直齒羅拉滾齒形加工工藝及工裝夾具設計【說明書+CAD】

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中 原 工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 姓 名 王秉文 機電 學院 機自 專業(yè) 071 班 題 目 直齒羅拉輥齒形加工工藝及工裝設計 設 計 任 務 1.對紡織機械產品中羅拉輥類零件的結構特點進行分析; 2.調研，了解實際生產中羅拉輥類零件的齒形加工要求及加工特點; 3.典型羅拉輥類零件的工藝方案及加工工藝設計; 4.典型羅拉輥齒形加工裝置的結構方案設計; 5.結構參數選擇、計算及結構方案確定; 6.典型羅拉輥齒形加工裝置設計，完成一個主要件的數控加工（編程、夾具設計）。 7.編寫設計說明書; 8.外文資料翻譯； 時 間 進 度 2.21--3.6 調研與實習，英文文獻翻譯及編寫實習報告。 3.7—3.13 羅拉輥類零件的齒形加工工藝方案及裝置總體方案設計。寫出方案論證報告。 3.14—4.10 典型羅拉輥類零件的加工工藝設計，齒形加工裝置草圖。 4.11—5.1 典型羅拉輥齒形加工裝置詳細設計，繪制全套工程圖，完成一個主要件的數控加工（編程、夾具設計），整理設計說明書。 5.2—5.8 定稿 5.9—5.15 評審 5.16--5.20 畢業(yè)答辯 5.23—5.29 修改畢業(yè)設計 原 要 始 參 資 考 料 文 和 獻 主 [1] 華茂發(fā). 數控機床加工工藝. 北京：機械工業(yè)出版社，2003 [2] 朱曉春. 數控技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2002 [3] 宋衛(wèi)科. CAXA制造工程師XP--數控加工編程標準教程. 北京：北京航空航天大學出版社，2003 [4] 機械加工工藝人員手冊。北京：機械工業(yè)出版社，1998 [5] 夾具－非標準夾具手冊。北京：機械工業(yè)出版社，2002 [6] 機械零件設計手冊。北京：冶金工業(yè)出版社，2000 注：羅拉輥年產量5000件/年 一、羅拉零件總體分析 羅拉是紡織機械中起喂給、牽伸、輸出等作用的圓柱形回轉零件，是英語詞“roller”的音譯，有輥和軸的含義。廣泛用于牽伸、梳理、輸送等機構。按所起的作用分為牽伸羅拉、喂給羅拉、緊壓羅拉、工作羅拉等。牽伸羅拉是紡紗機牽伸機構的主要零件，由上羅拉和下羅拉成對組成羅拉拑口，握持紗條進行牽伸。羅拉的質量影響輸出紗條的均勻度。在不加說明時，通常提到的羅拉即指牽伸下羅拉，它是外圓有溝槽、滾花、或光滑表面的鋼制細長軸,常沿紡紗機的全長將若干根單節(jié)聯(lián)接成整列，由傳動機構積極傳動. 　　羅拉的主要技術特征是：①直徑應與所紡纖維的長度、上羅拉加壓、羅拉的軸承距相適應，有足夠的抗彎和抗扭剛度。②具有正確的溝槽齒形和符合規(guī)定的表面光潔度，能有效握持纖維又不致?lián)p傷或鉤住纖維。③具有較高的制造精度，有互換性，以保證紡紗質量，減少因羅拉偏心，彎曲等機械因素造成紗條不勻。④表面耐磨而中心堅韌，常用20號鋼滲碳淬硬或45號鋼淬硬，也有用鉻鉬鋼制造的，有時還要進行耐腐蝕、防銹等表面處理。 紡紗機械上所用的上羅拉，大多是表面包覆彈性物的，俗稱皮輥。也有表面光滑的，稱鐵輥或輕質輥，個別機器也采用溝槽羅拉。皮輥的表面包覆丁腈橡膠的稱為丁腈皮輥。上羅拉通常都由下羅拉摩擦傳動，少數也有用齒輪傳動的。喂入牽伸機構的紗條具有一定的厚度，為了能均勻地握持纖維，又不損傷纖維，上羅拉需包覆富有彈性的材料。這種彈性包覆物統(tǒng)稱為皮殼（或膠管）。皮殼在壓力的作用下產生壓縮性變形，使皮輥與羅拉的實際握持拑口不是一條線,而是一個面,形成控制纖維運動的摩擦力場。 　　皮輥由皮輥芯、皮輥鐵（鋼）殼，軸承和皮殼組成。棉紡并條機等設備上用的皮輥,用膠管套在皮輥芯上,也有的將丁腈橡膠直接澆注在皮輥芯上，支承在兩端軸承處。棉、毛等紡紗機上用的皮輥每兩錠成一套，皮殼套在兩邊的皮輥鐵殼上，支承在皮輥芯的中間。為增強鐵殼與皮殼之間的結合力，鐵殼表面有溝槽。皮輥用的軸承有滑動軸承和滾動軸承兩種。