数控毕业论文1577355906

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1、汽车工业高等专科学校毕 业 实 践 报 告题目/实践名称 阶梯轴类零件的加工工艺专业 / 班级 学 生 姓 名 学 号 企业指导教师 校指导教师 起 止 时 间 2011-32011-4实 习 单 位 目录容摘要Abstract第一部分 绪论51.1引言51.2实践单位的基本情况5第二部分 机械制造工艺的基础知识72.1选择车刀、车床和工件安排方式72.2拟定加工工艺14第三部分 机械加工表面精度与工艺规程193.1车削基本知识193.2机械加工工艺过程和工艺规程253.3加工精度与表面质量的含义273.4拓展知识34参考文献附录致容摘要 我国社会主义现代化要求机械制造工业为国民经济个部门的技

2、术进步,技术改造提供先进高效的技术装备,他首先要为我国正在发展的产业包括农业,重工业,轻工业以及其他的产业提供质量优良先进的技术设备,同时还要为新材料新能源机械工程等新技术的生产和应用提供基础设备。随着科学技术和工业生产的飞速发展,国民经济个部门迫切需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品。其中产品设计师决定产品性能,质量水平市场竞争力和经济效益的重要环节,因此采用数控加工就成了首选,因为他工作效率高,质量好,加工精度高。本文主要介绍了数控加工工艺的概述。数控加工的切削基础,数控加工工艺设计及数控加工工艺文件,数控加工的工具系统,数控加工夹具,阶梯轴类零件的数控加工工艺,数

3、控切削等。关键词：工艺分析； 刀具选择； 工序确定 ；装夹方法AbstractChinas socialist modernization needs machinery manufacturing industry for national economy a department progress of technology, technical renovation provide advanced, effective technical equipment, he must first for China is in the development of industries inc

4、luding agriculture, heavy industry, light industry and other industries provide high-quality advanced technology and equipment, but also for the new material and new energy mechanical engineering of production and application of new technology provides the basic equipment. Along with the science and

5、 technology and industrial production, the rapid development of the national economy a departments urgently needed variety superior quality, good performance, high efficiency, low energy consumption, low price cheapest machinery products. One product designer to determine product performance, qualit

6、y market competitiveness and economic benefit of the important link, therefore adopt CNC processing become preferred because he high efficiency, good quality and high machining accuracy. This article mainly introduced the nc machining process outlined. Nc machining cutting foundation, nc machining p

7、rocess design and nc machining process documents, nc machining tool system, CNC jig, ladder axial parts of nc machining process, CNC cutting, etc. Key words: process analysis; Tools selection; Process to determine; Clamping method 第一部分 绪论1.1引言数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域,较好地解决多品种、小批量和复杂零

8、件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展,自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时,社会经济的飞速发展,对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分,通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整的、系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力,以及培养了科学的研究和创造能力。数控技术不断的发展,数控技术很快会普极中国工业基地,成为工业发展的标志,数控技术的

9、成熟也是当代科技发展的标志,所以数控技术也是国家经济的体现,中国经济正加快向新兴工业化道路发展,制造业已成为国民经济的支柱产业。本毕业设计容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺的分析过程、选择刀具及切削的基本知识等加工中一些问题的解决方法,另外还有设计说明书、参考文献、毕业设计小结、致、附录等部分。1.2实习单位基本情况一汽-大众汽车于1991年2月6日正式成立,1997年8月正式通过国家验收。20XX12月7日,一汽-大众公司轿车二厂正式建成投产。经过不断发展,一汽-大众公司现已形成日产1000多辆整车的生产能力,同时实现部分整车、总成及零部件的出口

10、。 一汽-大众汽车采用先进技术和设备制造当今世界名牌产品-捷达、宝来、高尔夫、开迪、奥迪系列轿车。它的建成,使我国轿车工业进入了大规模生产的新时期。国家对外经济贸易部确认一汽-大众为技术先进企业,国家统计局授予一汽-大众为中国汽车制造名优企业,国家机械局授予一汽-大众为在促进科学技术进步工作中做出重大贡献者一等奖。1998年,一汽-大众正式通过ISO9001质量体系认证；20XX,一汽-大众通过ISO9001标准认证,并荣获ISO14001环境管理体系认证证书。 1998年,一汽-大众正式通过ISO9001质量体系认证；20XX,一汽-大众通过ISO90012002版标准认证,并荣获ISO14

11、001环境管理体系认证证书。20XX3月20日通过了德国技术监督协会TV cert认证公司审核,获得了VDA6.1补充证书。公司生产的产品还于20XX1月荣获中国环境标志产品认证。 一汽大众从1991年生产第一批捷达轿车至今,一汽-大众公司从一个注册资本只有37.12亿元人民币的企业发展到现在拥有276亿元人民币的大型汽车企业,目前,一汽-大众公司累计向国家上缴的税金达到400多亿元人民币。 一汽-大众一厂、二厂设在,在设有三厂以及规划中的四厂。三厂目前日趋完善,目前冲压焊装车间已经建成,工厂目前有将近1000名员工在的各个部门工作学习和培训,将来将是一汽大众100万辆目标的不可缺少者,在20

