.1.1轴类零件的功用与结构特点1.轴类零件的功用轴类零件是机械产品中的主要零件之一，它通常被用于支承传动零件(齿轮、带轮等)、传递扭矩、承受载荷，以及保证装在轴上的零件(或刀具)具有一定的回转精度。2.轴类零件的结构特点按结构形状的不同，轴类零件一般分为简单轴如图2-1(a)所示、阶梯轴如图2-1(b)~(e)所示、异形轴如图2-1(f)~(i)所示三类。合理的轴结构除满足强度、刚度要求的尺寸和形状外，还应满足以下要求(见图2-2)下一页返回(1)零件在轴上能实现可靠的定位和紧固零件在轴上的轴向定位一般采用轴肩、圆锥表面、套筒、螺母、弹性卡圈等方法;零件在轴上的周向定位一般采用键、花键、销钉、过盈配合等方法。(2)轴的结构应便于加工制造、拆装和调整一根形状简单的光轴，易于制造，但不便于零件的拆装、定位。通常把轴设计成阶梯形，并在轴肩及轴端倒角。考虑加工方便，加工螺纹和磨削轴颈时，轴上应留有退刀槽和砂轮越程槽;轴上有多个键槽时，应尽可能安排在同一直线上。另外为减少应力集中，轴肩处采用圆角过渡。轴类零件的加工表面主要是外圆柱面，还有内圆柱面、圆锥面、螺纹、花键等，如图2-3所示。上一页下一页返回2.1

轴类零件制造简述2.1.2轴类零件的主要技术要求在轴上与轴承配合的外圆称为支承轴颈，与传动件配合的外圆称为配合轴颈。1.尺寸精度轴颈通常是轴类零件的主要表面，它对轴的回转精度及工作状态影响较大，精度要求最高。一般轴颈的尺寸精度为IT9~IT6，精密轴颈可达IT5。2.形状精度支承轴颈的形状精度直接影响轴的旋转精度，会降低加工精度;其他轴颈的形状对传动精度也会产生影响。所以要求轴颈的形状精度(圆度、圆柱度)限制在尺寸公差范围内。上一页下一页返回2.1

轴类零件制造简述3.位置精度主要指配合轴颈相对支承轴颈的同轴度，一般用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来限制。一般精度轴，径向圆跳动为0.01~0.03mm，高精度轴径向圆跳动为0.001~0.005mm。此外，还有内外圆柱面的同轴度、轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。4.表面粗糙度一般配合轴颈和次要表面的表面粗糙度为Ra0.63~2.5um;支承轴颈和重要表面的表面粗糙度为Ra0.16~0.63um。随着轴的转速和精密程度的提高，表面粗糙度应减小。上一页下一页返回2.1

轴类零件制造简述2.1.3轴类零件的材料、毛坯及热处理1.轴类零件的材料轴类零件常用的材料有碳钢、合金钢及球墨铸铁。(1)对于一般轴类零件常用45钢，并根据不同的工作条件采用不同的热处理(如正火、调质、淬火等)可获得一定的强度、韧性和耐磨性。但淬透性较差，淬火后易产生较大的内应力。(2)对于中等精度且转速较高的轴可选用40Cr等合金结构钢。这类钢淬火时用油冷却即可，热处理内应力小，并具有良好的韧性。(3)对于精度较高的轴可选用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等，这类材料经调质和表面处理后，具有较高的耐磨性和疲劳强度，但韧性较差。上一页下一页返回2.1

轴类零件制造简述(4)对于高转速、重载荷等条件下工作的轴选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等渗碳钢，经渗碳淬火后，表层具有很高的硬度和耐磨性，而心部又有较高的强度和韧性。(5)对于高精度、高转速的主轴常选用38CrMoA1A专用渗氮钢，调质后再经渗氮处理(渗氮处理的温度较低且不需要淬火，热处理变形很小)，使心部保持较高的强度，表层获得较高的硬度、耐磨性和疲劳强度;而且加工后的轴，其精度具有很好的稳定性。(6)对于形状复杂、力学性能要求高的轴(如曲轴)可选用QT900-2，经等温淬火后，表层具有很高的硬度和耐磨性，心部具有一定的韧性，而且加工性很好。上一页下一页返回2.1

轴类零件制造简述2.轴类零件的毛坯轴类零件常用的毛坯有圆棒料和锻件两种。阶梯轴上各外圆直径相差较大时，多采用锻件;相差小时，可直接用圆棒料;重要的轴，一般选锻件。采用圆棒料，毛坯的准备工作简单，但只适用于截面尺寸差异不大及力学性能要求不高的轴。坯料经过锻压后，表面形成呈流线型分布的纤维组织;内部组织致密、均匀，有效地提高了零件的力学性能。对于中、小批量生产或结构不太复杂的轴，一般都采用自由锻造。大批量生产时，采用模型锻造，既可提高生产率，又可大大减少加工余量，即节省材料又减少后续加工工时。但当工件尺寸和质量较大时，由于受模锻设备的限制而无法采用模锻，所以对于大型且结构复杂的轴，仍采用自由锻造。也有采用分段模锻的方法来制造，如较大的曲轴可设计成装配式。上一页下一页返回2.1

轴类零件制造简述2.1.4典型轴类零件的加工工艺过程阶梯轴是应用最为广泛的轴类零件，其加工工艺也较为典型，反映了轴类零件加工的基本规律。表2-1是减速箱传动轴单件小批生产的机械加工工艺过程，选用45钢棒料为毛坯。从表中可以看出，轴类零件的主要的加工方法是车削与外圆磨削。上一页返回2.1

轴类零件制造简述2.2

金属切削基础知识金属切削加工是指用刀具从工件上切除多余金属材料的加工方法。常用的刀具有车刀、铣刀、刨刀、钻头、齿轮刀具等，常见的切削加工方法有车削、铣削、刨削、钻削、齿轮加工等。切削加工虽有多种不同的方式，但它们在很多方面(如切削时的运动、切削刀具以及切削过程的实质等)都有着共同的规律。下一页返回2.2

金属切削基础知识2.2.1金属切削的基本定义(一)切削运动和切削用量1.切削运动切削运动是指切削加工时，刀具和工件之间的相对运动。如图2-4所示，车削时工件的旋转运动是切除多余金属的基本运动。车刀平行于工件轴线的直线运动，保证了切削连续进行。由这两个运动组成的切削运动，完成了工件外圆表面的加工。一般按运动在切削加工中所起作用不同分为:主运动和进给运动两大类。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(1)主运动主运动是由机床提供的主要运动，是使刀具和工件之间产生相对运动，从而切下切屑所必需的最基本的运动。也是切削加工中速度最高、消耗功率最多的运动。如图2-5所示，车削时工件的旋转运动、钻削时刀具的旋转运动、刨削时刀具的往复直线运动、铣削时刀具的旋转运动、磨削时砂轮的旋转运动等都是主运动。(2)进给运动进给运动是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，连续切下切屑，得到所需的已加工表面。一般进给运动是切削加工中速度较低、消耗功率较少的运动。如图2-5所示，车削时刀具的直线运动，钻削时刀具的轴向运动，刨削时工件的间歇直线运动，铣削时工件的直线运动，磨削时工件的旋转运动及其往复直线运动等都是进给运动。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识各种切削加工，都具有特定的切削运动。切削运动的形式有旋转的、直线的;连续的、间歇的等。一般主运动只有一个，进给运动可有一个或几个。主运动和进给运动可由刀具和工件分别完成，也可由刀具(如钻头)单独完成。在切削运动的作用下，工件上产生了三个不断变化的表面(如图2-4):待加工表面——加工时即将切除的工件表面。已加工表面——已被切去多余金属而形成的工件新表面。过渡表面——工件上切削刃正在切削的表面，并且是切削过程中不断变化着的表面。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识2.切削用量切削用量是切削过程中切削速度v、进给量f(或进给速度vf)和背吃刀量ap的总称。(1)切削速度v切削速度是指切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。若主运动为旋转运动，则切削速度为其最大的线速度。计算公式为:上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识上一页下一页返回(2)进给量f进给量是指刀具或工件在进给运动方向上相对于工件或刀具移动的距离，常用每转或每行程的位移量来表示。车削时：f为工件每转一转车刀沿进给方向移动的距离(mm/r)，如图2-6所示。钻削时：f为钻头每转一转钻头沿进给方向(轴向)移动的距离(mm/r)。铣削时：f可用每齿进给量fz(mm/r)、每转进给量f(mm/r)、进给速度vf(mm/min)表示2.2

