第五章 切削用量及刀具几何角度的选择(机械制造技术A).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,*,第五章 切削用量及刀具几何角度的选择,教学要求,掌握刀具结构的作用及各角度选取原则,掌握切削用量的选取原则,切削变形,切削力,切削温度,刀具磨损,刀具耐用度,生产率,工件成本,切削用量,刀具几何参数,刀具合理几何参数的选择,刀具几何参数包括：,刀面形式、刀具角度、切削刃形状等。,刀具合理的几何参数，是指在,保证加工质量,的前提下，能够获得,最高刀具耐用度，,从而达到,提高切削效率,或,降低生产成本,目的的几何参数。,1.,正前角平面型,优点,：形状简单、易制造、锋利；,缺点,：刃口强度差，不易断屑。,前刀面的型式及选择,5.1,前刀面及前角的选择,使用场合,：,钢材精加工；,低硬度材料加工；,刃形复杂的刀具。,2.,正前角曲面型,优点,：刃口强度大、利于卷屑。,缺,点,：刃磨比平面型前角困难。,使用场合,：,单刃刀具；,需要改善卷屑的加工场合。,3.,负前角单面型,优点,：刃口强度高。,缺点,：刃口钝，对切削层的挤压严重。,使用场合,：,主要用于硬质合金车刀和铣刀；,切削高强度、高硬度材料和切削淬火钢；,当磨损主要发生在后刀面时。,4.,正前角正倒棱,使用场合,：适用于高速钢刀具,正倒棱尺寸参数：,5.,正前角负倒棱,优点,：可提高刃口强度；,增大了散热面积；,提高了刀具耐用度。,缺点,：刃口较钝。,适用场合,：适用于硬质合金刀具切削厚度较大的粗加工。,6.,负前角双面型,优点,：减少了前刀面的刃磨面积；,刀具的寿命延长。,适用场合,：用于磨损同时发生在前刀面和后刀,面的场合。,负前角平面型,7.,波形前刀面,主切削刃为波浪形，可改变切屑的形状，改善切削过程。,主切削刃,散热好，粗加工时用。,1.,前角的作用,影响切削区的变形程度；,增加前角可减小切削层的塑性变形，从而减小切削力、切削热和切削功率。,影响刀具耐用度；,增大前角，可减小切削力、切削热和切削功率，提高刀具耐用度；,前角过大则刀头强度降低，散热条件差，从而使刀具耐用度降低。,影响加工表面质量；,增加前角可减小塑性变形，从而减少工件表面的加工硬化，并抑制积屑瘤与鳞刺的产生；,增加前角可减小切削中的振动，提高加工质量。,前角的作用及选择,工件材料强度越大，硬度越高，应取越小的前角，甚至可取负值。,加工塑性材料时，为减小切屑变形和刀具磨损，应选择较大的前角；,加工脆性材料时，为保证刀尖的强度，前角应小一些。,2.,前角的选择原则,根据工件材料选择前角,图,3-2,加工材料不同时的合理前角,r,o,塑,r,o,脆，,r,o,低强度钢,r,o,高强度钢,（前角大，刀头受弯曲应力；前角小，刀尖受压）,高速钢刀具抗拉强度和抗压强度接近，可采用较大的前角；,硬质合金刀具抗拉强度比抗压强度小很多，应采用较小的前角。,根据刀具材料选取前角,根据加工条件选取前角。,塑性材料粗加工时，为保证刀具有足够的强度和散热面积，应减小前角；,精加工时，为保证加工质量，前角应取大一些。,粗加工，特别是,断续切削,，应适当减小前角。,当系统的刚性较差时，为减小切削力和振动，前角应取大一些。,自动机床，一般选较小的前角。,1.,单面平面型后刀面,优点,：形状简单、易制造、容易获得锋利的刃口。,缺点,：后角较大时刃口强度差。,使用场合,：用于高速钢单刃刀具（如车刀、刨刀）,5.2,后刀面及后角的选择,后刀面的型式及选择,2.,单面曲面型后刀面,（,P2,）,优点,：,后角相同时，刃口强度比平面型好。,缺点,：,刃磨较复杂。,使用场合,：,用于对切削部分有特定要求的刀面,（麻花钻、铣刀）。,3.,双面型,刃带,后刀面,（后刀面有后角为零度的窄狭刃口）（,P166,）,优点,：可控制多刃刀具刀齿的径向偏摆，保证刀齿的尺寸精度；,增加刀具的重磨次数；,加工中可支承、导向、消振、熨平已加工表面。,带刃尺寸：,4.,双面型消振棱后刀面,优点：,可消除切削中的振动；,可提高刀具的耐用度。,消振棱尺寸：,5.,波形后刀面,优点：增大了切屑卷曲方向的刚度，有利于断屑。,1.,后角的作用,增加后角可减少刀具与已加工表面的摩擦，,因此,有利于提高工件表面质量；,有利于提高刀具耐用度；,在同样磨钝标准,VB,下，增大后角有利于提高刀具耐用度；,增大后角使切削刃和刀头强度降低，散热体积减小，从而使刀具耐用度下降。