皮輥的規(guī)格、種類很多，直徑精度和表面光潔度要求較高，表面須經磨削加工。丁腈皮殼具有硬度和厚度均勻、無接頭、富有彈性、在重加壓下不易產生永久壓縮變形、耐磨、價格便宜以及可以用不同的配方獲得不同的性能，來適應各種工藝需要等優(yōu)點，20世紀50年代以來已代替了用天然皮革和軟木等做的皮殼。膠管用套或膠粘的辦法裝配在鐵殼上。用機械或氣壓使膠殼內徑脹大后套在鐵殼上的，稱為套皮輥。用膠粘劑把膠管和鐵殼膠牢，可以避免在重加壓下運轉時膠管從鐵殼上滑脫下來。也可以把丁腈橡膠直接梳化在薄壁合金管上，再壓配在鐵殼上做成丁腈皮輥，裝配方便，能承受重加壓，使用壽命較長。 皮輥的表面處理很重要，目的在于獲得需要的摩擦系數值。摩擦系統(tǒng)太小，握持力不足，牽伸過程不能正常進行；摩擦系數太大，纖維或整根須條容易繞到皮輥上，造成斷頭或紗疵。須條繞在皮輥上的現(xiàn)象稱為繞皮輥。皮輥的表面處理方法有酸處理和涂料兩類。使用滲透性的合成涂料，既能充分發(fā)揮橡膠彈性，又能防止繞皮輥，耐久性也好。皮輥與纖維摩擦產生靜電，也是繞皮輥的原因。在膠管配方中加入高分子電解質或抗靜電劑和使用合適的表面涂料可防止靜電的積聚。皮輥使用日久后，產生中凹、偏心、大小頭、同一套上兩只皮輥直徑不一致、表面微細龜裂、表面處理層剝落或失效等，都需要進行回磨，經表面重新處理后方可再用。 二、羅拉零件的加工工藝 由以上分析可知，羅拉這種零件并不是一種單純的軸類零件，它需要經過軸類零件的加工過程后，繼續(xù)對軸進行包覆，焊接等等的加工過程，最后才能成為羅拉零件。 因此，必須要先對軸類零件進行工藝分析： 　　軸類零件是機器中經常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成。根據結構形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。它們在機器中用來支承齒輪、帶輪等傳動零件，以傳遞轉矩或運動。 羅拉零件就可以定位為軸類零件中的階梯軸，它是由階梯軸頭和鋼管以及包復扳三部分零件組裝在一起的，其中的軸頭就是典型的階梯軸。 （一）下面對軸頭進行加工過程的工藝分析： 　　(1)軸類零件的毛坯 　　軸類零件可根據使用要求、生產類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。 根據生產規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產多采用自由鍛，大批大量生產時采用模鍛。 該羅拉零件的材料為45鋼，故選45鋼就可滿足其要求。根據其尺寸，可選擇毛坯為?120×150的45號圓鋼。 （2）確定主要表面的加工方法 羅拉零件的軸頭大都是回轉表面，主要采用車削與外圓磨削成型。由于該零件的軸頭公差等級與表面粗糙度由車削就可以達到精度要求，因此用車削就能夠完成加工過程。外圓表面加工方案為：粗車——半精車——精車。 （3）確定定位基準 合理的選擇定位基準，對于保證零件的尺寸和位置精度有著決定性的作用。對于羅拉軸頭的加工應選擇兩端的中心孔為基準，采用雙頂尖裝夾方法，以保證零件的技術要求。 粗基準采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。中心孔加工采用三爪自定心卡盤裝夾熱軋圓鋼的毛坯外圓，車端面、鉆中心孔。但必須注意，一般不能用毛坯外圓夾兩次鉆兩端中心孔，而應該以毛坯外圓作粗基準，先加工一個端面，鉆中心孔，車出一段外圓，然后以已車過的外圓作基準，用三爪自定心卡盤裝夾，車另一端面，鉆中心孔。如此加工中心孔，才能保證兩中心孔同軸。 （4）熱處理工序安排 軸的熱處理要根據其材料和使用要求確定。對于羅拉零件的軸頭，要求是調質處理，并安排在粗車個外圓以后，半精車各外圓之前。 總上所述，羅拉軸頭工藝路線如下： 下料——車兩端面，鉆中心孔——粗車各外圓——調質——半精車各外圓，倒角——鉆孔——銑鍵槽——精車——去毛刺——校驗入庫。 