1 切削加工基本知识文档格式.docx
《1 切削加工基本知识文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《1 切削加工基本知识文档格式.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
工件上即将被切去金属层的表面。
已加工表面
工件上经刀具切削后产生的表面。
切削表面
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。
1.2.3.2切削用量三要素
图1-2切削用量
切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量。
这三个要素对切削加工质量、刀具磨损、生产率和机床动力消耗有重要影响。
1.2.2.1切削速度()是指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。
单位为m/s。
当主运动是工件的旋转运动时,切削速度为其最大线速度
式中
D----工件待加工表面的直径(mm)
n----工件的转速(r/min)
当主运动为往复运动时取其平均速度
式中
L----往复运动的行程长度(mm)
n----主运动每分钟的往复次数(str/min)
1.2.2.2进给量(f)或进给速度()进给量是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量,用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。
单位为mm/r或mm/str。
进给速度是指切削刃上选定点相对于工件地进给运动的瞬时速度。
进给速度与进给量的关系为
n----工件或刀具的转速(r/min)
1.2.2.3背吃刀量()
背吃刀量是指在通过切削刃基点(作用主切削刃上的特定参考点,用以确定如作用切削刃截形和切削层尺寸等基本几何参数,通常把它定在将作用切削刃分成两相等长度的点上)并垂直于工作平面(通过切削刃选定点并同时包含主运动方向和进给运动方向的平面)的方向上测量的吃刀量。
在车外园时,即为工件上待加工表面和已加工表面的垂直距离,即:
(mm)
1.3机械零件的加工质量
机械零件的加工质量是指零件的加工精度和表面质量。
零件的加工质量直接影响产品的使用性能、使用寿命、外观质量和经济性。
1.3.1零件的加工精度
加工精度是指加工后零件的尺寸、形状和表面间相互位置等几何参数与理想几何参数相符合的程度。
零件的几何参数加工得绝对准确是不可能的,也是没有必要的。
实际几何参数对理想几何参数的偏离称为加工误差。
在保证零件使用要求的前提下,对加工误差规定一个范围,称为公差。
零件的加工精度是指尺寸精度、形状精度和位置精度。
1.3.1.1尺寸精度
尺寸精度是指零件加工表面本身的尺寸(如圆柱面的直径)和表面间的尺寸(如孔间距离)的精确程度。
尺寸精度用尺寸公差等级或相应的公差值来表示。
尺寸公差分为20级,即IT01、IT0、IT01至IT18。
“IT”表示标准公差,后面的数字表示公差等级。
从IT01至IT18等级依次降低。
IT01至IT12用于配合尺寸,IT13至IT18用于非配合尺寸。
1.3.1.2形状精度
形状精度是指零件上的被测要素(线和面)相对于理想形状的精确程度。
形状精度用形状公差来控制,形状公差常用的有:
直线度、平面度、圆度和圆柱度等。
1.3.1.3位置精度
位置精度是指零件上被测要素(线和面)相对于基准之间的位置准确度。
位置精度用位置公差来控制。
位置公差常用的有:
平行度、垂直度、同轴度和圆跳动。
对于一般机床能够保证的形位公差要求,图样上不必标出。
形位公差等级分1~12级(圆度和圆柱度分为0~12级),同尺寸公差一样,等级数值越大,公差值越大。
形位公差国家标准中规定的控制零件形位误差的项目和符号如表1-1。
表1-1形位公差项目及符号
1.3.2零件的表面质量