,后角的作用及选择,2.,后角的选取原则,根据切削厚度选取后角：,切削,厚度小,时，为减小切削刃的钝圆半径对切削层的挤压，应选取较大的后角；切削,厚度大,时，为保证刃口强度和改善散热条件，应选取较小的后角；,根据工件材料选取后角：,工件材料的,强度和硬度低、塑性和韧性好,时，应选取较大的后角；,加工,高强度、高硬度材料,时，一般情况下选用较小的后角；,在前角很小或为负角,的情况下，为便于切入，可选用较大的后角；,加工,脆性材料,时，应选用较小的后角。,根据加工条件选取后角：,工艺系统刚性差、振动较大时，应选取较小的后角，以减少振动。工件尺寸精度较高时，为避免刀具径向磨损影响尺寸的加工精度，也不宜选用太大的后角。,3,、副后角的作用,：,减少副后刀面与已加工表面的摩擦。,选取原则：,车刀、刨刀副后角,与主后角相等,；,切断刀、切槽刀、锯片铣刀为保证强度，取较小值。,切断刀的标注角度,1.,主偏角的作用,影响切削层的形状；,当切削深度与进给量不变时，主偏角减小，切削厚度减小，切削宽度增加，从而使单位切削刃长度的负荷减轻；,主偏角减小使散热面积增加，刀具耐用度提高。,影响已加工表面的残留高度；,减小主偏角可以减低工件加工表面的残留面积高度，提高工件的表面光洁程度；,影响切削分力的比值,增大主偏角，吃刀抗力,F,y,减小，走刀抗力,F,x,增大。,（,工艺系统的刚性较差时，应选用较大的主偏角,）,5.3,主偏角、副偏角及其选择,影响断屑,增大主偏角，切削厚度增加，切削易折断。,影响刀片许可的最大切削深度。,主偏角大，刀片许可的最大切削深度大。,2.,主偏角的选取原则,当,系统的刚性较差,时，应选取较大的,r,，以减小吃刀抗力,F,y,；,硬质合金刀具,应选用较大的,r,，以减小加工中的振动；,切削高强度、高硬度钢,，应选用较小的,r,，以增加强度，增大散热面积。,副偏角的作用与选择,1.,副偏角的作用,影响残留面积的高度；,影响刀尖强度和散热条件；,影响吃刀抗力,F,y,的大小。,9,刀尖,概念,：主切削刃与副切削刃连接的地方；,刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方,。切削过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损，因此增强刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖对已加工表面粗糙度有很大影响。,外圆车刀过渡刃参数：,过渡刃偏角,过渡刃长度,b,s,=0.52mm,5.4,过渡刃与修光刃参数的选择,一、过渡刃及其参数选择,切断刀过渡刃参数,过渡刃偏角,rs,=45,过渡刃长度,b,s,=,（,0.20,0.25,）,a,p,3,）,圆弧过渡刃,高速钢车刀,硬质合金车刀,精车时取大值，粗车时取小值。,修光刃,：在负切削刃靠近刀尖处磨出的一段 的刀刃。,修光刃长度 （,1.2,1.5,）,f,不能太长，否则易引起振动。,二修光刃及其参数选择,1,、,斜角切削,的概念,直角切削,：刀具主切削刃与切削速度相垂直，及刃倾角,s,=0,时的切削；,斜角切削,（斜刃切削）：刀具主切削刃与切削速度不相垂直，即刀具刃倾角,s,0,时的切削。,5.5,斜角切削及刃倾角的选择,一、斜角切削,流屑角的定义：,在刀具前刀面上,切屑流出的方向与切削刃法线间的夹角,称为,流屑角,。,2.,流屑角和实际切削角度,（,1,）用测定切屑宽度,b,c,的方法,求流屑角,：,主切削刃,主切削刃法线,实际切削角,流屑剖面,：包含切屑流出方向和切削速度的剖面,P,。,实际切削角：在流屑剖面内测量的角度,实际切削前角,实际切削后角,结论,：,(,表,5-10,）,实际切削刃钝圆半径：,流屑剖面,法剖面,刃倾角的作用：,影响切屑的流出方向；,影响实际切削前角和切削刃的锋利性；,二、刃倾角的作用及其选择,影响各切削分力的比值及切削过程的平稳性,。,车外圆时，当刃倾角由正变负时，吃刀抗力,F,y,增大；,刃倾角越大，参加工作的切削刃越长，使切削平稳。