通過上面的工藝路線的確定，確定出了如下的軸頭一的加工工藝過程： 機械加工工藝過程卡片 產品型號 CA6140車床 零件圖號 產品名稱 零件名稱 軸頭1 共 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 45鋼 毛 坯 種 類 圓鋼 毛坯外形尺寸 ?120×150 每毛坯件數 1 每 臺 件 數 1 工 序 號 工 名 序 稱 工 歩 名 稱 工 序 內 容 設 備 工 藝 裝 備 工 時 夾具 刀具 量具 準終 單件 1 下料 ?120mm×150mm 2 車削 1 三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓一端 車床 三爪卡盤 2 車端面見平 CA6140 YT5 90° 偏刀 3 鉆中心孔 中心鉆?2mm 4 粗車外圓保證尺寸?115mm YT5 45° 外圓車刀 游標卡尺 3 車削 1 三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端 2 車端面見平保證總長145mm YT5 90° 偏刀 3 鉆中心孔 中心鉆?2mm 4 粗車外圓保證尺寸?113mm YT5 45° 外圓車刀 4 車削 1 三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 粗車臺階面外圓保證尺寸?46mm，長74mm YT5 45° 外圓車刀 4 粗車臺階面外圓保證尺寸?36mm，長23mm 5 熱處理 調質處理220~240HBS 6 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?46mm一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 半精車?113mm外圓至?112.5mm 4 倒外角1×45° 倒角刀 7 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?112.5mm一端 YT5 45°外圓車刀 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 半精車?46mm臺階面至?45.5mm 4 半精車?36mm臺階面至?35.5mm 5 倒外角1.5×45° 倒角刀 6 車?33mm長為1.7mm的環(huán)槽，距軸端3.3mm 切槽刀 8 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?45.5mm一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 精車?112.5mm至?112mm YT5 45°外圓車刀 9 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?112mm一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 精車?45.5mm臺階面至?45mm YT5 45°外圓車刀 4 精車?35.5mm臺階面至?35mm 10 去毛刺 11 檢驗入庫 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 軸頭二的加工工藝卡如下： 機械加工工藝過程卡片 產品型號 CA6140車床 零件圖號 產品名稱 零件名稱 軸頭2 共 頁 第 1 頁 材 料 牌 號 45鋼 毛 坯 種 類 圓鋼 毛坯外形尺寸 ?120×280 每毛坯件數 1 每 臺 件 數 1 工 序 號 工 名 序 稱 工 歩 名 稱 工 序 內 容 設 備 工 藝 裝 備 工 時 夾具 刀具 量具 準終 單件 1 下料 ?120mm×290mm 2 車削 1 三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓一端 車床 三爪卡盤 2 車端面見平 CA6140 YT5 90° 偏刀 3 鉆中心孔 中心鉆?2mm 4 粗車外圓保證尺寸?115mm YT5 45° 外圓車刀 游標卡尺 3 車削 1 三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端 2 車端面見平保證總長270mm YT5 90° 偏刀 3 鉆中心孔 中心鉆?2mm 4 粗車外圓保證尺寸?113mm