任務(wù)一車削簡單階梯軸學(xué)習(xí)目標(biāo):

通過閱讀車削加工階梯軸工藝卡，學(xué)習(xí)選擇加工設(shè)備、加工刀具、切削用量的方法，掌握刀具材料和刀具切削用量的相關(guān)概念，了解車削刀具的種類，刀具切削用量對刀具使用壽命、加工質(zhì)量的影響。項(xiàng)目一

金屬切削知識精品課件任務(wù)一車削簡單階梯軸任務(wù)提出：如圖示的階梯軸零件，單件小批量生產(chǎn)，毛坯為直徑φ40

材料為40鋼棒料，請?jiān)O(shè)置加工工藝。基本問題：1．加工此軸，應(yīng)該在哪類機(jī)床上加工？2．加工此軸應(yīng)該選擇哪類刀具？3．車削加工中，如何設(shè)置刀具切削用量？精品課件任務(wù)一車削簡單階梯軸表1-1-1階梯軸加工工序階梯軸加工工序卡產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號階梯軸C-1-01單位名稱夾具名稱使用設(shè)備車間三爪卡盤C6140車床機(jī)加工車間序號工藝內(nèi)容刀具主軸轉(zhuǎn)速(r/min)進(jìn)給速度(mm/r)背吃刀量(mm)量具1車端面端面車刀3300.30.152粗車外輪廓45°外圓車刀6000.33游標(biāo)卡尺3精車外輪廓90°外圓車刀6000.20.3游標(biāo)卡尺4倒角45°外圓車刀3300.335切斷寬4mm切斷刀3300.14游標(biāo)卡尺精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸1．機(jī)床的分類根據(jù)我國制定的機(jī)床型號編制方法，目前將機(jī)床分為11大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、鋸床及其他機(jī)床。每一類機(jī)床，按工藝范圍、布局形式和結(jié)構(gòu)等分為若干組，每一組細(xì)分為若干系列。2．各類機(jī)床的應(yīng)用（1）車床車外圓、車端面、切槽、鉆孔、鏜孔、車錐面、車螺紋、車成形面、鉆中心孔及滾花等。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（2）鉆床：主要用于鉆孔和擴(kuò)孔，也可以用來鉸孔、攻螺紋、锪沉頭孔及锪凸臺端面。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（3）鏜床：主要完成精度高、孔徑大的孔或孔系的加工。此外，還可對平面或其它表面進(jìn)行加工。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（4）磨床：磨床是用磨具或磨料加工工件各種表面的精密加工機(jī)床，廣泛應(yīng)用于零件的精加工，尤其是淬硬鋼件、高硬度特殊材料及非金屬材料的精加工。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（5）齒輪加工機(jī)床：齒輪加工機(jī)床主要分為圓柱齒輪加工機(jī)床和錐齒輪加工機(jī)床兩大類。圓柱齒輪加工機(jī)床主要用于加工各種圓柱齒輪、齒條、蝸輪等。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（6）螺紋加工機(jī)床：螺紋加工機(jī)床是一種加工螺紋（包括蝸桿、滾刀等）型面的專門化機(jī)床。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（7）銑床是利用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床,可以加工平面（水平面、垂直面等）、溝槽（鍵槽、T型槽、燕尾槽等）、多齒零件上的齒槽、螺旋形表面（螺紋和螺旋槽）及各種曲面。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（8）刨床、插床①刨床：刨床的主運(yùn)動為直線運(yùn)動，屬于直線運(yùn)動機(jī)床。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（8）刨床、插床②.插床：插刀隨滑枕在豎直方向作往復(fù)直線運(yùn)動，工件在縱向、橫向以及圓周方向作間歇運(yùn)動，形成加工表面。插床主要用于加工工件內(nèi)部表面，如鍵槽、方孔、長方孔和各種多邊形孔等。由于生產(chǎn)率低，只適合單件小批生產(chǎn)。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸（9）拉床：利用拉刀加工內(nèi)外成形表面。拉床可加工通孔、平面及成型表面。拉削時拉刀使被加工表面在一次行程中成形。（10）鋸床:以圓鋸片、鋸帶或鋸條等為刀具，鋸切金屬圓料、方料、管料和型材等的機(jī)床。鋸床多用于備料車間切斷各種棒料、管料等型材。精品課件一、加工設(shè)備的選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸3.機(jī)床的選擇注意點(diǎn)：（1）機(jī)床主要規(guī)格的尺寸應(yīng)與工件的輪廓尺寸相適應(yīng)。（2）機(jī)床的工作精度與工序要求的加工精度相適應(yīng)。（3）機(jī)床的生產(chǎn)率應(yīng)與加工零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。（4）機(jī)床的功率與剛度以及機(jī)動范圍應(yīng)與工序的性質(zhì)和最合適的切削用量相適應(yīng)。（5）裝夾方便、夾具結(jié)構(gòu)簡單也是選擇機(jī)床時需要考慮的一個因素。（6）機(jī)床選擇還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況。精品課件１—主運(yùn)動２—進(jìn)給運(yùn)動３—待加工表面４—加工表面５—已加工表面二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸1．切削運(yùn)動-車削精品課件１—主運(yùn)動２—進(jìn)給運(yùn)動３—待加工表面４—加工表面５—已加工表面二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸1．切削運(yùn)動-銑削精品課件１—主運(yùn)動２—進(jìn)給運(yùn)動３—待加工表面４—加工表面５—已加工表面二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸1．切削運(yùn)動-刨削精品課件１—主運(yùn)動２—進(jìn)給運(yùn)動３—待加工表面４—加工表面５—已加工表面二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸1．切削運(yùn)動-刨削精品課件１—主運(yùn)動２—進(jìn)給運(yùn)動３—待加工表面４—加工表面５—已加工表面二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸1．切削運(yùn)動-鉆削精品課件（1）主運(yùn)動

