任務(wù)1階梯軸加工工藝

1、任務(wù)1 階梯軸類零件加工1、教學(xué)目標(biāo)最終目標(biāo)：會階梯軸類零件加工。促成目標(biāo)：（1）能分析階梯軸類零件的工藝與技術(shù)要求；（2）會擬定階梯軸加工工藝；（3）會正確使用游標(biāo)卡尺、千分尺；（4）牢記安全文明生產(chǎn)規(guī)范要求。2、工作任務(wù)按工藝完成圖1-1所示階梯軸加工。技術(shù)要求調(diào)質(zhì)處理HBS217255。零件名稱：傳動軸材料45生產(chǎn)類型：小批圖1-1階梯軸3、相關(guān)實踐知識軸類零件是機(jī)械結(jié)構(gòu)中用于傳遞運(yùn)動和動力的重要零件之一，其加工質(zhì)量直接影響到機(jī)械的使用性能和運(yùn)動精度。軸類零件的主要表面是外圓，車削是外圓加工的主要方法。3.1選擇車刀、車床和工件安裝方式3.1.1車刀類型與選用（1）車刀的類型；車刀是金屬

2、切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具，它可在各種類型的車床上加工外圓、內(nèi)孔、倒角、切槽與切斷、車螺紋以及其它成形面。車刀的類型很多，既可按用途可分，也可按刀具材料，還可按結(jié)構(gòu)分。按用途可大致分：偏刀以90偏刀居多，如圖1-2a，用來車削外圓、臺階、端面。由于主偏角大，切削時產(chǎn)生的背向切削力小，故很適宜車細(xì)長的軸類工件彎頭刀以45彎頭刀最為常見，如圖1-2b，用來車削外圓、端面、倒角。完成上述加工表面不需轉(zhuǎn)刀架，也不用換刀，可減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率。切斷刀（切槽刀）如圖1-2c，用來切斷工件或在工件上加工溝槽。鏜刀如圖1-2d，用來加工內(nèi)孔。圓頭刀如圖1-2e，用來車削工件臺階處的圓角和圓弧槽。螺紋

3、車刀如圖1-2f，用來車削螺紋。除此之外，還有端面車刀、直頭外圓車刀和成形車刀等等。圖1-2車刀種類按材料分： 圖1-3整體式車刀車刀整體式高速鋼車刀如圖1-3，這種車刀刃磨方便，刀具磨損后可以多次重磨。但刀桿也為高速鋼材料，造成刀具材料的浪費(fèi)。刀桿強(qiáng)度低，當(dāng)切削力較大時，會造成破壞。一般用于較復(fù)雜成形表面的低速精車。圖1-4焊接式車刀硬質(zhì)合金焊接式車刀如圖1-4所示，這種車刀是將一定形狀的硬質(zhì)合金刀片釬焊在刀桿的刀槽內(nèi)制成的。其結(jié)構(gòu)簡單，制造刃磨方便，刀具材料利用充分，應(yīng)用十分廣泛。但其切削性能受工人的刃磨技術(shù)水平和焊接質(zhì)量影響，且刀桿不能重復(fù)使用，材料浪費(fèi)。可轉(zhuǎn)位車刀用機(jī)械夾固的方式將可轉(zhuǎn)

4、位刀片固定在刀槽中而組成的車刀，如圖1-5所示。其優(yōu)點是耐用度高、刀片更換方便、迅速，并可使用多種材料刀片，其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、刃磨較難、使用不靈活、一次性投入較大。 a：機(jī)械夾固式車刀b：刀片固定式車刀圖1-5 可轉(zhuǎn)位車刀 該傳動軸在加工時，采用90偏刀或45偏頭硬質(zhì)合金焊接式車刀；在加工止動墊圈槽和螺紋加工時，可采用切斷刀和螺紋車刀。（2）車刀標(biāo)注角度和工作角度車刀標(biāo)注角度指刀具在靜止參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、刃傾角s、副后角0六個。如圖1-6所示主偏角r。它是基面內(nèi)主切削平面與假定工作平面之間的夾角。副偏角r，它是基面內(nèi)副切削平面與假定工作平面之間

5、的夾角。前角0。它是正交平面內(nèi)前面與基面之間的夾角。后角0。它是正交平面內(nèi)后面與切削平面之間的夾角。刃傾角s。它是主切削平面內(nèi)主切削刃與基面之間的夾角。副后角0。它是副切削刃的正交平面(即副剖面)內(nèi)副后面與副切削平面之間的夾角。圖1-6 外圓車刀的的基本幾何角度刀具的工作角度是刀具在工作時的實際切削角度，它受到切削運(yùn)動和刀具的安裝影響。因此，車刀的工作角度不等于其標(biāo)注角度。 （3）車刀的安裝要求車刀的安裝要求；1） 1） 車刀刀尖應(yīng)與工件中心等高，如圖1-7所示為刀尖不對準(zhǔn)工件中心的后果。1-7a為刀具安裝高低對工作角度的影響。車刀的刀尖高于工件中心，工作前角oe增大，而工作后角oe減小。當(dāng)?shù)?/p>

6、尖低于工件中心時，角度的變化情況下好相反。如圖1-7b為車端面的情況。實際生產(chǎn)中要求車端面、圓錐面、螺紋、成形車削等等高安裝，粗車孔、切斷空心工件時，刀尖應(yīng)等高機(jī)床主軸線；粗車一般外圓、精車孔、安裝時刀尖應(yīng)等高或稍高工件中心線。圖1-8 車刀的裝夾a）正確b）、c）不正確b、不對準(zhǔn)中心對車端面貌一新后果a、不對準(zhǔn)中心對車刀角度的影響圖1-7 車刀刀尖不不對準(zhǔn)中心的后果2）刀桿偏斜對工作主、副偏角的影響。刀桿偏斜會使車刀的工作主偏角增大，工作副偏角減小。3）車刀裝夾在刀架上伸出部分應(yīng)盡量短以增強(qiáng)其剛性，如圖1-8所示。一般車刀伸出長度約為刀桿寬度的11.5倍，下面的墊片數(shù)量要盡量少，并與刀架邊緣