金属切削基础知识(3)背吃刀量ap背吃刀量是指在基面Pr上，垂直于进给运动方向测量的工件上已加下表面与待加工表面间的距离。如图2-6所示，车削圆柱面时ap为该次切除余量的一半;刨削平面的ap为该次的切削余量。(二)刀具切削部分的基本定义切削刀具种类繁多，构造各异。其中较典型、较简单的是车刀，其他刀具的切削部分都可以看成是以车刀为基本形态演变而来的，如图2-7。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识1.刀具切削部分的组成如图2-8为普通外圆车刀，由刀体和刀柄两部分组成，刀柄用于夹持刀具，刀体用于切削，又称切削部分。切削部分一般由三个表面、两个切削刃和一个刀尖组成。前面Ar刀具上切屑流过的表面。后面Aa刀具上与过渡表面相对的表面。副后面Aa`刀具上与已加工表面相对的表面。主切削刃S前面和后面的交线为主切削刃。副切削刃S`前面和副后面的交线为副切削刃。刀尖主切削刃和副切削刃的交点。刀尖一般用短直线或圆弧替代。不同类型的刀具，其刀面、切削刃的数量不完全相同。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识2.确定刀具几何角度的辅助平面刀具角度对切削加工影响很大，为便于度量、刃磨刀具，需要假定三个辅助平面作基准，构成刀具静止参考系，如图2-9所示。刀具静止参考系是在下列理想条件下确定的:①刀尖与工件回转轴线等高。②刀杆纵向轴线垂直或平行于进给运动方向。③刀具安装和刃磨的基准面垂直于Ps，平行于Pr。④假定f=0，即没有进给运动。基面Pr

指过切削刃选定点垂直假定主运动方向的平面。切削平面PS

指过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识正交平面PO

指过切削刃选定点并同时垂直基面和切削平面的平面。上述三个平面在空间是相互垂直的。3.车刀的几何角度刀具的几何角度是在刀具静止参考系内度量的，如图2-10(1)在正交平面P。内测量的角度①前角γ0。前面与基面在正交平面内的投影之间的夹角，如图2-10所示。②后角α0。主后面与切削平面在正交平面内的投影之间的夹角，如图2-10所示。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识③楔角β0。前刀面与主后刀面在正交平面内的投影之间的夹角。前角、后角和楔角三者之间的关系为:(2)在基面Pγ内测量的角度①主偏角Kr。主切削刃在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角，如图2-10所示。②副偏角Kr‘。副切削刃在基面内的投影与进给运动反方向之间的夹角，如图2-10所示。③刀尖角εr。主、副切削刃在基面内的投影之间的夹角。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识主偏角、副偏角和刀尖角三者之间的关系为:

(3)在切削平面PS内测量的角度刃倾角λs。主切削刃和基面在切削平面内的投影之间的夹角，如图2-11所示。当刀尖为主切削刃上的最低点时为负值;当刀尖为主切削刃上的最高点时为正值;当主切削刃为水平时为零。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识4.车刀的工作角度工作时，由于与理想条件不符，其实际角度不等于标注角度，这种变化了的角度称为实际工作角度。通常进给速度远小于主运动速度，刀具的工作角度近似等于标注角度，可不考虑其影响。但在一些特殊情况(如车螺纹或丝杠、铲削加工等角度变化值较大时)下，需计算工作角度。一般，当刀尖安装得高于工件轴线时，其工作前角增大，工作后角减小;当刀尖安装得低于工件轴线时，其工作前角减小，工作后角增大，如图2-12(a),(b)所示。若刀具轴线安装方向不正确，则的变化情况如图2-13所示。

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金属切削基础知识(三)切削层参数切削层是指工件上正被刀具切削刃切削的一层金属，车削时工件转过一转，车刀主切削刃移动一个了距离。车刀切下来的金属层即为切削层。切削层参数是在与主运动方向垂直的平面内度量的切削层截面尺寸。(1)切削层公称宽度bD车削时bD是车刀主切削刃参加工作的长度在切削层横截面内的投影。若车刀主切削刃的投影与工件轴线之间的夹角为，计算公式为:上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(2)切削层公称厚度bD车削时bD是车刀每移动一个f，主切削刃相邻两个位置间的垂直距离。计算公式为:

(3)切削层公称横截面积AD。车削时AD。为切削层在切削层尺寸平面内的实际横截面积，它的大小反映了切削刃所受载荷的大小，影响加工质量、生产率及刀具寿命等。面积近似等于背吃刀量与进给量的乘积或切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。计算公式为:上一页下一页返回2.2.2切削过程及其物理现象金属切削过程实质上是一种挤压过程，是刀具与工件相互作用又相对运动的过程。切削时，切削层金属受刀具的挤压而产生变形是切削过程中的基本问题。金属切削过程中产生的积屑瘤、切削力、切削热和刀具磨损等物理现象，都是由切削过程中的变形和摩擦引起的。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(一)切屑的形成及切屑类型1.切屑的形成金属的切削过程也是切屑形成的过程。如图2-14所示，切削塑性金属时，当工件受到刀具的挤压以后，切削层金属在始滑移面OA左下方发生弹性变形，愈靠近OA面，弹性变形愈大。在OA面上，应力达到材料的屈服点，发生塑性变形，产生滑移现象。随着刀具的连续移动，原来处于始滑移面上的金属不断向刀具靠拢，应力和变形也逐渐加大。在终滑移面OE上，应力和变形达到最大值。越过OE面，切削层金属将脱离工件母材，沿着前刀面流出而形成切屑。经过塑性变形的金属，其晶粒沿大致相同的方向伸长。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识在切削过程中刀具与工件接触的区域，出现三个变形区。OA与OE之间是切削层的塑性变形区，称为第一变形区或称基本变形区，基本变形区的变形量最大，常用它说明切削过程的变形情况。切屑与前面摩擦的区域称为第二变形区或称摩擦变形区。切屑形成后与前面之间存在很大的压力，沿前面流出时必然有很大的摩擦，因而使切屑底层又一次产生塑性变形。工件已加工表面与后面接触的区域称为第三变形区或称已加工表面变形区。第三变形区是已加工表面产生加工硬化和残余应力的主要原因。2.切屑的类型当工件材料的性能、切削条件不同时，会产生不同类型的切屑，并对切削加工产生不同的影响。如图2-15所示:上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(1)带状切屑使用较大前角的刀具并选用较高切速，较小的进给量和背吃刀量切削硬度较低的塑性材料时，切削层金属经过终滑移面OE虽然产生了较大的塑性变形，但尚未破裂即被切离母体，从而形成连绵不断的带状切屑如图2-15(a)。缠绕在刀具或工件上，会损坏刀刃，刮伤工件，且清除和运输也不方便，常成为影响正常切削的关键。为此，常在刀具前面上磨出各种不同形状和尺寸的卷屑槽或断屑槽。形成带状切屑的切削过程比较平稳，切削力波动也较小，加工表面较光洁，精度好。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(2)节状切屑一般用较小的前角、较低的切削速度加工中等硬度的塑性材料时，容易得到这类切屑图2-15(b)。当切削层金属到达OE面时，材料已达到破裂程度，被一层一层地挤裂而呈锯齿形，越过OE面后，被切离母体而形成节状切屑。由于变形较大，切削力大，且有波动，加工后工件表面较粗糙。(3)单元状切屑切削塑性很大的材料，如铅、退火铝、紫铜时，切屑易在前面上形成粘结不易流出，产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成很大的变形单元，而成为此类切屑图2-15(c).上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(4)崩碎切屑在切削铸铁和黄铜等脆性材料时，切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩碎，形成不规则的碎块屑片，即为崩碎切屑图2-15(d)