在切削加工中起主要的、消耗動力最多的運(yùn)動為主運(yùn)動。它是切除工件上多余金屬層所必須的運(yùn)動。（2）進(jìn)給運(yùn)動

在切削加工中為使金屬層不斷投入切削，保持切削連續(xù)進(jìn)行，而附加的刀具與工件之間的相對運(yùn)動稱為進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動可以是一個或多個。

二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件（3）切削層切削層是指切削時刀具切過工件一個單程所切除的工件材料層。

圖1-1-3切削層要素

1—待加工表面２—過渡表面３—已加工表面二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件2．切削用量在切削加工中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量（切削深度）總稱為切削用量。它表示主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動量。（1）切削速度刀具切削刃上選定點(diǎn)相對工件主運(yùn)動的瞬時線速度稱為切削速度，用vc表示，單位為m/s或m/min。二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件（2）進(jìn)給量工件或刀具每轉(zhuǎn)一周，刀具在進(jìn)給方向上相對工件的位移量，稱為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，簡稱進(jìn)給量，用f表示，單位為mm/r。單位時間內(nèi)刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量，稱為進(jìn)給速度，用vf表示，單位為mm/s或m/min。當(dāng)主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，進(jìn)給量f與進(jìn)給速度vf之間的關(guān)系為：vf＝fn3．（3）背吃刀量（切削深度）工件已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，稱為背吃刀量，用ap表示，單位為mm。車外圓時背吃刀量ap為：

二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸切削用量及切削層要素精品課件（4）合成切削速度主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動稱為合成切削運(yùn)動。切削刃選定點(diǎn)相對工件合成切削運(yùn)動的瞬時速度稱為合成切削速度。如圖1-3所示。圖1-1-4車外圓時合成切削運(yùn)動二、切削運(yùn)動和切削用量任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件1．按用途分類外圓車刀、內(nèi)孔車刀、端面車刀、切斷車刀、螺紋車刀。圖1-1-5常用車刀的型式與用途三、車削加工刀具任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件三、車削加工刀具任務(wù)一車削簡單階梯軸直頭外圓車刀45°外圓車刀90°外圓車刀精品課件內(nèi)孔車刀三、車削加工刀具任務(wù)一車削簡單階梯軸彈性車刀切斷車刀螺紋車刀精品課件2．按結(jié)構(gòu)分類整體車刀、焊接車刀、焊接裝配車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀、成型車刀等。