12、XX末ncs车型将下线,将来速腾的下一代nf也将面世,ncs的模具也已经正在国外制造中。 目前,一汽-大众汽车员工总员工达20248人,上游400多家供应商,下游600多家经销商,总共涉及到30万人。第二部分 机械制造工艺的基础知识 2.相关实践知识轴类零件是机械结构中用于传递运动和动力的重要零件之一,其加工质量直接影响到机械的使用性能和运动精度。轴类零件的主要表面是外圆,车削是外圆加工的主要方法。2.1选择车刀、车床和工件安装方式2.1.1车刀类型与选用1车刀的类型；车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具,它可在各种类型的车床上加工外圆、孔、倒角、切槽与切断、车螺纹以及其它成形面。车刀的类型

13、很多,既可按用途可分,也可按刀具材料,还可按结构分。按用途可大致分：偏刀以90偏刀居多,如图1-2a,用来车削外圆、台阶、端面。由于主偏角大,切削时产生的背向切削力小,故很适宜车细长的轴类工件弯头刀以45弯头刀最为常见,如图1-2b,用来车削外圆、端面、倒角。完成上述加工表面不需转刀架,也不用换刀,可减少辅助时间,提高生产效率。切断刀切槽刀如图1-2c,用来切断工件或在工件上加工沟槽。镗刀如图1-2d,用来加工孔。圆头刀如图1-2e,用来车削工件台阶处的圆角和圆弧槽。螺纹车刀如图1-2f,用来车削螺纹。除此之外,还有端面车刀、直头外圆车刀和成形车刀等等。图1-2车刀种类整体式高速钢车刀,这种车

14、刀刃磨方便,刀具磨损后可以多次重磨。但刀杆也为高速钢材料,造成刀具材料的浪费。刀杆强度低,当切削力较大时,会造成破坏。一般用于较复杂成形表面的低速精车。图1-3焊接式车刀硬质合金焊接式车刀如图1-3所示,这种车刀是将一定形状的硬质合金刀片钎焊在刀杆的刀槽制成的。其结构简单,制造刃磨方便,刀具材料利用充分,应用十分广泛。但其 切削性能受工人的刃磨技术水平和焊接质量影响,且刀杆不能重复使用,材料浪费。可转位车刀用机械夹固的方式将可转位刀片固定在刀槽中而组成的车刀,如图1-4所示。其优点是耐用度高、刀片更换方便、迅速,并可使用多种材料刀片,其缺点是结构复杂、刃磨较难、使用不灵活、一次性投入较大。a：

15、机械夹固式车刀b：刀片固定式车刀图1-4 可转位车刀该传动轴在加工时,采用90偏刀或45偏头硬质合金焊接式车刀；在加工止动垫圈槽和螺纹加工时,可采用切断刀和螺纹车刀。2车刀标注角度和工作角度车刀标注角度指刀具在静止参考系中表示的一套角度,主要包括主偏角r、副偏角r、前角0、后角0、刃倾角s、副后角0六个。如图1-5所示主偏角r。它是基面主切削平面与假定工作平面之间的夹角。副偏角r,它是基面副切削平面与假定工作平面之间的夹角。前角0。它是正交平面前面与基面之间的夹角。后角0。它是正交平面后面与切削平面之间的夹角。刃倾角s。它是主切削平面主切削刃与基面之间的夹角。副后角0。它是副切削刃的正交平面副

16、后面与副切削平面之间的夹角。图1-5外圆车刀的的基本几何角度刀具的工作角度是刀具在工作时的实际切削角度,它受到切削运动和刀具的安装影响。因此,车刀的工作角度不等于其标注角度。3车刀的安装要求车刀的安装要求；1 车刀刀尖应与工件中心等高,如图1-6所示为刀尖不对准工件中心的后果。1-7a为刀具安装高低对工作角度的影响。车刀的刀尖高于工件中心,工作前角oe增大,而工作后角oe减小。当刀尖低于工件中心时,角度的变化情况下好相反。如图1-7b为车端面的情况。实际生产中要求车端面、圆锥面、螺纹、成形车削等等高安装,粗车孔、切断空心工件时,刀尖应等高机床主轴线；粗车一般外圆、精车孔、安装时刀尖应等高或稍高

17、工件中心线。a、不对准中心对车刀角度的影响b、不对准中心对车端面貌一新后果图1-6车刀刀尖不不对准中心的后果2刀杆偏斜对工作主、副偏角的影响。刀杆偏斜会使车刀的工作主偏角增大,工作副偏角减小。3车刀装夹在刀架上伸出部分应尽量短以增强其刚性,如图1-7所示。一般车刀伸出长度约为刀杆宽度的11.5倍,下面的垫片数量要尽量少,并与刀架边缘对齐。图1-7 车刀的装夹a正确b、不正确c不正确4车刀的材料及选用高速钢：高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢,热处理后硬度为6266HRC,抗弯强度约为33GPa,耐热性为600左右。高速钢又可分为普通高速钢、高性能高速钢、粉末冶金高速钢及涂