7、對齊。（4）車刀的材料及選用高速鋼：高速鋼是含有W、Mo、Cr、V等合金元素較多的合金工具鋼，熱處理后硬度為6266HRC，抗彎強(qiáng)度約為33GPa，耐熱性為600左右。高速鋼又可分為普通高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼及涂層高速鋼。硬質(zhì)合金：由硬度和熔點很高的碳化物（硬質(zhì)相，如WC、TiC、TaC、NbC等）和金屬（粘結(jié)相，如Co、Ni、Mo等）通過粉末冶金工藝制成的。硬質(zhì)合金按加工對象和切削時排出切悄形狀可分為三類，其中YG主要用于脆性材料，YT用于碳鋼類塑性材料，YW用于不銹鋼等難加工材料。陶瓷：是以氧化鋁或以氧化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成。陶瓷刀具有很高的耐磨性和耐熱性

8、，良好的抗粘結(jié)性和較低的摩擦系數(shù)，化學(xué)性能穩(wěn)定。陶瓷刀具在切削時不易粘刀、不易產(chǎn)生切削瘤，但其強(qiáng)度和和抗熱沖擊性較差，一般用于在高速下精加工硬材料，如氧化鋁復(fù)合陶瓷適合于中速下切削冷硬鑄鐵、淬硬鋼等；氮化硅基陶瓷宜能進(jìn)行高速切削，故適宜精加工和半精加工，也可加工5154HRC硬度的鎳基合金、高錳鋼等難加工材料。金剛石：金剛石的硬度的耐磨性很好，可用于切削硬度高的一些材料，但由于金剛石的耐熱度較低，只有700800，故工作溫度不能過高。另外，因其易與碳親合，因此不宜用于加工含碳的黑色金屬。立方氮化硼：其硬度與耐磨性僅次于金剛石，有較強(qiáng)的抗粘結(jié)能力，與鋼的摩擦系數(shù)小，適用于高速切削鋼材及耐熱合金。

9、因其價格高，一般用于加工高硬度材料或超精加工。（5）刀桿截面形狀和尺寸的選用。車刀刀桿截面形狀有矩形、方形和圓形三種。一般用矩形，切削力較大時采用方形，圓形多用于內(nèi)孔車刀。刀桿高度H可按車床中心高選擇。3.1.2車床車床按照用途和功能不同，可分為許多類型，如臥式車床、立式車床、落地車床和轉(zhuǎn)塔車床等，如圖1-9所示。本節(jié)內(nèi)容主要介紹最常用的CA6140車床。a、臥式車床1、主軸箱；2、刀架；3、尾座；4、床身；5、床腳；6、絲杠；7、光杠；8、操縱桿；9、溜板箱；10、床腳；11、進(jìn)給箱；12、交換齒輪箱 b、立式車床 c、落地車床d、轉(zhuǎn)塔車床圖1-9車床類型（1）車床的功能與型號車床的功能 車

10、床適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱面、圓錐面及成形回轉(zhuǎn)表面、車削端面及各種常用的公制、英制、模數(shù)制和徑節(jié)制螺紋，還可以鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、滾花等工作。車床的型號 通用機(jī)床的型號表示方法如下：（） （） （） （） （/）分類代號類代號通用特性及結(jié)構(gòu)性代號（可有一個或幾個）組、系代號主參數(shù)或設(shè)計順序號第二主參數(shù)重大改進(jìn)順序號同一型號機(jī)床的變型代號注：阿拉伯?dāng)?shù)字 ：大寫漢語拼音字母 （ ）：無內(nèi)容不寫，有內(nèi)容無括號如本軸加工的主要設(shè)備CA6140車床中，C為類代號，表示車床；A為結(jié)構(gòu)性代號，以區(qū)別與C6140和CY6140的區(qū)別；61說明該機(jī)床屬于車床類6組1系；40為該

11、車床的主參數(shù)，表示最大加工直徑是400mm。無第二主參數(shù)、重大改進(jìn)順序號及變型代號。（2）CA6140車床的組成與技術(shù)性能如圖1-7a為CA6140車床，主要組成部件有：主軸箱：支承并傳動主軸，使主軸帶動工件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主運(yùn)動。床鞍與刀架：裝夾車刀，并使車刀縱向橫向或斜向運(yùn)動。尾架：用后頂尖支承工件，并可在其上安裝鉆頭等孔加工工具，以進(jìn)行孔加工。床身：車床的基本支承件，在其上安裝車床的主要部件，以保持它們的相對位置。溜板箱：把進(jìn)給箱傳來的運(yùn)動傳遞給刀架，使刀架實現(xiàn)縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給、快速移動或車螺紋。其上有各種操作手柄和操作按鈕，方便工人操作。進(jìn)給箱：改變被譽(yù)為加工螺紋時的螺距或機(jī)

12、動進(jìn)給的進(jìn)給量。CA6140主要技術(shù)性能參數(shù)如下：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 400mm最大工件長度（4種規(guī)格） 750mm;1000mm;1500mm;2000mm最大車削長度直 650mm;900mm;1400mm;1900mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 210mm主軸轉(zhuǎn)速 正轉(zhuǎn)24級 101400r/min 反轉(zhuǎn)12級 141580r/min進(jìn)給量 縱向進(jìn)給量64級 0.0286.33mm/r 橫向進(jìn)給量64級 0.0143.16mm/r床鞍與刀架快速移動速度 4m/min車削螺紋范圍 米制螺紋44種 T=1192mm 英制螺紋20種 a=224牙/in 模數(shù)螺紋39種 m=0.2548mm 徑