三、車削加工刀具任務(wù)一車削簡單階梯軸圖1-1-7焊接車刀圖1-1-6整體車刀圖1-1-8焊接裝配車刀圖1-1-9機(jī)夾車刀精品課件2．按結(jié)構(gòu)分類整體車刀、焊接車刀、焊接裝配車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀、成型車刀等。

三、車削加工刀具任務(wù)一車削簡單階梯軸機(jī)夾車刀可轉(zhuǎn)位刀片的常用形狀精品課件2．按結(jié)構(gòu)分類整體車刀、焊接車刀、焊接裝配車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀、成型車刀等。

三、車削加工刀具任務(wù)一車削簡單階梯軸圖1-1-12成形車刀的種類精品課件四、刀具切削用量的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸4．為了提高加工效率，是不是應(yīng)該選擇較大的切削用量呢？5.切削用量的選擇對刀具的磨損有哪些影響呢？6．打鐵還要自身硬，刀具可以用哪些材料的？深度問題：精品課件1．切削用量對生產(chǎn)率的影響

對于外圓車，不計(jì)輔助工時，以切削工時tm計(jì)算生產(chǎn)率P。P＝１／tm

2．切削用量對加工質(zhì)量的影響ap增大，切削力成比例增大，工藝系統(tǒng)變形大、振動大、工件加工精度下降，表面粗糙度增大。f增大，切削力也增大，使表面粗糙度的增大更為顯著。v增大，切削變形、切削力、表面粗糙度等均有所減小。因此，精加工應(yīng)采用小的ap、f，為避免積屑瘤、鱗刺的影響，可用硬質(zhì)合金刀具高速切削（v＞80m/min），或用高速鋼刀具低速切削（v＝3～8m/min）。3．切削用量對刀具耐用度的影響刀具耐用度計(jì)算公式：可知ap、f、v中任一參數(shù)增大，Ｔ都會下降。但其影響度不一樣，v最大，f次之，ap最小。故從刀具耐用度出發(fā)選擇切削用量時，首先選擇大的ap，其次選擇大的f，最后再根據(jù)已定的Ｔ確定合理的v值。四、刀具切削用量的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件4.切削用量的確定（1）背吃刀量ap的合理選擇背吃刀量ap一般是根據(jù)加工余量確定。粗加工（表面粗糙度Ra50～12.5μm），一次走刀盡可能切除全部余量，在中等功率機(jī)床上，ap＝8～10mm；如果余量太大或不均勻、工藝系統(tǒng)剛性不足、斷續(xù)切削時，可分幾次走刀。半精加工（表面粗糙度Ra6.3～3.2μm）時，ap＝0.5～2mm。精加工（表面粗糙度Ra1.6～0.8μm）時，ap＝0.1～0.4mm。（2）進(jìn)給量f的合理選擇粗加工時，對表面質(zhì)量沒有太高的要求，而切削力往往較大，合理的f應(yīng)是工藝系統(tǒng)所能承受的最大進(jìn)給量。生產(chǎn)中f常根據(jù)工件材料材質(zhì)、形狀尺寸、刀桿截面尺寸、已定的ap，從切削用量手冊中查得。精加工時，進(jìn)給量主要受加工表面粗糙度限制，一般取較小值。但進(jìn)給量值過小，切削深度太薄，刀尖處應(yīng)力集中，散熱不良，使刀具磨損加快，反而使表面粗糙度加大。所以，進(jìn)給量也不易太小。四、刀具切削用量的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件（3）切削速度v的合理選擇①粗車時，ap、f均較大，故v較小；精車時ap、f均較小，所以v較大。②工件材料強(qiáng)度、硬度較高時，應(yīng)選較小的v；反之較高。材料加工性能越差，v較低。易切削鋼的v較同等條件的普通碳鋼高。加工灰鑄鐵v較碳鋼低。加工鋁合金、銅合金的v較加工鋼高得多。③刀具材料的性能越好，v也選得越高。此外，在選擇v時，還應(yīng)考慮：精加工時，應(yīng)盡量避免積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。斷續(xù)切削時，為減小沖擊和熱應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)降低v。在易發(fā)生振動情況下，v應(yīng)避開自激振動的臨界速度。加工大件、細(xì)長件、薄壁件及帶硬皮的工件時，應(yīng)選用較低的v。