。工件越硬脆，越容易产生这类切屑。产生崩碎切屑时，切削热和切削力都集中在主切削刃和刀尖附近，刀尖容易磨损，并产生振动，从而影响表面粗糙度。切屑的类型可以随切削条件的不同而改变，在生产中，常根据具体情况采取不同的措施来得到需要的切屑，以保证切削加工的顺利进行。例如，增大前角、提高切削速度或减小切削厚度可将节状切屑转变成带状切屑。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(二)积屑瘤在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，在刀具前面靠近刀刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这块金属就是切削过程中产生的积屑瘤，或称刀瘤，如图2-16所示。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识1.积屑瘤的形成积屑瘤是由于切屑和前刀面剧烈的摩擦、黏结而形成的。当切屑沿前面流出时，在高温和高压的作用下，切屑底层受到很大的摩擦阻力，致使这一层金属的流动速度降低，形成“滞流层”。当滞流层金属与前面之间的摩擦力超过切屑本身分子间的结合力时，就会有一部分金属粘结在刀刃附近形成积屑瘤。积屑瘤形成后不断长大，达到一定高度又会破裂，被切屑带下或嵌附在工件表面上，影响表面粗糙度，此过程是重复进行的。积屑瘤的形成主要取决于切削温度，如在:3000C~3800C切削碳钢易产生积屑瘤。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识2.积屑瘤对切削加工的影响由于积屑瘤在形成过程中经过剧烈变形而被强化，其硬度远高于被切金属。因此可以代替刀刃进行切削，起到保护刀刃，减小刀具磨损的作用。另外，积屑瘤的存在增大了刀具的工作前角(见图2-16)，使切屑变形和切削力减小。但由于积屑瘤不断地产生和脱落，会在已加工表面上留下不均匀的沟痕，并有一些钻附在工作表面上，从而影响尺寸的精度和表面粗糙度。由此可知，粗加工时产生积屑瘤有好处，但精加工时必须避免积屑瘤的产生。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识3.影响积屑瘤的因素工件材料和切削速度是影响积屑瘤的主要因素。塑性好的材料，切削时的塑性变形较大，容易产生积屑瘤。塑性差硬度较高的材料，产生积屑瘤的可能性相对较小。切削脆性材料时，形成的崩碎切屑与前面无摩擦，一般无积屑瘤产生。切削速度较低(v<5m/min)时，切屑流动较慢，切屑底面的新鲜金属被充分氧化，摩擦系数小，切削温度低，切屑分子间的结合力大于切屑底面与前面之间的摩擦力，因而不会出现积屑瘤。切削速度在5~50m/min范围内时，切屑底面的新鲜金属与前面间的摩擦系数较大，切削温度高，切屑分子间的结合力降低，因而容易产生积屑瘤。当切削速度很大(v>100m/min)时，由于切削温度很高，切屑底面呈微熔状态，摩擦系数明显降低，亦不会产生积屑瘤。上一页下一页返回2.2

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金属切削基础知识此外，增大前角以减小切屑变形或用油石仔细打磨刀具前刀面以减小摩擦，或选用合适的冷却润滑液以降低切削温度和减小摩擦，都有助于防止积屑瘤的产生。(三)切削力总切削力包括切削层金属的变形抗力、刀具前刀面与切屑之间的摩擦力以及后面与过渡表面之间的摩擦力。如图2-17所示中的F。1.切削力的分解总切削力F是一个空间力。为了便于测量和计算，以适应机床、刀具设计和工艺分析，常将F分解为三个互相垂直的切削分力。如图2-17所示。(1)切削力Fc切削力是总切削力F在主运动方向上的正投影，也称为切向力。切削力是三个分力中最大的，消耗的机床功率也最多(95%以上)，是计算机床动力和主传动系统零件(如主轴箱内的轴和齿轮)强度和刚度的主要依据。(2)进给力Ff进给力是总切削力F在进给运动方向上的正投影，车削外圆时与主轴轴线方向一致，又称轴向力。进给力一般只消耗总功率的1%~5%，是计算进给系统零件强度和刚度的依据。(3)背向力戴背向力是总切削力F在垂直于进给运动方向上的正投影，也称为径向力或吃刀抗力。因为切削时在此方向上的运动速度为零，所以凡不作功。但会使工件弯曲变形，还会引起振动，对表面粗糙度产生不利影响。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识2.切削力、切削功率的计算(1)切削力计算由于切削过程十分复杂，影响因素较多，生产中常采用经验公式计算:上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(2)切削功率计算切削功率是三个切削力消耗功率的综合。在车外圆时背向力方向速度为零，进给力又很小，消耗的功率忽略不计，因此切削功率可按下式计算:上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识3.影响切削力的因素工件材料是影响切削力的主要因素。工件材料的强度和硬度愈高，变形抗力愈大，切削力也愈大。在强度、硬度相近的材料中，塑性大、韧性高的材料切削时产生的塑性变形大，使之发生变形或破坏所需的功和消耗的能量较多，故切削力较大。刀具角度中对切削力影响最大的是前角，切削各种材料时增大刀具的前角都会使切削力减小。切削塑性大的材料时，增大前角可使切削力降低得更多一些，主偏角对都有影响，但对Fp的影响最大。为了减小Fp