13、節(jié)螺紋37種 DP=196牙/in主電動機(jī) 7.5KW,1450 r/min3.1.3工件的安裝（1）三爪卡盤上找正安裝工件三爪卡盤裝夾能自動定心，但其定心準(zhǔn)確度不高。裝夾時，把工件直接夾持在三爪卡盤上，根據(jù)工件的一個或幾個表面用劃針或指示表找正工件準(zhǔn)確位置后再進(jìn)行夾緊。（2）一夾一頂安裝工件一夾一頂即軸的一端外圓用卡盤夾緊，一端用尾座頂尖頂住中心孔的工件安裝方式。這種安裝方式可提高軸的裝夾剛度，此時軸的外圓和中心孔同作為定位基面，常用于長軸加工及粗車加工中。（3）在雙頂尖間安裝工件在實心軸兩端鉆中心孔，在空心軸兩端安裝帶中心孔的錐堵或錐套心軸，用車床主軸和尾座頂尖頂兩端中心孔的工件安裝方式。

14、此時定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)統(tǒng)一，能在一次裝夾中加工多處外圓和端面，并可保證各外圓軸線的同軸度以及端面與軸線的垂直度要求，是車銷、磨銷加工中常用的工件安裝方法。3.2擬定加工工藝（2課時）如圖1-1為某傳動軸，從結(jié)構(gòu)上看，是一個典型的階梯軸，工件材料為45，生產(chǎn)綱領(lǐng)為小批或中批生產(chǎn)，調(diào)質(zhì)處理220350HBS。3.2.1分析階梯軸的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求該軸為普通的實心階梯軸，軸類零件一般只有一個主要視圖，主要標(biāo)注相應(yīng)的尺寸和技術(shù)要求，而其它要素如退刀槽、鍵槽等尺寸和技術(shù)要求標(biāo)注在相應(yīng)的剖視圖。軸頸和裝傳動零件的配合軸頸表面，一般是軸類零件的重要表面，其尺寸精度、形狀精度（圓度、圓柱度等）、位置精度（同軸度

15、、與端面的垂直度等）及表面粗糙度要求均較高，是軸類零件機(jī)械加工時，應(yīng)著重保障的要素。如圖1-1所示的傳動軸，軸頸M和N處是裝軸承的，各項精度要求均較高，其尺寸為35js6(0.008)，且是其它表面的基準(zhǔn)，因此是主要表面。配合軸頸Q和P處是安裝傳動零件的，與基準(zhǔn)軸頸的徑向圓跳動公差為0.02（實際上是與M、N的同軸度），公差等級為IT6，軸肩 H、G和I端面為軸向定位面，其要求較高，與基準(zhǔn)軸頸的圓跳動公差為0.02（實際上是與M、N的軸線的垂直度），也是較重要的表面，同時還有鍵槽、螺紋等結(jié)構(gòu)要素。3.2.2明確毛坯狀況一般階梯軸類零件材料常選用45鋼；對于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸可用40Cr；對

16、于高速、重載荷等條件下工作的軸可選用20Cr、20CrMnTi等低碳含金鋼進(jìn)行滲碳淬火，或用38CrMoAIA氮化鋼進(jìn)行氮化處理。階梯軸類零件的毛坯最常用的是圓棒料和鍛件。3.2.3擬定工藝路線；1）確定加工方案軸類在進(jìn)行外圓加工時，會因切除大量金屬后引起殘余應(yīng)力重新分布而變形。應(yīng)將粗精加工分開，先粗加工，再進(jìn)行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后進(jìn)行。傳動軸大多是回轉(zhuǎn)面，主要是采用車削和外圓磨削。由于該軸的Q、M、P、N段公差等級較高，表面粗糙度值較小，應(yīng)采用磨削加工。其它外圓面采用粗車、半精車、精車加工的加工方案。2）劃分加工階段該軸加工劃分為三個加工階段，即粗車（粗車外圓、鉆中心孔）

17、、半精車（半精車各處外圓、臺肩和修研中心孔等），粗精磨Q、M、P、N段外圓。各加工階段大致以熱處理為界。3）選擇定位基準(zhǔn)軸類零件各表面的設(shè)計基準(zhǔn)一般是軸的中心線，其加工的定位基準(zhǔn)，最常用的是兩中心孔。采用兩中心孔作為定位基準(zhǔn)不但能在一次裝夾中加工出多處外圓和端面，而且可保證各外圓軸線的同軸度以及端面與軸線的垂直度要求，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。在粗加工外圓和加工長軸類零件時，為了提高工件剛度，常采用一夾一頂?shù)姆绞?，即軸的一端外圓用卡盤夾緊，一端用尾座頂尖頂住中心孔，此時是以外圓和中心孔同作為定位基面。4）熱處理工序安排該軸需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。它應(yīng)放在粗加工后，半精加工前進(jìn)行。如采用鍛件毛坯，必須首先安排

18、退火或正火處理。該軸毛坯為熱軋鋼，可不必進(jìn)行正火處理。5）加工工序安排應(yīng)遵循加工順序安排的一般原則，如先粗后精、先主后次等。另外還應(yīng)注意：外圓表面加工順序應(yīng)為：先加工大直徑外圓，然后再加工小直徑外圓，以免一開始就降低了工件的剛度。軸上的花鍵、鍵槽等表面的加工應(yīng)在外圓精車或粗磨之后、外圓精磨之前。這樣既可保證花鍵、鍵槽的加工質(zhì)量，也可保證精加工表面的精度。軸上的螺紋一般有較高的精度，其加工應(yīng)安排在工件局部淬火之前進(jìn)行，避免因淬火后產(chǎn)生的變形而影響螺紋的精度。該軸的加工工藝路線為：毛坯及其熱處理預(yù)加工車削外圓銑鍵槽等熱處理磨削。3.2.4確定工序尺寸毛坯下料尺寸：65265；粗車時，各外圓及各段尺

