《车工工艺学自编》.docx

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《车工工艺学自编》

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项目一认识车床

教学目标：

终极目标：

掌握普通车床的结构和使用。

促成目标：

1、了解车床的主要部件与机构。

1、

2、掌握车床型号的含义。

3、掌握CA6140普通车床的操作方法。

模块一车床部件与机构

教学目标：

终极目标：

根据车床的传动机构分析车床的运动

促成目标：

1、系统了解车床型号；

2、了解车床的主要部件；

3、初步掌握车床的操作方法。

工作任务:

了解车床、分析车床、操作车床

相关理论知识:

一、车床各部分名称及其作用

（1）主轴部分

主轴箱内有多组齿轮变速机构，变换箱外手柄位置，可以使主轴得到各种不同的转速。

卡盘用来夹持工件，带动工件一起旋转。

（2）挂轮箱部分它的作用是把主轴的旋转运动传送给进给箱。

变换箱内齿轮，并和进给箱及长丝杠配合，可以车削各种不同螺距的螺纹。

（3）进给部分

进给箱利用它内部的齿轮传动机构，可以把主轴传递的动力传给光杠或丝杠得到各种不同的转速。

丝杠用来车削螺纹。

光杠用来传动动力，带动床鞍、中滑板，使车刀作纵向或横向的进给运动。

（4）溜板部分

溜板箱变换箱外手柄位置，在光杠或丝杠的传动下，可使车刀按要求方向作进给运动。

滑板分床鞍、中滑板、小滑板三种。

床鞍作纵向移动、中滑板作横向移动，小滑板通常作纵向移动。

图1.1

刀架用来装夹车刀。

（5）尾座用来安装顶尖、支顶较长工件，它还可以安装其它切削刀具，如钻头、绞刀等。

（6）床身用来支持和安装车床的各个部件。

床身上面有两条精确的导轨，床鞍和尾座可沿着导轨移动。

（7）附件中心架和跟刀架，车削较长工件时，起支撑作用。

车床的通用性好，可完成各种回转表面、回转体端面及螺纹面等表面加工，是一种应用最广泛的金属切削机床。

二、机床的传动系统

CA6140型卧式车床的传动系统原理框图，概要地表示了由电动机带动主轴和刀架运动所经过的传动机构和重要元件。

电动机经主换向机构、主变速机构带动主轴转动；进给传动从主轴开始，经进给换向机构、交换齿轮和进给箱内的变速机构和转换机构、溜板箱图1.2传动系统原理图

中的传动机构和转换机构传至刀架。

溜板箱中的转换机构起改变进给方向的作用，使刀架作纵向或横向、正向或反向进给运动。

三、机床的型号

机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类别、主要技术参数、结构特性等。

我国目前实行的机床型号，按GB/T15375—94“金属切削机床型号编制办法”实行，它由汉语拼音字母及阿拉伯数字组成。

型号中字母及数字的含义如下：

1、机床的类代号

机床的类代号是用大写的汉语拼音表示，如车床用“C”表示，钻床用“Z”表示。

具体的常见类代号及拼音见下表：

表1.1

机床的类代号

类别

车床

钻床

磨床

铣床

刨插床

拉床

锯床

镗床

其他机床

代号

C

Z

M

2M

3M

X

B

L

G

T

Q

读音

车

钻

磨

二磨

三磨

铣

刨

拉

割

镗

其

2、机床的特性代号

机床的特性代号，包括通用特性代号和结构特性代号，用大写的汉语拼音字母表示，位于类代号之后。

（1）通用特性代号

当某类型机床，除有普通型外，还有某种特性时，则在类代号之后加通用特性代号予以区分。

机床的通用特性代号及读音见下表：

表1.2

机床通用特性代号

通用特性

高精密

精密

自动

半自动

数控

加工中心

（自动换刀）

仿行

轻型

加重型

简式或

经济型

高速

代号

G

M

Z

B

K

H

F

Q

C

J

S

读音

高

密

自

半

控

换

仿

轻

重

简

速

（2）结构特性代号

对主参数值相同而结构、性能不同的机床，在型号中加结构特性代号予以区别。

但结构特性代号与通用特性代号不同，它在型号中没有统一的含义，只在同类机床中起区分机床结构、性能不同的作用。

当型号中有通用特性代号时，结构特性代号应排在通用特性代号之后。

通用特性代号已用的字母和“I，O”两个字母均不能用作结构特性代号。

当字母不够用时，可将两个字母组合起来使用，如AD，AE等。

3、机床的组、系代号

每类机床划分为十个组，每个组又划分为十个系，用阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号之后。