，防止工件的弯曲变形和振动，在车削细长轴时常选用较大的主偏角()。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识切削用量对切削力的影响主要表现在背吃刀量和进给量上。当增大背吃刀量和进给量时，被切削的金属增多，切削力明显增大。实验表明，当其他切削条件一定时，背吃刀量加大一倍，切削力增大一倍;而进给量加大一倍，切削力只增加68%~86%。切削速度对切削力的影响不大，一般情况下可不予考虑。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(四)切削热与切削温度1.切削热及其传散在切削过程中，由于切削层金属的弹性、塑性变形以及摩擦而产生的热，称为切削热。切削热通过切屑、工件、刀具以及周围的介质传导出去，如图2-18所示。在第一变形区内切削热主要由切屑和工件传导出去;在第二变形区内切削热主要是由切屑和刀具传导出去;在第三变形区内切削热主要是由工件和刀具传出。加工方式不同，切削热的传散情况也不同。不用切削液时，切削热的50%~86%由切屑带走，10%~40%传入工件，3%~9%传入刀具,1%左右传入空气。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识2.影响切削热的因素切削区域(工件、切屑、刀具三者之间的接触区)的平均温度，称为切削温度。切削温度可用仪器测定，也可通过切屑的颜色判断。如切削碳素钢，切屑的颜色从银自色、黄色、紫色到蓝色，则表明切削温度从低到高。(1)工件材料的影响工件材料对切削温度的影响与材料的强度、硬度及导热性有关。材料的强度，硬度愈高，切削时消耗的功愈多，切削温度也就愈高。材料的导热性好，有利于降低切削温度。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(2)切削用量的影响增大切削用量，单位时间内切除的金属量增多，产生的切削热也相应增多，致使切削温度上升。但切削速度、进给量、背吃刀量对切削温度的影响程度是不同的。切削速度增大一倍时，切削温度大约增加20%~33%;进给量增大一倍时，切削温度大约只升高10%;背吃刀量增大一倍时，切削温度大约只升高3%。因此，为了有效地控制切削温度，选用大的背吃刀量和进给量比，选用较大的切削速度有利。(3)刀具角度的影响前角和主偏角对切削温度影响较大。前角增大，变形和摩擦减小，因而切削热减少。但前角不能过大，否则刀头部分散热体积减小，不利于降低切削温度。主偏角减小将使刀刃工作长度增加(见图2-19)，散热条件得到改善，利于降低切削温度。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识3.切削热对切削加工的影响传入切屑及介质中的热对加工没有影响刀头的热虽然不多，但由于刀头体积小，特别是高速切削;传入时切屑与前面发生连续而强烈的摩擦，刀头上切削温度可达以上，会加速刀具磨损，降低刀具使用寿命;传入工件的切削热会引起工件变形，影响加工精度。特别是加工细长轴、薄壁套以及精密零件时，热变形的影响更需注意。所以，切削加工中应设法减少切削热的产生，改善散热条件。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(五)刀具的磨损一把磨好的刀具，经过一段时间切削后，刀刃由锋利逐渐变钝，如继续使用就会发现工件已加工表面粗糙度增大，切削温度升高，切屑颜色开始发生变化，甚至会产生振动或不正常的噪音。这说明刀具已严重磨损，必须重磨或换刀。1.刀具磨损的形式刀具正常磨损时，按其发生的部位不同可分为三种形式。(1)后面磨损如图2-20(a)所示，在切削脆性金属或以较低的切速、较小的切削层厚度()切削塑性金属时，前面上的压力和摩擦力不大，磨损主要发生在后面上。后面磨损后，在刀刃附近形成后角接近于的小棱面，用高度VB表示。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(2)前面磨损如图2-20(b)所示，在以较高的切削速度和较大的切削厚度(>0.5mm)切削塑性金属时，切屑对前面的压力大、摩擦剧烈、温度高，磨损主要发生在前面上。磨损后在前面上切削刃口附近出现月牙洼，用月牙洼的深度KT表示。(3)前、后面同时磨损如图2-20(c)所示，发生的条件介于上述两种磨损之间。2.刀具的磨损过程刀具磨损的过程如图2-21所示，一般可分为三个阶段:(1)初期磨损阶段由于刃磨后的刀具表面微观形状高低不平，起初后面与加工表面的实际接触面积很小，故磨损较快。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(2)正常磨损阶段由于刀具上微观不平的表层被迅速磨去，表面光洁，摩擦力减小，故磨损较慢。(3)急剧磨损阶段刀具经过正常磨损阶段后即进入急剧磨损阶段，切削刃将急剧变钝。如继续使用，将使切削力骤然增大，切削温度急剧上升，加工质量显著恶化。3.刀具的耐用度在正常磨损阶段后期、急剧磨损阶段之前换刀或重磨，既可保证加工质量，又能充分利用刀具材料。(1)刀具磨损限度在大多数情况下，后面都有磨损，而且测量也较容易，故通常以后面磨损的宽度VB作为刀具磨损限度。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(2)刀具耐用度刀具耐用度是指两次刃磨之间实际进行切削的时间，以T(min)表示。在实际生产中，不可能经常测量VB的高度，而是通过确定刀具耐用度，作为衡量刀具磨损限度的标准。刀具耐用度的数值应规定得合理。对于制造和刃磨比较简单、成本不高的刀具，耐用度可定得低些;对于制造和刃磨比较复杂、成本较高的刀具，耐用度应定得高些。通常，硬质合金车刀T=60~90min;高速钢钻头T=80~120min;齿轮滚刀T=200~300min。(3)刀具寿命刀具寿命t是指一把新刀从开始切削到报废为止的总切削时间。刀具寿命与刀具耐用度之间的关系为：上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(4)影响刀具耐用度的因素影响刀具耐用度的因素很多，主要有工件材料、刀具材料、刀具几何角度、切削用量以及是否使用切削液等因素。切削用量中切削速度V的影响最大。所以为了保证各种刀具所规定的耐用度，必须合理地选择切削速度。2.2.3刀具材料的选用(一)刀具材料应具备的性能切削过程中，刀具切削部分是在很大的切削力、较高的切削温度及剧烈摩擦等条件下工作的。由于切削余量不均匀或切削时形不成带状切屑，便会产生冲击和振动，因此刀具切削部分的材料应具备以下几种性能:上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(1)高硬度硬度是刀具材料最基本的性能，其硬度必须高于工件材料的硬度，以便刀具切入工件。在常温下刀具材料的硬度应在60HRC以上。(2)高耐磨性高耐磨性是刀具抵抗磨损的能力，在剧烈的摩擦下刀具磨损要小。一般来说，硬度越高，耐磨性越好。(3)高耐热性是指刀具在高温下仍能保持原有的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能。(4)足够的强度和韧性强度主要指抗弯强度，韧性是指冲击韧性。刀具只有具备足够强度和韧性，才能承受较大的切削力和切削时产生的振动，以防刀具脆性断裂和崩刃。(5)良好的工艺性为便于刀具本身的制造，刀具材料还应具有良好的工艺性能如切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识(二)刀具材料的种类日前生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多，碳素工具钢、合金工具钢因耐热性差，一般仅用于手工工具或切削速度较低的刀具。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识1.高速钢高速钢又称锋钢、自钢，以钨、铬、钒、钥为主要合金元素，热处理后硬度可达62~67HRC,在时仍能保持常温下的硬度和耐磨性，有较高的抗弯强度和冲击韧性，并易磨出锋利的刀刃。因此，特别适宜制造形状复杂的切削刀具，如钻头、丝锥、铣刀、拉刀、齿轮等，其允许切削速度一般为v<30m/min。常用的牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。在此基础上提高碳含量，再添加一些其他合金元素，其硬度可达68~70HRC,时仍能保持正常的切削性能，耐用度可提高1.3~3倍，如W6Mo2Cr4V2Co8。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识2.硬质合金硬质合金是用难熔的金属碳化物(WC,TiC)粉末作基体，以金属Co为钻结剂，经高压压制后烧结而成。硬质合金具有较高的耐磨性和耐热性，能耐的高温，硬度可达74~82HRC，允许使用的切削速度可达100~300m/min，耐用度比高速钢高几十倍，因此得到广泛的应用。但硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性差，使用中很少制成整体刀具，一般制成各种形状的刀片焊接或夹固在刀体上。常用的硬质合金分为三类，其牌号见表2-2。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识3.其他刀具材料用于制作切削刀具的材料还有陶瓷、人造金刚石和立方氮化硼。陶瓷材料制作的刀具硬度可达90~95HRC，耐热温度高达，能承受的切削速度比硬质合金还要高。但抗弯强度低，冲击韧性差。日前主要用于半精加工和精加工高硬度、高强度钢及冷硬铸铁等材料，如AM,AMF,AMT等。人造金刚石(JR)是日前人工制成的硬度最高的刀具材料。人造金刚石不但可以加工硬度高的硬质合金、陶瓷、玻璃等材料，还可加工有色金属及其合金，但不宜切铁族金属。这是由于铁和碳原子的亲合力强，易产生粘结作用而加速刀具磨损。上一页下一页返回2.2

