金工实习――切削加工

切削加工是利用切削工具将坯料或工件上多余的材料切除，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。切削加工分为钳工和机械加工两部分。钳工是通过工人手持工具对工件进行切削加工、划线以及机器的装配和修理。机械加工是通过工人操纵机床对工件进行切削加工。切削加工切削加工要解决的问题是如何从工件表面层切离多余金属。要实现这个切离过程，必须满足三个基本条件：（1）刀具与工件之间要有相对运动，称之为切削运动。（2）刀具要有一定的几何角度。（3）刀具材料必须有一定的性能要求，特别是刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。机械加工§1-1金属切削机床1.1切削运动和机床类型（一）机床的切削运动机床切削运动包括两部分：主运动：它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切削加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，机床通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。进给运动：进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。各种切削加工的切削运动车外圆钻中心孔镗孔车端面切槽车锥面车螺纹切削刃相对于工件的运动过程,就是表面形成过程。在这个过程中,切削刃相对于工件的运动轨迹面就是工件上的加工表面和已加工表面。有两个要素，一是切削刃,二是切削运动。不同的切削运动的组合,即可形成各种工件表面。（二）切削加工过程中的工件表面车削加工是一种最常见的、典型的切削加工方法。车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面：工件上待切除的表面。工件上经刀具切削后产生的新表面。工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面。（三）切削用量的概念通常，切削加工中的切削用量是指切削速度v、进给量f和切削深度ap这三个要素，用它们来衡量切削运动的大小和刀具切入工件的程度。（1）切削速度：是单位时间内工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离。外圆车削的切削速度为vc=πdn/1000（2）进给量进给量有下列几种情况：a.大部分机床（如车，钻床等）：进给量用工件或刀具每转的位移（mm/r)表示；b.直线往复运动机床（如刨，插床）：进给量以每以往复的位移量表示；c.铣床和磨床：进给量以每分钟的位移量（mm/min)表示。（3）切削深度（背吃刀量ap）：待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。（四）机床分类和编号金属切削机床是机械加工中的主要设备。机床种类繁多，为了便于设计、制造、使用和管理，必须进行分类，并赋予各自的型号。机床分类：（一）按加工性质和所用刀具分为12大门类。我国通用机床分为十二大类，每一类以一个拼音字母来表示，即B——刨床，C——车床，D——电加工机床，G——切断机床，L——拉床，M——磨床，S——螺纹加工机床，T——镗床，X——铣床，Y——齿轮加工机床，Z——钻床，Q——其他机床。（二）按机床工作精度分类：普通机床、精密机床、高精度机床。（三）按机床加工件大小和机床自身重量分类：仪表机床、中小型机床、大型机床10t、重型机床30t、特重型机床100t。（四）按机床通用性分类：通用机床、专门化机床、专用机床、组合机床。1、机床类别代号2、机床特性代号：包括通用特性代号，表示特殊性能，也用汉语拼音字母表示，位于类别代号之后:G高精度M精密Z自动B半自动K数控H加工中心(自动换刀)F彷型Q轻型C加重型J简式或经济型R柔性加工单元X数显S高速结构特性代号：为了区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音字母区分。