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机加工101:什么是车削?

车削用车床从旋转工件的外部去除材料,而镗孔从旋转工件的内部做同样的事情。

车床车削工件的照片,切削工具向工件延伸。

车削是用车床从旋转工件的外径上去除材料的过程。单点工具将金属从工件剪切成(理想情况下)短的、明显的、易于回收的碎片。

数控车床具有恒定的表面速度控制,使操作者选择一个表面速度,然后机床自动调整转速,因为刀具横切不同直径沿着工件的外轮廓。现代车床也有单炮塔和双炮塔配置,单炮塔机床有一个水平和垂直轴,双炮塔机床有一个水平和垂直轴对,每个炮塔。

早期的车刀是实心的矩形高速钢件,一端有前刀和间隙角。当工具变钝时,机械师会在基座磨床上把它磨快,以便重复使用。高速钢工具在老式车床上仍然很常见,但碳化物已经变得更受欢迎,特别是在钎焊单点形式。硬质合金具有更好的耐磨性和硬度,可以提高生产率和刀具寿命,但它更昂贵,需要专业知识来重新磨尖。

速度和容量

车削是线性(工具)运动和旋转(工件)运动的结合。因此,切割速度被定义为旋转距离(记录为sfm -每分钟表面英尺-或smm -每分钟平方米-在一分钟内通过零件表面上的一个点)。进给速度(以英寸或毫米每转记录)是工具沿着或穿过工件表面的线性距离。进给量有时也表示为刀具在一分钟内移动的线性距离(in)。/分钟或毫米/分钟)。

进料速度要求因操作目的而异。例如,在粗加工中,高进给量通常更有利于最大限度地提高金属去除率,但需要较高的零件刚度和机器功率。精加工车削,同时,可能会减慢进给速度,以产生在零件图纸上指定的表面精加工。

工具几何基础

刀具的有效性很大程度上取决于刀具与工件的角度。本节定义的术语参考了定义切割和浮雕角度的插入件,但也适用于钎焊单点工具。

上前角(也叫后前角)是指从侧面前后观察刀具时,刀片的倾斜角与垂直于工件的线之间形成的角度。当从切割点向下倾斜进入柄时,顶耙为正;当从刀片顶部的线与柄顶部平行时,顶耙为中立;当从切割点向上倾斜并高于柄时,顶耙为负。插入和刀架也分为积极和消极两类。正面插入有角度的侧面,并安装到具有正面顶部和侧面前角的刀架上。反向刀片相对于刀片的顶面有正方形的侧面,并安装到具有负顶角和侧角的刀柄上。顶前倾角是独特的,因为它依赖于插入的几何形状-正地面或模压碎器可以改变有效顶前倾角从负到正。顶前角也倾向于更软和更有韧性的工件材料更大,这需要高的正剪切角,而更硬和更硬的材料最好用中性或负几何形状切割。

侧前角形成于刀片的表面和观察工件时垂直于工件的线之间。当这些角斜离刀刃时为正,当它们垂直于刀刃时为中性,当它们向上倾斜时为负。刀具可能的厚度取决于侧前角,较小的前角允许更厚的刀具增加强度,但需要更高的切削力。较大的角度产生更薄的切屑,减少切削力要求,但超过最大推荐角度,切削刃减弱,传热减少。

端刃角形成于刀具端部的插入切削刃和垂直于刀柄背面的线之间。这个角度决定了刀具和工件加工表面之间的间隙。

端面卸角位于端面切削刃下方,在镶件端面和垂直于刀架底座的直线之间形成。刀尖外伸可使端面间隙角(由刀柄端面和垂直于刀柄底部的一条线形成)大于卸角。

侧浮雕角是指侧刃下的角度。它是由刀片的侧面和一条垂直于刀柄底部的线组成的。与端面残留角一样,刀尖外伸会使侧间隙角(由刀柄侧面和垂直于刀柄底部的一条线形成)大于残留角。

车床将切削工具伸入正在车削的工件的第二张照片

超前角(也叫侧刃角或攻角)是在刀片侧刃和刀柄侧刃之间形成的。这个角度引导工具进入工件,并扩大它产生更宽、更薄的碎片。在选择刀具超前角时,首先要考虑工件的几何形状和材料条件。例如,在切割结垢、中断或硬化表面时,具有突出导向角的工具在不使刀具刃口受到严重冲击的情况下,能够获得较高的生产率。操作人员必须平衡这种优势与增加的部件偏转和振动,因为更大的超前角度会产生更高的径向力。零度超前角度车削工具产生的切屑宽度与车削操作的切削深度相等,而超前角度车削工具使有效切削深度和相应的切屑宽度超过工件的实际切削深度。大多数转向操作都能在超前角10到30度范围内有效地进行(公制系统将超前角从90度倒置,使理想的超前角范围为80到60度)。