19、寸按圖紙加工尺寸均留余量2mm；半精車時，螺紋大徑車到，44及62臺階車到圖紙規(guī)定尺寸，其余臺階均留0.5mm余量。銑加工：止動墊圈槽加工到圖紙規(guī)定尺寸，鍵槽銑到比圖紙尺寸多0.25mm，作為磨銷的余量。精加工：螺紋加工到圖紙規(guī)定尺寸M241.5-6g，各外圓車到圖紙規(guī)定尺寸。3.2.5選擇設(shè)備工裝外圓加工設(shè)備：普通車床CA6140磨削加工設(shè)備：萬能外圓磨床M1432A銑削加工設(shè)備：銑床X523.2.6填寫工藝卡片表1-1階梯軸加工工藝工序號工種工序內(nèi)容設(shè)備1下料652652車三爪卡盤夾持工件，車端面見平，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車P、N及螺紋段三個臺階，直徑、長度均留余量2mmCA614

20、0調(diào)頭，三爪卡盤夾持工件另一端，車端面保證總長259，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車另外四個臺階，直徑、長度均留信余量2mmCA61403熱調(diào)質(zhì)處理2438HRC4鉗修研兩端中心孔CA61405車雙頂尖裝夾。半精車三個臺階，螺紋大徑車到,P、N兩個臺階直徑上留余量0.5mm，車槽三個,倒角三個CA6140調(diào)頭，雙頂尖裝夾，半精車余下的五個臺階，44及52臺階車到圖紙規(guī)定的尺寸。螺紋大徑車到,其余兩個臺階直徑上留余量0.5mm,車槽三個,倒角四個CA61406車雙頂尖裝夾，車一端螺紋M241.5-6g，調(diào)頭，雙頂尖裝夾，車另一端螺紋M241.5-6gCA61407鉗劃鍵槽及一個止動墊圈槽加工線8

21、銑銑兩個鍵槽及一個止動墊圈槽，鍵槽深度比圖紙規(guī)定尺寸多銑0.25mm，作為磨削的余量X529鉗修研兩端中心孔CA614010磨磨外圓Q和M，并用砂輪端面靠磨臺H和I。調(diào)頭，磨外圓N和P，靠磨臺肩G。M1432A11檢檢驗3.3、階梯軸加工實踐（2課時）教師按表1-1工藝示范后，學(xué)生分組完成加工任務(wù)。4、相關(guān)理論知識問題1、工件表面是如何成形的？問題2、什么是切削運(yùn)動？問題3、什么是切削用量？問題4、為什么要制定機(jī)械加工工藝規(guī)程？4.1車削基本知識（1課時）工件表面是工件與刀具在機(jī)床上通過相對運(yùn)動而形成的。4.1.1車削運(yùn)動與工件上的加工表面（1）車削運(yùn)動車削運(yùn)動包括主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動，如圖1-1

22、0所示為外圓的車削運(yùn)動和表面形成。主運(yùn)動：由機(jī)床或人力提供的主要運(yùn)動，它促使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而使刀具前刀面接近工件，從工件上直接切除金屬。它具有切削速度高，消耗功率大的特點。工件的旋轉(zhuǎn)就是車削時的主運(yùn)動。圖1-10 外圓車削運(yùn)動與加工表面的形成進(jìn)給運(yùn)動：由機(jī)床或人力提供的運(yùn)動，它使刀具和工件之間產(chǎn)生附加的相對運(yùn)動，使主運(yùn)動能夠繼續(xù)切除工件上多余金屬，以便形成所需幾何特性的加工表面。刀具的移動就是車削時的進(jìn)給運(yùn)動。（2）加工表面切削加工過程是一個動態(tài)的過程，在這一過程中，隨著刀具與工件相對運(yùn)動的進(jìn)行，工件表層的被切削金屬層被連續(xù)不斷地切下來，變成切屑。同時，在工件上有三個不斷變化著

23、的表面，它們是：待加工表面：工件上有待加工的表面。已加工表面：工件經(jīng)切削后產(chǎn)生的表面。過渡表面：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，刀具或工件的下一轉(zhuǎn)里被切除，或由下一切削刃切除。4.1.2切削用量三要素與切削用量選擇切削速度Ve、進(jìn)給量f(或進(jìn)給速度Vf)、背吃刀量ap稱為切削用量的三要素。確定切削用量時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量（表面粗糙度和加工精度）要求下，在工藝系統(tǒng)剛性允許的情況下，在充分發(fā)揮機(jī)床功率和發(fā)揮刀具切削性能時的最大切削量。在粗加工時，工件的加工精度和表面質(zhì)量要求不高，毛坯的加工余量大，選擇切削用量時，主要考慮提高切削加工的生產(chǎn)率和適當(dāng)控制刀具的磨損，應(yīng)

24、選擇較大的背吃刀量ap。采用一次或二次走刀，就把本工序中的加工余量切除掉。在精加工時，應(yīng)重點保證工件的加工精度和表面質(zhì)量，故應(yīng)選較小進(jìn)給量，并盡可能地選用較大的切削速度。進(jìn)給量和切削速度的選擇應(yīng)與所用機(jī)床的功率和刀具情況相適應(yīng)。具體可查手冊。4.1.3金屬切削過程中的物理現(xiàn)象。金屬切削過程是指在機(jī)床上利用刀具，通過刀具與工件之間的相對運(yùn)動從工件上切下多余的金屬，從而形成切屑和已加工表面的過程。在這個過程中，會產(chǎn)生一系列象，如切削變形、切削力、切削熱與切削溫度、刀具磨損等。（1）切屑的形成與積屑瘤1）切屑的形成與切削變形區(qū)塑性金屬切削過程在本質(zhì)上是被切削層金屬在刀具的擠壓作用下產(chǎn)生變形并與工件本

