1、长春汽车工业高等专科学校毕 业 实 践 报 告题目/实践名称 阶梯轴类零件的加工工艺专业 / 班级 学 生 姓 名 学 号 企业指导教师 校内指导教师 起 止 时 间 2011-32011-4实 习 单 位 目录内容摘要Abstract第一部分 绪论51.1引言51.2实践单位的基本情况5第二部分 机械制造工艺的基础知识72.1选择车刀、车床和工件安排方式72.2拟定加工工艺14第三部分 机械加工表面精度与工艺规程193.1车削基本知识193.2机械加工工艺过程和工艺规程253.3加工精度与表面质量的含义273.4拓展知识34参考文献附录致谢内容摘要 我国社会主义现代化要求机械制造工业为国民经
2、济个部门的技术进步，技术改造提供先进高效的技术装备，他首先要为我国正在发展的产业包括农业，重工业，轻工业以及其他的产业提供质量优良先进的技术设备，同时还要为新材料新能源机械工程等新技术的生产和应用提供基础设备。随着科学技术和工业生产的飞速发展，国民经济个部门迫切需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品。其中产品设计师决定产品性能，质量水平市场竞争力和经济效益的重要环节，因此采用数控加工就成了首选，因为他工作效率高，质量好，加工精度高。本文主要介绍了数控加工工艺的概述。数控加工的切削基础，数控加工工艺设计及数控加工工艺文件，数控加工的工具系统，数控加工夹具，阶梯轴类零件的数控
3、加工工艺，数控切削等。关键词：工艺分析； 刀具选择； 工序确定 ；装夹方法AbstractChinas socialist modernization needs machinery manufacturing industry for national economy a department progress of technology, technical renovation provide advanced, effective technical equipment, he must first for China is in the development of industri
4、es including agriculture, heavy industry, light industry and other industries provide high-quality advanced technology and equipment, but also for the new material and new energy mechanical engineering of production and application of new technology provides the basic equipment. Along with the scien
5、ce and technology and industrial production, the rapid development of the national economy a departments urgently needed variety superior quality, good performance, high efficiency, low energy consumption, low price cheapest machinery products. One product designer to determine product performance,
6、quality market competitiveness and economic benefit of the important link, therefore adopt CNC processing become preferred because he high efficiency, good quality and high machining accuracy. This article mainly introduced the nc machining process outlined. Nc machining cutting foundation, nc machi
7、ning process design and nc machining process documents, nc machining tool system, CNC jig, ladder axial parts of nc machining process, CNC cutting, etc. Key words: process analysis; Tools selection; Process to determine; Clamping method 第一部分 绪论1.1引言数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小