18、层高速钢。硬质合金：由硬度和熔点很高的碳化物硬质相,如WC、TiC、TaC、NbC等和金属粘结相,如Co、Ni、Mo等通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金按加工对象和切削时排出切悄形状可分为三类,其中YG主要用于脆性材料,YT用于碳钢类塑性材料,YW用于不锈钢等难加工材料。瓷：是以氧化铝或以氧化硅为基体再添加少量金属,在高温下烧结而成。瓷刀具有很高的耐磨性和耐热性,良好的抗粘结性和较低的摩擦系数,化学性能稳定。瓷刀具在切削时不易粘刀、不易产生切削瘤,但其强度和和抗热冲击性较差,一般用于在高速下精加工硬材料,如氧化铝复合瓷适合于中速下切削冷硬铸铁、淬硬钢等；氮化硅基瓷宜能进行高速切削,故适宜精加工和

19、半精加工,也可加工5154HRC硬度的镍基合金、高锰钢等难加工材料。金刚石：金刚石的硬度的耐磨性很好,可用于切削硬度高的一些材料,但由于金刚石的耐热度较低,只有700800,故工作温度不能过高。另外,因其易与碳亲合,因此不宜用于加工含碳的黑色金属。立方氮化硼：其硬度与耐磨性仅次于金刚石,有较强的抗粘结能力,与钢的摩擦系数小,适用于高速切削钢材及耐热合金。因其价格高,一般用于加工高硬度材料或超精加工。5刀杆截面形状和尺寸的选用。车刀刀杆截面形状有矩形、方形和圆形三种。一般用矩形,切削力较大时采用方形,圆形多用于孔车刀。刀杆高度H可按车床中心高选择。2.1.2车床车床按照用途和功能不同,可分为许多

20、类型,如卧式车床、立式车床、落地车床和转塔车床等,如图1-8所示。本节容主要介绍最常用的CA6140车床。a、卧式车床1、主轴箱；2、刀架；3、尾座；4、床身；5、床脚；6、丝杠；7、光杠；8、操纵杆；9、溜板箱；10、床脚；11、进给箱；12、交换齿轮箱b、立式车床c、落地车床d、转塔车床图1-8车床类型1车床的功能与型号车床的功能车床适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面,如外圆柱面、圆锥面及成形回转表面、车削端面及各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹,还可以钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。车床的型号通用机床的型号表示方法如下：分类代号类代号通用特性及结构性代号可有一个或几个组

21、、系代号主参数或设计顺序号第二主参数重大改进顺序号同一型号机床的变型代号注：阿拉伯数字 ：大写汉语拼音字母：无容不写,有容无括号如本轴加工的主要设备CA6140车床中,C为类代号,表示车床；A为结构性代号,以区别与C6140和CY6140的区别；61说明该机床属于车床类6组1系；40为该车床的主参数,表示最大加工直径是400mm。无第二主参数、重大改进顺序号及变型代号。2CA6140车床的组成与技术性能例如：CA6140车床,主要组成部件有：主轴箱：支承并传动主轴,使主轴带动工件按照规定的转速旋转,实现主运动。床鞍与刀架：装夹车刀,并使车刀纵向横向或斜向运动。尾架：用后顶尖支承工件,并可在其上

22、安装钻头等孔加工工具,以进行孔加工。床身：车床的基本支承件,在其上安装车床的主要部件,以保持它们的相对位置。溜板箱：把进给箱传来的运动传递给刀架,使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。其上有各种操作手柄和操作按钮,方便工人操作。进给箱：改变被誉为加工螺纹时的螺距或机动进给的进给量。CA6140主要技术性能参数如下：床身上最大工件回转直径400mm最大工件长度4种规格750mm;1000mm;1500mm;2000mm最大车削长度直650mm;900mm;1400mm;1900mm刀架上最大工件回转直径210mm主轴转速正转24级 101400r/min反转12级 141580r/mi

23、n进给量纵向进给量64级 0.0286.33mm/r横向进给量64级 0.0143.16mm/r床鞍与刀架快速移动速度4m/min车削螺纹围米制螺纹44种 T=1192mm英制螺纹20种 a=224牙/in模数螺纹39种 m=0.2548mm径节螺纹37种DP=196牙/in主电动机 7.5KW,1450 r/min2.1.3工件的安装1三爪卡盘上找正安装工件三爪卡盘装夹能自动定心,但其定心准确度不高。装夹时,把工件直接夹持在三爪卡盘上,根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧。2一夹一顶安装工件一夹一顶即轴的一端外圆用卡盘夹紧,一端用尾座顶尖顶住中心孔的工件安装方式

24、。这种安装方式可提高轴的装夹刚度,此时轴的外圆和中心孔同作为定位基面,常用于长轴加工及粗车加工中。3在双顶尖间安装工件在实心轴两端钻中心孔,在空心轴两端安装带中心孔的锥堵或锥套心轴,用车床主轴和尾座顶尖顶两端中心孔的工件安装方式。此时定位基准与设计基准统一,能在一次装夹中加工多处外圆和端面,并可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求,是车销、磨销加工中常用的工件安装方法。2.2拟定加工工艺如图1-9为某传动轴,从结构上看,是一个典型的阶梯轴,工件材料为45,生产纲领为小批或中批生产,调质处理220350HBS。技术要求调质处理HBS217255。零件名称：传动轴材料45生产类型：小批