四、刀具切削用量的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件5．切削用量的優(yōu)化（1）切削用量的優(yōu)化原則：最低加工成本；最高生產(chǎn)率；最大利潤。（2）在切削用量三要素中：背吃刀量ap主要取決于加工余量，沒有選擇余地不參與優(yōu)化；生產(chǎn)中v和f的數(shù)值是不能任意選定的。它們要受到機(jī)床、工件、刀具及切削條件等方面的限制，根據(jù)約束條件，建立一系列約束條件不等式。對所建立的目標(biāo)函數(shù)及約束方程求解，便可很快獲得v和f的最優(yōu)解四、刀具切削用量的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件1．刀具磨損形式⑴正常磨損:隨著切削時間的增加，磨損逐漸擴(kuò)大的磨損。①前面磨損②后面磨損⑵非正常磨損:亦稱破壞。常見形式有脆性破壞（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破壞等）和塑性破壞（如塑性流動等）。其原因主要是由于刀具材料選擇不合理，刀具結(jié)構(gòu)、制造工藝不合理，刀具幾何參數(shù)不合理、切削用量選擇不當(dāng)，刃磨和操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐伞Ｎ?、切削用量與刀具磨損關(guān)系任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件2.刀具磨損的原因⑴磨粒磨損:在工件材料中含有氧化物、碳化物和氮化物等硬質(zhì)點(diǎn)，在鑄、鍛工件表面存在著硬夾雜物，在切屑和工件表面粘附著硬的積屑瘤殘片，這些硬質(zhì)點(diǎn)在切削時似同“磨?！睂Φ毒弑砻婺Σ梁涂虅?，致使刀具表面磨損。⑵粘結(jié)磨損:粘結(jié)磨損亦稱冷焊磨損。切削塑性材料時，在很大壓力和強(qiáng)烈摩擦作用下，切屑、工件與前、后刀面間的吸附膜被擠破，形成新的表面緊密接觸，因而發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。刀具表面局部強(qiáng)度較低的微粒被切屑和工件帶走，這樣形成的磨損稱為粘結(jié)磨損。粘結(jié)磨損一般在中等偏低的切削速度下較嚴(yán)重。⑶擴(kuò)散磨損:在高溫作用下，工件與刀具材料中合金元素相互擴(kuò)散，改變了原來刀具材料中化學(xué)成分的比值，使其性能下降，加快了刀具的磨損。因此，切削加工中選用的刀具材料，應(yīng)具有高的化學(xué)穩(wěn)定性。⑷化學(xué)磨損:化學(xué)磨損亦稱氧化磨損。在一定溫度下，戴具材料與周圍介質(zhì)起化學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物而被切屑帶走；或因刀具材料被某種介質(zhì)腐蝕，造成刀具的化學(xué)磨損。五、切削用量與刀具磨損關(guān)系任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件3.刀具磨損過程

⑴初期磨損階段（OA段）⑵正常磨損階段（AB段）⑶急劇磨損階段（BC段）

刀具磨損曲線五、切削用量與刀具磨損關(guān)系任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件4.刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO規(guī)定以1/2背吃刀量處后刀面上測定的磨損帶寬度VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。5.刀具壽命刀具壽命是指一把新刀從開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止總的切削時間，或者說是刀具兩次刃磨之間總的切削時間，用T表示，單位為min。刀具總壽命應(yīng)等于刀具耐用度乘以重磨次數(shù)。五、切削用量與刀具磨損關(guān)系任務(wù)一車削簡單階梯軸CT──與刀具、工件材料，切削條件有關(guān)的系數(shù)；m、n、p──壽命指數(shù)。分別表示切削用量三要素當(dāng)vC、，f，ap對壽命T的影響程度。參數(shù)CT，m，n，p均可由有關(guān)切削加工手冊中查得精品課件6.合理壽命的選擇

