1、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,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40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？,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,表1-1-1 階梯軸加工工序,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

2、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。,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。,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。,一、加工設(shè)備的選擇,任務(wù)一

3、 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。,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。,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。,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

4、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。,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 刨床：刨床的主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，屬于直線運(yùn)動(dòng)機(jī)床。,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 .插床：插刀隨滑枕在豎直方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，工件在縱向、橫向以及圓周方向作間歇運(yùn)動(dòng)，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)。,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(shí)拉刀使被加工表

5、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。,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(dòng)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(shí)需要考慮的一個(gè)因素。 （6）機(jī)床選擇還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況。,主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 待加工表面 加工表面 已加工

6、表面,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,1切削運(yùn)動(dòng)-車削,主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 待加工表面 加工表面 已加工表面,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,1切削運(yùn)動(dòng)-銑削,主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 待加工表面 加工表面 已加工表面,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,1切削運(yùn)動(dòng)-刨削,主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 待加工表面 加工表面 已加工表面,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,1切削運(yùn)動(dòng)-刨削,主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 待加工表面 加工表面 已加工表面,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,1切削運(yùn)動(dòng)-鉆削,（1）主運(yùn)動(dòng) 在切削加工中起主要的、消耗動(dòng)力最多的運(yùn)動(dòng)為

7、主運(yùn)動(dòng)。它是切除工件上多余金屬層所必須的運(yùn)動(dòng)。 （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 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(dòng)稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)或多個(gè)。,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,（3）切削層 切削層是指切削時(shí)刀具切過工件一個(gè)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 過渡表面 已加工表面,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,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(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)量。 （1）切削速度 刀具切削刃上選定點(diǎn)相對工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)線速度稱為切削速度

8、，用vc表示，單位為m/s或m/min。,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,（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(shí)間內(nèi)刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)背吃刀量ap為：,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,

9、任務(wù)一 車削簡單階梯軸,切削用量及切削層要素,（4） 合成切削速度 主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。切削刃選定點(diǎn)相對工件合成切削運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為合成切削速度。如圖1-3所示。,圖1-1-4 車外圓時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng),二、切削運(yùn)動(dòng)和切削用量,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,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,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,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,2按結(jié)構(gòu)分類 整

10、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,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,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,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

11、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：,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(shí)，以切削工時(shí)tm計(jì)算生產(chǎn)率P。 Ptm 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(dòng)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（v80m/min），或用高速鋼刀具低速切削（v38m/min）。

12、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，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(shí)，首先選擇大的ap ，其次選擇大的f，最后再根據(jù)已定的確定合理的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,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Ra5012.5m），一次走刀盡可能切除全部余量，在中等功率機(jī)床上，ap810mm；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(shí)，可分幾次走刀。 半精加工（表面粗糙度Ra6.33.

13、2m）時(shí)，ap0.52mm。 精加工（表面粗糙度Ra1.60.8m）時(shí)，ap0.10.4mm。 （2） 進(jìn)給量 f 的合理選擇 粗加工時(shí)，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(shí)，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,（3） 切削速度v的合理選擇 粗車時(shí)，ap、f 均較

14、大，故v較??；精車時(shí)ap、f均較小，所以v較大。 工件材料強(qiáng)度、硬度較高時(shí)，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。 刀具材料的性能越好，v也選得越高。 此外，在選擇v時(shí)，還應(yīng)考慮： 精加工時(shí)，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(shí)，為減小沖擊和熱應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)降低v。 在易發(fā)生振動(dòng)情況下，v應(yīng)避開自激振動(dòng)的臨界速度。 加工大件、細(xì)長件、薄壁件及帶硬皮的工件時(shí)，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,5 切削用量的優(yōu)化 （1）切削用量的優(yōu)化原則： 最低加工

15、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,1刀具磨損形式 正常磨損 : 隨著切削時(shí)間的增加，磨損逐漸擴(kuò)大的磨損。 前面磨損 后面磨損 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(dòng)等）。 其原因主要是由于刀具材料選擇不合理，

16、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?五、切削用量與刀具磨損關(guān)系,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,2. 刀具磨損的原因 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(shí)似同“磨?！睂Φ毒弑砻婺Σ梁涂虅潱率沟毒弑砻婺p。 粘結(jié)磨損: 粘結(jié)磨損亦稱冷焊磨損。切削塑性材料時(shí)，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。

17、粘結(jié)磨損一般在中等偏低的切削速度下較嚴(yán)重。 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。 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,3. 刀具磨損過程 初期磨損階段（OA段） 正常磨損階段（AB段） 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

18、車削簡單階梯軸,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(gè)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(shí)間，或者說是刀具兩次刃磨之間總的切削時(shí)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

19、中查得,6. 合理壽命的選擇 確定刀具合理壽命有兩種方法： 最高生產(chǎn)率壽命TP: 根據(jù)切削一個(gè)零件所花時(shí)間最少或在單位時(shí)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(shí)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(shí)間，反而會降低生產(chǎn)率。 最低生產(chǎn)成本壽命: 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(shí)，機(jī)動(dòng)時(shí)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(shí)應(yīng)考慮生產(chǎn)成本對其的影響。 由于最低生產(chǎn)成本壽命高于最高生產(chǎn)率

20、壽命p，故生產(chǎn)中常采用最低生產(chǎn)成本壽命，只有當(dāng)生產(chǎn)緊急需要時(shí)才采用最高生產(chǎn)率壽命P。,五、切削用量與刀具磨損關(guān)系,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,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,六刀具材料的如何選擇,任務(wù)一 車削簡單階梯軸,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

21、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6070，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,4. 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物（稱硬質(zhì)相）和金屬（稱粘結(jié)相）通過粉末冶金工藝制成的。硬質(zhì)合金的物理力學(xué)性能取決于合金的成分、粉末顆粒的粗細(xì)及合金的燒結(jié)工藝。 硬質(zhì)合金按其化學(xué)成分與使用性能分為四類： 鎢鈷類YG(K類）（WC+Co） 鎢鈦鈷類YT（P類）（WC+TiN+Co） 添