金属切削基础知识立方氮化硼的硬度和耐磨性仅次于人造金刚石，耐热性和化学稳定性好，在时仍能切削。但抗弯强度低，焊接性能差。立方氮化硼适用于高硬度、高强度淬火钢和耐热钢的精加工、半精加工，也可用于有色金属的精加工。上一页返回2.2

金属切削基础知识在现代工业生产中，用切削加工、特种加工等方法加工金属工件，获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器(手携式的除外)，称为“金属切削机床”。金属切削机床在机械制造业中担负的劳动量约占40%~60%，因为它是制造机器和生产工具的机器，所以又称工作母机，简称机床。日前，切削加工仍是机械零件制造中最有效的方法。2.3.1零件表面的成形方法任何一个零件都是由若干个表面组成的，零件的表面主要有如图2-22所示的几种。下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识1.表面形成原理从成形的规律看，零件的表面都可以看成是一条母线沿一条导线运动的轨迹。平面——是直线1(母线)沿直线2(导线)运动的轨迹，图2-22(a)。圆柱面——是直线1(母线)以AB为半径绕平行的固定轴线OO1回转的轨迹。半径为AB的圆2是导线，图2-22(b);圆锥面——是以一条斜线为母线沿一条圆导线(导线)运动的轨迹，直母线与轴线OO1倾斜并相交于O点，图2-22(c)。回转曲面——是以曲线A召为母线绕OO1轴线回转的轨迹，图2-22(d)。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识螺纹螺旋面一是由“

”形母线1沿螺旋线作回转运动的轨迹，图2-22(c)。封闭曲面一是由直母线1沿封闭曲线2(导线)运动的轨迹，图2-22(f)

。敞开曲面一是以曲线1为母线沿直线2(导线)运动的轨迹，图2-22(g)。2.母线(或导线)的形成方法切削加工时母线(或导线)的形成方法多种多样，按所用刀具的结构和刀刃形状及加工原理不同，可归纳为成形法和轨迹法两种基本方法。(1)成形法切削刃的形状是一条与母线或导线形状完全吻合的切削线，切削加工时，刀具不需要成形运动，只作简单的吃刀运动，就可得到所需的母线或导线形状图2-23(a)。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识(2)轨迹法刀具的切削刃与工件的表面呈点接触，母线或导线是刀具按一定规律运动时，刀尖在工件表面所描画出的轨迹，用轨迹法形成母线或导线需要成形运动图2-23(b)

。当用旋转刀具加工时，切削点是旋转刀刃上的齿尖，刀具旋转中心按一定规律作轨迹运动，因此导线是刀具齿尖运动轨迹的包络线。而母线是刀具旋转时在旋转中心剖面上切削刃口的形状图2-24(a)当用展成法形成母线时，刀刃是具有特定形状但与母线不一致的切削线，母线是刃具和工件作共扼运动时刀刃的包络线图2-24(b)

。上述两种方法实质上是轨迹法和成形法的复合形式。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识用机床加工零件的不同表面时，其运动正是遵循了以上的一些基本规律。2.3.2机床的运动为了完成加工，必须使刀具和工件作一系列的运动，以保证刀具和工件之间具有正确的相对运动。如图2-25所示在车床上车外圆，工件用三爪自定心卡盘夹持，启动后通过运动使车刀在纵、横向上靠近工件;然后根据加工量通过运动使车刀横向切入一定深度;再通过工件的旋转运动和车刀的纵向直线运动，车削出圆柱表面;当车到所需长度时，运动使车刀横向退离工件并纵向退回到起始位置。这些运动如果是用来把工件切削成所需的表面形状，称为表面成形运动，表面成形运动是机床最基本的运动;如果是使加工能顺利进行所必需的运动，称为辅助运动。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识1.表面成形运动从导线和母线的形成方法可知，切削加工过程中的表面成形运动就是切削运动。在机床上要加工出各种表面，刀具与工件之间必须要有适当的切削运动。一般切削运动分为主运动和进给运动两大类。2.辅助运动机床上除表面成形运动外的所有运动，都是辅助运动。如切入、定位调整运动;分度运动、刀具快速接近工件、加工完后快速退出;夹紧、松开工件;刀架转位;机床的启动、停车、变速、换向等。它们虽不参与表面形成的过程，但对加工过程起着不可缺少的作用。如切入运动(吃刀)虽然参加了切削过程，不起表面成形作用，却是达到背吃刀量所必需的。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识2.3.3机床的分类及型号的编制机床的种类和规格很多，为了便于区别、管理和使用机床，国家制定了机床的分类和型号编制方法。(一)机床的分类(1)按照机床的加工方式、使用的刀具和用途分类分为十二类:车床、钻床、锁床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、磨床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其他机床。磨床的品种很多，故又分为三类。如表2-4所示。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识(2)按加工精度的不同分类分为相对精度等级和绝对精度等级两种。大部分车床、磨床、齿轮加工机床有三种精度产品，即三个相对精度等级，在机床型号中用汉语拼音字母P(普通精度级，在型号中可省略),M(精密级),G(高精度级)表示。有些用于高精度精密加工的机床，要求加工精度等级很高，即使是普通精度级产品，其绝对精度级也超过代级，这些机床通常称为高精度精密机床，如坐标锁床、坐标磨床、螺纹磨床等。(3)按使用范围分类分为通用机床、专门化机床和专用机床三种。(4)按自动化程度分类分为手动机床、机动机床、半自动机床和自动机床。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识(5)按机床重量分类分为仪表机床、中小型机床、大型机床(10~30t),重型机床(30~100t)和超重型机床(100t以上)。(6)按机床的自动控制方式分类可分为仿形机床、数控机床、加工中心等，在机床型号中分别用汉语拼音字母F,K,H表示。(7)按机床的结构布局形式分类可分为立式、卧式、龙门式等。上一页下一页返回2.3

