车削加工的过程及应用设计word版

继续教育学院毕业设计论文题目车削加工的过程及应用毕业设计（论文）任务书目录1.车削加工的定义 (3)2.车削加工的构成 (3)2.1车削运动的构成 (3)2.2车削过程中的切削用量及切削层参数 (4)2.2.1切削速度 (4)2.2.2进给量 (4)2.2.3背吃刀量 (5)2.2.4切削层参数 (5)2.3车削过程中工件表面的变化 (6)2.4切屑的形成及种类 (6)2.4.1切屑的形成过程 (6)2.4.2切削的种类 (7)2.4.3 (8)2.5车削过程中的切削力与切削功率 (9)2.5.1切削力的来源与分解 (9)2.5.2切削力的估算 (10)2.4.3切削功率Pm (11)3切削刀具 (11)3.1刀具的材料 (11)3.1.1常用刀具材料 (12)3.2刀具角度 (12)3.2.2车刀主要角度加工中的作用 (13)3.2.3车刀的工作角度 (14)4.车削加工的应用及其经济性原则 (15)4.1车削加工的应用及其特点 (15)4.2车削加工工艺的经济性 (16)5.车削加工设备简介 (17)5.1机床的组成 (17)5.2机床的传动 (17)5.3机床的导向 (17)5.4数控车床的简介 (18)6.结论 (18)车削加工的过程及应用摘要：本文通过对车削加工过程中的力，与运动进行了详细阐述并解释了其对车削经济性及生产工艺成本的影响。

通过不同因素的不同影响方向阐述了，车削经济性的基本原则，并对车削设备进行了简要的说明。

关键词：车刀、车削运动、车削力、车削经济性随着现代制造技术的迅速发展，机械加工方式层出不穷，但是使刀具与工件坯料处于一定的相对位置并发生相对运动的切削加工方式，仍然是主要的机械加工方式。

金属切削加工的方式很多，常用的有车削、铣削、刨削、镗削、磨削、钻削等。

本文将对车削加工的原理、工艺以及应用范围进行尝试性探讨。

1.车削加工的定义车削加工是指用车刀在车床上使刀具与工件产生相对运动，从而获得所需要的零件尺寸形状及粗糙度要求的一种切削加工。

2.车削加工的构成机械零件形状很多，但主要由外圆面、内圆（孔）面、平面和成形面等基本表面组成。

如外圆面和孔是以一直线为母线，以圆为轨迹作旋转运动而形成的。

根据母线与圆心轴线的不同相对位置又可形成圆柱面、圆锥面和段平面等。

平面则是以一直线为母线，以另一直线作为轨迹作平移运动所形成的。

这些母线和运动轨迹，都是通过刀具与工件之间的相对运动（即切削运动）来实现的。

2.1车削运动的构成根据在切削过程中的作用不同，切削运动可分为主运动和进给运动。

主运动：主要完成切削的运动，通常他的速度最高，消耗功率最大。

在一种加工方式中主运动只有一个（图2-1）。

进给运动:使切削运动连续进行的运动，进给运动可有一个或一个以上（图2-1）。

图2-1 车削运动和工件上的表面当主运动和进给运动同时进行时，切削刃上某一点相对于工件的运动为合成运动。

2.2车削过程中的切削用量及切削层参数切削用量是衡量切削加工时切削运动大小及工件与刀具相对位置的量。

它通常包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。

之所以称为三要素，是因为在切削加工中，这三者缺一不可，对切削过程有重要影响。

2.2.1切削速度表示。

切削刃上选定点相对于工件上的主运动的瞬时速度，以Vc当主运动为旋转运动时，切削速度定义为其最大线速度，按下式计算：式中：d——工件或刀具的直径，mm；n——工件或刀具的转速，r/s或r/min；的单位为m/s或m/min。