YT5 45° 外圓車刀 4 車削 1 三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓另一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 粗車臺階面外圓保證尺寸?46mm，長190mm YT5 45° 外圓車刀 4 粗車臺階面外圓保證尺寸?36mm，長139mm 5 粗車臺階面外圓保證尺寸?31mm，長98mm 5 熱處理 調質處理220~240HBS 6 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?46mm一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 半精車?113mm外圓至?112.5mm 4 倒外角1×45° 倒角刀 7 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?112.5mm一端 YT5 45°外圓車刀 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 半精車?46mm臺階面至?45.5mm 4 半精車?36mm臺階面至?35.5mm 5 半精車?31mm臺階面至?30.5mm 6 用?6mm鉆頭在?30.5mm臺階面鉆135深的孔 ?6mm鉆頭 7 用?10mm鉆頭在?30.5mm臺階面鉆14深的孔 ?10mm鉆頭 8 用絲錐在?10mm的孔中攻絲 ?10mm絲錐 9 在?30.5mm的臺階面倒外角1×45° 倒角刀 10 在?35.5mm的臺階面倒外角1.5×45° 11 車?28mm長為1.3mm的環(huán)槽，距軸端2.7mm 切槽刀 8 鉆孔 1 用虎鉗夾住?35.5mm臺階面 鉆床 虎鉗 2 用?6mm的鉆頭鉆17.5mm深的孔，距軸頭端面為118mm ?6mm鉆頭 9 銑鍵槽 1 用V形虎鉗裝夾?30.5mm臺階面 立式銑床 V形虎鉗 銑刀 2 銑鍵槽10mm×90mm，鍵槽一端距軸頭5mm 8 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?45.5mm一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 精車?112.5mm至?112mm YT5 45°外圓車刀 9 車削 1 三爪自定心卡盤夾持?112mm一端 2 用尾座頂尖頂住中心孔 3 精車?45.5mm臺階面至?45mm YT5 45°外圓車刀 4 精車?35.5mm臺階面至?35mm 5 精車?30.5mm臺階面至?30mm 10 去毛刺 11 檢驗入庫 設 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標準化（日期） 會 簽（日期） 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 標記 處數 更改文件號 簽 字 日 期 羅拉零件中的兩個軸頭已經加工完成了，下面就是將軸頭、無縫鋼管和包覆鋼管三者通過紅套的方法結合到一起，所謂紅套，就是將套筒加熱，然后再將需要裝入的零件裝入套筒中，冷卻后套筒就會收縮與軸頭緊固。 要將軸頭，無縫鋼管和包覆鋼管三者相結合，有兩種方案，方案一，就是先將軸頭與無縫鋼管通過紅套的方法相結合，然后再將這兩者的結合體通過紅套的方法與包覆鋼管再結合。而方法二就是先將無縫鋼管和包覆鋼管通過紅套的方法想結合，然后再將軸頭通過紅套的方法與他們相結合。方案二中的第二個過程比較困難，要加熱的零件比較厚，溫度要求也比較難以把握，相比之下，還是第一種方案比較合理，所以決定采用方案一。 通過方案一在保證尺寸要求的情況下，再用焊接的方法將三者焊接到一起，這樣才可以保證整個零件的整體性。而這個零件也是羅拉齒形加工的毛坯零件。下一步還要對其進行齒形加工。 （二）下面是對羅拉齒形加工的工藝分析 要加工羅拉的槽，可以有滾齒、插齒、磨齒、剃齒和刨齒多中加工方案。在眾多的加工方案中，分別對銑加工和刨加工進行工藝試驗。