25、图1-9阶梯轴2.2.1分析阶梯轴的结构和技术要求该轴为普通的实心阶梯轴,轴类零件一般只有一个主要视图,主要标注相应的尺寸和技术要求,而其它要素如退刀槽、键槽等尺寸和技术要求标注在相应的剖视图。轴颈和装传动零件的配合轴颈表面,一般是轴类零件的重要表面,其尺寸精度、形状精度圆度、圆柱度等、位置精度同轴度、与端面的垂直度等及表面粗糙度要求均较高,是轴类零件机械加工时,应着重保障的要素。如图1-9所示的传动轴,轴颈M和N处是装轴承的,各项精度要求均较高,其尺寸为35js6,且是其它表面的基准,因此是主要表面。配合轴颈Q和P处是安装传动零件的,与基准轴颈的径向圆跳动公差为0.02实际上是与M、N的同轴

26、度,公差等级为IT6,轴肩 H、G和I端面为轴向定位面,其要求较高,与基准轴颈的圆跳动公差为0.02实际上是与M、N的轴线的垂直度,也是较重要的表面,同时还有键槽、螺纹等结构要素。2.2.2明确毛坯状况一般阶梯轴类零件材料常选用45钢；对于中等精度而转速较高的轴可用40Cr；对于高速、重载荷等条件下工作的轴可选用20Cr、20CrMnTi等低碳含金钢进行渗碳淬火,或用38CrMoAIA氮化钢进行氮化处理。阶梯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件。2.2.3拟定工艺路线；1确定加工方案轴类在进行外圆加工时,会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开,先粗加工,再进行半精加工和

27、精加工,主要表面精加工放在最后进行。传动轴大多是回转面,主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴的Q、M、P、N段公差等级较高,表面粗糙度值较小,应采用磨削加工。其它外圆面采用粗车、半精车、精车加工的加工方案。2划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段,即粗车粗车外圆、钻中心孔、半精车半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等,粗精磨Q、M、P、N段外圆。各加工阶段大致以热处理为界。3选择定位基准轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线,其加工的定位基准,最常用的是两中心孔。采用两中心孔作为定位基准不但能在一次装夹中加工出多处外圆和端面,而且可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求,符合基准统一的原

28、则。在粗加工外圆和加工长轴类零件时,为了提高工件刚度,常采用一夹一顶的方式,即轴的一端外圆用卡盘夹紧,一端用尾座顶尖顶住中心孔,此时是以外圆和中心孔同作为定位面。4热处理工序安排该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后,半精加工前进行。如采用锻件毛坯,必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢,可不必进行正火处理。5加工工序安排应遵循加工顺序安排的一般原则,如先粗后精、先主后次等。另外还应注意：外圆表面加工顺序应为：先加工大直径外圆,然后再加工小直径外圆,以免一开始就降低了工件的刚度。轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后、外圆精磨之前。这样既可保证花键、键槽的加工质量,也可保证精加

29、工表面的精度。轴上的螺纹一般有较高的精度,其加工应安排在工件局部淬火之前进行,避免因淬火后产生的变形而影响螺纹的精度。该轴的加工工艺路线为：毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削。2.2.4确定工序尺寸毛坯下料尺寸：65265；粗车时,各外圆及各段尺寸按图纸加工尺寸均留余量2mm；半精车时,螺纹大径车到,44及62台阶车到图纸规定尺寸,其余台阶均留0.5mm余量。铣加工：止动垫圈槽加工到图纸规定尺寸,键槽铣到比图纸尺寸多0.25mm,作为磨销的余量。精加工：螺纹加工到图纸规定尺寸M241.5-6g,各外圆车到图纸规定尺寸。2.2.5选择设备工装外圆加工设备：普通车床CA6140磨削加工

30、设备：万能外圆磨床M1432A铣削加工设备：铣床X522.2.6填写工艺卡片表1-9阶梯轴加工工艺工序号工种工序容设备1下料652652车三爪卡盘夹持工件,车端面见平,钻中心孔,用尾架顶尖顶住,粗车P、N及螺纹段三个台阶,直径、长度均留余量2mmCA6140调头,三爪卡盘夹持工件另一端,车端面保证总长259,钻中心孔,用尾架顶尖顶住,粗车另外四个台阶,直径、长度均留信余量2mmCA61403热调质处理2438HRC4钳修研两端中心孔CA61405车双顶尖装夹。半精车三个台阶,螺纹大径车到,P、N两个台阶直径上留余量0.5mm,车槽三个,倒角三个CA6140调头,双顶尖装夹,半精车余下的五个台阶

31、,44及52台阶车到图纸规定的尺寸。螺纹大径车到,其余两个台阶直径上留余量0.5mm,车槽三个,倒角四个CA61406车双顶尖装夹,车一端螺纹M241.5-6g,调头,双顶尖装夹,车另一端螺纹M241.5-6gCA61407钳划键槽及一个止动垫圈槽加工线8铣铣两个键槽及一个止动垫圈槽,键槽深度比图纸规定尺寸多铣0.25mm,作为磨削的余量X529钳修研两端中心孔CA614010磨磨外圆Q和M,并用砂轮端面靠磨台H和I。调头,磨外圆N和P,靠磨台肩G。M1432A11检检验第三部分 机械加工表面精度与工艺规程3.1车削基本知识工件表面是工件与刀具在机床上通过相对运动而形成的。3.1.1车削运动与