,影响刀尖强度和刀尖散热条件；,1,）粗加工,S,0,（使,F,y,小些）,刃倾角的选择原则,：,P74,2,）断续切削：,S,0,（保护刀尖）,3,）工件,b,、,HB,大：,S,0,（使,F,y,小些）,5,）微量切削：,S,取大值,(,使刀具实际刃口半径,),5.6,切削用量的选择,选择的目的是要在,保证加工质量和刀具耐用度,的前提下，使切削时间最短，即,切削效率最高,。,一、选择切削用量应考虑以下问题：,1.,切削用量对加工质量的影响,切削深度,a,p,的影响：,a,p,增大时，切削力成倍增加，使工艺系统的弹性变形增加，并易引起振动，从而增高工件表面粗糙度和降低工件精度,；,进给量的影响：,增大时,切削力和表面残留面积增加,使工件表面粗糙度增高,使工件精度下降；,切削速度,v,的影响：,v,增加时，切削变形和切削力减小，且当速度到一定值时，积屑瘤消失，有利于减低表面粗糙度的数值,。,5.6,切削用量的选择,2.,切削用量对刀具耐用度的影响,可见,v,的影响最显著；,f,次之；,ap,影响最小。,选择顺序：,先选大的切削深度，然后选大的进给量，最后按耐用度标准选取合理的切削速度。,刀具耐用度与切削用量的关系,用硬质合金刀具切削碳钢时有：,实验公式：,3.,切削用量对切削加工生产率的影响,切削机动时间：,提高,v,，刀具耐用度下降，辅助时间增加，效率降低；,减小,a,p,，走刀次数增加，效率降低。,因此，,应先取大的切削深度，然后选取合理的切削速度。,机动时间：,刀具耐用度：,二、选取切削用量的原则,1.,切削深度,a,p,的选取原则,切削深度应尽可能大，尽量减少走刀次数。,2.,进给量,f,的选取原则,粗加工,时，在工艺系统刚度和强度允许时，尽量选较大值；,精加工、半精加工,一般选较小值。,3.,切削速度,v,的选取原则,（,1,）,粗加工,时，应选较低的切削速度，,精加工,时选择较高的切削速度；,（,2,）,加工材料强度硬度,较高时，选较低的切削速度，反之取较高切削速度,；,（,3,）,刀具材料,的切削性能越好，切削速度越高。,半精加工和精加工,时，切削速度,c,，主要受刀具耐用度和已加工表面质量限制，在选取切削速度,c,时，要尽可能避开,积屑瘤,的速度范围。,粗车,时，应选较低的切削速度，,精加工,时选择较高的切削速度；,加工材料强度硬度,较高时，选较低的切削速度，反之取较高切削速度；,刀具材料,的切削性能越好，切削速度越高。,3.,切削速度,v,的选取原则,三、提高切削用量的途径,凡能提高刀具耐用度、降低表面粗糙度以及减少机床动力消耗的因素，都能提高切削用量。,1.,正确选用现有刀具材料，发展耐热性和耐磨性更好的刀具材料；,2.,改善刀具结构，简化切削加工中刀具的装夹和调整；,3.,采用合理的刀具几何参数，提高刀具的刃磨质量，使刀具有锋利的切削刃和低粗糙度表面；,4.,采用性能良好的切削液。,Thank you for your listening!,本 章 结 束,测试,1,：,1,、积屑瘤在粗、精加工中各起什么作用？当其有害时怎样抑制它？,2,、影响积屑瘤大小的因素,?,精加工外圆时怎样抑制它,?,为什么,?,3,、试推导变形系数,与剪切角,之间的关系。,4,、单位切削力的定义,?,5,、切削用量三要素对切削力的影响与对刀具耐用度的影响有什么不同？请利用指数公式对该问题进行分析，并提出降低切削力和提高刀具耐用度的措施。,6,、试推导出相对滑移（剪应变）,与剪切角,之间的关系。,7,、在车床上车削加工细长轴时，工艺系统刚性不足，这时刀具主偏角和后角应如何选择，为什么,?,8,、当用硬质合金车刀车削有冲击的工件时（如把四方形的,Q235,材质的材料车成圆形），前角和后角应如何选择？为什么？,9,、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角？加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？,10,、画出如图所示镗刀的主偏角、副偏角、前角、后角、刃倾角、法前角、法后角。,1,、,8,、应选择负前角，以使合金刀片受压而不受弯，选较小的后角（即选取楔角大一些），以使刀头刚性好，散热好，切削刃强度好，不易崩刀。,9,、强度和韧性大的刀具材料选择大前角，而脆性大的刀具选择小前角；加工塑性材料时，一般选择大前角；加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料选择小前角？,