從理論上來說，銑加工刀具剛性好，加工質量比較穩(wěn)定，粗糙度低，不易形成毛刺，但加工效率低，刨加工加工效率高，刀具剛性差，進刀量不穩(wěn)定容易扎刀、毛刺。但通過多次的工藝試驗，比較兩種加工方法的加工參數及加工后的表面質量，表明對此種零件，銑加工不但加工效率低，而且容易在齒頂形成積屑瘤。影響加工質量。而刨加工加工質量反而比銑加工的好，加工面幾乎沒有毛刺，加工效率也比銑槽高。通過以上的分析，羅拉的齒形加工就選用刨加工。 選定了刨加工，接下來就要選擇加工的刀具。考慮到羅拉齒形的分布較密，齒形槽較薄，齒形強度比較的差，而且還容易變形，我們可以使用組合刀具對其進行刨槽加工，盡可能的減少工件發(fā)熱，提高加工效率。其組合刀具結構如下圖所示： 直槽刨刀結構，它能有效的減小成形刨刀的加工量，最大限度的減小熱量的產生。下圖所示的就是直槽刨刀： 成形刨刀結構，經過前面刨直槽刀的加工，成形刨刀的加工余量已經很小，它主要是切削斜面部分是槽成形，直接影響著槽的成形尺寸及表面質量。下圖是成形刨刀的結構： 刀具也定了下來，接下來就是在刨床上的夾具的設計了。本次的畢業(yè)設計主要的任務之一就是羅拉齒形加工的夾具的設計，具體設計過程參考設計說明書。 ? ? 中原工學院 畢業(yè)論文(設計)開題報告 課題名稱： 直齒羅拉滾齒形加工工藝及工裝設計 畢業(yè)設計起止時間：20年月5日 ～ 6月 日(共17周) 學生姓名：王秉文 學號：200700314106 專 業(yè)： 機自 班級：071 班 指導教師：肖慶和 報告日期：20/ / ?1．本課題所涉及的內容國內(外)研究現(xiàn)狀綜述 盡管有各種不同的羅拉輥類零件，但是他們的加工工藝及其工裝設計是有共同點的，他們都屬于軸類零件的加工。從加工工藝上分析，軸加工精度的保證主要是靠技術員的工藝制定，機床的自身精度，以及各種加工刀具的精度等。傳統(tǒng)的車床車削是依靠人工進行的，不僅費時費力，效率低下，而且要求操作人員有教高的技能，操作人員稍有失誤，就會對刀具及其零件造成破壞。多數情況下依靠手工車床車出來的羅拉精度并不能得到保證。 目前，國內各種機械產品展覽會上已經展出了各種型號的羅拉產品。在畢業(yè)實習以及多次工廠的參觀過程中，我發(fā)現(xiàn)在鄭紡機中都是中有和我課題一樣的羅拉加工車床。雖然是人工造作而不是數控車床。在加工精度比較高的地方，需要操作工人有較高的技術及其經驗，這樣就對操作工人有較高的技術要求。目前國內對羅拉的需求還是非常大的，競爭也非常激烈。企業(yè)如何在激烈的競爭中生存，很大程度取決于企業(yè)的產品質量。從羅拉加工過程來看，加工工藝及其工裝設計的好壞起著決定性的作用。因此我們一定要在羅拉的加工工藝及其工裝設計上進行深入的研究。 2．本課題有待解決的主要關鍵問題 經過三個星期的畢業(yè)實習和查閱資料，我本課題的設計意圖有了一個大概的了解?？偟膩碚f，我認為最需要解決的問題有：羅拉輥類零件齒形加工工藝中各種工藝過程的確定及其順序，還有就是在工裝設計中羅拉夾具的設計以及夾具的動力源。 羅拉加工在之前的實習中還沒有接觸過，僅僅是聽說過這種零件，對它的了解也比較少，但是通過去鄭紡機的實習以及老師的現(xiàn)場講解還有就是經過這三個星期自己對各種資料的查詢，對羅拉已經有了進一步的了解，對自己的課題也有了更進一步的認識。 3．對課題要求及預期目標的可行性分析 (包括解決關鍵問題技術和所需條件兩方面) 上述已經闡述了需要解決的加工工藝和工裝設計上的問題。 要解決這些問題，首先需要理論上的知識，理論問題必須要借助于相關的理論書籍， 如機械設計手冊等。當然通過網絡和實習我對羅拉輥類零件的加工工藝和工裝設計也有一個大概的了解。目前國內生產廠家不少，生產技術也相對來說比較成熟，但由于網絡查詢和實習的時間有限，得到的資料并不是那么完善，一些設計中的問題還要多請教導師，或者向有經驗的人學習。 羅拉輥類零件的加工是有共性的，都是通過一系列的機床加工來完成零件。而之前的課程設計以及生產實習，金工實習也為自己打下了一定的基礎。如車床的操作，機械制造技術這門課程的學習，在這次的畢業(yè)設計中都有用到上面的知識。 羅拉輥類零件零件的加工工藝是多種多樣的，可以說根據不同的加工工藝做出的零件的質量和精度也是有所不同的，所以要想得到高精度高質量的零件，就要確定比較合理的加工工藝。 