32、工件上的加工表面1车削运动车削运动包括主运动与进给运动,如图1-10所示为外圆的车削运动和表面形成。主运动：由机床或人力提供的主要运动,它促使刀具和工件之间产生相对运图1-10 外圆车削运动与加工表面的形成动,从而使刀具前刀面接近工件,从工件上直接切除金属。它具有切削速度高,消耗功率大的特点。工件的旋转就是车削时的主运动。进给运动：由机床或人力提供的运动,它使刀具和工件之间产生附加的相对运动,使主运动能够继续切除工件上多余金属,以便形成所需几何特性的加工表面。刀具的移动就是车削时的进给运动。2加工表面切削加工过程是一个动态的过程,在这一过程中,随着刀具与工件相对运动的进行,工件表层的被切削金属

33、层被连续不断地切下来,变成切屑。同时,在工件上有三个不断变化着的表面,它们是：待加工表面：工件上有待加工的表面。已加工表面：工件经切削后产生的表面。过渡表面：工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面,它在下一切削行程,刀具或工件的下一转里被切除,或由下一切削刃切除。3.1.2切削用量三要素与切削用量选择切削速度Ve、进给量f、背吃刀量ap称为切削用量的三要素。确定切削用量时,应在保证加工质量表面粗糙度和加工精度要求下,在工艺系统刚性允许的情况下,在充分发挥机床功率和发挥刀具切削性能时的最大切削量。在粗加工时,工件的加工精度和表面质量要求不高,毛坯的加工余量大,选择切削用量时,主要考虑提高

34、切削加工的生产率和适当控制刀具的磨损,应选择较大的背吃刀量ap。采用一次或二次走刀,就把本工序中的加工余量切除掉。在精加工时,应重点保证工件的加工精度和表面质量,故应选较小进给量,并尽可能地选用较大的切削速度。进给量和切削速度的选择应与所用机床的功率和刀具情况相适应。具体可查手册。3.1.3金属切削过程中的物理现象。金属切削过程是指在机床上利用刀具,通过刀具与工件之间的相对运动从工件上切下多余的金属,从而形成切屑和已加工表面的过程。在这个过程中,会产生一系列象,如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。1切屑的形成与积屑瘤1切屑的形成与切削变形区塑性金属切削过程在本质上是被切削层金属在

35、刀具的挤压作用下产生变形并与工件本体分离形成切屑的过程。图1-11 切削过程中的变形区如图1-11所示,切削过程是伴随着切削运动进行的。随着切削层金属以切削速度Vc向刀具前刀面接近,在前刀面的挤压作用下,被切金属产生弹性变形,并逐渐加大,其应力也在增加。当被切金属运动到图1-11的OA线时,其应力达到屈服点,开始产生塑性变形,金属部发生剪切滑移。OA称为始滑移线始剪切线。随着被切金属继续向前刀面逼近,塑性变形加剧,应力进一步增加,到达OM线时,变形和应力达到最大。OM称为终滑移线终剪切线。切削刃附近金属应力达到金属断裂极限而使被切金属与工件本体分离。分离后的变形金属沿刀具的前刀面流出,成为切屑

36、。对照上述切削变形的分析,我们可按变形程度将切削变形划成三个变形区：从OA线开始发生剪切滑移塑性变形,到OM线晶粒的剪切滑移基本完成,这一区域I称为第一变形区。切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦,使切屑底层靠近前刀面处的金属纤维化,其方向基本上和前刀面平行。这一区域II称为第二变形区。已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦和回弹作用,造成纤维化与加工硬化,这一区域III称为第三变形区。三个变形区各具特点又相互联系、相互影响。切削过程中产生的许多现象均与金属层变形有关。在切削过程中,变形程度越大,工件的表面质量越差,切削过程中所消耗的能量越多。2切屑的种类切削加工中,当工件

37、材料、切削条件不同时,会形成不同的切屑。按其形态不同,可分为图1-12所示的四种类型。图1-12 切屑类型3积屑瘤在一定围的切削速度下切削塑性金属时,常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位都附着一小块很硬的金属,这就是积屑瘤,或称刀瘤,如图1-13所示。 图1-13 积屑瘤在形成积屑瘤的过程中,金属材料因塑性变形而被强化。因此,积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高,能代替切削刃进行切削,起到保护切削刃的作用。积屑瘤的存在,增大了刀具实际工作前角,使切削轻快,粗加工时希望产生积屑瘤。但是积屑瘤会导致切削力的变化,引起振动,并会有一些积屑瘤碎片部附在工件己加工表面上,使表而变得粗糙,故精加工时应尽量避免积屑

38、瘤产生。因此,一般精车、精铣采用高速切削,而拉削、铰削和宽刀精刨时,则采用低速切削,以避免形成积屑瘤。选用适当的切削液,可有效地降低切削温度,减小摩擦,也是减少或避免积屑瘤的重要措施之一。2切削力和切削功率切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力。切削力所作的功就是切削功。1切削力切削力来源有两个方面：即切削层金属变形产生的变形抗力和切屑、工件与刀具间摩擦产生的摩擦抗力。如图1-14为切削力的来源。切削力是一个空间力,大小和方向都不易直接测定。为了适应设计和工艺分析的需要,一般把切削力分解,研究它在一定方向上的分力。图1-14 切削力的来源图1-15切削力分解如图1-15所示,切削力 F可沿

