任务1 阶梯轴类零件加工
2、工作任务
按工艺完成图1-1所示阶梯轴加工。
图傩戏1-1 阶梯轴
3、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。
3.1 选择车刀、车床和工件安装方式
3.1.1车刀类型与选用
（1）车刀的类型；
车刀是金属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
按材料分：
图1-3整体式车刀车刀
整体式高速钢车刀——如图1-3，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。
硬质合金焊接式车刀——如图1-4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1-5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。
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Кr、副偏角Кr′、前角γ0、后角α0、刃倾角λs、副后角α0保密承诺书′六个。如图1-6所示
图1-6 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） 1） 车刀刀尖应与工件中心等高，如图1-7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γoe增大，而工作后角αoe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1-7b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。
图1-8 车刀的装夹
a）正确b）、c）不正确
b、不对准中心对车端面貌一新后果
a、不对准中心对车刀角度的影响
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。
茯苓饼的做法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1-8所示。一般车刀伸出长度约为刀杆宽度的1～1.5倍，下面的垫片数量要尽量少，并与刀架边缘对齐。
（4）车刀的材料及选用
高速钢：高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢，热处理后硬度为62~66HRC，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51~54HRC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700~800℃，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。
（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。刀杆高度法国葡萄酒等级H可按车床中心高选择。
3.1.2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1-9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阿修罗技能、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1-9 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。
（2）CA6140车床的组成与技术性能
如图1-7a为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 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
床鞍与刀架快速移动速度 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
3.1.3 工件的安装
（1）三爪卡盘上正安装工件
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股票换手率
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。
3.2 拟定加工工艺
如图1-1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220～350HBS。
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