CA6140普通车床属于仪表车床组，系代号6表示机床名称为卧式车床。

4、机床的主参数和第二主参数

机床的主参数用折算值（主参数乘以折算系数）表示，位于组、系代号之后。

它反映机床的主要技术规格，主参数的尺寸单位是mm。

如CA6140车床，主参数的折算值为40，折算系数为1／10，即主参数（床身上最大工件回转直径）为400mm。

最大工件长度：

表示主轴顶尖到尾架顶尖之间的最大距离，它是车床的第二主参数。

有750、1000、1500、2000四种。

相关实践知识:

操纵步骤：

1、检查车床变速手柄是否停在空挡，操纵手柄是否停在停止位置，开合螺母手柄抬开。

2、练习车床转速手柄选取。

3、练习走刀量手柄的选取。

4、分别操纵大、中、小拖板手柄。

5、送电开机，重复练习上述2～4步骤。

6、将各手柄打到步骤1的位置，停机断电。

7、打扫卫生。

表1.3

设备、工具、材料配置表

项目一

车床

工具/量具

刀具

材料

模块一

型号

数量

名称

数量

名称

数量

名称

数量

CA6140

24

练习

1．床鞍、中滑板和小滑板摇动练习

（1）中滑板和小滑板慢速均匀移动，要求双手交替动作自如。

（2）分清中滑板的进退刀方向，要求反应灵活，动作准确。

2．车床的启动和停止

练习主轴箱和进给箱的变速，变换溜板箱的手柄位置，进行纵横机动进给练习。

注意事项

1．要求每台机床都具有防护设施。

2．摇动滑板时要集中注意力，做模拟切削运动。

3．倒顺电气开关不准连接，确保安全。

4．变换车速时，应停车进行。

5．车床运转操作时，转速要慢，注意防止左右前后碰撞，以免发生事故。

项目教学评价考核点

1、正确理解车床各部分名称及作用

2、正确理解车床传动系统

3、正确理解车床型号的含义

4、掌握开车前设备检查项目

5、掌握开车过程中的操作规程

模块二车削加工的理论知识

教学目标：

终极目标：

掌握切削加工的特点

促成目标：

掌握切削的基本概念

工作任务

观看车削加工过程，讨论、总结其加工特点。

相关理论知识

一、车削的基本概念

1、工作运动

在切削过程中，为了切除多余的金属，必须使工件和刀具作相对的工件运动。

按其作用，工作运动可分为主运动和进给运动两种。

（如图1.3）

（1）主运动机床的主要运动它消耗机床的主要动力。

车削时工件的旋转运动是主运动。

通常主运动的速度较高。

（2）进给运动使工件的多余材料不断被去除的工作运动。

如车外圆时的纵向进给运动，车端面时的横向进给运动等。

2、工件上形成的表面

车刀切削工件时，使工件上形成已加工表面、过渡表面和待加工表面（如图1.3）

（1）已加工表面工件上经刀具切削后产生的表面。

（2）过渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面。

（3）待加工表面工件上有待切除之表面。

图1.3

二、切削用量的基本概念

1、切削深度（ap）工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，也就是每次进给时车刀切入工件的深度（单位mm）。

车削外圆时的切削深度（ap）可按下式计算：

ap=（dw-dm）/2

式中ap——切削深度，mm;

dw——工件待加工表面直径，mm;

dm——工件已加工表面直径，mm。

2、进给量（f）工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（单位mm/r）。

纵进给量——沿车床床身导轨方向的进给量；

图1.4切削深度和进给量

横进给量——垂直于车床床身导轨方向的进给量。

3、切削速度（vc）在进行切削时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，也可以理解为车刀在一分钟内车削工件表面的理论展开直线长度（单位m/min）。

切削速度（vc）的计算公式为：

vc=πdn/1000

或vc≈dn/318

式中vc——切削速度，m/min

d——工件直径，mm;

n——车床主轴转速，r/min.

