阶梯轴类机械零件的加工工艺基础知识模板.doc

长春汽车工业高等专科学校

毕 业 实 践 报 告

题目/实践名称 阶梯轴类零件加工工艺

专业 / 班级

学 生 姓 名

学 号

企业指导老师

校内指导老师

起 止 时 间 -3～-4

实 习 单 位

目录
内容摘要
Abstract
第一部分 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.1引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.2实践单位基础情况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
第二部分 机械制造工艺基础知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.1选择车刀、车床和工件安排方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.2确定加工工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

第三部分 机械加工表面精度和工艺规程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
3.1车削基础知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
3.2机械加工工艺过程和工艺规程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
3.3加工精度和表面质量含义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.4拓展知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
参考文件
附录
致谢

内容摘要
中国社会主义现代化要求机械制造工业为国民经济个部门技术进步，技术改造提供优异高效技术装备，她首先要为中国正在发展产业包含农业，重工业，轻工业和其它产业提供质量优良优异技术设备，同时还要为新材料新能源机械工程等新技术生产和应用提供基础设备。
伴随科学技术和工业生产飞速发展，国民经济个部门迫切需要多种多样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉机械产品。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关键步骤，所以采取数控加工就成了首选，因为她工作效率高，质量好，加工精度高。
本文关键介绍了数控加工工艺概述。数控加工切削基础，数控加工工艺设计及数控加工工艺文件，数控加工工具系统，数控加工夹具，阶梯轴类零件数控加工工艺，数控切削等。
关键词：工艺分析； 刀具选择； 工序确定 ；装夹方法

Abstract
China's 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 industries 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 science 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, 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 machining 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技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，很好地处理多品种、小批量和复杂零件加工和生产过程自动化问题。伴随科技迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人和各类机电一体化设备上。同时，社会经济飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有快速发展和提升。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中组成数控加工技术专业知识及专业技能关键组成部分，经过毕业设计使我们学会了对相关学科中基础理论、基础知识进行综合利用，同时使对本专业有较完整、系统认识，从而达成巩固、扩大、深化所学知识目标，培养和提升了综合分析问题和处理问题能力，和培养了科学研究和发明能力。
数控技术不停发展，数控技术很快会普极中国工业基地，成为工业发展标志，数控技术成熟也是现代科技发展标志，所以数控技术也是国家经济表现，中国经济正加紧向新兴工业化道路发展，制造业已成为国民经济支柱产业。
本毕业设计内容关键是具体叙述利用数控车床来加工零件。大致包含了数控技术特点叙述、零件工艺分析过程、选择刀具及切削基础知识等加工中部分问题处理方法，另外还有设计说明书、参考文件、毕业设计小结、致谢、附录等部分。
1.2实习单位基础情况
一汽-大众汽车于1991年2月6日正式成立，1997年8月正式经过国家验收。12月7日，一汽-大众企业轿车二厂正式建成投产。经过不停发展，一汽-大众企业现已形成日产1000多辆整车生产能力，同时实现部分整车、总成及零部件出口。
　　一汽-大众汽车采取优异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。它建成，使中国轿车工业进入了大规模生产新时期。国家对外经济贸易部确定一汽-大众为“技术优异企业”，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-大众正式经过ISO9001质量体系认证；，一汽-大众经过ISO9001()标准认证，并荣获ISO14001环境管理体系认证证书。
　　1998年，一汽-大众正式经过ISO9001质量体系认证；，一汽-大众经过ISO9001（）标准认证，并荣获ISO14001环境管理体系认证证书。3月20日经过了德国技术监督协会TüV cert认证企业审核，取得了VDA6.1补充证书。企业生产产品还于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-大众企业从一个注册资本只有37.12亿元人民币企业发展到现在拥有276亿元人民币大型汽车企业，现在，一汽-大众企业累计向国家上缴税金达成400多亿元人民币。
　　一汽-大众一厂、二厂设在长春，在成全部设有三厂和计划中佛山四厂。成全部三厂现在日趋完善，现在冲压焊装车间已经建成，成全部工厂现在有快要1000名职员在长春各个部门工作学习和培训，未来成全部将是一汽大众100万辆目标不可缺乏者，在末ncs车型将下线，未来速腾下一代nf也将面世，ncs模具也已经正在中国外制造中。
　　现在，一汽-大众汽车职员总职员达20248人，上游400多家供给商，下游600多家经销商，总共包含到30万人。