8、批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。数控技术不断的发展，数控技术很快会普极中国工业基地，成为工业发展的标志
9、，数控技术的成熟也是当代科技发展的标志，所以数控技术也是国家经济的体现，中国经济正加快向新兴工业化道路发展，制造业已成为国民经济的支柱产业。本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺的分析过程、选择刀具及切削的基本知识等加工中一些问题的解决方法，另外还有设计说明书、参考文献、毕业设计小结、致谢、附录等部分。1.2实习单位基本情况一汽-大众汽车有限公司于1991年2月6日正式成立，1997年8月正式通过国家验收。2004年12月7日，一汽-大众公司轿车二厂正式建成投产。经过不断发展，一汽-大众公司现已形成日产1000多辆整车的生产能力，同时实现部
10、分整车、总成及零部件的出口。 一汽-大众汽车有限公司采用先进技术和设备制造当今世界名牌产品-捷达、宝来、高尔夫、开迪、奥迪系列轿车。它的建成，使我国轿车工业进入了大规模生产的新时期。国家对外经济贸易部确认一汽-大众为“技术先进企业”，国家统计局授予一汽-大众为“中国汽车制造名优企业”，国家机械局授予一汽-大众为“在促进科学技术进步工作中做出重大贡献者”一等奖。1998年，一汽-大众正式通过ISO9001质量体系认证；2002年，一汽-大众通过ISO9001(2002版)标准认证，并荣获ISO14001环境管理体系认证证书。 1998年，一汽-大众正式通过ISO9001质量体系认证；2002年，
11、一汽-大众通过ISO9001（2002版）标准认证，并荣获ISO14001环境管理体系认证证书。2004年3月20日通过了德国技术监督协会TV cert认证公司审核，获得了VDA6.1补充证书。公司生产的产品还于2006年1月荣获中国环境标志产品认证。 一汽大众从1991年生产第一批捷达轿车至今，一汽-大众公司从一个注册资本只有37.12亿元人民币的企业发展到现在拥有276亿元人民币的大型汽车企业，目前，一汽-大众公司累计向国家上缴的税金达到400多亿元人民币。 一汽-大众一厂、二厂设在长春，在成都设有三厂以及规划中的佛山四厂。成都三厂目前日趋完善，目前冲压焊装车间已经建成，成都工厂目前有将近
12、1000名员工在长春的各个部门工作学习和培训，将来成都将是一汽大众100万辆目标的不可缺少者，在2011年末ncs车型将下线，将来速腾的下一代nf也将面世，ncs的模具也已经正在国内外制造中。 目前，一汽-大众汽车有限公司员工总员工达20248人，上游400多家供应商，下游600多家经销商，总共涉及到30万人。第二部分 机械制造工艺的基础知识 2.相关实践知识轴类零件是机械结构中用于传递运动和动力的重要零件之一，其加工质量直接影响到机械的使用性能和运动精度。轴类零件的主要表面是外圆，车削是外圆加工的主要方法。2.1选择车刀、车床和工件安装方式2.1.1车刀类型与选用（1）车刀的类型；车刀是金属
13、切削加工中应用最广的一种刀具，它可在各种类型的车床上加工外圆、内孔、倒角、切槽与切断、车螺纹以及其它成形面。车刀的类型很多，既可按用途可分，也可按刀具材料，还可按结构分。按用途可大致分：偏刀以90偏刀居多，如图1-2a，用来车削外圆、台阶、端面。由于主偏角大，切削时产生的背向切削力小，故很适宜车细长的轴类工件弯头刀以45弯头刀最为常见，如图1-2b，用来车削外圆、端面、倒角。完成上述加工表面不需转刀架，也不用换刀，可减少辅助时间，提高生产效率。切断刀（切槽刀）如图1-2c，用来切断工件或在工件上加工沟槽。镗刀如图1-2d，用来加工内孔。圆头刀如图1-2e，用来车削工件台阶处的圆角和圆弧槽。螺纹
14、车刀如图1-2f，用来车削螺纹。除此之外，还有端面车刀、直头外圆车刀和成形车刀等等。图1-2车刀种类整体式高速钢车刀，这种车刀刃磨方便，刀具磨损后可以多次重磨。但刀杆也为高速钢材料，造成刀具材料的浪费。刀杆强度低，当切削力较大时，会造成破坏。一般用于较复杂成形表面的低速精车。图1-3焊接式车刀硬质合金焊接式车刀如图1-3所示，这种车刀是将一定形状的硬质合金刀片钎焊在刀杆的刀槽内制成的。其结构简单，制造刃磨方便，刀具材料利用充分，应用十分广泛。但其 切削性能受工人的刃磨技术水平和焊接质量影响，且刀杆不能重复使用，材料浪费。可转位车刀用机械夹固的方式将可转位刀片固定在刀槽中而组成的车刀，如图1-4
