机械零件切削加工的基础知识.doc

读书笔录、机密文件 第一章 机械零件切削加工的基础知识 第一节切削加工的地位和种类 切削加工是利用切削刀具从工件（毛坯）上切去多余的材料，使零件（parts）具有符合图样规定的几何形状、尺寸和表面粗糙度等方面要求的加工过程。 一、切削加工的地位 机械加工中的切削加工，在机械制造过程中所占比重最大，用途最广。目前，机械制造业中所用工作母机有80-90仍为金属切削加工机床。在工业发达国家的国民经济中，创造物质财富部分，制造业约占2/3；其他如农业、林业、渔业、矿业和建筑业等共同约占1/3。在各种制造业中，机械制造占居主导地位，可见机械制造业的切削加工，在国民经济发展中处于十分重要的地位。 二、切削加工的分类 切削加工可分为钳工和机械加工（简称机工）两部分。 （1）钳工 钳工主要是在钳台上以手持工具为主，对工件进行加工的切削加工方法。其主要工作内容有划线、用手锯锯削、用錾子錾削、用锉刀锉削、用刮刀刮削、用钻头钻孔、用扩孔钻扩孔、用铰刀铰孔，此外，还有攻螺纹、套螺纹、机械装配和设备修理等。 （2）机工 机工是在机床上利用机械力对工件进行加工的切削加工方法。其主要方法有车、钻、镗、铣、刨、拉、插、磨、珩磨、超精加工和抛光等。随着加工技术的现代化，越来越多的钳工加工工作已被机械加工所代替，同时，钳工自身也在逐渐机械化。但是，由于钳工加工非常经济，并且灵活、方便，所以在切削加工行业中仍占 有一席之地，并且永远也不会被机械加工完全替代。 第二节 切削加工的特点和发展方向 一、切削加工的主要特点 （1）切削加工获得零件的几何精度变化范围广泛，可以适应不同层次的需要，这是其他加工方法难于达到的。加工精度范围一般为 ①尺寸精度一般在IT12-IT3； ②表面粗糙度一般在Ra25-0.008μm以内； ③形状精度、位置精度选择好工艺路线和工装，可以达到与尺寸精度相适应的形状和位置精度。 （2）切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的适应范围很大。主要表现为 ①材料可以是金属材料，也可以是非金属材料； ②可以是形状较复杂的零件； ③零件的尺寸大小一般不受限制； ④重量的适用范围很广，可以重达数百吨，如葛洲坝一号船闸的闸门，高30余米，重600余吨；轻的只有几克，如微型仪表零件。 （3）切削加工的生产率较高，一般高于其他加工方法。 （4）要求刀具材料的硬度高于工件材料的硬度。 （5）切削加工的工艺过程较为严密，工艺过程制订得正确与否直接影响零件的加工质量。 鉴于上述特点，切削加工难以完成某些复杂零件细微结构的加工，特别是难以完成一些高硬度和高强度等特殊材料制成的零件的加工，这给特种加工带来了生存和发展的空间。 二、切削加工的发展方向 目前，切削加工正朝着高精度、高效率、自动化、柔性化和智能化方向发展。 （1）加工设备朝着高精度、高速度、自动化、柔性化和智能化方向发展。加工中心、自适应控制系统、直接数字控制系统（即计算机群控系统）、柔性制造系统等的出现，以及误差自动化补偿的问世，已揭开了21世纪切削加工发展的前幕，在精度上向原子级加工逼近。 （2）刀具材料朝着超硬方向发展，陶瓷、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等超硬材料将被普遍应用于切削加工，使切削速度迅速提高到每分钟数千米。 （3）生产规模由目前的小批量和单品种大批量向多品种变批量方向发展。 （4）切削加工将被融合到计算机辅助设计与计算机辅助制造、计算机集成制造系统等高新技术和理论中。实现设计、制造和检验与生产管理等全部生产过程自动化。 