零件的表面质量是指零件的表面粗糙度、波度、表面层冷变形强化程度、表面残余应力的性质和大小以及表面层金相组织等,其中实际生产中最常用的是表面粗糙度。
零件的表面总是存在一定程度的凹凸不平,即使是看起来光滑的表面,经放大后观察,也会发现凹凸不平的波峰波谷。
零件表面的这种微观几何不平度称为表面粗糙度。
国家标准规定了表面粗糙度的多种评定参数,生产中最常用的是轮廓算术平均偏差:
即在取样长度内,轮廓上各点至中线距离绝对值的算术平均值,单位为。
如图1-3。
或
图1-3轮廓算术平均偏差
一般来说,零件的精度要求越高,表面粗糙度值要求越小,配合表面的粗糙度值比非配合表面小,有相对运动的表面比无相对运动的表面粗糙度值小,接触压力大的运动表面比接触压力小的运动表面粗糙度值小。
而对于一些装饰性的表面则表面粗糙度值要求很小,但精度要求却不高。
与尺寸公差一样,表面粗糙度值越小,零件表面的加工就越困难,加工成本越高。
1.4机械加工工艺装备
零件的机械加工工艺过程是按照一定的顺序,根据零件表面性质及加工技术要求,分成若干工序在不同的机床上完成的。
要完成任何一道工序,除了需要机床这一主要设备外,还必须有一些工具,如卡盘、车刀、卡尺和钻夹头等,这些工具统称工艺装备。
工艺装备可分为四类:
刀具、夹具、量具和辅具。
其中辅具是用于装夹刀具的装置(如铣床刀杆、钻床钻夹头等)。
工艺装备是机械加工中不可缺少的生产手段,是生产组织准备阶段的主要工作。
1.4.1刀具
刀具是切削加工中影响生产率、加工质量和成本最活跃的成本。
刀具的性能取决于刀具切削部分的材料和刀具的几何形状。
1.4.1.1刀具切削部分的材料
(1)刀具的工况
金属材料的切削加工主要依靠刀具直接完成。
刀具在切削加工中不但要承受很大的切削力,还要承受摩擦力、压力、冲击和振动;
此外,在切屑和工件的强烈摩擦下,使工作温度很高。
因此,刀具切削部分的材料必须具备良好的性能。
(2)刀具切削部分材料必备的性能
1)高硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,常温下加工一般金属材料的刀具,其硬度应在60HRC以上。
2)高耐磨性刀具必须具有抵抗剧烈摩擦所引起的磨损,以维持刀刃的锋利和刀具的形状,保证一定的切削时间。
通常刀具材料的硬度越高,耐磨性越高,但不取决于硬度;
还与化学成分、强度、等有关。
3)高耐热性指刀具在高温下保持正常切削性能的能力,又称高红硬性或高热硬性。
刀具的耐热性越好,允许的切削速度越高。
4)足够的强度和韧性以承受切削力、振动及冲击减少刀具变形、崩刃和脆性断裂。
5)良好的工艺性
以便于刀具的制造和刃磨,必须具有可切削加工性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能等。
(3)常用刀具材料
刀具材料不但要具有良好的性能,还要来源丰富,价格便宜。
目前常用的金属刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金等;
常用的非金属刀具材料陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。
其性能和用途如表1-2所示。
表1-2 常用刀具材料的性能及应用
种类
常用牌号
硬度HRC
(HRA)
抗弯强度σbb(Gpa)
热硬性℃
工艺性能
用途
优质碳素工具钢
T8A~T10A
T12A、T13A
60~65
81~84
2.16
200
可冷热加工成形、易刃磨
用于制造手动工具,如锉刀、锯条等
合金工具钢
9CrSi
CrWMn
2.35
250~300
可冷热加工成形、易刃磨,热变形小
用于低速成形刀具,如丝锥、板牙、铰刀等
高速钢
W18Cr4V、
W6Mo5Cr4V2
63~70
83~86
1.96~4.41
550~600
可冷热加工,易成形、易刃磨,热变形小
用于中速及形状复杂的刀具;
如钻头、铣刀、齿轮刀具、拉刀、铰刀等
硬质合金