15、所示。其优点是耐用度高、刀片更换方便、迅速，并可使用多种材料刀片，其缺点是结构复杂、刃磨较难、使用不灵活、一次性投入较大。 a：机械夹固式车刀b：刀片固定式车刀 图1-4 可转位车刀该传动轴在加工时，采用90偏刀或45偏头硬质合金焊接式车刀；在加工止动垫圈槽和螺纹加工时，可采用切断刀和螺纹车刀。（2）车刀标注角度和工作角度车刀标注角度指刀具在静止参考系中表示的一套角度，主要包括主偏角r、副偏角r、前角0、后角0、刃倾角s、副后角0六个。如图1-5所示主偏角r。它是基面内主切削平面与假定工作平面之间的夹角。副偏角r，它是基面内副切削平面与假定工作平面之间的夹角。前角0。它是正交平面内前面与基面之
16、间的夹角。后角0。它是正交平面内后面与切削平面之间的夹角。刃倾角s。它是主切削平面内主切削刃与基面之间的夹角。副后角0。它是副切削刃的正交平面(即副剖面)内副后面与副切削平面之间的夹角。图1-5 外圆车刀的的基本几何角度刀具的工作角度是刀具在工作时的实际切削角度，它受到切削运动和刀具的安装影响。因此，车刀的工作角度不等于其标注角度。 （3）车刀的安装要求车刀的安装要求；1） 车刀刀尖应与工件中心等高，如图1-6所示为刀尖不对准工件中心的后果。1-7a为刀具安装高低对工作角度的影响。车刀的刀尖高于工件中心，工作前角oe增大，而工作后角oe减小。当刀尖低于工件中心时，角度的变化情况下好相反。如图1
17、-7b为车端面的情况。实际生产中要求车端面、圆锥面、螺纹、成形车削等等高安装，粗车孔、切断空心工件时，刀尖应等高机床主轴线；粗车一般外圆、精车孔、安装时刀尖应等高或稍高工件中心线。a、不对准中心对车刀角度的影响b、不对准中心对车端面貌一新后果图1-6车刀刀尖不不对准中心的后果2）刀杆偏斜对工作主、副偏角的影响。刀杆偏斜会使车刀的工作主偏角增大，工作副偏角减小。3）车刀装夹在刀架上伸出部分应尽量短以增强其刚性，如图1-7所示。一般车刀伸出长度约为刀杆宽度的11.5倍，下面的垫片数量要尽量少，并与刀架边缘对齐。图1-7 车刀的装夹a）正确b）、不正确c）不正确（4）车刀的材料及选用高速钢：高速钢是
18、含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢，热处理后硬度为6266HRC，抗弯强度约为33GPa，耐热性为600左右。高速钢又可分为普通高速钢、高性能高速钢、粉末冶金高速钢及涂层高速钢。硬质合金：由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相，如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属（粘结相，如Co、Ni、Mo等）通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金按加工对象和切削时排出切悄形状可分为三类，其中YG主要用于脆性材料，YT用于碳钢类塑性材料，YW用于不锈钢等难加工材料。陶瓷：是以氧化铝或以氧化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成。陶瓷刀具有很高的耐磨性和耐热性，良好的抗粘结性和较低的摩擦系数，化学性能稳
19、定。陶瓷刀具在切削时不易粘刀、不易产生切削瘤，但其强度和和抗热冲击性较差，一般用于在高速下精加工硬材料，如氧化铝复合陶瓷适合于中速下切削冷硬铸铁、淬硬钢等；氮化硅基陶瓷宜能进行高速切削，故适宜精加工和半精加工，也可加工5154HRC硬度的镍基合金、高锰钢等难加工材料。金刚石：金刚石的硬度的耐磨性很好，可用于切削硬度高的一些材料，但由于金刚石的耐热度较低，只有700800，故工作温度不能过高。另外，因其易与碳亲合，因此不宜用于加工含碳的黑色金属。立方氮化硼：其硬度与耐磨性仅次于金刚石，有较强的抗粘结能力，与钢的摩擦系数小，适用于高速切削钢材及耐热合金。因其价格高，一般用于加工高硬度材料或超精加工
20、。（5）刀杆截面形状和尺寸的选用。车刀刀杆截面形状有矩形、方形和圆形三种。一般用矩形，切削力较大时采用方形，圆形多用于内孔车刀。刀杆高度H可按车床中心高选择。2.1.2车床车床按照用途和功能不同，可分为许多类型，如卧式车床、立式车床、落地车床和转塔车床等，如图1-8所示。本节内容主要介绍最常用的CA6140车床。a、卧式车床1、主轴箱；2、刀架；3、尾座；4、床身；5、床脚；6、丝杠；7、光杠；8、操纵杆；9、溜板箱；10、床脚；11、进给箱；12、交换齿轮箱 b、立式车床c、落地车床d、转塔车床图1-8车床类型（1）车床的功能与型号车床的功能 车床适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转