25、體分離形成切屑的過程。圖1-11 切削過程中的變形區(qū)如圖1-11所示，切削過程是伴隨著切削運(yùn)動進(jìn)行的。隨著切削層金屬以切削速度Vc向刀具前刀面接近，在前刀面的擠壓作用下，被切金屬產(chǎn)生彈性變形，并逐漸加大，其內(nèi)應(yīng)力也在增加。當(dāng)被切金屬運(yùn)動到圖1-11的OA線時，其內(nèi)應(yīng)力達(dá)到屈服點，開始產(chǎn)生塑性變形，金屬內(nèi)部發(fā)生剪切滑移。OA稱為始滑移線（始剪切線）。隨著被切金屬繼續(xù)向前刀面逼近，塑性變形加劇，內(nèi)應(yīng)力進(jìn)一步增加，到達(dá)OM線時，變形和應(yīng)力達(dá)到最大。OM稱為終滑移線（終剪切線）。切削刃附近金屬內(nèi)應(yīng)力達(dá)到金屬斷裂極限而使被切金屬與工件本體分離。分離后的變形金屬沿刀具的前刀面流出，成為切屑。對照上述切削變

26、形的分析，我們可按變形程度將切削變形劃成三個變形區(qū)：從OA線開始發(fā)生剪切滑移塑性變形，到OM線晶粒的剪切滑移基本完成，這一區(qū)域（I）稱為第一變形區(qū)。切屑沿前刀面排出時進(jìn)一步受到前刀面的擠壓和摩擦，使切屑底層靠近前刀面處的金屬纖維化，其方向基本上和前刀面平行。這一區(qū)域（II）稱為第二變形區(qū)。已加工表面受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓、摩擦和回彈作用，造成纖維化與加工硬化，這一區(qū)域（III）稱為第三變形區(qū)。三個變形區(qū)各具特點又相互聯(lián)系、相互影響。切削過程中產(chǎn)生的許多現(xiàn)象均與金屬層變形有關(guān)。在切削過程中，變形程度越大，工件的表面質(zhì)量越差，切削過程中所消耗的能量越多。2）切屑的種類切削加工中，當(dāng)工件材

27、料、切削條件不同時，會形成不同的切屑。按其形態(tài)不同，可分為圖1-12所示的四種類型。圖1-12 切屑類型3）積屑瘤在一定范圍的切削速度下切削塑性金屬時，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面靠近切削刃的部位都附著一小塊很硬的金屬，這就是積屑瘤，或稱刀瘤，如圖1-13所示。在形成積屑瘤的過程中，金屬材料因塑性變形 圖1-13 積屑瘤而被強(qiáng)化。因此，積屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃進(jìn)行切削，起到保護(hù)切削刃的作用。積屑瘤的存在，增大了刀具實際工作前角，使切削輕快，粗加工時希望產(chǎn)生積屑瘤。但是積屑瘤會導(dǎo)致切削力的變化，引起振動，并會有一些積屑瘤碎片部附在工件己加工表面上，使表而變得粗糙，故精加工時應(yīng)盡量避免積

28、屑瘤產(chǎn)生。因此，一般精車、精銑采用高速切削，而拉削、鉸削和寬刀精刨時，則采用低速切削，以避免形成積屑瘤。選用適當(dāng)?shù)那邢饕?，可有效地降低切削溫度，減小摩擦，也是減少或避免積屑瘤的重要措施之一。（2）切削力和切削功率切削過程中作用在刀具與工件上的力稱為切削力。切削力所作的功就是切削功。1）切削力切削力來源有兩個方面：即切削層金屬變形產(chǎn)生的變形抗力和切屑、工件與刀具間摩擦產(chǎn)生的摩擦抗力。如圖1-14為切削力的來源。切削力是一個空間力，大小和方向都不易直接測定。為了適應(yīng)設(shè)計和工藝分析的需要，一般把切削力分解，研究它在一定方向上的分力。 圖1-14 切削力的來源 圖1-15切削力分解如圖1-15所示，切

29、削力 F可沿坐標(biāo)軸分解為三個互相垂直的分力 Fc、Fp、Ff。l）主切削力Fc：切削力在卞運(yùn)動方向上的分力。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）進(jìn)給力Ff： 切削力在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力。 它們的關(guān)系是： 車削時，主切削力是最大的一個分力，它消耗切削總功率的95左右，背向力在車外圓時不消耗功率，進(jìn)給力作用在機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，消耗總功率的5左右。切削力的大小是由很多因素決定的，如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等。在一般情況下，對切削力影響比較大的是工件材料和切削用量。（3）切削熱和切削溫度金屬切削過程中消耗的能量除了極少部分以變形能留存于工件表面和切屑

30、中，基本上轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。大量的切削熱?dǎo)致切削區(qū)域溫度升高，直接影響刀具與工件材料的摩擦系數(shù)、積屑瘤的形成與消退、刀具的磨損、工件的加工精度和表面質(zhì)量。1）切削熱在切削過程中，由于絕大部分的切削功都轉(zhuǎn)變成熱量，所以有大量的熱產(chǎn)生，這些熱稱為切削熱。切削熱產(chǎn)生以后，由切屑、工件、刀具及周圍的介質(zhì)（如空氣）傳出。各部分傳出的比例取決于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具幾何形狀等。實驗結(jié)果表明，車削時的切削熱主要是由切屑傳出的。切削熱傳出的比例是：切屑傳出的熱約為5086；工件傳出的熱約為4010；刀具傳出的熱約為93；周圍介質(zhì)傳出的熱約為1。傳入切屑及介質(zhì)中的熱量越多，對加工越有利。傳入刀具的熱量雖不

31、是很多，但由于刀具切削部分體積很小，因此刀具的溫度可達(dá)到很高（高速切削時可達(dá)到1000以上）。溫度升高以后，會加速刀具的磨損。傳入工件的熱可能使工件變形，產(chǎn)生形狀和尺寸誤差。在切削加工中要設(shè)法減少切削熱的產(chǎn)生、改善散熱條件以及減小高溫對刀具和工件的不良影響。2）切削溫度切削溫度一般是指切屑與刀具前刀具面接觸區(qū)的平均溫度。切削溫度的高低，除了用儀器進(jìn)行測定外，還可以通過觀察切屑的顏色人致估計出來。例如，切削碳鋼時，隨著切削溫度的升高，切屑的顏色也發(fā)生相應(yīng)的變化，淡黃色約200，藍(lán)色約320。切削溫度的高低取決于切削熱的產(chǎn)生和傳出情況，它受切削用量、工件材料、刀具材料及幾何形狀等因素的影響。 切削