而羅拉輥類零件的工裝設計對于零件的生產效率的影響也是比較大的。零件夾具的簡潔性和方便程度是設計時主要考慮的方面。 總之，完成這個設計需要投入大量的時間，查閱大量資料，加上自己的充分思考。目前這種技術還是很成熟，技術上還有很多可以改進，創(chuàng)新的地方很多。我相信通過自己的努力，一定會有不錯的設計。 4．完成本課題的工作計劃及進度安排 3.5 -3.17 調研與實習，英文文獻翻譯及編寫實習報告。 3.18 -4.15 羅拉輥類零件的齒形加工工藝分析，拋光裝置總體方案設計。寫出方案論證報告。 4.16-4.30 典型零件加工工藝草案，羅拉輥齒形拋光裝置方案確定及繪制裝置草圖。 5.1-5.30 羅拉輥類齒形拋光裝置詳細設計，整理任務設計書。 6.1-6.3 定稿。 6.4-6.9 評審。 6.27-6.30 畢業(yè)答辯。 6.15–6.16 修改畢業(yè)設計。 5．指導教師審閱意見 ? ? ? ? ? ? ? ? 指導教師(簽字)：　　　　　　 年 月 日 ? 6．指導小組意見 ? ? ? ? 指導小組組長(簽字)： 　　 　　　年 月 日 說明： 1. 本報告前4項內容由承擔畢業(yè)論文(設計)課題任務的學生獨立撰寫； 2. 本報告必須在第八學期開學兩周內交指導教師審閱并提出修改意見； 3. 學生須在小組內進行報告，并進行討論； 4. 本報告作為指導教師、畢業(yè)論文(設計)指導小組審查學生能否承擔該畢業(yè)設計(論文)課題和是否按時完成進度的檢查依據，并接受學校的抽查 需要加工的零件是輔助支撐的底座。 零件的毛坯是240*240*20的鑄鐵塊。 首先，要先把毛坯放到鉆床上，在零件的中心鉆出直徑是40的孔，然后通過擴孔刀擴出直徑是70的臺階孔，最后在上數控機床加工它的外圓弧面。 圖中的兩條綠色直線為坐標軸，數控加工程序如下： N01 G92 X20 Y0 Z50 N02 G00 Z-22 S800 M03 N03 G91 G01 G41 D01 X92 Y57 F100 M08 N04 Y16 N05 G03 X0 Y28 I0 J14 N06 G01 X-16 N07 Y7 N08 X48.18 Y30 N09 G02 X63.22 Y0 I31.61 J50.88 N10 G01 X48.18 Y-30 N11 Y-7 N12 X-16 N13 G03 X0 Y-28 I0 J-14 N14 G01 X16 N15 Y-7 N16 X-48.18 Y-30 N17 G02 X-63.22 Y0 I-31.61 J50.88 N18 G01 X-48.18 Y30 N19 X-10 N20 Z50 M09 N21 M02 數控加工程序完成。 20.7刀具耐用度：刀具的磨損和故障 前面的部分中表明刀具受到(a)高的局部應力(b)高溫、(c)滑動的碎屑順著前面,(d)滑動的工具沿著新的切面(請參見章32)的影響，刀具的磨損導致了這些條件,這些條件又反過來影響刀具加工表面質量和尺寸精度的結果和切削操作。 刀具磨損通常是一個循序漸進的過程,就像普通的鉛筆前端的磨損一樣。刀具的磨損率取決于工具和工件材料，工具形狀、切削液、工藝參數(如切削速度、吃刀量、和切削深度),和機床刀具的特征。在切削工具上還有兩種基本的磨削區(qū)域對應在刀具的兩區(qū)域,側面磨損和月牙洼磨損。 20.7.1側面磨損 側面磨損出現(xiàn)在刀具的輪廓面(圖.20.15a和e,又見圖.20.3和后角輪廓面在圖20.10a)通常是因為（a）摩擦的工具沿著加工表面,造成膠粘和/或磨蝕(章節(jié)32.6),(b)高的溫度,影響工具材料的性質從而影響工件的表面質量。 F.W.taylor、發(fā)表在1907年,一個經典的關于對加工鋼近似的關系的研究 　　圖20.15(a)側面和月牙洼處刀具的磨損。刀具移動到左邊。(b)觀察車刀的傾斜面，顯示球頭半徑R和工具的月牙洼前面的磨損的花紋。(c)看車刀的側面,顯示平均的磨損程度達到VB和切削深度線(穿槽)。 又見圖20.18。(d) 月牙洼與(e)硬質合金刀具的側面磨損。 