例如，CA6140型普通车床型号中的“A”，可理解为：CA6140型普通车床在结构上区别于C6140型普通车床（可选）3、机床组系代号：每类机床划分为10个组，同一组机床的结构性能和使用范围基本相同。每个组又划分为十个系，同一系机床的基本结构和布局型式相同。用阿拉伯数字表示，位于类别代号或通用特性代号之后。4、机床主参数代号：机床的主参数，反映了机床的主要技术规格。5、机床重大改进序号。（可选）机床的型号用来简明地表示机床的类型、主要规格、性能和结构特征，从而可以对这种机床有一个基本概念。机床型号的编制方法：1.2普通机床以C6132车床为例，介绍机床的基础知识。一、机床的基本组成部分：（1）主传动部件：用来实现机床主运动的部件。变速箱：电动机的传动从变速箱输入，并通过滑动齿轮进行变速，以六种转速输出。主轴箱：变速箱的运动通过皮带传动输入主轴箱，通过主轴箱的进一步变速，可使主轴获得12级转速。主轴：是车床的主要部件。（2）进给传动部件：用来实现机床的进给运动，调整刀具与工件的相互位置，实现退刀和快速运动。进给箱：主轴的传动通过换向齿轮和配换齿轮输入进给箱，通过滑动齿轮和倍增机构进行变速，以20种进给速度输出到光杠或丝杠。光杠：将进给箱的运动传给溜板箱，实现自动走刀。丝杠：通过开合螺母带动溜板箱，使主轴的转动与溜板箱的移动有严格的比例关系，实现螺纹车削。溜板箱：车床进给运动的操纵箱，它将光杠和丝杠的转动传给刀架，实现刀具的纵向、横向进给和螺纹车削。（3）安装刀具的装置：用来夹持刀具并实现所需的进给运动。大刀架：又称大拖板，与溜板箱连接，实现沿机床导轨的纵向移动。横刀架：又称中拖板，它沿大刀架上的导轨作垂直于机床导轨的横向移动。转盘：与横刀架用螺栓紧固，松开螺母，便可在水平面上扳转任意角度。小刀架：沿转盘上的导轨作短距离的移动，当转盘扳转到某一角度后，小刀架即可带动车刀作相对与主轴的斜向移动，用以加工锥面。方刀架：用来夹持刀具，可以同时安装四把车刀。（4）安装工件的装置：用来安装夹具或直接安装工件。主轴：可以安装卡盘、顶尖等夹具，也可以安装工件。尾架：安装在机床导轨上，可以沿机床导轨移动，也可以用压板螺栓固定在任意位置上。（5）支承件：用来支承和连接机床各零件，并与地基连接，如床身、床脚。（6）动力源：为机床运动提供动力，一般为电动机。二、机床的传动系统机床的传动有机械、液压、电动、电气等多种形式，其中最常见的是机械传动和液压传动。C6132车床的传动是典型的机械传动。为了便于分析，用机构运动简图符号将复杂的传动结构画成传动系统图。各传动元件按照运动传递的先后顺序，以展开图形式画出来，示意地表示机床运动和传动情况，图中，罗马数字代表传动轴的编号，阿拉伯数字表示齿轮齿数和皮带轮的直径。1、传动系统的组成C6132车床的传动方式有五种：齿轮传动、皮带传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条传动、丝杆螺母传动。（1）齿轮传动齿轮传动有三种：固定齿轮、滑移齿轮和交换齿轮，后两种用来改变部件的运动速度。齿轮传动的传动比为。2112nZinZ（2）皮带传动：皮带传动分平皮带和三角皮带二种，在C6132车床上使用的是三角皮带传动，皮带轮的传动比,同样是被动轮的转速与主动轮的转速之比，又可换为主动轮直径与被动轮直径之比。皮带轮传动的优点是传动平稳，结构平稳，结构简单，制造方便，适用于二轴间距较长时用。当加工时，切削用量过大超负荷时，皮带打滑，不至于造成机器损坏，能起到保护作用，缺点是由于皮带滑动不能保证正确的传动比。21nin2112ndind（3）蜗轮蜗杆传动：假设蜗杆为主动件，蜗轮为被动件，蜗杆上螺旋线的头数（K）相当于齿轮的齿数，蜗轮的齿数为Z，二者传动时，单头蜗杆（K＝1）每转一转，则蜗轮被转一个齿；蜗杆为双头时，蜗杆转一转，则蜗轮被转二个齿。所以蜗轮蜗杆的传动比是。因为Z比K大得多，这时传动副的传动可以得到较大的降速比。蜗轮蜗杆传动的优点是结构紧凑，传动平稳，噪声小，缺点是效率低。KiZ2、机床的传动分析由机床传动系统图，可以写出主运动链和进给运动链，然后进行传动分析。（1）主运动链（2）进给运动链§1-2切削刀具2.1刀具材料的性能在切削过程中，车刀的切削部分由于受力，受热和摩擦的作用而发生磨损，而且在切削过程中，车刀要承受很大的切削力和切削热，以及振动，冲击等，所以对刀具切削部分有很高的要求：（1）高的硬度和耐磨性（又称冷硬性）：即车刀在常温下的硬度。