YG8、YG6、YG3、YT5、YT15、YT30
89~93
1.08~2.16
800~1000
粉末冶金成形,可多片使用,性脆、易崩刃
用于高速及较硬材料切削的刀具,如车刀、刨刀、铣刀等
陶瓷
SG4、AT6
1200℃时还能保持HRA80
1200
硬度高于硬质合金,脆性略大于它
精加工优于硬质合金,用于加工硬材料,如淬火钢等
立方氮化硼(CBN)
FD、LBN-Y
73000~9000HV
1300~1500
硬度和切削性能高于陶瓷,性脆
用于加工很硬材料,如淬火钢等
金刚石(人造金刚石天然金刚石)
高达10000
HV
600
硬度高于CBN,性脆
用于非铁金属的精密加工,不宜加工铁类金属
联想:
此外还有涂层刀具,是在韧性较好的硬质合金或高速钢基体上,采用气相沉积的方法涂上耐磨的TiC、TiN、HfN等金属薄层。
它较好的解决了强度、韧性与硬度、耐磨性之间的矛盾,具有良好的综合性能。
1.4.1.2刀具的几何形状
切削刀具虽然种类很多,但它们切削部分的结构要素和几何角度都有着共同的特征。
各种多齿刀具或复杂刀具,就单个刀齿而言相当于车刀的刀头;
因此,掌握了车刀,其它刀具就不难掌握和理解。
(1)车刀的组成
车刀由刀体(又称刀杆)和刀头两部分组成。
刀体为固定夹持部分,刀头为切削部分。
1)夹持部分
其横截面积和长度对刀具的强度有很大影响。
横截面积越大,长度越短,刀具强度越大,切削越平稳。
2)切削部分
一般由三面、两刃、一尖组成,如图1-4所示。
a.前刀面铁屑沿着它流动的面;
b.主后刀面与工件上过渡表面相对的面;
c.副后刀面与工件上已加工表面相对的面;
d.主切削刃是前刀面与主后刀面的交线,
担负主要切削任务
e.副切削刃是前刀面与副后刀面的交线,
担负少量切削任务
f.刀尖
是主切削刃与副切削刃的相交处,
通常磨成一小段过渡圆弧或直线,以增
强其强度;
图1-4车刀组成
(2)车刀的标注角度
车刀在磨出三面、两刃、一尖后,就形成了刀具的几何角度。
为确定刀具的角度,必须首先建立一个立体坐标系,这个坐标系由三个相互垂直的辅助平面组成(如图1-4):
基面(Pr)过主切削刃上某一选定点,并垂直与假定的主运动方向相垂直的平面。
车刀的基面平行于刀杆底面,即水平面。
切削平面(Ps)过主切削刃上某一选定点,且与主切削刃相切,并与基面相垂直的平面。
正交面(又叫主剖面Po)既垂直于基面,又垂直于切削平面的平面。
图1-4车刀的三个辅助平面及其几何角度
图1-5
刀具的几何角度对加工条件和加工质量的影响
表1-3 车刀的几何角度及其作用与选择
角度名称
含义
作用
应用与选择
说明
前角
γ0
在正交平面Po内,前刀面与基面的之间夹角
1.使刀刃锋利,便于切削加工和切屑流动
2.影响刀具的强度
1.粗加工:
小值
精加工:
大值
2.加工塑性材料或强度、硬度较低:
加工脆性材料或强度、硬度较高:
3刀具材料韧性好,如高速钢:
刀具材料脆性大,如硬质合金:
前角越大,刀具越锋利,但强度降低,易磨损和崩刃。
前角一般为5°
~20°
。
后角
α0
在正交平面Po内,主后刀面与切削平面之间夹角
1.影响主后刀面与工件之间的摩擦
与前角的选择相同
后角越大,车削时刀具与工件之间的摩擦越小,但强度降低,易磨损和崩刃。
后角一般为6°
~12°
主偏角
Kr
在基面Pr内,主切削刃与进给运动方向在其上的投影之间夹角
1.影响切削加工条件和刀具的寿命
2.影响径向力的大小,如图2-10(b)所示
Fp径=cosKrFD切水(切削力在水平面内的分力)
2.刚性差,易变形,如细长轴(90°
):
刚性好,不易变形:
1.主偏角越小,切削加工条件越好,刀具的寿命越长
2.车刀常用的主偏角有45°
、60°
、75°
90°
,其中75°
和90°
最常用
副偏
角
Krˊ
在基面Pr内,副切削刃与进给运动反方向在其上的投影之间夹角
1.主要影响加工表面的粗糙度,如图2-10(c)所示
2.影响副切削刃与已加工表面之间的摩擦和刀具的强度
大值(与副?