第三节 零件的种类及其表面的形成和成形方法 根据零件的结构形状特征，假设将零件划分成若干个基本几何体，研究其成形方法，有利于选择加工设备、加工方法和制定工艺路线。 一、常见零件的种类及其表面的形成 （1）常见零件的种类 零件的种类很多，但有代表性的常见零件大致可以归纳为下列几类。 ①轴套类零件，例如图1-1-1所示的传动轴。 ②轮盘类零件，例如图1-1-2所示的齿轮。 ③叉架类零件，例如图1-1-3所示的单孔支架。 ④箱体类零件，例如图1-1-4所示的箱体。 第五节 刀具材料与刀具构造 在金属切削过程中，刀具直接参与切削，在很大的切削力和很高的温度下工作，并且与切屑和工件都产生剧烈的摩擦，工作条件极为恶劣。为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材料、合理的角度及适当的结构。刀具材料是刀具切削能力的重要基础，它对加工质量、生产率和加工成本影响极大。 一、刀具材料 1.刀具材料应具备的性能 刀具要在强力、高温和剧烈的摩擦条件下工作，同时还要承受冲击和振动，因此刀具材料应满足以下基本要求。 （1）高的硬度刀具材料的硬度必须高于工件的硬度，以便切入工件。在常温下，刀具材料的硬度一般应在60HRC以上。 （2）足够的强度和韧性只有具备足够的强度和韧性，刀具才能承受切削力和切削时产生的振动，以防脆性断裂和崩刃。 （3）高的耐磨性即抵抗磨损的能力。 （4）高的耐热性指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨等性能。 （5）一定的工艺性为便于刀具本身的制造，刀具材料还应具有一定的工艺性能，如切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等。 2.常用的刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢及硬质合金等。各种刀具材料的特性，如表1-1-1所示。 （1）碳素工具钢与合金工具钢碳素工具钢是含碳量高的优质钢（含碳量为0.7-1.2），如T10A。碳素工具钢淬火后具有较高的硬度，而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差，当温度达到200℃时，即失去它原有的硬度，并且淬火时容易产生变形和裂纹。 合金工具钢是在碳素工具钢中加入少量的Cr,W,Mn,Si等合金元素形成的刀具材料，（如9SiCr）。由于合金元素的加入，与碳素工具钢相比，其热处理变形有所减小，耐热性也有所提高。 以上两种刀具材料因其耐热性都比较差，所以常用于制造一些形状较简单的低速切削刀具，如锉刀，锯条，铰刀等。 （2）高速钢又称为锋钢或风钢，它是含有较多W,Cr,V合金元素的高合金工具钢，如W18Cr4V。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢具有较高的耐热性，温度达600℃时，仍能正常切削，其许用切削速度为30-50m/nin，是碳素工具钢的5-6倍，而且它的强度、韧性和工艺 性都较好，可广泛用于制造中速切削及形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、各种齿轮加工刀具。 （3）硬质合金它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC,TiC）为基体，以金属Co,Ni等为黏结剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。其硬度高，耐磨、耐热性好，许用切削速度是高速钢的6倍，但强度和韧性比高速钢低，工艺性差，因此硬质合金常用于制造形状简单的高速切削刀片，经焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀、钻头等的刀体（刀杆）上使用。 