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金属切削机床的基础知识1.机床的类、组、系代号(1)机床的类别代号表2-4列出了我国机床的12个类别。类别代号按机床名称，以汉语拼音字首(大写)表示，并按名称读音。(2)机床的特性代号①通用特性代号。机床通用特性代号列人表2-5。通用特性代号用汉语拼音字首(大写)表示，列在类别代号之后。如CK6140中“K"表示该车床具有程序控制特性。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识②结构特性代号。为了区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中增加了结构特性什号。结构特性代号在不同的型号中可以有不同的含义。若某机床既具有通用特性，又具有结构特性，则结构特性代号应排在通用特性代号之后。如cn6140中“A”是结构特性代号，表厅cn6140与06140车床主参数相同，但结构不同。③机床的组别与系别代号。每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系，如表2-6。机床型号中，在类别代号和特性代号之后，第一位阿拉伯数字表示组别，第二位阿拉伯数字表示系别。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识2.机床主参数代号机床以什么尺寸作为主参数有统一的规定。主参数代表机床的规格，主参数代号代表主参数的折算值，排在组、系代号之后。表2-7列出了常见机床的主参数及其折算系数。3.机床重大改进代号当机床的性能及结构有重大改进时按其设计改进的次序，用汉语拼音字母A、B、C...表示，写在机床型号的末尾。如M432A中“A"表示第一次重大改进后的万能外圆磨床，最大磨削直径为320mm随着机床工业的发展，我国机床型号编制方法至今已变动多次。按照有关规定，对过去已定型号，日前仍在生产的机床，其型号一律不变，如C620-1,B665,X62W等。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识2.3.4机床的传动原理及运动计算(一)机床的传动原理在金属切削机床上要实现所需的各种加工运动，就必须有提供动力的动力源(如电动机)与传递运动、动力的传动装置。通过传动装置把动力源和执行件(如主轴、刀架、工作台等)联系起来，实现必要的运动。机床常用的传动装置有机械传动、液压传动、气压传动、电气传动和气压传动以及以上几种传动的复合传动等。其中机械传动装置应用最广，它通过皮带、带轮、齿轮、齿条、丝杠螺母等传动实现运动联系。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识1.传动链用各种传动元件组成的传动机构将动力源与执行件联系起来，或将两个具有确定运动关系的执行件联系起来，用以传递运动和动力的系统，称为传动链。机床的各个传动链组成了机床的传动系统。一般，机床有几个运动，就有几条传动链。如卧式车床有主运动传动链、纵向进给运动传动链、横向进给运动传动链、车螺纹运动传动链等。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识根据传动联系的性质不同，传动链分为内联系传动链和外联系传动链。内联系传动链连接的是两个相关的执行件，保证它们具有准确的传动比关系，内联系传动链的传动比非常准确;外联系传动链一般连接动力源和执行件，把动力源提供的运动和动力传至执行件，其传动比只决定切削速度和进给量的大小，不影响成形运动精度，所以传动比不要求非常准确。如车床的主运动传动链是外联系传动链，车螺纹传动链是内联系传动链。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识2.传动原理图传动原理图是用一些简明的符号表示机床在实现某种表面成形运动时的传动联系示意图，如图2-26所示，虚线表示定比传动机构，菱形表示可调变速机构。图2-26(a)所示为车床车螺纹时主轴与刀架之间的传动原理图，传动原理图表示形成螺纹表面需要两个运动，即工件的旋转与刀具纵向直线运动，这两个运动通过车螺纹传动链4-5-ux-6-7发生联系，并使工件与刀具之间保持准确的传动比关系——工件转一周刀具准确地移动一个导程，故属内联系传动链。ux代表从主轴到丝杠之间的挂轮机构及滑移齿轮变速机构等，调整ux的大小，可加工出不同导程的螺纹。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识如图2-26(b),(c)所示为车床车外圆柱面与车端面的传动原理图4-5-ux-6-7分别代表纵、横向传动链，这两条传动链虽然也使工件与车刀的运动保持联系，但没有严格的传动比关系，也不会影响加工精度，属外联系传动链。(二)机床的运动计算机床的传动系统由实现成形运动和辅助运动的各传动链组合而成，工过程中所需的各种运动。1.传动系统图表示机床各个传动链和传动结构的综合简图，简称机床传动系统图的符号表示传动链上的各个零件，表2-8为一些符号的摘要。其任务是实现机床加。在图中用一些简单上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识机床传动系统图一般绘制成平面展开图，按照运动传递顺序绘在一个能反映机床外形及各部件相对位置的轮廓线框内。为了把一个立体的传动结构展开绘在一个平面上，有时不得不把一根直轴绘成折断线或弯曲线。对于展开后失去联系的传动副(如齿轮副)，用括号或虚线连接起来，表示它们的传动联系。通过传动系统图，可分析各传动链，并进行机床运动计算。2.传动路线表达式阅读传动系统图时，首先找出要分析的传动链的两个端件，即输人、输出端(如动力源与执行件)，然后分析从输人端到输出端之间的传动顺序、传动结构及传动关系，最后写出传动路线表达式。上一页下一页返回2.3

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金属切削机床的基础知识图2-27(a)所示，为某机床传动系统图的一部分(主传动链)。两个端件是电动机与主轴，电动机(7.5/10kW,710/1440r/min)经皮带传动带动轴1转动，然后经轴1-2且和轴2-3间的两组滑移齿轮变速机构传给主轴，并使其获得1X2X2=4级转速。由电动机至主轴的传动路线表达式为:式中的分号表示定比传动齿轮副的齿数比，带有(直径)的分号表示带轮传动副的带轮直径，罗马数字1,2,3表示传动轴的编号，大括号中上、下各层，是在其所属两传动轴之间可以变换的传动比(如1,2之间的大括号，表示有两种传动比，可实现两级变速)。利用传动路线表达式可以计算该传动链执行件的速度级数，如上式主轴可获得1X2X2=4级转速。利用传动路线表达式也可以计算在某一传动路线下主轴的转速及主轴的最大、最小转速。在本例中，主轴的最大、最小转速为:上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识(三)转速图为了直观地表示机床某输出轴所具有的转速，并了解其传动的内在联系，把机床该部分传动链中的传动轴数目，每相邻两轴之间的转速比及各轴所具有的转速以一定的方式绘制成的坐标线图，称为转速图如图2-27(b)。①转速图中一组等距的垂直平行线代表从电动机到主轴(按顺序排列)的各轴，标“电动机”的为电动机轴，标有罗马数字的表示相应传动轴。②距离相等的横向平行线表示传统系统由低到高的各级转速。由于主轴的转速数列按等比数列排列，为绘制和分析方便，代表转速值的纵向坐标采用对数坐标。所以，代表任意相邻转速的横向平行线的间距都相等。上一页下一页返回2.3

金属切削机床的基础知识③竖线上的小圆点表示各轴所能获得的转速，圆点数为该轴具有的转速级数。如轴有两级转速，分别是1440r/min,710r/minx④两轴间小圆点的连线，表示该两轴间的传动副，互相平行的连线表示同一传动副。连线向右下方倾斜，表示降速;连线向右上方倾斜，表示升速;连线呈水平，表示等速。有几条斜度不同的斜线，表示有几级不同的传动比可变换。⑤车专速图上还表明获得某一转速的传动路线。如主轴转速为700r/min时，传动路线是:电动机(1440r/min)上一页返回2.3