32、速度對切削溫度影響最大，切削速度增大，切削溫度隨之升高：進(jìn)給量影響較?。槐吵缘读坑绊懜?。前角增大，切削溫度下降，但前角不宜太大，前角太大，切削溫度反而升高；主偏角增大，切削溫度升高。（4）刀具磨損和刀具耐用度一把刀具使用一段時間以后，它的切削刃變鈍，以致無法再使用。對于可重磨刀具，經(jīng)過重新刃磨以后，切削刃恢復(fù)鋒利，仍可繼續(xù)使用。這樣經(jīng)過使用一磨鈍一刃磨鋒利若干個循環(huán)以后，刀具的切削部分便無法繼續(xù)使用，而完全報廢。刀具從開始切削到完全報廢，實際切削時問的總和稱為刀具壽命。1）刀具磨損的形式與過程刀具正常磨損時，按其發(fā)生的部位不同可分為三種形式，即后刀面磨損、前刀面磨損、前刀面與后刀面同時磨損（

33、圖1-16中 VB代表后刀面磨損尺寸）。 a、后刀面磨損 b、前刀面磨損 c 前刀面與后刀面同時磨損 圖1-16刀具的磨損形式 隨著切削時間的延長，刀具的磨損量不斷增加。但在不同的時間階段，刀具的磨損速度與實際的磨損量是不同的。圖9-17反映了刀具的磨損和切削時間的關(guān)系，可以將刀具的磨損過程分為三個階段，第一階段（OA段）稱為初期磨損階段，第二階段（AB段）稱為正常磨損階段，第三階段（BC段）稱為急劇磨損階段。 圖1-17 刀具的磨損曲線 經(jīng)驗表明，在刀具正常磨損階段的后期、急刷磨損階段之前，換刀重磨為最好。這樣既可保證加工質(zhì)量又能充分利用刀具材料。增大切削用量時切削溫度隨之增高，將加速刀具磨

34、損。在切削用量中，切削速度對刀具磨損的影響最大。此外，刀具材料、刀具幾何形狀、工件材料以及是否使用切削液等，也都會影響刀具的磨損。適當(dāng)加人刀具前角，由于減小了切削力，可減少刀具的磨損。2）刀具耐用度刀具的磨損限度，通常用后刀面的磨損程度作為標(biāo)準(zhǔn)。但是，生產(chǎn)中不可能用經(jīng)常測量后刀面磨損的方法來判斷刀具是否已經(jīng)達(dá)到容許的磨損限度，而常規(guī)是按刀具進(jìn)行切削的時間來判斷。刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實際切削時間稱為刀具耐用度，以T表示。粗加工時，多以切削時間（min表示刀具耐用度。例如，目前硬質(zhì)合金焊接車刀的耐用度大致為60min，高速鋼鉆頭的耐用度為80120min，硬質(zhì)合金端

35、銑刀的耐用度為120180min，齒輪刀具的耐用度為200300min。精加工時，常以走刀次數(shù)或加工零件個數(shù)表示刀具的耐用度4.2機(jī)械加工工藝過程與工藝規(guī)程4.2.1生產(chǎn)過程和機(jī)械加工工藝過程（1）生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程是把原材料變?yōu)槌善返娜^程。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程一般包括：生產(chǎn)與技術(shù)的準(zhǔn)備；毛坯的鑄造、鍛造、沖壓等；零件的切削加工、熱處理、表面處理等；產(chǎn)品的裝配、調(diào)試檢驗和油漆等；原材料、外購件和工具的供應(yīng)、運(yùn)輸、保管等。（2）機(jī)械加工工藝過程機(jī)械加工工藝過程是指用機(jī)械加工的方法直接改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸和表面質(zhì)量，使之成為合格的零件的工藝過程。其由工序、安裝、工步、走刀、工位五個部分組成。1）

36、工序：指一個(或一組)工人，在一個工作地點(或一臺機(jī)床上)，對同一個零件(或一組零件)進(jìn)行加工所連續(xù)完成的那部分工藝過程，它是工藝過程的基本組成單元。劃分工序的依據(jù) “三同一，一連續(xù)”。2）安裝：工件在加工之前，在機(jī)床或夾具上先占據(jù)一正確位置(定位)，然后再予以夾緊的過程。一個工序可以有一次安裝和多次安裝。3）工步：指在一個工序中，當(dāng)加工表面(或裝配時的聯(lián)接表面)不變，加工(或裝配)工具不變，切削用量中切削速度和進(jìn)給量不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工藝過程，簡稱“三不變一連續(xù)”。 一個工序可以有一個工步和多次工步。4）走刀（又稱工作行程）：一個工步內(nèi)，若被加工的表面需要切去的余量層很厚，余量一

37、次切不完，需要分幾次切削，則每進(jìn)行一次切削就是一次走刀。工位： 為了完成一定的工序內(nèi)容，一次裝夾工件后，工件(或裝配單元)與夾具或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備固定部分所占據(jù)的每一個位置。工序、工步、工位和安裝、走刀的關(guān)系如下圖1-18所示：工序工序工步1工步2安裝2安裝1走刀2圖1-18 工序、工步、工位和安裝、走刀的關(guān)系圖4.2.2生產(chǎn)綱領(lǐng)與生產(chǎn)類型（1）生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)：指企業(yè)在計劃期內(nèi)（通常為一年），根據(jù)市場需求和自身生產(chǎn)能力應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量和生產(chǎn)進(jìn)度計劃。通常又稱年產(chǎn)量，也包括生產(chǎn)計劃。生產(chǎn)綱領(lǐng)的計算：（2）生產(chǎn)類型生產(chǎn)類型：指企業(yè)（車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類

