第02讲金属切削基本概念.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械制造工程,第二讲 金属切削的基本概念,董辉跃,donghuiyue,金属切削在国民经济中的重要作用,金属加工的方法：切削 铸造、锻造、焊接和压力加工电加工，电化学加工、快速原型制造。,金属切削过程：工件和刀具相互作用的过程，在该过程中，金属切削刀具从工件毛坯上,切除多余,的金属，使工件得到符合预定要求的形状、尺寸精度和表面质量。,各种方法适应范围：加工方法通常只用于制造毛坯，或精度和表面质量要求不高的零件。只能在某些零件的制造上部分代替切削加工。精度要求较高、表面质量限定较严的零件几乎都要经过切削加工，与此同时，由于刀具材料的改进，高速机床的开发、机床控制的改善，切削技术又取得了长足进步，所以金属切削在金属加工方法中仍然占主导地位。,金属切削是制造高精度、高表面质量工件的最经济的方法。,第一章 金属切削基本原理,金属切削原理,金属切削基本概念,金属切削基本规律,金属切削基本规律的应用,金属切削的三个条件,实现金属切削过程，须满足三个条件：,工件与刀具之间要有相对运动切削运动,刀具必须有适当的几何形状刀具几何形状与角度,刀具材料必须具有一定的切削性能刀具材料,金属切削基本概念,切削运动,需要什么运动,表面成形分析,运动的定义,刀具几何形状与角度,刀具材料,刀具的认识,表面成形运动分析,零件表面由若干表面元素组成，包括：平面、圆柱面、圆锥面、球面等,典型表面可看成一条,母线,沿着一条,导线,运动形成,表面成形运动分析,表面成形运动可分为简单成形运动和复杂成形运动,简单成形运动：车外圆柱面,圆母线：由机床的回转运动形成,直线导线：由刀具的直线移动形成,复杂成形运动：车螺纹,螺旋导线：通过机床主轴等速旋转运动和刀架等速直线移动复合而成,母线：,形成表面的母线和导线统称为发生线,发生线的形成方法及其所需要的运动,发生线由刀具和工件的相对运动得到，其形成方法可归纳为四种：,(,见教材,p24),轨迹法：如右图,成形法：成形刀具,相切法：铣,范成法：刀具与工件作范成运动，如刀刃,1,通过范成法包络形成渐开线齿形,2,，如下图,加工表面,切削过程中存在三个加工表面，,待加工表面,切削表面,已加工表面,切削运动定义,各种切削加工中的成形运动，按照他们在切削加工中的作用，分为主运动和进给运动，这两个运动的向量和称为合成切削运动,主运动,工件和刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动，该运动使切削层转变为切屑，从而形成工件新表面。速度高、功率大，一般是指主轴的运动。（车、铣、钻、磨、刨削）,主运动方向,切削刃,上选定点相对于工件的瞬时运动方向,切削速度切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度,进给运动,配合主运动依次地或连续不断地切除切屑，同时形成具有所需几何特性的已加工表面。（或连续，或间歇）,合成运动,主运动和进给运动的合成。,（切削运动的速度和方向都是相对于工件定义的）,切削运动通常是由机床来产生的，是金属切削机床设计的主要依据。,卧式铣床 立式铣床,立式钻床 摇臂钻床,卧式镗床外形,牛头刨床,(Horizontal Shaper),切削用量三要素,切削速度,v,、进给量,f,、切削深度,a,p,称为切削用量三要素,切削速度,vc,是刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度,进给速度,vf,是刀刃上选定点相对于工件的进给运动的速度,切削深度,ap,是工件上待加工表面和已加工表面间的垂直距离,车削,进给速度、进给量和每齿进给量,切削层参数,切削方式,自由切削与非自由切削,自由切削：只有一条直线切削刃参与切削工作,非自由切削：如右图,正切削与斜切削,正切削：主切削刃垂直于主运动方向,斜切削：主切削刃不垂直于主运动方向,铣削刀轨,逆铣和顺铣,Down milling(climb milling)is always recommended as this ensures a thick to thin chip,Down milling(climb milling),顺铣,Up milling(conventional milling),逆铣,刀具的切入、切出过程,+,Roll on entry,+,Reduce feedon entry,Thick chip on exit ofcut until cutter is fullyengaged,Comparison of wear dependent upon entry method,+Roll on technique,Length cut-600 mm,Cutter-,125 mm,CM245-18,GC2030,Cutting data-,v,c,30 m/min,f,z,0,28 mm/z,a,e,88mm,a,p,5 mm,Material-Ti6Al4V,-,Full feed directly into workpiece,Face milling programming strategies,Prevent milling over interruptions,Keep cutter in full contact,进刀与铣拐角,CoroPak TRAINING-Titanium Machining-Milling,26,Semi-rough milling Corner removal,Process/programming strategies,Corner solutions,90,corner,Corner solutions,Corner 60,Closed pockets/angles,CoroPak TRAINING-Titanium Machining-Milling,27,Plunge milling,pocket depth over 3xDc,max rpm 2000,Semi-rough milling strategiesCorner