金属切削机床的基础知识轴类零件外圆表面的加工一般用车刀在车床上进行车削加工。车削加工在生产中使用的最早，应用也最广。在机械加工业中，车削加工量占30%左右。2.4.1外圆车削的工艺范围车外圆是车削加工中最基本的加工方法。依据切削用量、车刀几何角度及车削达到的精度等级不同，车削外圆一般分为粗车、半精车、精车。(1)粗车粗车的主要目的是在短时间内切除工件上大部分加工余量，对加工质量要求不高。一般粗车是精车的预备工序，当加工要求不高时也可作为最终工序。一般，粗车的加工精度为IT12~IT11,表面粗糙度Ra的值为50~12.5um。下一页返回2.4车削加工(2)半精车半精车是在粗车的基础上，进一步提高加工精度和减小表面粗糙度值。可作为中等加工质量要求的终加工，也可作为精车或精磨前的预加工。一般半精车的加工精度为IT10~IT9,表面粗糙度Ra值为6.3~3.2um.(3)精车精车的主要目的是确保加工质量，精车刀应选用较大的前角和后角、正的刃倾角;为减小表面粗糙度值，刀头常带有一段的修光刃;前、后刀面的表面粗糙度Ra值应小于0.4um。一般精车的加工精度为IT8~IT7,表面粗糙度Ra值为1.6~0.8um。上一页下一页返回2.4车削加工2.4.2常用车刀的种类车刀是车削加工使用的刀具，可用于普通车床、自动车床、数控车床的加工。车刀的种类很多，按结构来分，有整体式车刀、焊接式车刀、机夹重磨式车刀和可转位式车刀，如图2-28所示。按用途来分，有外圆车刀、端面车刀、螺纹车刀、锁孔车刀、切断刀和成形车刀等，如图2-29所示。下面介绍常见的两类车刀(1)焊接式车刀这种车刀是将硬质合金刀片用焊接的形式固定在刀体上，如外圆车刀、内孔车刀、车槽刀、螺纹车刀等。它的优点是结构简单紧凑、刚性好、抗震性好、使用灵活、制造方便;缺点是受焊接应力的影响，降低了刀具材料的使用性能，有的甚至会产生裂纹。上一页下一页返回2.4车削加工(2)机械夹固式车刀机械夹固式车刀简称机夹式车刀，根据使用情况不同又可分为机夹重磨车刀和机夹可转位车刀。机夹重磨车刀采用普通刀片，用机械夹固的方式将其夹持在刀杆上。这种车刀当切削刃磨钝后，把刀片重磨一下，并适当调整位置即可继续使用。机夹可转位车刀又称机夹不重磨车刀，采用机械夹固的方法将可转位刀片夹紧并固定在刀体上。刀片上有多个刀刃，当一个刀刃用钝后，不需要重磨，只要将刀片转一个位置，便可继续使用，生产效率高。上一页下一页返回2.4车削加工2.4.3提高外圆表面车削加工生产率的措施在轴类零件加工中，外圆表面的加工余量主要是由车削加工完成的，提高外圆表面车削加工生产率，对降低劳动强度、提高生产效率具有重要的意义。在现阶段，提高外圆车削生产率主要从如下几方面来考虑:上一页下一页返回2.4车削加工(1)刀具方面可采用新型刀片材料，如用钨钦祖钻类硬质合金、立方氮化硼刀片等进行高速切削;采用机械夹固式车刀，以缩短换刀和刃磨刀具的时间;使用先进的强力切削车刀，其特点是在车刀刀尖处磨出一段副偏角为零，长度为1.2~1.5mn:的修光刃，以增大背吃刀量和进给量，减少走刀次数和切削时间。在大批量生产中，特别是对于阶梯轴可采用多刀加工，几把车刀同时加工零件的几个表面可以缩短机动时间和辅助时间，从而提高车削生产率。上一页下一页返回2.4车削加工(2)机床方面采用多刀半自动车床，以实现多刀自动加工或采用装夹方便的大功率卧式车床，以满足强力切削。随着数控机床和加工中心应用的日益广泛，使车削加工走向了程序化，加工中只需改变数控程序和刀具就能适应不同的加工对象。不但提高了生产率，还提高了加工精度。车削加工中心还具有自动换刀的功能，大大减轻了工人的劳动强度。(3)工艺方面车削外圆时使用卡盘顶尖装夹，以提高工艺系统刚性，便于进行强力切削。当外圆面较长时，可使用中心架或跟刀架;还可使用弹性顶尖，采用反向进给。上一页下一页返回2.4车削加工在成批或大量生产时，为提高生产率常采用仿形加工，使车刀按照预制的仿形样件(靠模)顺次将零件的外圆或阶梯加工出来。根据实现仿形原理的不同，分为机械靠模仿形和随动靠模仿形。机械靠模仿形是利用机械力使刀具按靠模的形状移动而加工出所需要的工件;随动靠模仿形是刀具跟随靠模的形状而移动所进行的加工。随动靠模仿形中应用最广的是液压仿形加工。它是借助液压的作用，使车刀按照仿形样件加工出工件的形状来。以液压仿形车床为基础，配备简单的机械手、工件输送装置，组成的轴类零件加工自动线，已成为提高轴类零件加工生产率的重要途径。上一页下一页返回2.4车削加工2.4.4刀具几何角度及切削用量的选择(一)刀具角度的选择原则1.前角的选择前角是刀具最重要的一个角度，对切削性能影响很大。一般来说，前角增大刃口锋利，切削力减小但刃口的强度降低，散热面积减小，切削温度升高，刀具耐用度降低。前角的选择原则是在满足强度要求的前提下，选用较大值。(1)工件材料工件材料强度、硬度越大，切削力越大，产生的切削热越多，为保证刀具有足够的强度和散热面积。应选用较小的前角;切削塑性材料时，为减小切削变形应选用较大前角;切削脆性材料时，切屑变形小，前角作用不明显，应选用较小前角。硬质合金刀具合理前角参考值见表2-9所示。上一页下一页返回2.4车削加工(2)加工性质粗加工时，零件的加工余量各部分不均匀，切削力不稳定，并伴有冲击和振动，前角应小些;精加工时，加工余量小而均匀，故前角可大些，如硬质合金刀具切削正火状态的45钢，粗加工，精加工(3)刀具材料高速钢刀具的抗弯强度和韧性较高，前角可大些;硬质合金刀具的抗弯强度不如高速钢刀具，前角可小些。在相同的切削条件下高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大上一页下一页返回2.4车削加工2.后角的选择后角的作用主要是减少切削过程中后面与过渡表面之间的摩擦，减轻刀具磨损。后角大，刃口强度会降低，散热面积减小，切削温度升高，刀具耐用度降低;后角小，后刀面与过渡表面之间的摩擦加剧，刀具磨损大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差。后角的选择原则是在保证刀具强度的前提下，视工件材料、加工性质和刀具材料而定。上一页下一页返回2.4车削加工粗加工时，刀具所承受的切削力较大，并伴有冲击，为保证刃口强度，后角应小一些。精加工时，切削力较小，切削过程平稳，为减少摩擦，后角应稍大一些。如用硬质合金刀具切削45钢工件，粗车时后角选，精车时后角选。当工件材料硬度、强度较大时，后角应小。高速钢刀具的后角可比同类型硬质合金刀具的后角大些。硬质合金刀具合理后角参考值见表2-10所示。上一页下一页返回2.4车削加工3.主偏角的选择主偏角的大小影响刀具耐用度、背向力与进给力的大小。减小主偏角能提高刀刃强度、改善散热条件，并使切削层厚度减小、切削层宽度增加，减轻单位长度刀刃上的负荷，从而有利于提高刀具的耐用度;而加大主偏角，则有利于减小背向力，防止工件变形，减小加工过程中的振动和工件变形。主偏角的选择原则是在保证表面加工质量和刀具耐用度的前提下，尽量选用较大值。工艺系统指切削加工时由机床、刀具、夹具(用以装夹工件或引导刀具的装置)和工件所组成的统一体。加工细长轴时，工艺系统刚度差，应选用较大的主偏角，以减小背向力。加工强度、硬度高的材料时，切削力大，工艺系统刚度好时，应选用较小的主偏角，以增大散热面积，提高刀具耐用度。主偏角的选择可参考表2-11。上一页下一页返回2.4车削加工4.副偏角的选择副偏角影响刀具的耐用度和已加工表面的表面粗糙度。增大副偏角，可减小副切削刃与已加工表面的摩擦，防止切削时产生振动。减小副偏角有利于降低已加工表面的残留高度(如图2-30)，提高已加工表面的光洁度，但加剧了副后刀面与已加工表面的摩擦。副偏角的选择原则是在保证表面质量和刀具耐用度的前提下，尽量选用较小值。一般情况下，当工艺系统允许时，尽量取小的副偏角，外圆车刀的副偏角常取。粗加工时，可取大一些，;精加工时可取小一些，。为了降低已加工表面的表面粗糙度，有时还可以磨出。的修光刃。上一页下一页返回2.4车削加工5.刃倾角的选择如表2-11所示，刃倾角影响刀刃强度和切削分力的大小，并控制切屑流动的方向。刃倾角为负值时，刀刃强度高，切屑流向已加工表面;刃倾角为正值时，刀刃强度低，切屑流向待加工表面，有利于保护已加工表面;刃倾角为零时，切屑沿垂直主切削刃的方向流出。精加工时，防止切屑划伤已加工表面，应取正值;粗加工时几、应取负值。负的刃倾角使背向力增大，容易引起振动。粗车、粗锁时取;精车、车细长轴、精锁时，取切断时，取;有冲击或车淬硬钢时，取上一页下一页返回2.4车削加工(二)切削用量的选择切削用量对生产率的影响是相同的，而对切削加工过程的影响是不同的。生产中应合理选择切削用量，在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，提高生产率，降低加工成本。1.粗加工时切削用量的选择粗加工的主要目的在于尽快切除加工余量，以提高生产率，降低成本。所以，应选择较大的切削用量。但由于切削用量对刀具耐用度的影响不同，背吃刀量的影响最小，进给量次之，切削速度v最大。所以选择粗加工切削用量的次序是:先采用尽可能大的背吃刀量其次选择大的进给量f，最后根据刀具耐用度确定合适的切削速度v。上一页下一页返回2.4车削加工(1)背吃刀量根据工件的加工余量和工艺系统刚度来确定。在留出精加工、半精加工余量的前提下，应尽量将粗加工余量一次性切除;若工艺系统刚度差，加工余量过大，刀具强度不允许，可分多次走刀。但第一次走刀时背吃刀量应尽量大些。(2)进给量f考虑工艺系统刚度、粗加工后表面残留高度是否能被精加工、半精加工的加工余量切除等因素。当工艺系统刚度较好，精加工、半精加工有足够余量时，可选用大的进给量，否则取小的进给量。进给量的选择可参考表2-12。(3)切削速度v在保证合理的刀具耐用度的前提下，根据机床功率确定合适的切削速度v，参见表2-13所示。上一页下一页返回2.4车削加工一般，粗加工时2.半精加工、精加工时切削用量的选择精加工的主要目的在于保证加工精度和表面质量，同时兼顾提高生产率。切削用量的选择顺序和方法如下:(1)背吃刀量在保证切除粗加工工序留下的残留面积高度及表面变质层的前提下，选择较小的背吃刀量a,。(2)进给量f考虑到加工精度和表面粗糙度的要求，选择时根据工件材料、表面粗糙度、刀尖圆弧半径，预选一个切削速度后，再根据表2-14选取进给量。上一页下一页返回2.4