足够的卸压角和间隙角都是必要的,在末端和侧面的工具进入切割。如果没有间隙,切屑就不会形成,但如果没有足够的间隙,刀具就会摩擦并产生热量。单点车削工具也需要端和侧间隙角度进入切割。

车削使工件受到切向、径向和轴向切削力的影响。切向力对功耗影响最大;轴向(进给)力在纵向上通过零件施加压力;径向力(切削深度)会将工件和工具条分开。“切割力”是这三种力的总和。与零度领先角度,他们有一个4:2:1(切:轴:径向)。随着超前角的增大,轴向力减小,径向切削力增大。

刀柄类型、刀尖半径和刀片形状也对车削刀片潜在的最大有效切削刃长度有深刻的影响。某些插入半径和刀柄组合可能需要尺寸补偿,以充分利用这一切削刃。

机头半径和表面光洁度

车削操作中的表面光洁度取决于工具、机器和工件的刚性。一旦刚性得到保证,机器进给(进给)与进给之间的关系。/rev或mm./rev)和刀片或刀具的尖端轮廓可以用来确定工件的表面光洁度。机头轮廓是用半径表示的——在某一点上,较大的半径意味着更好的表面光洁度,但过大的半径会引入颤振。对于需要小于最佳半径的加工操作,可能需要降低进给速度以获得所需的光洁度。

生产力

在达到适当的功率水平后,生产率随切割深度、进给速度和速度的增加而提高。

切割深度是最容易增加的,但只有在有足够的材料和动力的情况下才能改进。在切割温度、抗拉强度或每立方英寸或厘米切割力(也称为比切割力)不增加的情况下,切割深度增加一倍,生产率也增加一倍。它使所需功率翻倍,但只要刀具满足切向切削力要求,刀具寿命不会减少。

进料速度的改变也相对简单。进给量增加一倍,切屑厚度增加一倍,切向切削力、切削温度和所需功率增加(但不是增加一倍)。这种改变降低了工具的寿命,但并没有减少一半。比切削力(切削力与材料去除量的关系)也随着进给量的增加而减小。由于切削过程中产生的温度和摩擦增加,施加在切削刃上的附加力增加了进给量,会导致上前刀齿表面的凹痕。操作人员必须仔细监控这个变量,以避免芯片变得比插入芯片更坚固时发生灾难性故障。

与切削深度和进给速度的变化相比,提高切削速度是不明智的。速度的增加导致切削温度的显著提高和切向力和比切削力的降低。将切削速度提高一倍需要额外的动力,同时将刀具寿命缩短一半以上。顶前刀面的实际载荷可能会降低,但较高的切削温度仍然会造成凹痕。

故障诊断将

对于任何车削操作来说,镶块磨损是成功或失败的共同指标。其他常见的指标包括不可接受的芯片和工件或机器问题。一般情况下,操作人员应在0.030 " (0.77 mm)的侧磨损处对刀片进行索引。对于精加工操作,操作人员应在0.015 "(0.38毫米)或更早的地方执行分度。

车床作用于工件的第三张照片

刀夹识别

机械夹紧可转位插入持有人遵循九个标准在ISO和ANSI识别系统。

系统中的第一个字母表示插入夹紧方法。四种常见类型占主导地位,但每种类型都包含多种变体。

C型刀片对没有中心孔的刀片采用顶夹。该系统完全依赖于摩擦,在中等到轻型车削和镗孔作业中最好使用正前角刀片。

M插入强迫插入到口袋墙与凸轮锁销,以确保保护插入口袋垫片。顶部钳夹夹住插入器的后部,当切割负荷影响插入器的机头时,防止插入器抬起。M型刀片在中等到重型车削操作中对带中心孔的负耙刀片特别有用。

镶件使用简单的六角头或内六角头螺钉,但需要沉孔或沉头。螺钉可以抓住强烈的热量,所以这个系统是最好的轻型到中型车削操作和镗孔操作。

P镶件是ISO标准的车削工具,用一个旋转式杠杆将镶件压在凹槽壁上,调节螺丝固定时,杠杆会倾斜。这些刀片最适合在中等到重型车削操作中带孔的负耙刀片,但它们不禁止刀片在切削过程中被提升。

第二部分使用一个字母来指代插入的形状。第三节用字母表示直杆或偏杆与引线角度的组合。

第四是一个字母,表示支架前角或插入间隙角。rake角度,P是一个积极的耙,端面间隙角和楔角之和小于90度,N是负倾角,这些角的总和大于90度,和O是中性耙子总和是90度的地方。精确的间隙角用几个字母之一表示。