车刀材料的硬度应高于工件材料的几倍。（2）高的红硬性（又称热硬性）：指车刀材料在高温下仍能保持其硬度、强度、韧性和耐磨性的能力。（3）高的抗粘结性：指刀具材料表面微粒不被切屑粘走的能力。（4）坚韧性：指车刀能承受振动和冲击的性能。刀具材料中使用最广的是高速钢和硬质合金。2.2刀具角度刀具的种类和形状各异，但都有两个基本组成部分，即切削部分和夹持部分。夹持部分是用来将刀具正确地夹持在机床的工作位置上。切削部分是直接参加切削的部分。刀具的结构形式一般有以下四种，（a）整体式（b）焊接式（c）机夹重磨式（d）机夹可转位式刀头刀体1、车刀切削部分的组成车刀的切削部分又称刀头，一般由“三面二刃一尖”组成。刀尖主切削刃副后刀面前刀面副切削刃主后刀面前刀面主后刀面副后刀面前刀面：刀具上切屑流过的表面。主后刀面：刀具上与过渡表面相对的那个面。工件在加工过程中形成了三个表面：已加工表面、过渡表面（由切削刃形成的那部分表面）和待加工表面。副后刀面：刀具上与已加工表面相对的那个面。主切削刃：前刀面与主后刀面相交形成的刀刃，担负着主要的切削工作。副切削刃：前刀面与副后刀面相交形成的刀刃，担负着少量的切削工作。刀尖：主切削刃与副切削刃的连续处相当少的一部分切削刃。通常是一小段圆弧过渡。2、参考系：为了定义刀具的几何角度，需要人为地确定一个参考系，并将刀具切削部分置于参考系中。基面：通过主切削刃选定点，与假定主运动方向相垂直的平面。切削平面：通过主切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面，它与假定主运动方向平行。正交平面(主剖面)：通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作参考系两类。在设计、制造、刃磨和测量时，用于定义刀具几何参数的参考系称为刀具静止参考系或标注角度参考系。参考平面及刀具角度前角：是基面与前面之间的夹角，在正交平面中测量。前角大，则刀刃锋利，切削轻快。主后角：是主后面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。其作用是减少车削时主后面与工件间的摩擦。粗加工时选较小值，精加工时选较大值。副后角：是副后面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。车刀主要角度的标注主偏角：是进给方向与主切削刃在基面上的投影之间的夹角，在基面中测量。其作用是：①改善切削条件和提高刀具寿命：在切削深度和进给量相同的情况下，减小主偏角可以使主切削刃参加切削的长度增加，切削容易，同时，加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。②影响径向力的大小：在切削力相等的情况下，增大主偏角可使径向分力减小。车削细长轴时，用主偏角为90°的偏刀，使径向力几乎为零，可以避免细长轴弯曲变形。副偏角：是进给方向的反方向与副切削刃在基面上的投影之间的夹角，在基面中测量。副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件加工面之间的摩擦，防止切削时产生振动。刃倾角：主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。是主切削刃与基面的夹角，在切削平面中测量。其作用是控制切屑的流向。刃倾角为负，刀尖处于切削刃的最低点，切屑流向已加工表面，用于粗加工。刃倾角为正，刀尖处于切削刃的最高点，切屑流向待加工表面，用于精加工。3、车刀的刃磨方法车刀一般用手工在砂轮机上刃磨,磨高速钢车刀以及硬质合金车刀的刀体部分用白色的氧化铝砂轮,磨硬质合刀片用绿色的碳化硅砂轮。一般车刀刃磨的顺序和步骤如下:①磨主后刀面：目的是磨出车刀刀头的主偏角和主后角。②磨副后刀面：目的是磨出车刀的副偏角和副后角。③磨前刀面：目的是磨出车刀的前角和刃倾角。④磨刀尖圆弧：在主切削刃和副切削刃之间磨刀尖圆弧,以提高刀尖强度和改善散热条件。车刀用钝后重磨时往往根据车刀磨损情况,磨削有关的刀面即可。§1-3夹具1、夹具：通用夹具、专用夹具、可调整夹具通用夹具：指一般已经标准化