21、表面，如内外圆柱面、圆锥面及成形回转表面、车削端面及各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹，还可以钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。车床的型号 通用机床的型号表示方法如下：（） （） （） （） （）分类代号类代号通用特性及结构性代号（可有一个或几个）组、系代号主参数或设计顺序号第二主参数重大改进顺序号同一型号机床的变型代号注：阿拉伯数字 ：大写汉语拼音字母 （ ）：无内容不写，有内容无括号如本轴加工的主要设备CA6140车床中，C为类代号，表示车床；A为结构性代号，以区别与C6140和CY6140的区别；61说明该机床属于车床类6组1系；40为该车床的主参数，表示最大加工直径是400mm。无第
22、二主参数、重大改进顺序号及变型代号。（2）CA6140车床的组成与技术性能例如：CA6140车床，主要组成部件有：主轴箱：支承并传动主轴，使主轴带动工件按照规定的转速旋转，实现主运动。床鞍与刀架：装夹车刀，并使车刀纵向横向或斜向运动。尾架：用后顶尖支承工件，并可在其上安装钻头等孔加工工具，以进行孔加工。床身：车床的基本支承件，在其上安装车床的主要部件，以保持它们的相对位置。溜板箱：把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。其上有各种操作手柄和操作按钮，方便工人操作。进给箱：改变被誉为加工螺纹时的螺距或机动进给的进给量。CA6140主要技术性能参数如下：床身上
23、最大工件回转直径 400mm最大工件长度（4种规格） 750mm;1000mm;1500mm;2000mm最大车削长度直 650mm;900mm;1400mm;1900mm刀架上最大工件回转直径 210mm主轴转速 正转24级 101400r/min 反转12级 141580r/min进给量 纵向进给量64级 0.0286.33mm/r 横向进给量64级 0.0143.16mm/r床鞍与刀架快速移动速度 4m/min车削螺纹范围 米制螺纹44种 T=1192mm 英制螺纹20种 a=224牙/in 模数螺纹39种 m=0.2548mm 径节螺纹37种 DP=196牙/in主电动机 7.5KW,
24、1450 r/min2.1.3工件的安装（1）三爪卡盘上找正安装工件三爪卡盘装夹能自动定心，但其定心准确度不高。装夹时，把工件直接夹持在三爪卡盘上，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧。（2）一夹一顶安装工件一夹一顶即轴的一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔的工件安装方式。这种安装方式可提高轴的装夹刚度，此时轴的外圆和中心孔同作为定位基面，常用于长轴加工及粗车加工中。（3）在双顶尖间安装工件在实心轴两端钻中心孔，在空心轴两端安装带中心孔的锥堵或锥套心轴，用车床主轴和尾座顶尖顶两端中心孔的工件安装方式。此时定位基准与设计基准统一，能在一次装夹中加工多处外圆和
25、端面，并可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，是车销、磨销加工中常用的工件安装方法。2.2拟定加工工艺如图1-9为某传动轴，从结构上看，是一个典型的阶梯轴，工件材料为45，生产纲领为小批或中批生产，调质处理220350HBS。技术要求调质处理HBS217255。零件名称：传动轴材料45生产类型：小批图1-9阶梯轴2.2.1分析阶梯轴的结构和技术要求该轴为普通的实心阶梯轴，轴类零件一般只有一个主要视图，主要标注相应的尺寸和技术要求，而其它要素如退刀槽、键槽等尺寸和技术要求标注在相应的剖视图。轴颈和装传动零件的配合轴颈表面，一般是轴类零件的重要表面，其尺寸精度、形状精度（圆度、圆柱度
26、等）、位置精度（同轴度、与端面的垂直度等）及表面粗糙度要求均较高，是轴类零件机械加工时，应着重保障的要素。如图1-9所示的传动轴，轴颈M和N处是装轴承的，各项精度要求均较高，其尺寸为35js6(0.008)，且是其它表面的基准，因此是主要表面。配合轴颈Q和P处是安装传动零件的，与基准轴颈的径向圆跳动公差为0.02（实际上是与M、N的同轴度），公差等级为IT6，轴肩 H、G和I端面为轴向定位面，其要求较高，与基准轴颈的圆跳动公差为0.02（实际上是与M、N的轴线的垂直度），也是较重要的表面，同时还有键槽、螺纹等结构要素。2.2.2明确毛坯状况一般阶梯轴类零件材料常选用45钢；对于中等精度而转速较