国产的硬质合金一般分为两大类一类是由WC和Co组成的钨钴类（YG类）；另一类是WC,TiC和Co组成的钨钛钴类（YT类）。 YG类硬质合金的韧性较好，但切削韧性材料时，耐磨性较差。因此，它适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有YG3，YG6，YG8等，其中数字表示Co的百分含量。 YT类硬质合金比YG类硬度高，耐热性好，在切削韧性材料时的耐磨性较好，但韧性较差，一般适用于加工钢件。常用的牌号有YT5,YT15, YT30等，其中数字表示TiC的百分含量。 3.新型刀具材料简介 近年来，随着高硬度难加工材料的出现，对刀具材料提出了更高的要求，这就推动了新刀具材料的不断开发。 （1）高速钢的改造为了提高高速钢的硬度和耐磨性常采用如下措施。 1）在高速钢中增添新的元素。如我国制成的铝高速钢，增添了铝元素，使其硬度达70HRC，耐热性超过600℃，被称之为高性能高速钢或超高速钢。 2）改进刀具制造的工艺方法。用粉末冶金法制造的高速钢称为粉末冶金高速钢，它可消除碳化物的偏析并细化晶粒，提高了材料的韧性、硬度，并减小了热处理变形，适用于制造各种高精度刀具。 （2）硬质合金的改进为了克服常用硬质合金强度和韧性低、脆性大、易崩刃的缺点，常采用如下措施。 1）调整化学成分。增添少量的碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC），使硬质合金既有高的硬度又有较好的韧性。 2）细化合金的晶粒。如超细晶粒硬质合金，硬度可达90-93HRA，抗弯强度可达2.0GPa。 3）采用涂层刀片。在韧性较好的硬质合金（如YG类）基体表面，涂敷5-10μm厚的一层TiC或TiN，以提高其表层的耐磨性。 （3）非金属刀具材料的采用陶瓷、天然（人造）金钢石、立方氮化硼等的硬度和耐磨性比上述各种金属刀具材料高，可用于切削淬火钢、有色金属及硬质合金等材料。由于它们的脆性大，抗弯强度又极低，加之金刚石和立方氮化硼两种材料价格又昂贵，所以很少应用。 二、刀具构造 切削刀具的种类很多，如车刀、钻头、刨刀、铣刀等，它们的几何形状各异，复杂程度不同。其中，车刀是最常用、最简单而且是最基本的切削刀具，因而最具有代表性。尽管其他刀具种类繁多，但它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基本形态。因此，研究金属切削刀具时，总是以车刀为基础。 1.车刀的组成及结构形式 车刀是由刀头和刀体组成的。刀头用来切削，故称切削部分。刀体是用来将车刀夹固在刀架或刀座上的部分。车刀可用高速钢制成，也可在碳素结构钢的刀体上焊硬质合金刀片。 其结构形式有整体式刀头和刀体做成一体（图1-1-13a）、焊接式将刀片焊接在刀体上（图1-1-13b）、机夹式将车刀用机械夹固的方法紧固在刀体上（图1-1-13c）和机夹可转位式（图1-1-13d）。其中，机夹可转位式车刀所用的硬质合金刀片具有数个切削刃，当一个切削刃用钝后，只须松开夹紧元件，将刀片转换一个切削刃，重新夹紧，即能继续使用，可获得较大的经济效益 第九节金属切削机床的分类和型号编制 金属切削机床简称机床，由于它的品种和规格繁多，为了便于区别、使用和管理，需对其进行分类和编制型号。 一、机床的类型 常规机床可按下列方法分类 （1）按加工方式、加工对象或主要用途，可分为车床、铣床、刨床、磨床、钻床、镗床、拉床、齿轮加工机床等。 （2）按工件大小和机床质量，可分为仪表机床、中小型机床、大型机床（10-30t）、重型机床（30-100t）和超重型机床（100t上）。 （3）按加工精度，可分为相对精度级和绝对精度级两种。大部分车床、磨床和齿轮加工机床有3种精度产品，即3个相对精度级。相对精度级在机床型号中分别用汉语拼音字母P（普通精度级，在型号中P省略）、M（精密级）、G（高精度级）表示。有些用于高精度精密加工的机床要求加工精度很高，即使是普通精度级产品，其绝对精度级也超过Ⅳ级，这些机床通常称为高精度精密机床，如坐标镗床、坐标磨床、螺纹磨床等。 （4）按自动化程度，可分为手动操作机床、半自动机床和自动机床三种。半自动和自动机床在机床型号中分别用汉语拼音字母B和Z表示。 （5）按机床的自动控制方式，可分为仿形机床、数控机床和加工中心等，在机床型号中分别用汉语拼音字母F、K、H表示。 （6）按机床适用范围，可分为通用机床、专门化机床和专用机床三种。 （7）按机床的结构布局型式，可分为立式、卧式、龙门式等。 二、机床型号的编制方法 按GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法规定，机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读做“之”。前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业自定。型号构成如图1-1-40所示。 1.机床的类代号 类代号用大写的汉语拼音字母表示。分类代号用阿拉伯数字表示（其中第一分类代号的“1”省略），如表1-1-9所示。 4.机床的主参数 主参数大多数情况下用折算值表示。其折算值等于主参数乘以折算系数。如CA6140型卧式车床，其折算系数为1/10，则主参数为床身上最大工件回转直径400mm，其折算值为40。 常用机床主参数名称及折算系数如表1-1-12所示。 5.机床的重大改进序号 当机床的结构、性能有重大改进，并按新产品重新设计、试制、鉴定时，在原机床型号基本部分的尾部加上A、B、C汉语拼音字母。如CA6140、经第一次重大改进后的型号写为CA6140A。 随着机床工业发展，我国机床型号编制方法至今已变动多次，按照有关规定，对过去已定型号、目前仍在生产的机床，其型号一律不变，仍保持原来型号。例如C620型卧式车床、B665型牛头刨床、Z535型立式钻床。 三、机床型号示例 1.CA6140 C类代号（车床类机床） A结构特性代号 6组代号（落地及卧式车床组） 1系代号（卧式车床系） 40主参数（最大工件回转直径的1/10） 2.XK5030 X类代号（铣床类机床） K通用特性代号（数控） 5组代号（立式升降台铣床组） 0系代号（立式铣床系） 30主参数（工作台面宽度的1/10） 3.MG1432 M类代号（磨床类机床） G通用特性代号（高精度） 1组代号（外圆磨车组） 4系代号（万能磨车系） 32主参数（最大磨削直径的1/10） 第二章 车床技术参数与普通车床辅具 一、车床结构、性能及调整 （一）卧式车床主要部分的名称和用途 卧式车床的型式及主要部分如图2-2-1所示。 1.车头部分 （1）主轴箱 用来带动车床主轴及卡盘转动。变换箱外的手柄位置，可以使主轴得到各种不同的转速。 （2）卡盘 用来夹持工件并带动工件一起转动。 2.挂轮箱部分 用来把主轴的转动传给进给箱。调换箱内的齿轮并跟进给箱配合，可以车削各种不同螺距的螺纹。 3.进给部分 （1）进给箱 利用其内部齿轮机构，可以把主轴的旋转运动传给丝杠或光杠。变换箱体外的手柄位置，可以使丝杠或光杠得到各种不同的转速。 （2）长丝杠 用来车削螺纹。它能通过溜板使车刀按要求的传动比作精确的直线移动。 （3）光杠用来把进给箱的运动传给溜板箱，使车刀按要求的速度作直线进给运动。 4.