39、坐标轴分解为三个互相垂直的分力 Fc、Fp、Ff。l主切削力Fc：切削力在卞运动方向上的分力。2背向力Fp：切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力。3进给力Ff：切削力在进给运动方向上的分力。它们的关系是：车削时,主切削力是最大的一个分力,它消耗切削总功率的95左右,背向力在车外圆时不消耗功率,进给力作用在机床的进给运动机构上,消耗总功率的5左右。切削力的大小是由很多因素决定的,如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等。在一般情况下,对切削力影响比较大的是工件材料和切削用量。3切削热和切削温度金属切削过程中消耗的能量除了极少部分以变形能留存于工件表面和切屑中,基本上转变为热能。大量的

40、切削热导致切削区域温度升高,直接影响刀具与工件材料的摩擦系数、积屑瘤的形成与消退、刀具的磨损、工件的加工精度和表面质量。1切削热在切削过程中,由于绝大部分的切削功都转变成热量,所以有大量的热产生,这些热称为切削热。切削热产生以后,由切屑、工件、刀具及周围的介质如空气传出。各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等。实验结果表明,车削时的切削热主要是由切屑传出的。切削热传出的比例是：切屑传出的热约为5086；工件传出的热约为4010；刀具传出的热约为93；周围介质传出的热约为1。传入切屑及介质中的热量越多,对加工越有利。传入刀具的热量虽不是很多,但由于刀具切削部分体积很小

41、,因此刀具的温度可达到很高高速切削时可达到1000以上。温度升高以后,会加速刀具的磨损。传入工件的热可能使工件变形,产生形状和尺寸误差。在切削加工中要设法减少切削热的产生、改善散热条件以及减小高温对刀具和工件的不良影响。2切削温度切削温度一般是指切屑与刀具前刀具面接触区的平均温度。切削温度的高低,除了用仪器进行测定外,还可以通过观察切屑的颜色人致估计出来。例如,切削碳钢时,随着切削温度的升高,切屑的颜色也发生相应的变化,淡黄色约200,蓝色约320。切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况,它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何形状等因素的影响。切削速度对切削温度影响最大,切削速度增大,切削

42、温度随之升高：进给量影响较小；背吃刀量影响更小。前角增大,切削温度下降,但前角不宜太大,前角太大,切削温度反而升高；主偏角增大,切削温度升高。4刀具磨损和刀具耐用度一把刀具使用一段时间以后,它的切削刃变钝,以致无法再使用。对于可重磨刀具,经过重新刃磨以后,切削刃恢复锋利,仍可继续使用。这样经过使用一磨钝一刃磨锋利若干个循环以后,刀具的切削部分便无法继续使用,而完全报废。刀具从开始切削到完全报废,实际切削时问的总和称为刀具寿命。1刀具磨损的形式与过程刀具正常磨损时,按其发生的部位不同可分为三种形式,即后刀面磨损、前刀面磨损、前刀面与后刀面同时磨损图1-16中 VB代表后刀面磨损尺寸。a、后刀面磨

43、损 b、前刀面磨损 c、 前刀面与后刀面同时磨损图1-16 图1-17 刀具的磨损曲线随着切削时间的延长,刀具的磨损量不断增加。但在不同的时间阶段,刀具的磨损速度与实际的磨损量是不同的。图1-17反映了刀具的磨损和切削时间的关系,可以将刀具的磨损过程分为三个阶段,第一阶段OA段称为初期磨损阶段,第二阶段AB段称为正常磨损阶段, 第三阶段BC段称为急剧磨损阶段。经验表明,在刀具正常磨损阶段的后期、急刷磨损阶段之前,换刀重磨为最好。这样既可保证加工质量又能充分利用刀具材料。增大切削用量时切削温度随之增高,将加速刀具磨损。在切削用量中,切削速度对刀具磨损的影响最大。此外,刀具材料、刀具几何形状、工件

44、材料以及是否使用切削液等,也都会影响刀具的磨损。适当加人刀具前角,由于减小了切削力,可减少刀具的磨损。2刀具耐用度刀具的磨损限度,通常用后刀面的磨损程度作为标准。但是,生产中不可能用经常测量后刀面磨损的方法来判断刀具是否已经达到容许的磨损限度,而常规是按刀具进行切削的时间来判断。刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准所经历的实际切削时间称为刀具耐用度,以T表示。粗加工时,多以切削时间min表示刀具耐用度。例如,目前硬质合金焊接车刀的耐用度大致为60min,高速钢钻头的耐用度为80120min,硬质合金端铣刀的耐用度为120180min,齿轮刀具的耐用度为200300min。精加工时,常以

45、走刀次数或加工零件个数表示刀具的耐用度3.2机械加工工艺过程与工艺规程3.2.1生产过程和机械加工工艺过程1生产过程生产过程是把原材料变为成品的全过程。机械产品的生产过程一般包括：生产与技术的准备；毛坯的铸造、锻造、冲压等；零件的切削加工、热处理、表面处理等；产品的装配、调试检验和油漆等；原材料、外购件和工具的供应、运输、保管等。2机械加工工艺过程机械加工工艺过程是指用机械加工的方法直接改变生产对象的形状、尺寸和表面质量,使之成为合格的零件的工艺过程。其由工序、安装、工步、走刀、工位五个部分组成。1工序：指一个工人,在一个工作地点,对同一个零件进行加工所连续完成的那部分工艺过程,它是工艺过程的

