典型零件加工論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 車刀切削部分1）前刀面Ar。 刀具是切屑流過的表面。如果前刀面有幾個相交面組成，則從切屑刃開始，依次將它們稱為第一前刀面、第二前刀面等。2）主后刀面Aα。 與工件上切削中產生的過渡表面相對的刀具表面。同樣也可分為第一后刀面（又稱刃帶）、第二后刀面。3）副后刀面Aα39。與工件上的已加工表面相對的刀具表面。4）主切削刃S。 前刀面與主后刀面相交得到的刃邊。主切削刃是前刀面上直接進行切削的鋒刃，它完成主要的金屬切除工作。5）副切削刃S39。前刀面與副后刀面相交得到的刃邊。副切削刃協同主切削刃完成金屬的切除工作，最終形成工件的已加工表面。6）刀尖。也稱過渡刃，是指主切削刃與副切削刃連接處相當少的一部分切削刃。它可以是圓弧狀的修圓刀尖，也可以是直線狀的點狀刀尖或倒角刀尖。 車刀的刀面在空間是傾斜相交的，要標注主刀刃上的角度，需要三個輔助平面，如圖42所示，這三個平面互相垂直。（1）基面Pr：通過主刀刃上的某一點，并與改點切削速度相垂直的平面。在靜態時，以主刀刃點與工件中心線等高來考慮基面，應與車刀底面平行。（2）切削平面Ps：通過主刀刃上某一點，與切削平面相切的平面。切削平面包含直線主刀刃，與基面垂直。靜態時，切削平面垂直于車刀底面。（3）主剖面Po：通過主刀刃上某一點，并與主刀刃在基面上的投影相垂直的平面。圖42 正交平面參考系圖43 車削刀具的幾何角度（1）在正交平面中測量的角度有前角γo、后角αo、楔角βo。（2）在基面中測量的角度有主偏角кr、副偏角кr39。和刀尖角εr。（3）在切削平面中測量的角度有刃傾角λs。如圖43所示。以上各角度中，前角與后角分別是確定前刀面與后刀面方位的角度，而主偏角與刃傾角是確定主切削刃方位的角度。（1）主偏角：其主要作用是改變刀具的散熱情況，產生軸向力及徑向力。因此在加工剛性較差和有垂直階梯的零件時，應選用較大的主偏角（如90o）。若零件剛性好且無垂直階梯或粗加工時，可選擇較小的主偏角（如75o）。（2）副偏角：其主要作用是減少副刀刃與工件之間的摩擦，并改善工件表面的粗糙度和刀具的散熱性，產生徑向力。系統剛性不好，會引起振動。副偏角應根據系統剛性和工件表面的粗糙度要求選擇，一般副偏角選擇在4o～15o之間。（3）刃傾角：主要作用是改變切屑的流向，增加刀尖的強度。正的刃傾角，切屑排向待加工表面；負的刃傾角切屑流向已加工表面，容易把已加工表面拉毛。刃傾角應根據零件加工情況而定，一般粗加工時，可選負值，精加工時應選正值。（4）前角：主要作用是產生切削力，降低功率消耗，減少切削變形，降低切削溫度及提高刀具的耐用度。前角的大小與工件材料、刀具材料、加工性質有關，影響最大的是工件材料。切削塑料時，由于切屑沿刀面流過，切屑與刀具面產生摩擦，一般應取較大的前角。切削脆性材料時，由于產生碎屑，切削變形大，且不從刀面流過而集中在刀刃附近，一般可取較小的前角或負前角。（5）主后角、副后角：主要作用是減少刀具后刀面與工件之間的摩擦，增加刀具的強度。后角選擇的原則是在保證刀具有足夠的散熱性能和強度的基礎上，保持刀具鋒利，減少與工件的摩擦。加工塑性材料時，由于工件表面彈性復原會與刀具后面發生摩擦，為減少摩擦應取大些的后角；加工脆性材料時取小些后角；精加工時選擇大些的后角。在實際的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置會發生變化。（1）若刀尖安裝的高于工件軸線，當加工外表面時，工作前角變大，工作后角減小，內孔鏜削時情況相反。（2）若刀尖安裝的低于工件軸線，當加工外表面時，工作前角變小，工作后角增大，內孔鏜削時情況相反。