27、高的轴可用40Cr；对于高速、重载荷等条件下工作的轴可选用20Cr、20CrMnTi等低碳含金钢进行渗碳淬火，或用38CrMoAIA氮化钢进行氮化处理。阶梯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件。2.2.3拟定工艺路线；1）确定加工方案轴类在进行外圆加工时，会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。传动轴大多是回转面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴的Q、M、P、N段公差等级较高，表面粗糙度值较小，应采用磨削加工。其它外圆面采用粗车、半精车、精车加工的加工方案。2）划分加工阶段该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车
28、（粗车外圆、钻中心孔）、半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨Q、M、P、N段外圆。各加工阶段大致以热处理为界。3）选择定位基准轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是两中心孔。采用两中心孔作为定位基准不但能在一次装夹中加工出多处外圆和端面，而且可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，符合基准统一的原则。在粗加工外圆和加工长轴类零件时，为了提高工件刚度，常采用一夹一顶的方式，即轴的一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔，此时是以外圆和中心孔同作为定位面。4）热处理工序安排该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻
29、件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。5）加工工序安排应遵循加工顺序安排的一般原则，如先粗后精、先主后次等。另外还应注意：外圆表面加工顺序应为：先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。轴上的花键、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后、外圆精磨之前。这样既可保证花键、键槽的加工质量，也可保证精加工表面的精度。轴上的螺纹一般有较高的精度，其加工应安排在工件局部淬火之前进行，避免因淬火后产生的变形而影响螺纹的精度。该轴的加工工艺路线为：毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削。2.2.4确定工序尺寸毛坯下料尺寸：65265；粗
30、车时，各外圆及各段尺寸按图纸加工尺寸均留余量2mm；半精车时，螺纹大径车到，44及62台阶车到图纸规定尺寸，其余台阶均留0.5mm余量。铣加工：止动垫圈槽加工到图纸规定尺寸，键槽铣到比图纸尺寸多0.25mm，作为磨销的余量。精加工：螺纹加工到图纸规定尺寸M241.5-6g，各外圆车到图纸规定尺寸。2.2.5选择设备工装外圆加工设备：普通车床CA6140磨削加工设备：万能外圆磨床M1432A铣削加工设备：铣床X522.2.6填写工艺卡片表1-9阶梯轴加工工艺工序号工种工序内容设备1下料652652车三爪卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车P、N及螺纹段三个台阶，直径、长度均留
31、余量2mmCA6140调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长259，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车另外四个台阶，直径、长度均留信余量2mmCA61403热调质处理2438HRC4钳修研两端中心孔CA61405车双顶尖装夹。半精车三个台阶，螺纹大径车到,P、N两个台阶直径上留余量0.5mm，车槽三个,倒角三个CA6140调头，双顶尖装夹，半精车余下的五个台阶，44及52台阶车到图纸规定的尺寸。螺纹大径车到,其余两个台阶直径上留余量0.5mm,车槽三个,倒角四个CA61406车双顶尖装夹，车一端螺纹M241.5-6g，调头，双顶尖装夹，车另一端螺纹M241.5-6gCA61407钳划键槽及一