第二部分 机械制造工艺基础知识

2.相关实践知识
轴类零件是机械结构中用于传输运动和动力关键零件之一，其加工质量直接影响到机械使用性能和运动精度。轴类零件关键表面是外圆，车削是外圆加工关键方法。
2.1　选择车刀、车床和工件安装方法
2.1.1车刀类型和选择
（1）车刀类型；
车刀是金属切削加工中应用最广一个刀具，它可在多种类型车床上加工外圆、内孔、倒角、切槽和切断、车螺纹和其它成形面。
车刀类型很多，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，图1-2a，用来车削外圆、台阶、端面。因为主偏角大，，切削时产生背向切削力小，故很适宜车细长轴类工件
弯头刀——以45°弯头刀最为常见，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，可降低辅助时间，提升生产效率。
切断刀（切槽刀）——图1-2c，用来切断工件或在工件上加工沟槽。
镗刀——图1-2d，用来加工内孔。
圆头刀——图1-2e，用来车削工件台阶处圆角和圆弧槽。
螺纹车刀——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，刀具磨损后能够数次重磨。但刀杆也为高速钢材料，造成刀具材料浪费。刀杆强度低，当切削力较大时，会造成破坏。通常见于较复杂成形表面低速精车。
图1-3焊接式车刀

硬质合金焊接式车刀——图1-3所表示，这种车刀是将一定形状硬质合金刀片钎焊在刀杆刀槽内制成。其结构简单，制造刃磨方便，刀具材料利用充足，应用十分广泛。但其 切削性能受工人刃磨技术水平和焊接质量影响，且刀杆不能反复使用，材料浪费。
可转位车刀——用机械夹固方法将可转位刀片固定在刀槽中而组成车刀，图1-4所表示。其优点是耐用度高、刀片更换方便、快速，并可使用多个材料刀片，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，采取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，可采取切断刀和螺纹车刀。
（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一套角度，关键包含主偏角Кr、副偏角Кr′、前角γ0、后角α0、刃倾角λs、副后角α0′六个。图1-5所表示
主偏角Кr。它是基面内主切削平面和假定工作平面之间夹角。
副偏角Кr′，它是基面内副切削平面和假定工作平面之间夹角。
前角γ0。它是正交平面内前面和基面之间夹角。
后角α0。它是正交平面内后面和切削平面之间夹角。
刃倾角λs。它是主切削平面内主切削刃和基面之间夹角。
副后角α0′。它是副切削刃正交平面(即副剖面)内副后面和副切削平面之间夹角。

图1-5 外圆车刀基础几何角度
刀具工作角度是刀具在工作时实际切削角度，它受到切削运动和刀具安装影响。所以，车刀工作角度不等于其标注角度。
（3）车刀安装要求
车刀安装要求；
1） 车刀刀尖应和工件中心等高，图1-6所表示为刀尖不对准工件中心后果。1-7a为刀具安装高低对工作角度影响。车刀刀尖高于工件中心，工作前角γoe增大，而工作后角αoe减小。当刀尖低于工件中心时，角度改变情况下好相反。图1-7b为车端面情况。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；粗车通常外圆、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后果

2）刀杆偏斜对工作主、副偏角影响。刀杆偏斜会使车刀工作主偏角增大，工作副偏角减小。
3）车刀装夹在刀架上伸出部分应尽可能短以增强其刚性，图1-7所表示。通常车刀伸出长度约为刀杆宽度1～1.5倍，下面垫片数量要尽可能少，并和刀架边缘对齐。