確定刀具合理壽命有兩種方法：⑴最高生產(chǎn)率壽命TP:

根據(jù)切削一個零件所花時間最少或在單位時間內(nèi)加工出的零件數(shù)最多來確定。提高切削用量，可縮短切削時間tm，從而提高生產(chǎn)效率，但容易使刀具磨損，降低刀具壽命，增加換刀、磨刀和裝刀等輔助時間，反而會降低生產(chǎn)率。⑵最低生產(chǎn)成本壽命ＴＣ:

根據(jù)加工零件的一道工序成本最低來確定的。一般來說，刀具壽命越長，刀具磨刀及換刀等費(fèi)用越少，但因延長刀具壽命需減小切削用量，降低切削效率，使經(jīng)濟(jì)效益變差，同時，機(jī)動時間過長所需機(jī)床折舊費(fèi)、消耗能量費(fèi)用也增多。因此，在確定刀具壽命時應(yīng)考慮生產(chǎn)成本對其的影響。

由于最低生產(chǎn)成本壽命ＴＣ高于最高生產(chǎn)率壽命Ｔp，故生產(chǎn)中常采用最低生產(chǎn)成本壽命ＴＣ，只有當(dāng)生產(chǎn)緊急需要時才采用最高生產(chǎn)率壽命ＴP。五、切削用量與刀具磨損關(guān)系任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件1.刀具材料應(yīng)具有的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌性（3）高的耐熱性（4）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性（5）好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)2．刀具材料類型當(dāng)前使用的刀具材料分四大類：（1）工具鋼（碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼）（2）硬質(zhì)合金（3）陶瓷（4）超硬刀具材料

六．刀具材料的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件六．刀具材料的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸材料種類相對密度硬度HRC(HRA)(HV)抗彎強(qiáng)度σbbGPA沖擊刃性αkMJ/m2熱導(dǎo)率κW/mK耐熱性0C切削速度大致比值工具鋼碳素工具鋼7.6～7.860～65(81.2～84)2.16—≈41.87200～2500.32～0.4合金工具鋼7.7～7.960～65(81.2～84)2.35—≈41.87300～4000.48～0.6高速鋼8.0～8.863～70(83～86.6)1.96～4.410.098～0.58816.7～25.1600～7001～1.2硬質(zhì)合金鎢鈷類14.3～15.3(89～91.5)1.08～2.160.019～0.05975.4～87.98003.2～4.8鎢鈦鈷類9.35～13.2(89～92.5)0.88～1.370.0029～0.006820.9～62.89004～4.8含有碳化鉬、鈮類—(～92)～1.47——1000～11006～10碳化鈦基類5.56～6.3(92～93.3)0.78～1.08——11006～10陶瓷氧化鋁陶瓷3.6～4.3(91～95)0.44～0.690.0049～0.01174.19～20.912008～12氧化鋁碳化物混合陶瓷0.71～0.8811006～10氮化硅陶瓷3.26［5000］0.76～0.83—37.681300—超硬材料立方氮化硼3.44～3.49［8000～9000］≈0.294—75.551400～1500—人造金剛石3.47～3.56［10000］0.21～0.48—146.54700～800≈25精品課件3.工具鋼（1）碳素工具鋼 只適于制造手用和切削速度很低的刀具，如：銼刀、手用鋸條、絲錐和板牙等。（2）合金工具鋼合金工具鋼主要用于低速工具，如：絲錐、板牙、鉸刀等。（3）高速鋼高速鋼的使用約占刀具材料總量的60％～70％，特別是用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成形刀具、孔加工刀具，例如各類銑刀、拉刀、螺紋刀具、切齒刀具等六．刀具材料的如何選擇任務(wù)一車削簡單階梯軸精品課件4.硬質(zhì)合金