38、。一般可分為單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種生產(chǎn)類型。1)單件生產(chǎn)：指生產(chǎn)的產(chǎn)品品種多，每種產(chǎn)品僅制造一個或少數(shù)幾個，而且很少再重復(fù)生產(chǎn)。2)成批生產(chǎn)：指分批地生產(chǎn)相同的零件，生產(chǎn)成周期性重復(fù)。其中一次投入或產(chǎn)出同一產(chǎn)品的數(shù)量稱批量。3)大量生產(chǎn)：指產(chǎn)品的產(chǎn)量大、品種少，大多數(shù)工作地長期重復(fù)地進(jìn)行某一零件的某一工序的加工。 生產(chǎn)類型的劃分除了與生產(chǎn)綱領(lǐng)有關(guān)外，還應(yīng)考慮產(chǎn)品的大小及復(fù)雜程度。三種生產(chǎn)類型關(guān)系如下圖：單件生產(chǎn) 單件小批 小批 生產(chǎn)類型 批量生產(chǎn) 中批 成批 大批 大量生產(chǎn) 大批大量 圖1-19 生產(chǎn)類型間的關(guān)系4.2.3機(jī)械加工工藝規(guī)程。工藝規(guī)程：把比較合理或最合理的工藝過程的各項

39、內(nèi)容用表格的形式固定下來，并用于指導(dǎo)和組織生產(chǎn)。工藝文件的基本內(nèi)容包括：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗項目和檢驗方法、切削用量等。工藝表格的格式可根據(jù)工廠具體情況自行確定，一般有三種：1)機(jī)械加工過程卡：列出零件加工所經(jīng)的步驟，工序說明不具體。用于生產(chǎn)管理，不直接指導(dǎo)工人操作。該卡適用指導(dǎo)單件小批生產(chǎn)。2)機(jī)械加工工藝卡：以工序為單位，詳細(xì)說明工藝過程為基本內(nèi)容的工藝文件。其特點是詳細(xì)說明工藝過程，用于指導(dǎo)工人操作，幫助管理人員和技術(shù)人員掌握加工過程。適用于批量生產(chǎn)及單件小批生產(chǎn)的關(guān)鍵（重要）零件。 3)機(jī)械加工工序卡：以一個工序為單位編制的工藝文件，包

40、括工序圖、工步內(nèi)容、切削用量、裝夾定位說明等。其用于指導(dǎo)工人操作等，適用于大批大量生產(chǎn)。 4.3加工精度與表面質(zhì)量的含義4.3.1加工精度與經(jīng)濟(jì)加工精度；（1）加工精度零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。加工精度的高低是以國家有關(guān)公差標(biāo)準(zhǔn)來表示的。即： 尺寸精度尺寸公差加工精度 形狀精度形狀公差 位置精度位置公差（2）加工誤差零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工誤差越大，則加工精度越低，反之越高。機(jī)械加工誤差產(chǎn)生原因：主要是由工藝系統(tǒng)的原始誤差產(chǎn)生，所謂的原始誤差是指由工件、機(jī)床、刀具和夾具組成的工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的加工誤差，主

41、要有如圖所示的內(nèi)容：圖1-20 原始誤差的產(chǎn)生原因（3）經(jīng)濟(jì)加工精度經(jīng)濟(jì)加工精度指某種加工方法，在正常加工條件下（采用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級工人，不延長加工時間）所能保證的加工精度和表面粗糙度。零件的加工誤差要求越低，則其加工成本也將越高。兩者之間關(guān)系如圖1-20 所示，在AB段之外，加工成本或加工誤差明顯提高，只有在AB段區(qū)域內(nèi)，加工成本或加工誤差才是比較協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)的，即為經(jīng)濟(jì)加工精度區(qū)域。 加工成本 A B 加工誤差 圖1-21 加工成本與加工誤差之間的關(guān)系4.3.2工藝系統(tǒng)靜誤差對加工精度的影響 工藝系統(tǒng)靜誤差是指它由制造、安裝和使用中的磨損造成的誤差，主要有機(jī)床幾何

42、誤差、刀具制造誤差、夾具制造誤差以及調(diào)整與度量誤差等。（1）機(jī)床幾何誤差機(jī)床幾何誤差主要有主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差、導(dǎo)軌直線運(yùn)動誤差和傳動鏈傳動誤。1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差所謂主軸回轉(zhuǎn)誤差，就是主軸的實際回轉(zhuǎn)軸線相對于平均回轉(zhuǎn)軸線（實際回轉(zhuǎn)軸線的對稱中心線）的變動量。主軸回轉(zhuǎn)誤差可分解為圖1-22所示的軸向竄動、徑向跳動或純角度擺動三種基本形式。圖1-22 主軸回轉(zhuǎn)誤差的基本形軸向竄動，又稱軸向漂移，指主軸瞬時回轉(zhuǎn)軸線沿平均回轉(zhuǎn)軸線方向的漂移運(yùn)動，如圖1-22a所示。徑向同跳動，又稱徑向漂移，指主軸瞬時回轉(zhuǎn)軸線始終作平行于平均問轉(zhuǎn)軸線的徑向漂移運(yùn)動，如圖1-22b所示.角度擺動，又稱角向漂移，指主軸瞬時回

43、轉(zhuǎn)軸線與平均回轉(zhuǎn)軸線成一傾斜角，其交點位置固定不變的漂移運(yùn)動,如圖1-22c所示。產(chǎn)生主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要有主軸的制造誤差、軸承的誤差與軸承配合間隙、主軸系統(tǒng)的徑向不等剛度和熱變形等。主軸回轉(zhuǎn)誤差對加工精度的影響比較復(fù)雜。因為，主軸回轉(zhuǎn)誤差在不同類型的機(jī)床上對于不同的加工內(nèi)容將產(chǎn)生不同性質(zhì)的加工誤差，尤其對于主軸回轉(zhuǎn)誤差所表現(xiàn)出來的那種隨機(jī)性和綜合性，很難從理論上定量地加以描述。2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床各主要部件相對位置和運(yùn)動的基準(zhǔn)，它的精度直接影響工件的加工精度。圖1-23車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度車床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差：它使刀具在水平面內(nèi)產(chǎn)生位移y（見圖1-23），造成工件