图1-7 车刀装夹
a）正确b）、不正确c）不正确

（4）车刀材料及选择
高速钢：高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多合金工具钢，热处理后硬度为62~66HRC，抗弯强度约为33GPa，耐热性为600℃左右。高速钢又可分为一般高速钢、高性能高速钢、粉末冶金高速钢及涂层高速钢。
硬质合金：由硬度和熔点很高碳化物（硬质相，如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属（粘结相，如Co、Ni、Mo等）经过粉末冶金工艺制成。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关键用于脆性材料，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许金属，在高温下烧结而成。陶瓷刀含有很高耐磨性和耐热性，良好抗粘结性和较低摩擦系数，化学性能稳定。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，通常见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51~54HRC硬度镍基合金、高锰钢等难加工材料。
金刚石：金刚石硬度耐磨性很好，可用于切削硬度高部分材料，但因为金刚石耐热度较低，只有700~800℃，故工作温度不能过高。另外，因其易和碳亲合，所以不宜用于加工含碳黑色金属。
立方氮化硼：其硬度和耐磨性仅次于金刚石，有较强抗粘结能力，和钢摩擦系数小，适适用于高速切削钢材及耐热合金。因其价格高，通常见于加工高硬度材料或超精加工。
（5）刀杆截面形状和尺寸选择。
车刀刀杆截面形状有矩形、方形和圆形三种。通常见矩形，切削力较大时采取方形，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
车床根据用途和功效不一样，可分为很多类型，如卧式车床、立式车床、落地车床和转塔车床等，图1-8所表示。本节内容关键介绍最常见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）车床功效和型号
车床功效 车床适适用于加工多种轴类、套筒类和盘类零件上回转表面，如内外圆柱面、圆锥面及成形回转表面、车削端面及多种常见公制、英制、模数制和径节制螺纹，还能够钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。
车床型号 通用机床型号表示方法以下：
（△） □ （□） △ △ （△） （□） （△）
分类代号
类代号
通用特征及结构性代号（可有一个或多个）
组、系代号
主参数或设计次序号
第二主参数
重大改善次序号
同一型号机床变型代号

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
如本轴加工关键设备CA6140车床中，C为类代号，表示车床；A为结构性代号，以区分和C6140和CY6140区分；61说明该机床属于车床类6组1系；40为该车床主参数，表示最大加工直径是400mm。无第二主参数、重大改善次序号及变型代号。

（2）CA6140车床组成和技术性能
比如：CA6140车床，关键组成部件有：
主轴箱：支承并传动主轴，使主轴带动工件根据要求转速旋转，实现主运动。
床鞍和刀架：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：车床基础支承件，在其上安装车床关键部件，以保持它们相对位置。
溜板箱：把进给箱传来运动传输给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。其上有多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螺距或机动进给进给量。
CA6140关键技术性能参数以下：

床身上最大工件回转直径 400mm
最大工件长度（4种规格） 750mm;1000mm;1500mm;mm
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 10~1400r/min
反转12级 14~1580r/min
进给量 纵向进给量64级 0.028~6.33mm/r
横向进给量64级 0.014~3.16mm/r
床鞍和刀架快速移动速度 4m/min
车削螺纹范围 米制螺纹44种 T=1~192mm
英制螺纹20种 a=2~24牙/in
模数螺纹39种 m=0.25~48mm
径节螺纹37种 DP=1~96牙/in
主电动机 7.5KW,1450 r/min

2.1.3　工件安装
（1）三爪卡盘上找正安装工件
三爪卡盘装夹能自动定心，但其定心正确度不高。装夹时，把工件直接夹持在三爪卡盘上，依据工件一个或多个表面用划针或指示表找正工件正确位置后再进行夹紧。
（2）一夹一顶安装工件
一夹一顶即轴一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔工件安装方法。这种安装方法可提升轴装夹刚度，此时轴外圆和中心孔同作为定位基面，常见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锥堵或锥套心轴，用车床主轴和尾座顶尖顶两端中心孔工件安装方法。此时定位基准和设计基准统一，能在一次装夹中加工多处外圆和端面，并可确保各外圆轴线同轴度和端面和轴线垂直度要求，是车销、磨销加工中常见工件安装方法。
2.2　确定加工工艺
图1-9为某传动轴，从结构上看，是一个经典阶梯轴，工件材料为45，生产纲领为小批或中批生产，调质处理220～350HBS。