偏角选择相反)
1.副偏角越小,残留面积和振动越小,加工表面的粗糙度越低,表面质量越高。
但过小会增加刀具与工件的摩擦,另外,刀具的强度降低
2.副偏角一般为5°
~15°
刃倾角
λs
切削平面Ps内,主切削刃在其上的投影与基面之间夹角
1.主要控制切屑的流动方向
2.影响刀尖的强度
λs<0
λs≥0(防止切屑划伤工件)
1.λs<0时,刀尖处于主切削刃的最低点,刀尖强度高,切屑流向已加工表面;
λs>0时,刀尖处于主切削刃的最高点,刀尖强度低,切屑流向待加工表面
2.λs一般为-5°
~+5°
注:
1.前角和后角的选择主要依据工件材料的性能、刀具材料的性能及加工性质。
2.减小主偏角,可使切屑变薄,参与切削加工的主切削刃增长,同时单位长度上分担的力减小,切削起来轻快;
同时增加了刀尖强度和增大了散热面积,使刀具寿命提高。
1.4.2机床夹具
机床夹具是在切削加工中,用以准确地确定工件位置,并将其迅速、牢固地夹紧的工艺装备。
1.4.2.1夹具的分类
夹具的种类很多,分类方法也不相同。
(1)按机床夹具通用化程度分类:
1)通用夹具
指已经标准化的,可用于加工同一类型、不同尺寸工件的夹具。
如三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、回转工作台、电磁吸盘。
这类夹具通常作为机床附件,由专门工厂制造供应,广泛用于单件、小批量生产。
2)专用夹具
指专为某一工件的某道工序而设计制造的夹具。
它不仅不适用于其他工件,即使同一工件的其他工序也不能通用。
专用夹具适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的工件的加工。
3)可调夹具
指当加工完一种工件后,经过调整或更换个别元件,便可装夹另外一种工件的夹具。
如滑柱式钻模、带各种钳口的虎钳。
主要用于装夹形状相似、尺寸相近的工件的中、小批量生产。
4)组合夹具
根据积木化原理,由一套预先制造好的标准化、通用化并可互换的标准元件组装成的专用夹具。
5)随行夹具
是机械加工自动线上用来装夹工件的一种装置,它除了具有一般夹具担负的装夹工件的功能外,还担负着沿自动线输送带输送工件的任务。
(2)按工序所在机床分类:
分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具和磨床夹具等。
(3)按夹具夹紧动力源分类:
分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等。
1.4.2.2夹具的组成
夹具的种类虽然很多,但从夹具的结构和作用分析,夹具都由几种基本元件组合而成。
(1)定位元件及定位装置
它与工件的定位基准相接触,以确定工件在夹具中的正确位置。
如平口钳的固定钳口。
(2)夹紧装置
用于保持工件在夹具中的既定位置,使它在重力、惯性力及切削力等作用下不产生移位。
它通常是一种机构,包括夹紧元件(如夹爪、压板)、增力及传动装置(如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮)以及动力装置(如气缸、油缸)等。
(3)引导元件
确定夹具与机床或刀具的相对位置的元件。
如对刀块、钻头导向套。
(4)夹具体
用于连接夹具各元件及装置,使之成为一个整体的基础件。
(5)其他元件
如定位键、操作件以及根据夹具特殊功用所需的一些装置,如分度装置、顶出装置。
1.4.3量具
量具是用来测量零件线性尺寸、角度以及检测零件形位误差的工具。
为保证被加工零件的各项技术参数符合设计要求,在加工前后和加工过程中,都必须用量具进行检测。
选择使用量具时,应当适合于被测零件的形状、测量范围,适合于被检测量的性质。
通常选择的量具的读数精度应小于被检测公差的0.15倍。
1.4.3.1测量工具的分类
(1)变值量具
可用来测量在一定范围内的任意数值的量具。
这种量具一般是通用量具或量仪,有刻度。
按其构造可分为:
游标量具(如游标卡尺)、百分量具(如外径百分尺)、机械杠杆量具(如千分表)、光学杠杆量仪(如光学计)、光学量仪(如干涉仪)、气动量仪、电动量仪。
(2)定值量具
具体代表测量单位的倍数值或分数值的量具。
如没有刻度的基准米尺、块规及90°
角尺。
(3)量规
没有刻度,不确定被量零件的具体测量数值,只用来限制零件的尺寸、形状和位置的量具。
(4)检验夹具和自动检验机