，否則會影響前角和后角的大小。，否則會影響主、副偏角的大小。，宜少不宜多，以防振動。數控加工過程中，刀具的選擇是保證加工質量和提高生產率的重要環節，合理選擇數控刀具，需綜合考慮機床的自動化程度、工序內加工內容、零件材料的切削性能等因素。在金屬切削過程中，刀具切削性能的好壞，取決于刀具切削部分的材料，它直接影響著刀具壽命、刀具消耗、加工精度、已加工表面的質量和加工效率等。刀具材料是指刀具切削部分的材料。金屬切削時，刀具切削部分直接和工件及切屑相接觸，承受著很大的切削壓力和沖擊，并受到工件及切屑的劇烈摩擦，產生很高的切削溫度，也就是說刀具切削部分是在高溫、高壓及劇烈摩擦的惡劣條件下工作的。因此，刀具材料應具備以下基本性能。（1）高硬度。 刀具材料的硬度必須高于被加工工件材料的硬度，否則在高溫下，就不能保持刀具鋒利的幾何形狀，這是刀具材料應具備的最基本的性能。（2）足夠的強度和韌性。 刀具切削部分的材料在切削時要承受很大的切削力和沖擊力。例如，車削45號鋼時，當背吃刀量ap=4mm，進給量為f=，刀片要承受約4000N的切削力。因此，刀具必須有足夠的強度和韌性。（3）高的耐磨性和耐熱性。 刀具材料的耐磨性是指抵抗磨損的能力。一般來說，刀具材料硬度越高，耐磨性越好。刀具材料的耐磨性還和金相組織有關，金相組織中的碳化物越多，顆粒越細，分布越均勻，其耐磨性也就越高。刀具材料的耐磨性和耐熱性也有著密切的關系。耐熱性通常用它在高溫下的保持較高硬度的性能來衡量，即高溫硬度，或叫“紅硬性”。高溫硬度越高，表示耐熱性越好，刀具材料在高溫時抗塑變的能力和耐磨損的能力也就越強。耐熱性差的刀具材料，由于高溫下的硬度顯著下降而會很快磨損乃至發生塑性變形，喪失其切削能力。（4）良好的導熱性。 刀具材料的導熱性用熱導率來表示。熱導率大，表示導熱性好，切削時產生的熱量就容易傳導出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損。導熱性好的刀具材料，其耐熱沖擊和抗熱龜裂的性能也都很好，這種性能對采用脆性刀具材料進行斷續切削，特別是在加工導熱性能差的工件時顯得非常重要。（5）良好的工藝性。為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工行，包括鍛壓、焊接、切削加工、熱處理和可磨性等。（6）較好的經濟性。經濟性是評價新型刀具材料的重要指標之一，也是正確選用刀具材料、降低產品成本的主要依據之一。刀具材料的選用應結合我國資源狀況，以降低刀具的制造成本。（7）抗黏接性和化學穩定性。 刀具的抗黏接性是指工件與刀具材料分子間在高溫高壓作用下，抵抗互相吸附而產生黏接的能力。刀具的化學穩定性是指刀具材料在高溫下，不易與周圍介質發生化學反應的能力。刀具材料應具備較高的抗黏接性和化學穩定性。在金屬切削領域中，金屬切削機床的發展和刀具材料的開發是相輔相成的關系。刀具材料的發展在一定程度上推動著金屬切削加工技術的進步。刀具材料從碳素工具鋼到今天的硬質合金和超硬材料，都是隨著機床主軸轉速的提高、功率的增大、主軸精度的提高、機床剛性的增加而逐步發展的。同時，由于新的工程材料不斷出現，也對切削刀具材料的發展起到了促進作用。目前，金屬切削工藝中應用的刀具材料主要是高速鋼刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金剛石刀具。在數控機床上普遍應用的是高速鋼刀具、硬質合金刀具和涂層硬質合金刀具。（1）高速鋼。高速鋼是一種含有W（鎢）、Mo（鉬）、Cr（鉻）、V（釩）等合金元素較多的合金工具鋼，是綜合性能較好的一種刀具材料，熱處理后硬度HRC可達62～66，耐熱性為600oC左右，可以承受較大的切削力和沖擊力。