图1.5

拓展型知识

一、切削液的作用

1、冷却作用它能吸收并带走切削区大量的热量，改善散热条件，降低刀具和工件的温度，从而延长了刀具的使用寿命，并能防止工件因热变形而产生的尺寸误差。

2、润滑作用它能减少刀具、切削、工件之间的摩擦，使切削力和切削热降低，减少了刀具的磨损，使排屑顺利，并提高工件的表面质量。

对于精加工，润滑作用就显得更重要了。

3、清洗作用它可将切屑带走，使切削顺利进行。

二、切削液的分类

1、乳化液主要起冷却作用。

是把乳化油用15～20倍的水稀释而成。

2、切削油主要起润滑作用。

主要成分是矿物油。

三、切削液的选择

1、粗加工时，加工余量和切削用量较大，产生大量的切削热。

这时选用原则应该以降温为主，所以应选用乳化液。

2、精加工时，主要为了延长刀具的使用寿命，保证工件的精度和表面质量，所以最好选择切削油。

设备、工具、材料配置表

项目一

车床

工具/量具

刀具

材料

模块二

型号

数量

名称

数量

名称

数量

名称

数量

CA6140

24

练习

1．车削直径d=260mm的带外圆，选择切削速度vc=60r/min，求车床主轴转速。

2．车削直径d=60mm的工件外圆，车床主轴转速n=600r/min。

求切削速度vc。

项目教学评价考核点

1、正确掌握车削及切削用量的基本概念

2、了解切削液的作用及分类

项目二车削原理认识

教学目标：

1.掌握常用车床各主要组成部分的名称、作用及传动关系

2.掌握车削的基本概念。

3、掌握切削用量及选择原则。

相关理论知识：

一、车削运动

刀具与工件间的相对运动称为切削运动（即表面成形运动）。

按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。

（1）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动，从而使刀具前面接近工件。

（2）进给运动　使工件上多余材料不断地被切除的运动称为进给运动。

1）纵向进给运动：

车外圆或车内孔时，车刀的运动方向与主轴轴线平行，称为纵向进给运动。

2）横向进给运动：

车端面、切断、车槽时，车刀的运动方向与主轴轴线垂直，称为横向进给运动。

二、工件上的三个表面

（1）已加工表面　工件上经车刀车削后产生的表面。

（2）待加工表面　工件上有待切除的表面。

（3）过渡表面　工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一切削刃切除。

三、切削用量三要素

1.背吃刀量（ap）

工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，也就是每次进给时车刀切入工件的深度（单位mm）。

车削外圆时的切削深度（ap）可按下式计算：

ap=（dw-dm）/2

v式中ap——切削深度，mm;

vdw——工件待加工表面直径，mm;

vdm——工件已加工表面直径，mm。

2.进给量（f）

工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（单位mm/r）。

3.切削速度（vc）

在进行切削时，刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，也可以理解为车刀在一分钟内车削工件表面的理论展开直线长度（单位m/min）。

v切削速度（vc）的计算公式为：

vvc=πdn/1000

v或vc≈dn/318

v式中vc——切削速度，m/min

vd——工件直径，mm;

v

n——车床主轴转速，r/min.

v注意：

在切削速度相同的情况下，大直径低转速，小直径高转速。

v例：

把一长240mm,直径为60mm的棒料，一次性车到56mm，进给量为0.15mm/r,车床转速为600r/min,求：

1.背吃刀量ap2.切削速度vc

3.进给速度vf4.一次车削的时间t

v作业：

1.把一长400mm,直径为56mm的棒料，一次性车到50mm，进给量为0.2mm/r,车床转速为400r/min,求：

1.ap2.vc3.vf4.t

v2.车一外圆￠60mm的轴，如果选用车床的主轴转速为400r/min,求：

vc

v3.车一外圆￠55mm的轴，如果选用刀具的vc

v=80m/min,求机床转速n.