技术要求
调质处理HBS217～255。
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分析阶梯轴结构和技术要求
该轴为一般实心阶梯轴，轴类零件通常只有一个关键视图，关键标注对应尺寸和技术要求，而其它要素如退刀槽、键槽等尺寸和技术要求标注在对应剖视图。
轴颈和装传动零件配合轴颈表面，通常是轴类零件关键表面，其尺寸精度、形状精度（圆度、圆柱度等）、位置精度（同轴度、和端面垂直度等）及表面粗糙度要求均较高，是轴类零件机械加工时，应着重保障要素。
图1-9所表示传动轴，轴颈M和N处是装轴承，各项精度要求均较高，其尺寸为Ф35js6(±0.008)，且是其它表面基准，所以是关键表面。配合轴颈Q和P处是安装传动零件，和基准轴颈径向圆跳动公差为0.02（实际上是和M、N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，和基准轴颈圆跳动公差为0.02（实际上是和M、N轴线垂直度），也是较关键表面，同时还有键槽、螺纹等结构要素。
2.2.2明确毛坯情况
通常阶梯轴类零件材料常选择45钢；对于中等精度而转速较高轴可用40Cr；对于高速、重载荷等条件下工作轴可选择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。阶梯轴类零件毛坯最常见是圆棒料和锻件。
2.2.3确定工艺路线；
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发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，关键表面精加工放在最终进行。传动轴大多是回转面，关键是采取车削和外圆磨削。因为该轴Q、M、P、N段公差等级较高，表面粗糙度值较小，应采取磨削加工。其它外圆面采取粗车、半精车、精车加工加工方案。
2）划分加工阶段
该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（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
轴类零件各表面设计基准通常是轴中心线，其加工定位基准，最常见是两中心孔。采取两中心孔作为定位基准不仅能在一次装夹中加工出多处外圆和端面，而且可确保各外圆轴线同轴度和端面和轴线垂直度要求，符合基准统一标准。
在粗加工外圆和加工长轴类零件时，为了提升工件刚度，常采取一夹一顶方法，即轴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。如采取锻件毛坯，必需首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可无须进行正火处理。
5）加工工序安排
应遵照加工次序安排通常标准，如先粗后精、先主后次等。另外还应注意：
外圆表面加工次序应为：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刚度。
轴上花键、键槽等表面加工应在外圆精车或粗磨以后、外圆精磨之前。这么既可确保花键、键槽加工质量，也可确保精加工表面精度。
轴上螺纹通常有较高精度，其加工应安排在工件局部淬火之前进行，避免因淬火后产生变形而影响螺纹精度。
该轴加工工艺路线为：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：Φ65×265；
粗车时，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，Φ44及Φ62台阶车到图纸要求尺寸，其它台阶均留0.5mm余量。
铣加工：止动垫圈槽加工到图纸要求尺寸，键槽铣到比图纸尺寸多0.25mm，作为磨销余量。
精加工：螺纹加工到图纸要求尺寸M24х1.5-6g，各外圆车到图纸要求尺寸。
2.2.5选择设备工装
外圆加工设备：一般车床CA6140
磨削加工设备：万能外圆磨床M1432A
铣削加工设备：铣床X52
2.2.6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
ф65х265

2
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、长度均留余量2mm
CA6140
调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面确保总长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2mm
CA6140
3
热
调质处理24~38HRC

4
钳
修研两端中心孔
CA6140
5
车
双顶尖装夹。半精车三个台阶，螺纹大径车到ф,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，半精车余下五个台阶，ф44及ф52台阶车到图纸要求尺寸。螺纹大径车到,其它两个台阶直径上留余量0.5mm,车槽三个,倒角四个
CA6140
6
车
双顶尖装夹，车一端螺纹M24х1.5-6g，调头，双顶尖装夹，车另一端螺纹M24х1.5-6g
CA6140
7
钳
划键槽及一个止动垫圈槽加工线

8
铣
铣两个键槽及一个止动垫圈槽，键槽深度比图纸要求尺寸多铣0.25mm，作为磨削余量
X52
9
钳
修研两端中心孔
CA6140
10
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。
M1432A
11
检
检验

第三部分 机械加工表面精度和工艺规程
3.1　车削基础知识
工件表面是工件和刀具在机床上经过相对运动而形成。
3.1.1车削运动和工件上加工表面
（1）车削运动
车削运动包含主运动和进给运动，图1-10所表示为外圆车削运动和表面形成。
主运动：由机床或人力提供关键运动，它促进刀具和工件之间产生相对运
图1-10 外圆车削运动和加工表面形成