32、个止动垫圈槽加工线8铣铣两个键槽及一个止动垫圈槽，键槽深度比图纸规定尺寸多铣0.25mm，作为磨削的余量X529钳修研两端中心孔CA614010磨磨外圆Q和M，并用砂轮端面靠磨台H和I。调头，磨外圆N和P，靠磨台肩G。M1432A11检检验第三部分 机械加工表面精度与工艺规程3.1车削基本知识工件表面是工件与刀具在机床上通过相对运动而形成的。3.1.1车削运动与工件上的加工表面（1）车削运动车削运动包括主运动与进给运动，如图1-10所示为外圆的车削运动和表面形成。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图1-10 外圆车削运动与加工表面的形成动，从而使刀具前刀面接近工
33、件，从工件上直接切除金属。它具有切削速度高，消耗功率大的特点。工件的旋转就是车削时的主运动。进给运动：由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动，使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成所需几何特性的加工表面。刀具的移动就是车削时的进给运动。（2）加工表面切削加工过程是一个动态的过程，在这一过程中，随着刀具与工件相对运动的进行，工件表层的被切削金属层被连续不断地切下来，变成切屑。同时，在工件上有三个不断变化着的表面，它们是：待加工表面：工件上有待加工的表面。已加工表面：工件经切削后产生的表面。过渡表面：工件上由刀具切削刃形成的正在切削的那一部分表面，它在下一切削行程，刀具
34、或工件的下一转里被切除，或由下一切削刃切除。3.1.2切削用量三要素与切削用量选择切削速度Ve、进给量f(或进给速度Vf)、背吃刀量ap称为切削用量的三要素。确定切削用量时，应在保证加工质量（表面粗糙度和加工精度）要求下，在工艺系统刚性允许的情况下，在充分发挥机床功率和发挥刀具切削性能时的最大切削量。在粗加工时，工件的加工精度和表面质量要求不高，毛坯的加工余量大，选择切削用量时，主要考虑提高切削加工的生产率和适当控制刀具的磨损，应选择较大的背吃刀量ap。采用一次或二次走刀，就把本工序中的加工余量切除掉。在精加工时，应重点保证工件的加工精度和表面质量，故应选较小进给量，并尽可能地选用较大的切削速
35、度。进给量和切削速度的选择应与所用机床的功率和刀具情况相适应。具体可查手册。3.1.3金属切削过程中的物理现象。金属切削过程是指在机床上利用刀具，通过刀具与工件之间的相对运动从工件上切下多余的金属，从而形成切屑和已加工表面的过程。在这个过程中，会产生一系列象，如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。（1）切屑的形成与积屑瘤1）切屑的形成与切削变形区塑性金属切削过程在本质上是被切削层金属在刀具的挤压作用下产生变形并与工件本体分离形成切屑的过程。图1-11 切削过程中的变形区如图1-11所示，切削过程是伴随着切削运动进行的。随着切削层金属以切削速度Vc向刀具前刀面接近，在前刀面的挤压作用
36、下，被切金属产生弹性变形，并逐渐加大，其内应力也在增加。当被切金属运动到图1-11的OA线时，其内应力达到屈服点，开始产生塑性变形，金属内部发生剪切滑移。OA称为始滑移线（始剪切线）。随着被切金属继续向前刀面逼近，塑性变形加剧，内应力进一步增加，到达OM线时，变形和应力达到最大。OM称为终滑移线（终剪切线）。切削刃附近金属内应力达到金属断裂极限而使被切金属与工件本体分离。分离后的变形金属沿刀具的前刀面流出，成为切屑。对照上述切削变形的分析，我们可按变形程度将切削变形划成三个变形区：从OA线开始发生剪切滑移塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成，这一区域（I）称为第一变形区。切屑沿前刀面排出时
37、进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使切屑底层靠近前刀面处的金属纤维化，其方向基本上和前刀面平行。这一区域（II）称为第二变形区。已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦和回弹作用，造成纤维化与加工硬化，这一区域（III）称为第三变形区。三个变形区各具特点又相互联系、相互影响。切削过程中产生的许多现象均与金属层变形有关。在切削过程中，变形程度越大，工件的表面质量越差，切削过程中所消耗的能量越多。2）切屑的种类切削加工中，当工件材料、切削条件不同时，会形成不同的切屑。按其形态不同，可分为图1-12所示的四种类型。图1-12 切屑类型3）积屑瘤在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前