2.2.2进给量刀具在进给方向上相对工件的单位位移量。

车削加工中用刀具或工件每转或每行程的位移量来度量，以f表示单位为mm/r或mm/st。

之间的关系如下：f、vfv=fn （2-2）f式中：n——工件的转速，r/s或r/min。

v的单位为mm/s或mm/min。

f2.2.3背吃刀量在通过切削刃上选定点并垂直该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于表示，单位为mm.进给运动方向测量的尺寸，以ap车外圆时，a的计算式如下：p=（2-3）ap式中：d——工件待加工表面直径，mm；wd——工件已加工表面直径，mm。

ma的单位为mm。

p图2-2 车削时切屑层参数2.2.4切削层参数切削层是切削过程中，刀具切削部分正在切除的工件材料层，通常在前述切削层尺寸平面中测量。

它决定了切屑的尺寸和刀具切削部分的载荷等其它参数。

在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实（1）切削层公称横截面积AD际横截面积，单位为mm2。

在给定瞬间，沿主切削刃测量的切削层尺寸，单位（2）切削层公称宽度bD为mm。

在同一瞬间，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸，（3）切削层公称厚度hD单位为mm。

由定义可知（2-4）在车削时，当残留面积很小时可以认为（2-5）2.3车削过程中工件表面的变化车削加工过程中在切削运动的作用下，工件表面上一层金属不断的被切下来变为切削，从而加工出所需要的新的表面，在新表面形成的过程中，工件上有三个依次变化着的表面，他们分别是待加工表面（过渡表面）、切削表面和已加工表面（图2-2）。

待加工表面：即将被切去的金属层表面。

切削表面：切削刃正在切削而形成的表面，切削表面又称加工表面或过渡表面。

已加工表面:已经切去多余金属层而形成的新表面。

2.4切屑的形成及种类2.4.1切屑的形成过程金属切削过程实际上是一种挤压过程，在刀具的挤压作用下，塑性材料（如优质碳素钢、碳素结构钢等）的被切削层金属已经过弹性变形——塑性剪切滑移（脆性材料无此阶段如铸铁件）——挤裂而形成切屑，同时切屑和工件已加工表面分别与刀具的前、后刀面发生挤压和摩擦，继续产生塑性变形。

在金属切削研究中，将以上变形以及由此产生的物理现象，归纳到切削刃附近的三个变形区（图2-3）来分析讨论。

塑性材料的剪切滑移变形主要发生在第Ⅰ变形区内。

金属材料的变形程度、切削力、切削热的大小和切削形态等，主要决定于该区的状况。

在切削速度较大时，该区就逐渐变窄成一个面（图中OM面），通常OM面的位置就反映了金属变形程度。

刀具前刀面的磨损和积屑瘤现象就发生在第Ⅱ变形区内。

刀具后刀面的磨损以及已加工表面的质量（包括加工硬化、表面纤维化等），均发生在第Ⅲ变形区内。

图2-3 三个变形区的示意图2.4.2切削的种类工件材料的塑性不同、刀具的前角不同或采用不同的切削用量等，会形成不同类型的切屑，同时也反映了对切削加工的不同影响。

常见的切屑种类有以下几种(1)带状切屑其特征是切削连绵不断，底部很光滑。

通常用大前角、较高的切削速度、较小的切削厚度切削塑性材料时易得到。

这时切削力稳定，加工表面较光洁，但切屑易缠绕工件，即不安全又会刮伤已加工表面。

精加工时出现这种切屑较为理想，但必须采取断屑措施。

(2)挤裂切屑挤裂切屑又称节状切屑，切屑的背部呈锯齿形，底面有时出现裂纹，这时表明材料的剪切滑移量较大，使切削材料局部地方加工硬化严重，达到了断裂强度。

在用较低的切削速度、较大的切削厚度或刀具前角较小时，加工较硬的塑性金属材料时容易产生。

此时切削力波动较大，已加工表面粗糙度值大，粗加工时才允许出现。

(3)崩碎切屑切屑为不规则的碎块状，这时工件已加工表面凹凸不平。

在切削铸铁黄铜等脆性材料时会产生。

工件材料越是硬脆、刀具前角越小、切削厚度越大时，崩碎现象越严重。

此时刀尖也越容易磨损，以加工表面质量也越差。

切屑的形状可以随切削条件的改变而变化，在生产中可通过采取不同措施来得到理想的切削，以保证切削加工的顺利进行。

图2-4切削的种类2.4.3积削瘤在一定条件下切削塑性金属时，常发生刀具前刀面靠近切削刃的部位，粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤或称刀瘤（图2-5）。