动，从而使刀具前刀面靠近工件，从工
件上直接切除金属。它含有切削速度高，消耗功率大特点。工件旋转就是车削时主运动。
进给运动：由机床或人力提供运动，它使刀具和工件之间产生附加相对运动，使主运动能够继续切除工件上多出金属，方便形成所需几何特征加工表面。刀具移动就是车削时进给运动。
（2）加工表面
切削加工过程是一个动态过程，在这一过程中，伴随刀具和工件相对运动进行，工件表层被切削金属层被连续不停地切下来，变成切屑。同时，在工件上有三个不停改变着表面，它们是：
待加工表面：工件上有待加工表面。
已加工表面：工件经切削后产生表面。
过渡表面：工件上由刀具切削刃形成正在切削那一部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件下一转里被切除，或由下一切削刃切除。
3.1.2切削用量三要素和切削用量选择
切削速度Ve、进给量f(或进给速度Vf)、背吃刀量ap称为切削用量三要素。
确定切削用量时，应在确保加工质量（表面粗糙度和加工精度）要求下，在工艺系统刚性许可情况下，在充足发挥机床功率和发挥刀具切削性能时最大切削量。
在粗加工时，工件加工精度和表面质量要求不高，毛坯加工余量大，选择切削用量时，关键考虑提升切削加工生产率和合适控制刀具磨损，应选择较大背吃刀量ap。采取一次或二次走刀，就把本工序中加工余量切除掉。
在精加工时，应关键确保工件加工精度和表面质量，故应选较小进给量，并尽可能地选择较大切削速度。进给量和切削速度选择应和所用机床功率和刀具情况相适应。具体可查手册。
3.1.3金属切削过程中物理现象。
金属切削过程是指在机床上利用刀具，经过刀具和工件之间相对运动．从工件上切下多出金属，从而形成切屑和已加工表面过程。在这个过程中，会产生一系列象，如切削变形、切削力、切削热和切削温度、刀具磨损等。
（1）切屑形成和积屑瘤
1）切屑形成和切削变形区
塑性金属切削过程在本质上是被切削层金属在刀具挤压作用下产生变形并和工件本体分离形成切屑过程。
图1-11 切削过程中变形区

图1-11所表示，切削过程是伴伴随切削运动进行。伴随切削层金属以切削速度Vc向刀具前刀面靠近，在前刀面挤压作用下，被切金属产生弹性变形，并逐步加大，其内应力也在增加。当被切金属运动到图1-11OA线时，其内应力达成屈服点，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）。伴随被切金属继续向前刀面迫近，塑性变形加剧，内应力深入增加，抵达OM线时，变形和应力达成最大。OM称为终滑移线（终剪切线）。切削刃周围金属内应力达成金属断裂极限而使被切金属和工件本体分离。分离后变形金属沿刀具前刀面流出，成为切屑。
对照上述切削变形分析，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线晶粒剪切滑移基础完成，这一区域（I）称为第一变形区。
切屑沿前刀面排出时深入受到前刀面挤压和摩擦，使切屑底层靠近前刀面处金属纤维化，其方向基础上和前刀面平行。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挤压、摩擦和回弹作用，造成纤维化和加工硬化，这一区域（III）称为第三变形区。
三个变形区各具特点．又相互联络、相互影响。切削过程中产生很多现象均和金属层变形相关。在切削过程中，变形程度越大，工件表面质量越差，切削过程中所消耗能量越多。
2）切屑种类
切削加工中，当工件材料、切削条件不一样时，会形成不一样切屑。按其形态不一样，可分为图1-12所表示四种类型。