38、刀面靠近切削刃的部位都附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤，或称刀瘤，如图1-13所示。 图1-13 积屑瘤在形成积屑瘤的过程中，金属材料因塑性变形而被强化。因此，积屑瘤的硬度比工件材料的硬度高，能代替切削刃进行切削，起到保护切削刃的作用。积屑瘤的存在，增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，粗加工时希望产生积屑瘤。但是积屑瘤会导致切削力的变化，引起振动，并会有一些积屑瘤碎片部附在工件己加工表面上，使表而变得粗糙，故精加工时应尽量避免积屑瘤产生。因此，一般精车、精铣采用高速切削，而拉削、铰削和宽刀精刨时，则采用低速切削，以避免形成积屑瘤。选用适当的切削液，可有效地降低切削温度，减小摩擦，也是减少或避
39、免积屑瘤的重要措施之一。（2）切削力和切削功率切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力。切削力所作的功就是切削功。1）切削力切削力来源有两个方面：即切削层金属变形产生的变形抗力和切屑、工件与刀具间摩擦产生的摩擦抗力。如图1-14为切削力的来源。切削力是一个空间力，大小和方向都不易直接测定。为了适应设计和工艺分析的需要，一般把切削力分解，研究它在一定方向上的分力。 图1-14 切削力的来源 图1-15切削力分解如图1-15所示，切削力 F可沿坐标轴分解为三个互相垂直的分力 Fc、Fp、Ff。l）主切削力Fc：切削力在卞运动方向上的分力。2）背向力Fp：切削力在垂直于假定工作平面方向上的分力。3
40、）进给力Ff： 切削力在进给运动方向上的分力。 它们的关系是： 车削时，主切削力是最大的一个分力，它消耗切削总功率的95左右，背向力在车外圆时不消耗功率，进给力作用在机床的进给运动机构上，消耗总功率的5左右。切削力的大小是由很多因素决定的，如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀具材料等。在一般情况下，对切削力影响比较大的是工件材料和切削用量。（3）切削热和切削温度金属切削过程中消耗的能量除了极少部分以变形能留存于工件表面和切屑中，基本上转变为热能。大量的切削热导致切削区域温度升高，直接影响刀具与工件材料的摩擦系数、积屑瘤的形成与消退、刀具的磨损、工件的加工精度和表面质量。1）切削热在切削过
41、程中，由于绝大部分的切削功都转变成热量，所以有大量的热产生，这些热称为切削热。切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围的介质（如空气）传出。各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等。实验结果表明，车削时的切削热主要是由切屑传出的。切削热传出的比例是：切屑传出的热约为5086；工件传出的热约为4010；刀具传出的热约为93；周围介质传出的热约为1。传入切屑及介质中的热量越多，对加工越有利。传入刀具的热量虽不是很多，但由于刀具切削部分体积很小，因此刀具的温度可达到很高（高速切削时可达到1000以上）。温度升高以后，会加速刀具的磨损。传入工件的热可能使工件变形，产生形状和尺
42、寸误差。在切削加工中要设法减少切削热的产生、改善散热条件以及减小高温对刀具和工件的不良影响。2）切削温度切削温度一般是指切屑与刀具前刀具面接触区的平均温度。切削温度的高低，除了用仪器进行测定外，还可以通过观察切屑的颜色人致估计出来。例如，切削碳钢时，随着切削温度的升高，切屑的颜色也发生相应的变化，淡黄色约200，蓝色约320。切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何形状等因素的影响。 切削速度对切削温度影响最大，切削速度增大，切削温度随之升高：进给量影响较小；背吃刀量影响更小。前角增大，切削温度下降，但前角不宜太大，前角太大，切削温度反而升高；主偏角增大，切削温度升高。（4）刀具磨损和刀具耐用度一把刀具使用一段时间以后，它的切削刃变钝，以致无法再使用。对于可重磨刀具，经过重新刃磨以后，切削刃恢复锋利，仍可继续使用。这样经过使用一磨钝一刃磨锋利若干个循环以后，刀具的切削部分便无法继续使用，而完全报废。刀具从开始切削到完全报废，实际切削时问的总和称为刀具寿命。1）刀具磨损的形式与过程刀具正常磨损时，按其发生的部位不同可分为三种形式，即后刀面磨损、前刀面磨损、前刀面与后刀面同时磨损（图1-16中 VB代表后刀面磨损尺寸）。a、后刀面磨损