46、基本组成单元。划分工序的依据 三同一,一连续。2安装：工件在加工之前,在机床或夹具上先占据一正确位置,然后再予以夹紧的过程。一个工序可以有一次安装和多次安装。3工步：指在一个工序中,当加工表面不变,加工工具不变,切削用量中切削速度和进给量不变的情况下所连续完成的那部分工艺过程,简称三不变一连续。一个工序可以有一个工步和多次工步。4走刀又称工作行程：一个工步,若被加工的表面需要切去的余量层很厚,余量一次切不完,需要分几次切削,则每进行一次切削就是一次走刀。工位：为了完成一定的工序容,一次装夹工件后,工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备固定部分所占据的每一个位置。3.2.2生产纲领与生产类

47、型1生产纲领生产纲领：指企业在计划期通常为一年,根据市场需求和自身生产能力应当生产的产品数量和生产进度计划。通常又称年产量,也包括生产计划。生产纲领的计算：2生产类型生产类型：指企业车间、工段、班组、工作地生产专业化程度的分类。一般可分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。1单件生产：指生产的产品品种多,每种产品仅制造一个或少数几个,而且很少再重复生产。2成批生产：指分批地生产相同的零件,生产成周期性重复。其中一次投入或产出同一产品的数量称批量。3大量生产：指产品的产量大、品种少,大多数工作地长期重复地进行某一零件的某一工序的加工。生产类型的划分除了与生产纲领有关外,还应考虑产品的大小及

48、复杂程度。三种生产类型关系如下图：单件生产 单件小批小批生产类型批量生产中批成批大批大量生产大批大量图1-19 生产类型间的关系3.2.3机械加工工艺规程。工艺规程：把比较合理或最合理的工艺过程的各项容用表格的形式固定下来,并用于指导和组织生产。工艺文件的基本容包括：工件加工的工艺路线、各工序的具体容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目和检验方法、切削用量等。工艺表格的格式可根据工厂具体情况自行确定,一般有三种：1机械加工过程卡：列出零件加工所经的步骤,工序说明不具体。用于生产管理,不直接指导工人操作。该卡适用指导单件小批生产。2机械加工工艺卡：以工序为单位,详细说明工艺过程为基本容的工艺文

49、件。其特点是详细说明工艺过程,用于指导工人操作,帮助管理人员和技术人员掌握加工过程。适用于批量生产及单件小批生产的关键重要零件。3机械加工工序卡：以一个工序为单位编制的工艺文件,包括工序图、工步容、切削用量、装夹定位说明等。其用于指导工人操作等,适用于大批大量生产。3.3加工精度与表面质量的含义3.3.1加工精度与经济加工精度；1加工精度零件加工后的实际几何参数尺寸、形状和位置与理想几何参数的符合程度。加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。即：尺寸精度尺寸公差加工精度形状精度形状公差位置精度位置公差2加工误差零件加工后的实际几何参数尺寸、形状和位置与理想几何参数的偏离程度。加工误差越大,

50、则加工精度越低,反之越高。机械加工误差产生原因：主要是由工艺系统的原始误差产生,所谓的原始误差是指由工件、机床、刀具和夹具组成的工艺系统产生的加工误差,主要有如图1-20所示的容：图1-20 原始误差的产生原因3经济加工精度经济加工精度指某种加工方法,在正常加工条件下采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人,不延长加工时间所能保证的加工精度和表面粗糙度。零件的加工误差要求越低,则其加工成本也将越高。两者之间关系如图1-21所示,在AB段之外,加工成本或加工误差明显提高,只有在AB段区域,加工成本或加工误差才是比较协调、经济的,即为经济加工精度区域。加工成本 A B加工误差图1-21加

51、工成本与加工误差之间的关系3.3.2工艺系统静误差对加工精度的影响工艺系统静误差是指它由制造、安装和使用中的磨损造成的误差,主要有机床几何误差、刀具制造误差、夹具制造误差以及调整与度量误差等。1机床几何误差机床几何误差主要有主轴回转运动误差、导轨直线运动误差和传动链传动误。1机床主轴回转误差所谓主轴回转误差,就是主轴的实际回转轴线相对于平均回转轴线实际回转轴线的对称中心线的变动量。主轴回转误差可分解为图1-22所示的轴向窜动、径向跳动或纯角度摆动三种基本形式。图1-22 主轴回转误差的基本形轴向窜动,又称轴向漂移,指主轴瞬时回转轴线沿平均回转轴线方向的漂移运动,如图1-22a所示。径向同跳动,

52、又称径向漂移,指主轴瞬时回转轴线始终作平行于平均问转轴线的径向漂移运动,如图1-22b所示.角度摆动,又称角向漂移,指主轴瞬时回转轴线与平均回转轴线成一倾斜角,其交点位置固定不变的漂移运动,如图1-22c所示。产生主轴回转误差的原因主要有主轴的制造误差、轴承的误差与轴承配合间隙、主轴系统的径向不等刚度和热变形等。主轴回转误差对加工精度的影响比较复杂。因为,主轴回转误差在不同类型的机床上对于不同的加工容将产生不同性质的加工误差,尤其对于主轴回转误差所表现出来的那种随机性和综合性,很难从理论上定量地加以描述。2机床导轨误差图1-23车床导轨在水平面内的直线度机床导轨是机床各主要部件相对位置和运动的