溜板部分 （1）溜板箱 把长丝杠或光杠的转动传给溜板，变换箱外的手柄位置，经溜板使车刀作纵向或横向进给。 （2）溜板 溜板包括床鞍、中滑板等（图2-2-2）。小滑板手柄5与小滑板内部的丝杠连接。摇动手柄5时，小滑板4就会纵向进刀或退刀。中滑板手柄8装在中滑板内部的丝杠上。摇动手柄8，中滑板1就会横向进刀或退刀。床鞍7与床面导轨配合，摇动手轮9可以使整个溜板部分左右移动作纵向进给。小滑板下部有转盘3，它的圆周上有两只固定螺钉6，可以使小滑板转动角度后锁紧。所以，床鞍是在纵向车削工件时使用，中滑板是在横向车削工件和控制切削深度时使用，而小滑板是在纵向车削较短的工件或圆锥面时使用。 （3）刀架 溜板上部有刀架2，可用来装夹刀具。 5.尾座部分 尾座由尾座体、底座、套筒等组成。顶尖装在尾座套筒的锥孔内。该套筒用来支顶较长的工件，还可以装夹各种切削刀具，如钻头、中心钻、铰刀等。 底座连同尾座体可以沿着床身导轨移动，可根据工作的需要调整床头与尾座之间的距离。 6.床身部分 床身用来支持和安装车床的各个部件，如主轴箱、进给箱、溜板箱、溜板和尾座等。 7.附件 （1）中心架车削较长工件时，必需用中心架支承工件。 （2）冷却液管切削时用来浇注冷却润滑液。 （三）车床的润滑系统和保养 1.车床的润滑 要使车床正常运转和减小磨损，必须对车床上所有摩擦部分进行润滑。车床润滑的方式有 （1）浇油润滑车床露在外面的滑动表面，如车床的床身导轨面，中、小滑板导轨面和丝杠等，擦干净后用油壶浇油润滑。 （2）溅油润滑车床齿轮箱内等部位的零件，一般是利用齿轮转动时把润滑油飞溅到各处进行润滑。注入新油应用滤网过滤，油面不得低于油标中心线。换油期一般为每三个月一次。 （3）油绳润滑进给箱内的轴承和齿轮，除了用齿轮溅油法进行润滑外，还靠进给箱上部的储油槽，通过油绳进行润滑。因此，除了需要注意进给箱油标孔内油面的高低外，每班还需要给进给箱上部的储油槽适量加油一次（图2-2-3）。 （4）弹子油杯润滑 车床尾座、中、小滑板、手柄转动轴承部位，一般采用这种方式。润滑时，用油嘴将弹子揿下，滴入润滑油。弹子油杯润滑每班次至少加油一次（图2-2-4） （5）油脂杯润滑 车床交换齿轮箱的中间齿轮等部位，一般用油脂杯润滑。润滑时，先在油脂杯中装满油脂，当拧进油杯盖时，润滑油脂就挤入轴承套内。油脂杯润滑每周加油一次，每班次旋转油杯盖一圈（图2-2-5）。 （6）油泵循环润滑 这种方式是依靠车床内的油泵供应充足的油量来进行润滑。 光杠、长丝杠的转速较高，润滑条件差，必须注意每班加油。加注润滑油应如图2-2-6所示，从轴承座上面方腔中加入。光杠、长丝杠的前轴承及操纵杆靠油孔进行润滑，每班一次。 2.普通车床的一级保养 当车床运转500h后，需要进行一级保养。一级保养以操作工人为主，维修人员进行配合。 保养前，必须切断电源，然后按保养内容和要求进行保养。具体内容如下 （1）外保养 ①清洗机床外表面及各罩盖，保持内外清洁，无锈蚀，无油污。 ②清洗长丝杠、光杠和操纵杠。 ③检查并补齐螺钉、手柄等，检查清洗机床附件。 （2）主轴变速箱 ①清洗滤油器，使其无杂物。 ②检查主轴螺母有无松动，紧固螺钉是否锁紧。 ③调整摩擦片间隙及制动器的松紧。 （3）溜板 ①拆卸刀架，调整中、小滑板镶条间隙。 ②清洗并调整中、小滑板丝杠螺母的间隙。 （4）交换齿轮箱 ①清洗齿轮、轴套并注入新油脂。 ②调整各齿轮啮合间隙。 ③检查轴套有无晃动现象。 （5）尾座清洗尾座，保持内外清洁。 （6）冷却润滑系统 ①清洗冷却泵、滤油器、盛液盘。清除贮液箱杂物。 ②清洗油绳、油毡，保证油孔、油路清洁畅通。 ③检查油质是否良好，油杯要齐全，油窗应明亮。 （7）电器部分 ①清扫电动机、电器箱。 ②电器装置应固定并整齐。 24 24