44、在半徑方向上的誤差R=y。當(dāng)車削長工件時，還會使工件表面產(chǎn)生圓柱度誤差。 圖1-24車床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度導(dǎo)軌在垂直面上直線度誤差： 該誤差使刀具在垂直平面內(nèi)產(chǎn)生位移z（見圖1-24），會引起工件在半徑方向的誤差R，運(yùn)用三角幾何關(guān)系可得：Rz22R。由于z很小，z2則更小，一般可忽略不計。由此可見：原始誤差所引起的切削刃與工件間的相對位移，若產(chǎn)生在加工表面的法線方向，則對加工精度有直接影響；若產(chǎn)生在切線方向，就可以忽略不計。因此，一般把通過切削點的已加工表面的法線方向稱為誤差敏感方向，切線方向為非敏感方向。圖1-25 導(dǎo)軌扭曲產(chǎn)生的誤差車床前后導(dǎo)軌的平行度（扭曲度）誤差：該誤差會使導(dǎo)軌產(chǎn)生

45、扭曲（見圖1-25）。使刀尖相對于工件在水平和垂直兩個方向上產(chǎn)生偏移，RHB，這對加工精度的影響是比較大的。3）傳動鏈誤差傳動鏈誤差主要會引起螺紋加工誤差。（2）刀具誤差主要是定尺寸刀具和成形刀具的制造誤差、刀具安裝誤差及刀具磨損，它們會直接造成加工誤差。在階梯軸加工中，主要是鉆頭、割斷刀會產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。（3）夾具誤差主要是夾具本身的制造誤差、與機(jī)床的聯(lián)接誤差、工件定位基面與夾具定位零件間的定位誤差以及夾具的磨捐損。（4）度量與調(diào)整誤差。4.3.3表面質(zhì)量的含義（1）表面質(zhì)量的含義機(jī)械加工后的表面，總存在一定的微觀幾何形狀偏差，表面層的材料在加工時還會產(chǎn)生物理、力學(xué)性能變化。機(jī)械加工的表面質(zhì)

46、量是指加工表面的完整性，主要包括加工表面的幾何特征和表面層的物理力學(xué)性能兩個方面內(nèi)容。加工表面的幾何特征主要包括表面粗糙度和表面波度兩部分組成。表面粗糙度：是指加工表面的微觀形狀誤差?？稍赗a、Ry、Rz三項特性參數(shù)中選擇，優(yōu)先選用Ra值。表面波度：是介于形狀誤差(L1H11000)與表面粗糙度(L3H350)之間的周期性形狀誤差。它主要是由機(jī)械加工過程中工藝系統(tǒng)低頻振動所引起的。尚無國家標(biāo)準(zhǔn)。表面層的物理力學(xué)性能：包括表面層的加工硬化，表面層金相組織的變化和表面層的殘余應(yīng)力。（2）表面質(zhì)量對產(chǎn)品的使用性能的影響表面質(zhì)量在很大程度上對產(chǎn)品的使用性能構(gòu)成直接的影響，特別是對壽命和可靠性性能影響極

47、大，表面上的任何缺陷，都會在以后的使用中引發(fā)應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕而導(dǎo)致零件或產(chǎn)品的損壞。表面質(zhì)量對產(chǎn)品使用性能的影響主要表現(xiàn)在以下三個方面：1）表面質(zhì)量對產(chǎn)品耐磨性的影響產(chǎn)品都是由零件裝配而成的。當(dāng)兩個零件相互接觸時，實質(zhì)上只是兩個零件接觸表面上一些凸起的頂部相互接觸，由這些相互接觸的頂部所構(gòu)成的實際接觸面積明顯要比名義接觸面積小得多。由此可以看出：兩零件相互接觸的表面愈粗糙，實際接觸面積也就愈少。當(dāng)兩零件間有力傳遞時，相互接觸的凸起頂部就會產(chǎn)生相應(yīng)的壓強(qiáng)，表面愈粗糙壓強(qiáng)也就愈大，使得接觸面間出現(xiàn)變形和位移。當(dāng)兩零件間有相對運(yùn)動時，由于凸起部分如同刀具切削一樣，相互之間產(chǎn)生彈性變形、塑形變性及剪

48、切現(xiàn)象，使得相互接觸的表面之間出現(xiàn)磨損。表面愈粗糙，磨損就愈快。即使在有潤滑油潤滑的情況下，因接觸點處壓強(qiáng)超過潤滑油膜存在的臨界值，而形成干摩擦，同樣會加劇接觸面間的磨損。但并不是表面粗糙度值越小，耐磨性就越好。因為表面粗糙度值過小，緊密接觸的兩個光滑表面間的儲油能力很差，接觸面間產(chǎn)生分子的親和力，甚至產(chǎn)生分子黏合，使摩擦阻力增大，磨損量也會增加。因此，一對相互接觸的表而在一定的工作條件廠通常有一最佳粗糙度配合，過大或過小都會對產(chǎn)品耐磨性構(gòu)成不良影響。另外，一對相互接觸的表面間加工紋路方向的一致和表面冷作硬化均可提高產(chǎn)品的耐磨性。2）表面質(zhì)量對產(chǎn)品配合質(zhì)量的影響由以上分析可知，對于動配合零件的表面，如果粗糙度值較大，初期磨損量也相應(yīng)較大，配合性質(zhì)已經(jīng)改變。對于靜配合或過渡配合零件的表面，也會由于表面粗糙度值較大而使得在裝配后僅部分凸峰被擠平，而