图1-12 切屑类型

3）积屑瘤
在一定范围切削速度下切削塑性金属时，常发觉在刀具前刀面靠近切削刃部位全部附着一小块很硬金属，这就是积屑瘤，或称刀瘤，图1-13所表示。

图1-13 积屑瘤

在形成积屑瘤过程中，金属材料因塑性变形而被强化。所以，积屑瘤硬度比工件材料硬度高，能替换切削刃进行切削，起到保护切削刃作用。积屑瘤存在，增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，粗加工时期望产生积屑瘤。不过积屑瘤会造成切削力改变，引发振动，并会有部分积屑瘤碎片部附在工件己加工表面上，使表而变得粗糙，故精加工时应尽可能避免积屑瘤产生。
所以，通常精车、精铣采取高速切削，而拉削、铰削和宽刀精刨时，则采取低速切削，以避免形成积屑瘤。选择合适切削液，可有效地降低切削温度，减小摩擦，也是降低或避免积屑瘤关键方法之一。
（2）切削力和切削功率
切削过程中作用在刀具和工件上力称为切削力。切削力所作功就是切削功。
1）切削力
切削力起源有两个方面：即切削层金属变形产生变形抗力和切屑、工件和刀具间摩擦产生摩擦抗力。图1-14为切削力起源。
切削力是一个空间力，大小和方向全部不易直接测定。为了适应设计和工艺分析需要，通常把切削力分解，研究它在一定方向上分力。

图1-14 切削力起源 图1-15切削力分解
图1-15所表示，切削力 F可沿坐标轴分解为三个相互垂直分力 Fc、Fp、Ff。
l）主切削力Fc：切削力在卞运动方向上分力。
2）背向力Fp：切削力在垂直于假定工作平面方向上分力。
3）进给力Ff： 切削力在进给运动方向上分力。
它们关系是：

车削时，主切削力是最大一个分力，它消耗切削总功率95％左右，背向力在车外圆时不消耗功率，进给力作用在机床进给运动机构上，消耗总功率5％左右。
切削力大小是由很多原因决定，如工件材料、切削用量、刀具角度、切削液和刀
具材料等。在通常情况下，对切削力影响比较大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能量除了极少部分以变形能留存于工件表面和切屑中，基础上转变为热能。大量切削热造成切削区域温度升高，直接影响刀具和工件材料摩擦系数、积屑瘤形成和消退、刀具磨损、工件加工精度和表面质量。
1）切削热
在切削过程中，因为绝大部分切削功全部转变成热量，所以有大量热产生，这些热称为切削热。切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围介质（如空气）传出。各部分传出百分比取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等。试验结果表明，车削时切削热关键是由切屑传出。切削热传出百分比是：切屑传出热约为50％～86％；工件传出热约为40％～10％；刀具传出热约为9％～3％；周围介质传出热约为1％。
传入切屑及介质中热量越多，对加工越有利。传入刀具热量虽不是很多，但因为刀具切削部分体积很小，所以刀具温度可达成很高（高速切削时可达成1000℃以上）。温度升高以后，会加速刀具磨损。传入工件热可能使工件变形，产生形状和尺寸误差。
在切削加工中要设法降低切削热产生、改善散热条件和减小高温对刀具和工件不良影响。
2）切削温度
切削温度通常是指切屑和刀具前刀具面接触区平均温度。切削温度高低，除了用仪器进行测定外，还能够经过观察切屑颜色人致估量出来。比如，切削碳钢时，伴随切削温度升高，切屑颜色也发生对应改变，淡黄色约200℃，蓝色约320℃。
切削温度高低取决于切削热产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何形状等原因影响。 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。这么经过使用一磨钝一刃磨锋利若干个循环以后，刀具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，实际切削时问总和称为刀具寿命。
1）刀具磨损形式和过程
刀具正常磨损时，按其发生部位不一样可分为三种形式，即后刀面磨损、前刀面磨损、前刀面和后刀面同时磨损（图1-16中 VB代表后刀面磨损尺寸）。

a、后刀面磨损 b、前刀面磨损 c、 前刀面和后刀面同时磨损

图1-16

图1-17 刀具磨损曲线

伴随切削时间延长，刀具磨损量不停增加。但在不一样时间阶段，刀具磨损速度和实际磨损量是不一样。图1-17反应了刀具磨损和切削时间关系，能够将
刀具磨损过程分为三个阶段，第一阶段（OA段）称为早期磨损阶段，第二阶段（AB段）称为正常磨损阶段， 第三阶段（BC段）称为急剧磨损阶段。
经验表明，在刀具正常磨损阶段后期、急刷磨损阶段之前，换刀重磨为最好。这么既可确保加工质量又能充足利用刀具材料。
增大切削用量时切削温度随之增高，将加速刀具磨损。在切削用量中，切削速度对刀具磨损影响最大。另外，刀具材料、刀具几何形状、工件材料和是否使用切削液等，也全部会影响刀具磨损。合适加人刀具前角，因为