并且，高速鋼還具有熱處理變形小、能鍛造、易磨出較鋒利的刃口等優點，特別是適合于制造各種小型及形狀復雜的刀具，如成形車刀、各種鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具和螺紋刀具等。高速鋼已從單純的W系列發展到Wmo系、WmoAl系、WmoGo系，其中，WmoAl系是我國獨創的品種。同時，由于高速鋼刀具熱處理技術的進步以及成形金切工藝的發展，高速鋼刀具和紅硬性、耐磨性和表面涂層質量都得到了很大提高和改善。因此，高速鋼仍是數控機床選用的刀具材料之一。（2）硬質合金。 硬質合金是用高硬度、難熔的金屬化合物微米數量級的粉末與Co、Mo、Ni等金屬黏接劑燒結而成的粉末冶金制品。常用的黏接劑是Co，碳化鈦基硬質合金的黏接劑則是Mo、Ni。硬質合金高溫碳化物的含量超過高速鋼，具有硬度高、熔點高、化學穩定性好和熱穩定性好等特點，切削效率是高速鋼刀具的5～10倍。但硬質合金韌性差、脆性大，承受沖擊和振動的能力低。硬質合金現在仍是主要的刀具材料。（3）陶瓷。 近幾年來，陶瓷刀具無論在品種和使用領域方面都有較大的發展。一方面由于高硬度難加工材料的不斷增多，迫切需要解決刀具壽命問題；另一方面也是由于鎢資源的日漸缺乏，鎢礦的品味越來越低，而硬質合金刀具材料中要大量使用鎢，這在一定程度上也促進了陶瓷刀具的發展。陶瓷刀具是以Al2O3（氧化鋁）或以Si3N4（氮化硅）為基體再添加少量的金屬，在高溫下燒結而成的一種刀具材料，其硬度HRA可達91～95，耐磨性比硬質合金高十幾倍，適用于加工冷硬鑄鐵和淬火鋼。陶瓷刀具具有良好的抗黏性能，它與多種金屬的親和力小，化學穩定性好，即使在溶化時與鋼也不起化合作用。陶瓷刀具最大的缺點是脆性大，抗彎強度和沖擊韌度低，熱導率差。（4）立方氮化硼。 立方氮化硼是用六方氮化硼為原料，利用超高溫高壓技術轉化而成的，晶體結構與金剛石類似。立方氮化硼刀片具有很好的“紅硬性”，可以高速切削高溫合金，切削速度要比硬質合金高3～5倍，在1300oC高溫下能夠輕快鋒利地切削，性能無比卓越，使用壽命是硬質合金的20～200倍。使用立方氮化硼刀具可加工以前只能用磨削方法加工的特種鋼材，獲得很高的尺寸精度和極好的表面粗糙度，實現以車代磨。它有優良的化學穩定性，適用于加工鋼鐵類材料。雖然它的導熱性比金剛石差，但比其他材料高得多，抗彎強度和斷裂韌性介于硬質合金和陶瓷之間，所以，立方氮化硼材料非常適合數控機床加工用刀具。（5）金剛石。 金剛石刀具有天然金剛石、人造聚晶金剛石和復合金剛石刀片三類。金剛石有極高的硬度、良好的導熱性及小的摩擦因數，有優秀的使用壽命、穩定的加工尺寸精度以及良好的工件表面粗糙度，并可在納米級穩定切削。金剛石刀具超精密加工廣泛用于激光掃描器和高速攝影機的掃描棱鏡，特形光學零件，電視、錄像機、照相機零件，計算機磁盤，電子工業的硅片等領域。其缺點是刀具價格昂貴，加工成本高。（6）涂層類刀具。 刀具表面涂層技術是一種優質的表面改性技術，它是在普通高速鋼和硬質合金刀片表面，采用化學氣相沉積或物理氣相沉積的工藝方法，涂覆一薄層（5～12181。m）高硬度難熔金屬化合物，使刀片既保持了普通刀片基體的強度和韌度，又使表面有高的硬度和耐磨性、更小的摩擦因數和高的耐熱性，較好地解決了材料硬度、強度及韌度的矛盾。（1）尖形車刀。 以直線形切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖由直線的主、副切削刃構成，加工零件時，其零件的輪廓形狀主要由一個獨立的刀尖或一條直線形主切削刃位移后得到，與另兩類車刀加工時所得到零件輪廓形狀的原理是截然不同的。如90o內外圓車刀，左右端面車刀，切斷車刀以及刀尖倒角很小的各種外圓和內孔車刀。（2）圓弧形車刀。 