图2-5积屑瘤2.4.3.1积屑瘤的形成切屑与刀具在第Ⅱ变形区发生强烈的挤压和摩擦，切屑底面金属的流动速度变慢而形成“滞流层”，在适当的温度和压力作用下，前刀面对滞流层的摩擦力和粘接力超过切屑材料的内部分子结合力时，部分滞流层金属会粘接在刀刃附近，形成积屑瘤。

积屑瘤是不稳定的，它不断的产生、长大和破裂，或被切屑带走，或嵌附在工件表面上。

2.4.3.2积屑瘤对切削加工的影响积屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃进行切削，保护刀刃以减少磨损；此外积屑瘤增大了刀具实际工作前角，使切削轻快，所以粗加工时可以利用积屑瘤。

但是，积屑瘤的顶端伸出刀刃之外，且不断的产生和脱落，使切削层公称厚度不断变化，影响工件尺寸精度。

而切削力的变化又会引起振动，加上一些积屑瘤碎片会粘附在已加工表面上，增加工件表面粗糙度值。

因此，精加工时应当避免积屑瘤产生。

2.4.3.3积屑瘤的控制首先可控制切削速度，因为切削速度与摩擦系数、切削温度关系密切，从而影响积屑瘤的产生和大小。

试验证明当切削速度很低（v<5m/min）时，以及切削速度很高（v>100m/min）时，都不会产生积屑瘤。

因此，精车一般采用高速切削，而精车丝杆采用低速加工以避免积屑瘤的影响。

此外，降低工件材料的塑性（如低碳钢、不锈钢等正火后切削），增大刀具前角和选用适当的切削液等，都是有效地减少或避免积屑瘤的重要措施。

2.5车削过程中的切削力与切削功率2.5.1切削力的来源与分解刀具切削工件时，必须首先克服材料的变形抗力，主要是第Ⅰ变形区的剪切滑移抗力，加上第Ⅱ、第Ⅲ变形区的摩擦阻力，这些力的合力就构成了作用在刀具上的总切削力F。

实际加工中，总切削力的方向和大小的测定既不容易也没有必要。

为了适应设计和工艺分析的需要，又便于测定，通常将总切削力分解为三个相互垂直的里（图2-6）图2-6 车外圆时的切削合力与分力2.5.1.1主切削力FcF在主运动方向上的分力（又称切向力），垂直于基面，其大小约占F的80%~90%。

其消耗的功率约占总功率的90%以上。

它是计算机床动力、刀具和夹过大时，具强度与刚度的主要依据，也是选择刀具角度和切削用量的依据。

若Fc往往会使刀具损坏或使机床发生“闷车”现象。

2.5.1.2进给力FfF在进给运动方向上的分力（又称走刀抗力，轴向力），作用在基面内，它消耗的功率只占总功率的1%~5%。

它是设计和校验进给机构强度的依据。

2.5.1.3背向力FPF在垂直进给方向上的分力（又称吃刀抗力、径向力），作用在基面内，它不消耗功率。

但它一般作用在机床、工作刚度较弱的方向上，易使刀架位移和工件变形，且易引起振动，影响工件的加工精度。

当工件刚度较小（如车细长轴）时，应当设法减小或消除Fp 的影响。

常使主偏角kr=90°，就是为了消除背向力的影响。

2.5.2切削力的估算切削力的大小是由很多因素决定的，有工件材料、刀具角度、切削用量、刀具材料和切削液等。

一般影响较大的是工件材料和切削用量。

目前由于切削力的理论计算公式较繁琐，又精度不高，所以用实验测量方法总结的经验公式得到广泛的应用。