資料來源:制造技術實驗室,理海大學,由J.C.Keefe.Was建立，V是切削速度，T是切削時間(在幾分鐘的時間),就是切削一個月牙洼和側面磨損所用的時間(VB在圖.20.15c)、N是一個指數依賴于工具和工件材料和切削條件,C是恒定的 注意:C是切削速度在T = 1的時候,因此,每一種組合與刀具材料工件,每個切削條件都有它自己的N值和C值,這兩種試驗所決定的,N所觀察到的范圍值實際是改善所給的表。 最重要的切削速度的過程變量的模具耐用度,雖然切削深度和進給速率也很重要,但是，Ep。(20.20)可以被替換的 在轉彎處D是切削深度和f進刀量是(在毫米/啟或歸/啟)。 x軸和y軸所必須確定每個切削條件試驗.當 n = 0.15,x = 0.15,和y = 0.6在實踐中作為典型值遇到,可以看出,切削速度、進給速率和切削深度減小的重要性。 方程(20.21)可以被改寫 或者 以下一些方面談些看法可以由式。(20.23)看出的刀具的工作壽命: 如果進刀量或切削深度增加時,切削速度要降低,反之亦然 圖20.16顯微組織、硬度的影響刀具工件生命球墨鑄鐵在拐彎處的迅速減少.注解的模具耐用度為切削速度增加.刀具材料已經被發(fā)展成為抗高溫、如硬質合金、陶瓷、及立方氮化硼,就像第21章所描述的。 2。根據指數,降低速度會導致材料變形的增加,因為增加了進給速率和/或切削深度。 工具耐用度曲線。工具生命曲線是獲取實驗數據的平面圖,進行切削試驗在各種材料在不同條件下,用不同的工藝參數(切削速度、進刀量、切削深度、工具材料和切削角度、切削液.注解在圖.20.16，例如,（a）切削速度遞增的話刀具的壽命會迅速減少,(b)不同的工件材料對刀具的使用壽命也有較強的影響。注意刀具壽命大的差異,是不同的工件微結構。 熱處理工件在很大程度上是為了增加重要工件的硬度,比如鐵素體有硬度大約100 HB、珠光體200 HB、馬氏體300-500HB(見第4章)。雜質和硬的材料或者在工件里面或者在工件表面,如生銹、腐蝕礦渣等。也都是極其重要的,因為他們的磨蝕作用將減少刀具的壽命。 刀具壽命曲線,可以確定的指數(圖,.20.17),一般都是在標準圖上的對數數據。這些曲線線性通常是在有限范圍內通用的,但少數是超過這個范圍的,而且當切削熟讀較低時，指數n可以是負值,所以工作曲線可 圖.20.17刀具生命曲線進行各種刀具材料,消極的逆的是這些曲線邊坡指數n在泰勒的刀具生命曲線方程和C是在T = 1分鐘的切削速度。 表格20.4在不同的刀具情況下的允許磨損區(qū)域的平均值(VB) 能實際上達到了最大值,然后曲線向下彎曲。因此當切削范圍之外,進行高速切削時，使用刀具壽命方程要謹慎。 因為溫度影響材料的物理力學性能,我們可以認為它對磨損也有很打的影響.調查已經證實,當溫度的升高,側面磨損迅速增大。 允許磨損的地方。正如我們決定磨削一把刀或一把剪刀時他們的質量開始惡化，切削力等要求增加太多,同樣我們想重磨一把刀具或更換刀具的時候（a）加工工件表面光潔度開始惡化,(b)切削力等顯著增加,(c)溫度顯著提高土地(VB,在圖.20.15c)給出了各類加工條件下表20.4。為了提高尺寸精度和表面處理,允許磨損的地方可能會很小就像表中所給的那樣。 推薦的切削速度、高速鋼工具是讓刀具壽命60到120分鐘(硬質合金刀具,30至60分鐘)選擇。可是,切削速度差別很大通過這些值,根據特定的工件的操作,和高生產率的考慮因此使用現(xiàn)代電腦控制機床。 最佳切削速度。我們已經看過了,因為切削速度增加,刀具壽命正在迅速減少,另一方面,如果切削速度低、工具壽命長但材料的速率拆卸工作也是相當低,有一種最優(yōu)切削部分闡述了快的速度,像第24.5章所描述的。 例證:切削速度的影響材料去除 我們可以看到切削速度的影響切除的金屬量之間的余量，通過分析工具,圖20.16.假定正在加工" a "條件,那是鑄鐵的硬度265HB。 如果切削速度是60米/分鐘,刀具耐用度是40分鐘,那么,工具所達到的距離是40分鐘×60米/分鐘,是2400m。如果切削速度增加到102米/分鐘,刀具壽命大約5分鐘,因此,工具5min×102米/分鐘=600米。 由于材料的變形和刀具的移動距離有直接的關系,它可以清楚地降低切削速度,我們可以清除更多的物質在工具變更.然而,切削速度越低越久,到機器所需要的時間就越久,這些部分有著重要的影響,并將進一步探討在第24.5章。 　