是量具和其它定位等元件的组合体,主要用来使检验工作方便和提高生产率,在大量生产中用得很多。
1.4.3.2测量方法的分类
按照测量工具的调整与读数,可分为绝对量法(如用游标卡尺测量长度)与相对量法(如用光学计将被测长度与块规进行比较);
按照获得结果过程的不同,可分为直接量法(如用万能角度尺测量角度)和间接量法(如用正弦规测量角度);
按照零件被测参数的多少,可分为单项量法(如用三针法测量螺纹中径)与综合量法(如用螺纹极限量规检验螺纹);
按照测量装置与被测表面的接触与否,可分为接触量法(如用游标卡尺测量长度)与不接触量法(如用投影仪检验零件形状)。
1.4.3.3机床常用的通用量具
量具的种类很多,这里仅介绍最常用的几种量具及其测量方法。
(1)游标卡尺
游标卡尺是带有测量卡爪并用游标读数的量尺。
其特点为结构简单,使用方便,测量精度较高,应用范围广。
可以直接测出零件的内径、外径、宽度、长度和深度的尺寸值。
游标卡尺按测量精度可分为0.10mm、0.05mm、0.02mm三个量级,按尺寸测量范围有0~125mm、0~150mm、0~200mm、0~300mm等多种规格,使用时根据零件精度要求及零件尺寸大小进行选择。
图1-6所示的游标卡尺的读数精度为0.02mm,测量尺寸范围为0~150mm。
它由主尺和副尺(游标)两部分组成。
主尺上每小格为1mm,当两卡爪贴和(主尺与游标的零线重合)时,游标上的50格正好等于主尺上的49mm。
游标上每格长度为49÷
50=0.98mm。
主尺与游标每格相差0.02mm。
图1-6游标卡尺及读数方法
测量读数时,先由游标以左的主尺上读出最大的整毫米数,然后在游标上读出零线到与主尺刻度线对齐的刻度线之间的格数,将格数与0.02相乘得到小数,将主尺上读出的整数与游标上得到的小数相加就得到测量的尺寸。
游标卡尺使用注意事项:
1)
检查零线
使用前应先擦净卡尺,合拢卡爪,检查主尺与游标的零线是否对齐。
如不对齐,应送计量部门检修。
2)
放正卡尺
测量内外圆时,卡尺应垂直于工件轴线,两卡爪应处于直径处。
3)
用力适当
当卡爪于工件被测量面接触时,用力不能过大,否则会使卡爪变形,加速卡爪的磨损,使测量精度下降。
4)
读数时视线要对准所读刻线并垂直尺面,否则读数不准。
5)
防止松动
未读出读数之前游标卡尺离开工件表面,必须先将止动螺钉拧紧。
6)
不得用游标卡尺测量毛坯表面和正在运动的工件。
图1-7是专门用于测量深度和高度的游标尺。
高度游标尺除用来测量高度外,也可用于精密划线。
图1-7游标深度尺和游标高度尺
图1-8外径百分尺
(2)百分尺
百分尺是一种精密量具。
生产中常用的百分尺的测量精度为0.01mm。
它的精度比游标卡尺高,并且比较灵敏,习惯上称为千分尺。
千分尺的种类很多,按照用途可分为外径百分尺、内径百分尺和深度百分尺几种,以外径百分尺应用最广。
外径百分尺按其测量范围有0~25mm、25~50mm、50~75mm等各种规格。
图1-8是测量范围为0~25mm的外径百分尺。
弓形架的左端有固定砧座,右端的固定套筒在轴线方向刻有一条中线(基准线),上下两排刻线互相错开0.5mm,形成主尺。
微分套筒左端圆周上均布50条刻线,形成副尺。
微分套筒和螺杆连在一起,当微分套筒转过一周,带动测量螺杆沿轴向移动0.5mm。
因此,微分套筒转过一格,测量螺杆轴线移动的距离为0.5÷
50=0.01mm。
当百分尺的测量螺杆与固定砧座接触时,微分套筒的边缘与轴向刻度的零线重合。
同时,圆周上的零线应与中线对准。
百分尺的读数方法:
读出距离微分套筒边缘最近的轴向刻线数(应为0.5mm的整数倍);
读出与轴向刻度中线重合的微分套筒周向刻度数值(刻度倍数×
0.01mm);
将两部分读数相加即为测量尺寸。
使用百分尺时的注意事项:
应先校对零点。
即将砧座与螺杆擦拭干净,使他们相接触,看微分套筒圆周刻度零线与中线是否对中,若没有,将百分尺送计量部门检修。
测量时,左手握住弓架,用右手旋转微分套筒,但测量螺杆快接近工件时,必须使用右端棘轮(此时严禁使用微分套筒,以防用力过度测量不准或破坏百分尺)以较慢的速度与工件接触。
当棘轮发出“嘎嘎”的打滑声时,表示压力合适,应停止旋转。
从百分尺上读取尺寸,可在工件未取下前进行,读完后松开百分尺,亦可先将百分尺锁紧,取下工件后再读数。
被测尺寸的方向必须与螺杆方向一致。
不得用百分尺测量毛坯表面和运动中的工件。
图1-9