项目三90°车刀及刃磨

教学目标：

终极目标：

掌握90°车刀的刃磨方法。

促成目标：

1、掌握车刀的组成及结构，刀具角度及作用

2、掌握90°车刀几何结构

3、正确选择砂轮及掌握刃磨方法

4、初步分析刀具材料的选用原则

工作任务

刃磨一把90°车刀。

相关理论知识

一、车刀的几何结构

1、外圆（90°）车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。

其定义分别为：

（1）前刀面刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。

图2.1刀具组成部分

（2）主刀后面刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。

（3）副刀后面刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。

（4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线。

它完成主要的切削工作。

（5）副切削刃前刀面与主后刀面的交线。

它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。

（6）刀尖主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。

它可以是小的直线段或圆弧。

具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。

其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。

2、确定车刀角度的辅助平面

（1）切削平面通过切削刃上某选定点，切于工件过渡表面的平面。

如右图的平面A。

（2）基面通过切削刃上某选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。

如右图平面B。

（3）截面通过切削刃上某选定点。

同时垂直于切削平面与基面的平面。

3、车刀的角度

（1）前角（γ0）前刀面和基面间的夹角。

前角影响刃口的锋利程度和强度，影响切削变形和切削力。

前角增大能使车刀刃口锋利，减少切削变形，可使切削省力，并使切屑顺利排出,图2.2确定车刀角度的辅助平面

负前角能增加切削刃强度并抗冲击。

（2）后角（α0）后刀面与切削平面间的夹角。

后角的主要作用是减少车刀后刀面与工件的摩擦。

图2.3前后角正负的规定

（3）主偏角（kr）主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角。

主偏角的主要作用是改变主切削刃和刀头的受力及散热情况。

（4）副偏角（kr′）副切削刃在基面上的投影与背离进给运动方向间的夹角。

副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦。

（5）刃倾角（λs）主切削刃与基面间的夹角。

刃倾角的主要作用是控制排屑方向，当刃倾角为负值时。

可增加刀头的强度和车刀受冲击时保护车刀。

（6）楔角（β0）在主截面内前刀面与后刀面间的夹角。

它影响刀头的强度。

图2.4主偏角和副偏角

控制排屑作用

图2.5车刀受冲击时保护刀尖

（7）刀尖角（εr）主切削刃和副切削刃在基面上的投影间繁荣夹角。

它影响刀尖强度和散热性能。

4、刀具角度的选择：

二、90°车刀的材料

1、车刀的基本性能

车刀切削部分在很高的切削温度下工作，连续经受强烈摩擦，并承受很大的切削力和冲击，所以切削部分的材料必须具备下列基本性能：

（1）硬度车刀切削部分材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。

常温下，刀具硬度应在HRC60以上。

（2）耐磨性刀具材料在切削过程中承受剧烈的摩擦，因此必须具有较好的耐磨性。

（3）强度和韧性切削时车刀要能承受切削力与冲击力。

（4）耐热性耐热性越好，材料允许的切削速度越高。

（5）工艺性刀具材料应尽可能具有良好的工艺性和经济性。

2、车刀常用材料

（1）高速钢高速钢刀具制造简单，刃磨方便，容易刃磨得到锋利的刃口，而且韧性较好，能承受较大的冲击力，因此常用于承受冲击力较大的场合。

2钢可用于加工的材料范围也很广泛，包括有色金属、铸铁、碳钢、合金钢等。

但它耐热性较差，因此不能用于高速切削。

通用型高速钢:

W18Cr4V（18-4-1）由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。

高性能高速钢:

高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达67～70HRC，抗氧化能力、耐磨性与热稳定性进一步提高。

可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。

典型牌号有W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）。

粉末冶金高速钢:

粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。

适用于制造精密刀具、大尺寸（滚刀、插齿刀）刀具、复杂成形刀具、拉刀等。

（2）硬质合金硬质合金钢是用钨和钛的碳化物粉末加钴作为粘结剂，高压压制成型后再高温烧结而成的粉末冶金制品。

常用硬质合金钢的硬度、耐磨性、耐热性均高于工具钢，适合于高速切削。

但其缺点是韧性较差，承受不了大的冲击力。

但这一缺陷，可通过刃磨合理的刀具角度来弥补。

所以硬质合金是目前应用最广泛的一种车刀材料。

•硬质合金刀具常温硬度为89～93HRC，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～1000°C。

硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5～10倍。

•硬质合金（carbides）是由高硬度和高熔点的金属碳化物（碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等）和金属粘结剂（Co、Mo、Ni等）用粉末冶金工艺制成。

•但强度、韧度均较高速钢低，工艺性也不如高速钢。

•常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄（刀体）上使用。

钨钴类（WC+Co）；YG,属K类

钨钛钴类（WC+TiC+Co）；YT,属P类

钨钛钽（铌）类硬质合金（WC+TiC+TaC+（NbC）+Co）:

YW，属M类

K（YG）（钨钴类）类硬质合金（红色）：

有较好的韧性、磨削性、导热性，

适合加工短切屑的金属或非金属材料，如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等。

其代号有K01、K10、K20、K30、K40等，数字越大，耐磨性越低而韧度越高。

精加工可用K01；半精加工可用K10，K20；粗加工选用K30。

以WC为基体,添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。

合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。

适合加工长切屑的黑色金属，如钢、铸钢等。

其代号有P01、P10、P20、P30、P40、P50等，数字越大，耐磨性越低而韧度越高。

精加工可用P01；半精加工选用P10、P20；粗加工选用P30。

三、砂轮的选择原则

车刀（指整体车刀与焊接车刀）用钝后重新刃磨是在砂轮机上刃磨的。

磨高速钢车刀用氧化铝砂轮（白色），磨硬质合金刀头用碳化硅砂轮（绿色）。

我们应根据刀具材料正确选用砂轮。

刃磨高速钢车刀时，应选用粒度为46号到60号的软或中软的氧化铝砂轮。

刃磨硬质合金车刀时，应选用粒度为60号到80号的软或中软的碳化硅砂轮，两者不能搞错。

相关实践知识

一、刃磨方法

车刀刃磨的步骤如下：

图6-9外圆车刀刃磨的步骤

（1）粗磨

磨主后面，同时磨出主偏角及主后角，见图2.6a。

磨副后面，同时磨出副偏角及副后角，见图2.6b。

磨前面，同时磨出前角，见图2.6c。

图2.6刃磨步骤

（2）精磨

1修磨前面；

修磨主后面和副后面；

修磨刀尖圆弧，见图2.6d。

（3）刃磨车刀的姿势及方法

1人站立在砂轮侧面，以防砂轮碎裂时，碎片飞出伤人。

2两手握刀的距离放开，两肘夹紧腰部，这样可以减小磨刀时的抖动。

3磨刀时，车刀应放在砂轮的水平中心，刀尖略微上翘约3°～8°。

车刀接触砂轮后应作左右方向水平线移动。

当车刀离开砂轮时，刀尖需向上抬起，以防磨好的刀刃被砂轮碰伤。

磨主后面时，刀杆尾部向左偏过一个主偏角的角度，见图2.6a）；磨副后面时，刀杆尾部向右偏过一个副偏角的角度，见图2.6b）。

修磨刀尖圆弧时，通常以左手握车刀前端为支点，用右手转动车刀尾部，见图2.6d）。

二、检查车刀角度的方法

（1）目测法观察车刀角度是否合乎切削要求，刀刃是否锋利，表面是否有裂痕和其他不符合切削要求的缺陷。

（2）量角器和样板测量法对于角度要求高的车刀，可用此法检查，见图2.7。

三、看图2.8确定练习刀的刃磨步骤

刃磨步骤：

1.粗磨主后面和副后面。

2.粗、精磨前面。

3.精磨主、副后面。

4.刀尖磨出圆弧。

图2.7量角器和样板测量车刀角度

图2.8

四、注意事项

1.车刀刃磨时，不能用力过大，以防打滑伤手。

2.车刀高低必须控制在砂轮水平中心，刀头略向上翘，否则会出现后角过大或负后角等弊端。

3.车刀刃磨时应作水平的左右移动，以免砂轮表面出现凹坑。

4.在平形砂轮上磨刀时，尽可能避免磨砂轮侧面。

5.砂轮磨削表面须经常修整，使砂轮没有明显的跳动。

对平形砂轮一般可用砂轮刀在砂轮上来回修整，见图2.9。

6.刀时要求戴防护镜。

7.刃磨硬质合金车刀时，不可把刀头部分放入水中冷却，以防刀片突然冷却而碎裂。

刃磨高速钢车刀时，应随时用水冷却，以防车刀过热退火，降低硬度。

8.在磨刀前，要对砂轮机的防护设施进行检查。

如防护罩壳是否齐全；有托架的砂轮，其托架与砂轮之间的间隙是否恰当等。

9.重新安装砂轮后，要进行检查，经试转后方可使用。

10.结束后，应随手关闭砂轮机电源。

图2.9砂轮刃磨

设备、工具、材料配置表

项目二

车床

工具/量具

刀具

材料

型号

数量

名称

数量

名称

数量

名称

数量

砂轮机

90°车刀

项目教学评价考核点

1．掌握车刀的切削部分名称。

2．掌握车刀角度的辅助平面。

3．掌握车刀的各部分角度。

4．了解车刀的基本性能。

5．掌握车刀的常用材料。

6．掌握高速钢和合金钢车刀刃磨的砂轮名称。

项目四车削过程的各种物理现象

模块一、机械加工中切削液的应用

一、切削液的作用

v1、冷却作用它能吸收并带走切削区大量的热量，改善散热条件，降低刀具和工件的温度，从而延长了刀具的使用寿命，并能防止工件因热变形而产生的尺寸误差。

v2、润滑作用它能减少刀具、切削、工件之间的摩擦，使切削力和切削热降低，减少了刀具的磨损，使排屑顺利，并提高工件的表面质量。

对于精加工，润滑作用就显得更重要了。

v3、清洗作用它可将切屑带走，使切削顺利进行。

切削液的分类

v1、乳化液主要起冷却作用。

是把乳化油用15～20倍的水稀释而成。

v2、切削油主要起润滑作用。

主要成分是矿物油。

切削液的选择

v1、粗加工