例如:增加刀具壽命降低切削速度 　　利用泰勒的公式(20.20)來算刀具壽命讓n= 0.5和C = 400,計算刀具壽命增加的百分比降低50%。 　　解決方案:既然n = 0.5,我們能夠改寫泰勒方程作為VT = 400 .讓 V1是開始的速度和V2是減少的速度,我們注意到這個問題V2 = 0.5 V1,因為C是一個常數,我們有關系 　　0.5 V1 T2 = V1 T1。 簡化這個公式,我們發(fā)現(xiàn)T2 T1 = 1/0.25 =4. 0 這表明刀具壽命改變(T2-T1)/T1 =(T2 / T1) - 1 =4-1 = 3,或它提高300%.the降低切削速度主要導致刀具壽命的延長.注意這些，在這個問題中,C的大小是沒有規(guī)定的。 20.7.2月牙洼磨損 月牙洼磨損發(fā)生在刀具的側面(圖.20.15a、b、d、和圖.20.18),并改變與工具接觸面的刀具的角度,甚至影響的切削加工。影響月牙洼磨損的重要因素是（a）工具破 圖20.18 (a)原理插圖的磨損排版上觀察到的各種類型的刀具。(b)原理的插圖。災難性的工具的研究失敗的的類型和機制刀具的磨損,失敗的發(fā)展是非常重要的.來源:V.C.Venkatesh。 圖20.19月牙洼磨損率和平均的工具碎屑界面溫度之間的關系:（a）高速鋼材;(b)C-1碳化物;(三)C-5碳化物.注意速度有多快月牙洼磨損溫度升高.來源:B.T.Chao和K.J.Trigger。 圖20.20刀具(右)和碎屑(左)接口鋼,切削工具顯示的色差的存在.比較這個數字和高溫圖.20.12.來源:P.K.Wright。 損接觸面的溫度(b)工具和工件之間的化學關系。此外，對側面磨損有所影響的因素同樣影響月牙洼。 　　月牙洼磨損描述了擴散機制的條件,原子在工具磨損界面處運動。因為擴散速度隨著溫度的上升、月牙洼磨損隨溫度的升高而升高.注意圖.20.19。月牙洼的環(huán)境在較窄的溫度范圍會急劇的改變。 當我們比較圖20.12和圖20.15a。我們看到最高深的月牙洼磨損的位置(KT)工具磨損界面溫度的最大值的位置是一致的.當鋼鐵以高速切削時橫斷面的接口的實際情況如圖20.20所示。注意月牙洼的磨損情況的位置和工具經過高溫后的變色圖案。 20.7.3碎屑 　碎屑是一項用來描述從工具脫離的小碎塊的術語,這一現(xiàn)象就像是打破了一支削尖的鉛筆尖,碎裂的碎片從刀具掉落可能非常小,或者他們可能比較大(建筑切削或破裂).并不像是磨損,這是一個循序漸進的過程、切削導致突然失去的刀具材料與相應的改變形狀,并對工件表面有一個主要的負面影響,表面完整性和尺寸精準的工件。 有兩個主要原因可以解釋碎屑是機械振動產生的(由于間斷性切割,就像在銑削或車花鍵軸),通常是熱裂紋的垂直于最前沿的工具(圖.20.18a).主要的工件材料組成或其結構還會帶來碎屑. 目前碎屑可能發(fā)生的地區(qū)在工具在小裂縫或缺損已經存在的地方。 因為刀具前端小的坡口角度使得高的正傾角更有助也碎屑的產生(如圖.20.3所示)，這就弱化了刀具的前端以及造成了切屑。切屑或斷裂可以由選擇刀具材料與高沖擊和熱阻力有所減少,就如21章所描述的那樣。 20.7.4概述刀具磨損 　因為參與人數眾多的因素,包括機床工具的特點和由特別的供應商所制造的工具質量,生產各種刀具的磨損的顯著不同。除了磨損過程之前描述其他現(xiàn)象也有助于刀具的磨損模式(圖20.18)。 　例如,由于屈服強度降低，高溫所產生的過程中產生切割，工具可能軟化并接受塑性變形。這種類型的變形通常發(fā)生在加工高強度金屬和合金。因此,工具必須能夠維持他們的強度和硬度中遇到在更高的溫度下切割。 　槽或切口的磨損切削工具(圖20.18)是歸因于事實,這是該地區(qū)的碎屑邊界不再接觸的工具。這個邊界,也被稱為深度切削線（DOC）,振蕩時因為固有的變化,并促進了切割操作磨損過程。此外,這一區(qū)域是在加工表面。由于加工表面可能會顯露出一種薄層,這種硬化加工可能有助于磨損的形成。 　因為他們是硬的及粗糙的，在工件表面的氧化皮和氧化層的磨損度增加。在那種情況下,切削深度應大于氧化膜的厚度或硬化加工層。因此,在圖20.2中的切削深度應該大于工件上氧化皮的厚度。換句話說,淺切削不應該發(fā)生在生銹的工件表面處。