第五个字母表示工具的手。R表示该工具是从右向左切割的右手工具,而L对应于从左向右切割的左手工具。N种工具是中性的,可以从任何方向切割。

第六节和第七节在英制和公制度量系统之间有所不同。188金宝搏的网址在英制中,这些部分对应一个两位数,表示持有人的横截面。对于方柄,数字显示的总数量的16的宽度和高度(5/8“是哪里发生的转换从“0x”到“xx”),而矩形持有人使用第一个数字来表示8的宽度和第二个数字的四分之一的高度。该系统也有一些例外,如1¼”× 1½”的工具,使用的名称为91。公制使用两位数字表示高度和宽度的毫米(按此顺序)。所以,一个高15毫米宽5毫米的矩形插入的数字是1505。

第八和第九节也不同于公制和英制。对于英制系统,第8节是指刀片尺寸,而第9节涵盖表面和刀具长度。插入的尺寸是由内切圆的大小决定的,以八分之一英寸为增量。表面和刀具长度以字母为基础,A-G为合格的后端刀具尺寸,M-U(无O或Q)为合格的前端刀具尺寸。在公制中,第8节是指刀具长度,第9节是指刀片尺寸。刀具长度表示是基于字母的,而对于插入尺寸,矩形和平行四边形形状使用一个数字来表示最长切割边的长度,以毫米为单位,不考虑小数和前面带有零的一位数。其他形状以毫米为单位使用边长(圆形插入的直径),也不考虑小数和前面带零的一位数。

公制系统使用第十和最后部分包括一个合格的夹具,其后端公差为±0.08毫米();前端和末端(F);后、前、端尺寸(B).

钎焊的单点工具

单点工具有多种样式和尺寸,材质也多种多样。实心单点工具可以由高速钢、碳钢、钴合金或碳化物制成。然而,随着行业转向钎焊头车削工具,这些工具的成本使得它们在很大程度上变得无关紧要。

钎头工具使用廉价材料的主体和更昂贵的切割材料钎头或空白到切割点。尖端材料包括高速钢、碳化物和立方氮化硼。这些工具的尺寸有A到G,有偏移点样式A, B, E, F和G,所有这些都可以作为右或左切削工具。对于方柄,字母后面的数字表示工具的高度或宽度的十六英寸。对于矩形带柄工具,第一个数字是一英寸柄宽度的总八分之一,第二个数字是一英寸柄高度的总四分之一。

钎头工具的刀尖半径与刀柄尺寸有关,操作人员应注意使刀尖尺寸与光洁度要求相匹配。

专用镗刀

镗孔主要用于精加工大型铸件的带芯孔或锻件的穿孔孔。大多数工具与传统的外部车削工具类似,但由于切屑流动的问题,切削角度尤为关键。

车床镗孔工件的照片

在镗孔过程中,刚性对生产率也是至关重要的。孔的直径和需要额外的排屑间隙直接影响镗杆的最大尺寸。镗孔钢筋的实用悬挑是其杆直径的四倍。超过这个极限会降低金属的去除率,因为会失去刚性和增加振动的可能性。

直径、材料弹性模量、长度和荷载对梁的刚度和挠度有影响,其中直径的影响最大,长度的影响次之。增加棒材直径或缩短棒材长度将显著增加棒材的刚度。

弹性模量是特定于所用材料的,不随热处理而改变。钢在30,000,000 psi时最不稳定,重金属在45,000,000 psi时最不稳定,碳化物在90,000,000 psi时最不稳定。

尽管如此,这些数字对于稳定性来说是很高的,钢柄镗杆在大多数作业中都能提供令人满意的性能,长度/直径比为4:1。碳化钨柄镗杆在长径比为6:1时表现良好。

镗削刀具几何

在镗削过程中,径向和轴向切削力受超前角的影响。增加小超前角的轴向力对于减少振动特别有用。随着超前角的增大,径向力增大,垂直于切割方向的力增大,导致振动。

在英制钻井系统中,控制振动的推荐导向角度在0度到15度之间。在公制中,这是90度到75度)。在超前角15度时,径向切削力几乎是0度超前角时的两倍。

正前角刀具是最好的大多数镗孔作业,以减少切削力。然而,正前角刀具的间隙较小,操作人员需要计划刀具和工件之间接触的可能性。在镗削小直径孔时,确保有足够的间隙角尤为重要。

在钻孔作业中,径向和切向力随着井口半径的增加而增加,但这些力也受到导向角的影响。钻孔作业的切割深度可以改变这种关系:如果切割深度大于或等于机头半径,超前角决定径向力。如果切削深度小于机头半径,切削深度本身会增加径向力。这一问题使得作业人员使用小于切削深度的尖端半径变得尤为重要。

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