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车削加工(3)切削速度v半精加工、精加工时，切削速度对刀具耐用度影响较大。为防止中速切削时产生积屑瘤影响加工质量，硬质合金刀具选用较高的切削速度;高速钢刀具选用较低的切削速度。一般，精加工时。车削加工是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的直线移动来加工工件，常见的车床有普通车床、立式车床、转塔车床、仿形车床、自动车床以及各种专用车床等。2.5.1车床的适用范围车削加工主要用于加工各种回转表面，加工时工件的旋转运动是主运动，车刀的移动是进给运动。卧式车床的主要工作如图2-31所示。下一页返回2.5

车床2.5.2CA6140型卧式车床的组成及主要技术参数(一)CA6140型卧式车床的组成Cn6140卧式车床适用范围很广，如图2-32所示为其外形。(1)床身床身4固定在左、右腿上，是车床的支承部件，用以支承和安装车床的各个部件，如主轴箱、进给箱、溜板箱、尾座等，并保证各部件之间具有正确的相对位置和相对运动。床身上面有两组平行导轨一床鞍导轨和尾座导轨。上一页下一页返回2.5

车床(2)主轴箱主轴箱1安装在床身4的左上部，箱内有主轴部件和主运动变速机构。调整变速机构可以获得合适的主轴转速。主轴的前端可以安装卡盘或顶尖等以装夹工件，实现主运动。主轴是空心的，中间可以穿过棒料，是主运动的执行件。(3)进给箱进给箱10安装在床身4的左前侧，箱内装有进给运动变速机构。主轴箱的运动可以通过挂轮机构11将运动传给进给箱。进给箱通过光杠6或丝杠7将运动传给床鞍或刀架。(4)溜板箱溜板箱8安装在刀架部件底部，并通过光杠或丝杠接受进给箱传来的运动，将运动传给刀架部件，实现纵、横向进给或车螺纹运动。床身前方床鞍导轨下安装有长齿条，溜板箱中的小齿轮与其啮合，可带动溜板箱纵向移动。上一页下一页返回2.5

车床(5)刀架部件刀架部件2装在床身4的刀架导轨上，由小滑板、中滑板、床鞍、方刀架组成。方刀架处于最上层，用于夹持刀具。小滑板在方刀架与中滑板之间，与中滑板用转盘相连，可在水平面内任意转动一个角度，调好方向后带动刀架实现斜向手动进给，用于加工锥体。中滑板处于小滑板与床鞍之间，可沿床鞍上面的导轨作横向自动或手动进给，当把丝杠螺母机构脱开后，用靠模法可自动加工锥体。床鞍处于中滑板与床身之间，可沿床身上床鞍导轨纵向移动，以实现纵向自动或手动进给。(6)尾座尾座3通常安装在床身右上部，并可沿床身上的尾座导轨调整其位置，通过顶尖支承不同长度的工件。尾座可在其底板上作少量横向移动，通过调整位置，可以在用前、后顶尖支承的工件上车锥体。上一页下一页返回2.5

车床(7)挂轮变速机构(配换齿轮变速机构)挂轮变速机构11装在主轴箱1与进给箱10的左侧，其内部的挂轮连接主轴箱和进给箱，当车削英制螺纹、径节螺纹、精密螺纹、非标准螺纹时需调换挂轮。(8)丝杠与光杠丝杠与光杠的左端装在进给箱10上，右端装在床身4右前侧的挂角上，中间穿过溜板箱。通常光杠用于一般车削工作，丝杠主要用于车螺纹。上一页下一页返回2.5

车床上一页下一页返回2.5

车床(二)CA6140型卧式车床的主要技术参数床身上最大工件回转直径中滑板上最大工件回转直径工件最大长度(四种规格)主轴中心高度主轴内孔直径主轴前端锥孔的锥度主轴正转(24级)

反转(12级)车削螺纹范围普通螺纹螺距(44)

英制螺纹螺距(20)

模数螺纹(39)

径节螺纹(37)进给量纵向一般进给量小进给量加大进给量400mm210mm750;1000;1500;2000mm205mm48mm莫氏6号锥10一1400r/min14一1580r/min1一192mm2一24牙/in0.25一48mm1一96牙/in64级0.08一1.59mm/r0.028一0.054mm/r1.71一6.33mm/r上一页下一页返回2.5

车床横向一般进给量小进给量加大进给量主电动机功率/转速快速电动机功率/转速尾座顶尖套锥孔锥度机床工作精度圆度精车端面平面度表面粗糙度64级0.04一0.79mm/r0.014一0.027mm/r0.86一3.16mm/r7.5kW1450r/min0.25kW2800r/min莫氏5号002~0.005mm005一0.01mmRa3.2一0.8um2.5.3CA6140型卧式车床的传动系统如图2