是較為特殊的數控加工用車刀。其特點是，構成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪廓誤差很小的圓弧；該圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，因此刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上；車刀圓弧半徑理論上與被加工零件的形狀無關，并可按需要靈活確定或經測定后確認。當某些尖形車刀或成形車刀的刀尖具有一定的圓弧形狀時，也可作為這類車刀使用。（3）成形車刀。 俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成形車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形槽車刀和螺紋車刀等。在數控加工中，應盡量少使用或不實用成形車刀。圖44為常用車刀的種類、形狀和用途。1切斷刀 290o左偏刀 390o右偏刀 4彎頭車刀5直頭車刀 6成形車刀 7寬刃精車刀 8外螺紋車刀 9端面車刀 10內螺紋車刀 11內槽車刀 12通孔車刀 13不通孔車刀圖44 常用車刀的種類、形狀和用途切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數，而且其數值合理與否對加工質量、生產效率、生產成本等有著非常重要的影響。在確定了刀具幾何參數后，還需選定合理的切削用量參數才能進行切削加工。所謂“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能（功率、轉矩），在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。選擇合理的切削用量是切削加工中十分重要的環節，選擇合理的切削用量時，必須考慮合理的刀具壽命。切削用量與刀具使用壽命有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具使用壽命，而合理的刀具使用壽命則應根據優化的目標而定。一般分最高生產率刀具使用壽命和最低成本刀具使用壽命兩種。前者根據單件工時最少的目標確定；后者根據工序成本最低的目標確定。(1)粗車切削用量的選擇 對于粗加工，在保證刀具一定使用壽命的前提下，要盡可能提高在單位時間內的金屬切除率。在切削加工中，金屬切除率與切削用量三要素ap，f，v均保持線性關系，即其中任何一參數增大一倍，都可使生產率提高一倍。然而由于刀具使用壽命的制約，當其中任一參數增大時，其它兩個參數必須減小。因此，在制訂切削用量時，三要素要獲得最佳組合，此時的高生產率才是合理的。由刀具使用壽命的經驗公式知道，切削用量各因素對刀具使用壽命的影響程度不同，切削速度對使用壽命的影響最大，進給量次之，背吃刀量影響最小。所以，在選擇粗加工切削用量時，當確定刀具使用壽命合理數值后，應首先考慮增大ap，其次增大f，然后根據T、ap、f的數值計算出v，這樣既能保持刀具使用壽命，發揮刀具切削性能，又能減少切削時間，提高生產率。背吃刀量應根據加工余量和加工系統的剛度確定。(2)精加工切削用量的選擇 選擇精加工或半精加工切削用量的原則是在保證加工質量的前提下，兼顧必要的生產率。進給量根據工件表面粗糙度的要求來確定。精加工時的切削速度應避開積屑瘤區，一般硬質合金車刀采用高速切削。（按照機械加工切削標準，設計表格） 目前許多工廠是通過切削用量手冊、實踐總結或工藝實驗來選擇切削用量的。制訂切削用量時應考慮加工余量、刀具使用壽命、機床功率、表面粗糙度值、刀具刀片的剛度和強度等因素。 切削用量制定的步驟：背吃刀量的選擇→進給量