53、基准,它的精度直接影响工件的加工精度。车床导轨在水平面的直线度误差：它使刀具在水平面产生位移y见图1-23,造成工件在半径方向上的误差R=y。当车削长工件时,还会使工件表面产生圆柱度误差。图1-24车床导轨在垂直面内的直线度导轨在垂直面上直线度误差：该误差使刀具在垂直平面产生位移z见图1-24,会引起工件在半径方向的误差R,运用三角几何关系可得：Rz22R。由于 z很小,z2则更小,一般可忽略不计。图1-25 导轨扭曲产生的误差由此可见：原始误差所引起的切削刃与工件间的相对位移,若产生在加工表面的法线方向,则对加工精度有直接影响；若产生在切线方向,就可以忽略不计。因此,一般把通过切削点的已加工

54、表面的法线方向称为误差敏感方向,切线方向为非敏感方向。车床前后导轨的平行度扭曲度误差：该误差会使导轨产生扭曲见图1-25。使刀尖相对于工件在水平和垂直两个方向上产生偏移,RHB,这对加工精度的影响是比较大的。3传动链误差传动链误差主要会引起螺纹加工误差。2刀具误差主要是定尺寸刀具和成形刀具的制造误差、刀具安装误差及刀具磨损,它们会直接造成加工误差。在阶梯轴加工中,主要是钻头、割断刀会产生相应的误差。3夹具误差主要是夹具本身的制造误差、与机床的联接误差、工件定位基面与夹具定位零件间的定位误差以及夹具的磨捐损。4度量与调整误差。3.3.3表面质量的含义1表面质量的含义机械加工后的表面,总存在一定的

55、微观几何形状偏差,表面层的材料在加工时还会产生物理、力学性能变化。机械加工的表面质量是指加工表面的完整性,主要包括加工表面的几何特征和表面层的物理力学性能两个方面容。加工表面的几何特征主要包括表面粗糙度和表面波度两部分组成。表面粗糙度：是指加工表面的微观形状误差。可在Ra、Ry、Rz三项特性参数中选择,优先选用Ra值。表面波度：是介于形状误差与表面粗糙度之间的周期性形状误差。它主要是由机械加工过程中工艺系统低频振动所引起的。尚无国家标准。表面层的物理力学性能：包括表面层的加工硬化,表面层金相组织的变化和表面层的残余应力。2表面质量对产品的使用性能的影响表面质量在很大程度上对产品的使用性能构成直

56、接的影响,特别是对寿命和可靠性性能影响极大,表面上的任何缺陷,都会在以后的使用中引发应力集中、应力腐蚀而导致零件或产品的损坏。表面质量对产品使用性能的影响主要表现在以下三个方面：1表面质量对产品耐磨性的影响产品都是由零件装配而成的。当两个零件相互接触时,实质上只是两个零件接触表面上一些凸起的顶部相互接触,由这些相互接触的顶部所构成的实际接触面积明显要比名义接触面积小得多。由此可以看出：两零件相互接触的表面愈粗糙,实际接触面积也就愈少。当两零件间有力传递时,相互接触的凸起顶部就会产生相应的压强,表面愈粗糙压强也就愈大,使得接触面间出现变形和位移。当两零件间有相对运动时,由于凸起部分如同刀具切削一

57、样,相互之间产生弹性变形、塑形变性及剪切现象,使得相互接触的表面之间出现磨损。表面愈粗糙,磨损就愈快。即使在有润滑油润滑的情况下,因接触点处压强超过润滑油膜存在的临界值,而形成干摩擦,同样会加剧接触面间的磨损。但并不是表面粗糙度值越小,耐磨性就越好。因为表面粗糙度值过小,紧密接触的两个光滑表面间的储油能力很差,接触面间产生分子的亲和力,甚至产生分子黏合,使摩擦阻力增大,磨损量也会增加。因此,一对相互接触的表而在一定的工作条件厂通常有一最佳粗糙度配合,过大或过小都会对产品耐磨性构成不良影响。另外,一对相互接触的表面间加工纹路方向的一致和表面冷作硬化均可提高产品的耐磨性。2表面质量对产品配合质量的

58、影响由以上分析可知,对于动配合零件的表面,如果粗糙度值较大,初期磨损量也相应较大,配合性质已经改变。对于静配合或过渡配合零件的表面,也会由于表面粗糙度值较大而使得在装配后仅部分凸峰被挤平,而使实际过盈量比预定的要小,影响了静配合的可靠性。所以,对有配合要求的表面,也应标注对应的表面粗糙度值。3表面质量对产品零件疲劳强度的影响表面层的残余应力性质对疲劳强度的影响极大。当残余应力为拉应力时,在拉应力作用下,会使表面的裂纹扩大,而降低零件的疲劳强度,减少了产品的使用寿命。相反,残余压应力可以延缓疲劳裂纹的扩展,可提高零件的疲劳强度。同时表面冷作硬化层的存在以及加工纹路方向与载荷方向的一致,都可以提高产品零件的疲劳强度3.3.4影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素中要有刀具几何因素、切削用量、工件材料性能、切削液、工艺系统刚度和抗振性等。刀具的几何因素中对表面粗糙度影响最大的是切削