removal,Gannet Cutter,D,c,4 to 16mma,e,max,=25%D,c,CM390-11,D,c,16 to 40mma,e,max,=5.5mm,Dcmax=2 x R,Semi finish cycle required to remove cusps and fillet radius,CoroPak TRAINING-Titanium Machining-Milling,28,Finish profile milling,Thin walls,Use step over techniques with height to thickness ratio over 15:1,CoroPak TRAINING-Titanium Machining-Milling,29,Finish profile milling,Thin walled base,金属切削基本概念,切削运动,刀具几何形状与角度,刀具的组成,刀具角度的标注,刀具材料,刀具的认识,车刀的组成,车刀由刀柄（刀体）和刀头（切削部分）构成,刀头由三面二刃一尖组成,前刀面：切屑流过的表面,主后刀面：与工件上新形成的过渡表面相对的表面,副后刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖,车刀的组成,前刀面,主后刀面,副后刀面,刀具标注角度参考系,刀具标注角度基本参考平面过切削刃上某一点,基面,Pr,：垂直于主动运方向,切削平面,Ps,：与切削刃相切，,并且垂直于基面的平面,主剖面参考系,主剖面,Po,：垂直于切削刃在基面上的投影,主剖面参考系：,Pr,Ps,Po,用于刀具设计与制造,.PrPs Po,法剖面参考系：,Pr,Ps,Pn,法剖面,Pn,：垂直于切削刃,进给、切深剖面参考系：,Pr,P,f,Pp,进给剖面,Pf,：平行于进给方向,Pr,切深剖面,Pp,：垂直于,Pr,、,Pf,主剖面参考系,主剖面,车刀的标注角度,在标注角度参考系中确定的切削刃与各刀面的方位角度,在主剖面,P,o,内测量,前角,o,：前刀面,基面,后角,o,：主后刀面,切削平面,楔角,o,：前刀面,主后刀面,三个角和,在基面内,P,r,测量,主偏角,K,r,：进给方向,切削刃,副偏角,K,r,：进给方向,副切削刃,刀尖角,r,：主切削刃,副切削刃,三个角和,在切削平面,Ps,内测量,刃倾角,s,：主切削刃,基面,前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角,（,Pr,）,（,Po,）,（,Ps,）,Ps,Po,Pr,Pr,刃倾角,车刀的工作角度,刀具标注角度参考系定义基面时，只考虑主运动，这种参考系不能确切反映切削加工的真实情形，只有用合成切削运动方向来确定参考系，才符合切削加工的实际。,刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是构造参考系时，前者以合成切削方向为依据，后者以主运动方向为依据。,刀柄中心线与进给方向不垂直时工作角度的变化,车刀的工作角度,刀具的安装位置对工作角度的影响,车刀的工作角度,刀具的进给运动对工作角度的影响,Pse,Ps,f,金属切削基本概念,切削运动,刀具几何形状与角度,刀具材料,刀具材料应具备的性能,常用刀具材料,刀具的认识,刀具材料应具备的性能,刀具与工件相互作用，孰强孰弱，决定于材料性能,刀具材料应具备的性能,硬度：必须高于工件的硬度，通常不低于,HRC62,强度：能承受切削力的作用,耐磨性：抗磨损，通常硬度高则耐磨,热硬性：在高温下保持硬度的能力,韧性：能承受切削时的冲击力，不脆断,化学稳定性：与被切金属材料磨擦系数小不易发生粘结作用,导热性：导热系数大，散热好，可降低刀具切削温度，延长刀具寿命,热膨胀小：热变形小，有利于加工尺寸精度稳定,工艺性：可加工性,经济性：价格低,刀具材料的发展,早期刀具材料：高碳钢。现仍用于低速切削，如锉刀、锯条。切削速度只有,5m/min,左右,1910,年：高速钢，切削速度提高到,30m/min,1930,年：硬质合金，切削速度提高到,100m/min,以上,现在：仍在不断进步，涂层刀具、超硬刀具材料，进一步提高切削性能,刀具材料,高速钢,是一种合金工具钢，典型牌号为,W18Cr4V,基本指标：淬火并多次回火后，硬度达到,HRC62-65,优点：具有很好的淬透性和高硬度，强度高，韧性好。最主要是可加工性好，广泛用于制造复杂形状刀具，如钻头、铣刀、滚刀等。,缺点：与硬质合金相比，热硬性差，温度超过,600,o,C,时硬度下降，失去切削性能,刀具材料,硬质合金,基本指标：硬度,HV1800,3000,，高温硬度也高，,800,o,C,时可保持；强度为高速钢的一半，韧性差,YG,类（钨钴类）：主要成分是,WC+Co,，宜加工铸铁,YT,类（钨钴钛类）：主要成分是,TiC+WC+Co,，宜加工塑性材料,含,TaC,、,NbC,的,YW,（通用合金）类：宜加工不锈钢,刀具材料,超硬刀具材料,陶瓷：热硬性好，,1200,o,C,仍可保持很高硬度，可车淬火钢。缺点是脆、易崩刃，用于平稳车削,金刚石：硬度极高，但耐热性差，,800,o,C,即石墨化，且易与黑色金属亲和磨损，不宜加工钢和钛合金等铁族金属,立方氮化硼：硬度仅次于金钢石，耐热性很高，达,1200,o,C,，化学稳定性好，不与铁亲和，因此可用于切削淬火钢等。切削速度比硬质合金高,5,倍，但较脆、易崩刃。,金属切削基本概念,切削运动,刀具几何形状与角度,刀具材料,刀具的认识,圆孔拉刀,内冷却麻花钻,铣刀,铣刀,铣刀,硬质合金立铣刀,齿轮加工刀具,双圆弧滚刀,蜗杆滚刀,插齿刀,滚齿刀,刀片,机械制造工程相关精品课程,清华大学国家级精品课程,制造工程基础,安徽工业大学精品课程,机械制造技术基础,本讲部分内容来自于上述两个精品课程。,作业,绘制车刀的标注角度：（参考,P42,页，图,2-43,）,前角,10,o,，后角,15,o,，主偏角,60,o,，副偏角,30,o,，刃倾角,-5,o,；,前角,-10,o,，后角,15,o,，主偏角,60,o,，副偏角,0,o,，刃倾角,5,o,。,