机械制造技术基础-切削基础刀具角度概要

2.2金属切削刀具Cuttingtools工欲善其事必先利其器1.切削运动2.工件加工表面3.切削用量4.切削层参数2.2.1金属切削的基本知识主运动、进给运动三个变化的表面三要素计算选择1.刀具切削部分的组成三面（rakeface，majorflank，minorflank）前刀面Aγ：直接作用于被切削金属层切屑沿其流出的刀面后刀面Aα：与工件过渡表面相对并相互作用的刀面副后刀面Aα′与工件已加工表面相对并相互作用的表面2.2.2刀具的几何角度主切削刃副切削刃刀尖两刃主切削刃Smajorcuttingedge副切削刃S′minorcuttingedge一尖Toolnose过渡刃刀具标注角度参考系设计制造测量角度时的基准2.刀具角度的参考系刀具工作角度参考系实际切削中确定角度的基准vcReferencesystemsfortoolangles刀具标注角度参考系(1)正交平面参考系pr、ps、po(2)法平面参考系pr、ps、pn(3)进给平面背平面参考系pr、ps、pf、pp基面Pr通过切削刃上的选定点并垂直于切削速度方向的平面切削平面Ps通过切削刃上的选定点并与工件加工表面相切的平面正交平面Po通过切削刃上的选定点同时垂直于基面和切削平面的平面Orthogonalplanereferencesystemcuttingedgeplanetoolreferenceplaneorthogonalplane刀具正交平面参考系法平面Pn过切削刃上选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面进给平面Pf过切削刃上选定点平行进给方向垂直于基面的平面背平面Pp过切削刃上选定点同时垂直于进给平面和基面的平面NormalplanereferencesystemnormalplaneassumedworkingplanebakeplaneReferencesystemsforthemarkedanglesofturningtool在正交平面参考系中的标注角度（1）主偏角κr“一刃四角”（5）副偏角κrˊ（6）副后角αoˊ派生角度：楔角βo、刀尖角εr余偏角Ψr3.刀具的标注角度Markedanglesofcuttingtoolcuttingedgeanglecuttingedgeinclinationanglerakeangleclearanceangle（4）后角αo（2）刃倾角λs（3）前角γo法平面参考系中的标注角度（1）主偏角κr（2）刃倾角λs（3）法前角γn（4）法后角αn“一刃四角”（5）副偏角κrˊ（6）副后角αoˊminorcuttingedgeanglenormalrakeanglenormalclearanceangle在进给、背平面参考系中的标注角度（1）主偏角κr（2）进给前角γf（3）进给后角αf（4）背前角γp（5）背后角αp（6）副偏角κrˊ（7）副后角αoˊ4.刀具的工作角度进给运动对刀具工作角度的影响（1）横向进给运动的影响γoe=γo＋μαoe=αo－μtanμ＝f/πd①当进给量f一定时，随d值↓—μ值↑，接近中心αoe为负值。②当f↑—μ值↑横车时f不宜过大，并应适当加大αo（2）纵向进给运动的影响γoe=γo＋μαoe=αo－μtanμ＝tanμfsinκr＝fsinκr/(πdw)f↑或dw↓时，μf、μ均↑车削右螺纹时左侧刃应↑αo(α左8°α右2°)右刃应↑γo车右螺纹时左侧刃γfe=γf＋μfαfe=αf－μftanμf＝f/πdw刀具安装位置对工作角度的影响（1）刀具安装高低的影响γpe=γp＋θpαpe=αp－θptanθp＝h/22w)2(hdγoe=γo＋θαoe=αo－θtanθ＝tanθpcosκr假定车刀λs＝0,刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反（2）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响=+G=-G'rκ'reκrκreκ=-G=+G'rκ'reκrκreκ切削层参数由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。1.切削厚度ac(λs=0)ac＝fsinκr2.切削宽度awaw＝ap/sinκr3.切削层面积Ac(=0)Ac＝acaw＝fap'rκ2.2.3刀具材料刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数1.刀具材料必须具备的性能1）高的硬度和耐磨性常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、组织结构及化学性能等的综合反映。2）足够的强度和冲击韧性3）高耐热性高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等4）良好的工艺性锻造性能、磨削性能、热处理性能等5）经济性常用刀具材料的种类及特性碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。2.高速钢（1）通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）钨系高速钢W18Cr4VW14Cr4MnRE钼系高速钢W6Mo5Cr4V2高温塑性好主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.（2）高性能高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等66～70HRC）9W18Cr4VW6Mo5Cr4V3W6Mo5Cr4V2Co8W2Mo9Cr4VCo8W6Mo5Cr4V2AlW10Mo4Cr4V3Al主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min.粉末冶金化，表面处理及涂层等3.硬质合金金属碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)＋金属粘接剂(Co、Ni等)高压成形后，高温烧结而成。硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差分类YG(K)类YT(P)类YW(M)类短切屑黑色金属加工长切屑的钢材、铸铁等有色金属非金属黑色金属有色金属非金属WC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+TaC+Co常用硬质合金牌号及应用范围碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工YN10碳钢、合金钢的高速精车，系统刚性好的细长轴精车同上YN05高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的半精与粗加工YW2高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的精、半精加工同上YW1碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YT5碳钢、合金钢连续切时粗、半精加工，断续切精加工YT15碳素钢、合金钢的精加工硬度、抗弯耐磨强度、切削韧性、速度进给YT30铸铁、有色金属、高温合金粗加工，可用于断续切削YG8铸铁、有色金属、高温合金的半精加工和粗加工YG6铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6X冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YA6铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工，无冲击硬度、抗弯耐磨强度、性、韧性、切削进给速度量YG3应用范围牌号新型硬质合金简介1）调整化学成份，提高综合性能添加TaC、NbC；添加稀土元素；TiC(N)基，高速钢基等2）涂层硬质合金（可转位刀片）TiC涂层、TiN涂层、复合涂层、陶瓷涂层3）细晶粒和超细晶粒硬质合金其它刀具材料简介1）陶瓷（硬、脆、价格低）普通陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷，适于精加工2）金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差800℃加工陶瓷、硬质合金、有色金属等，不适于铁系金属加工3）立方氮化硼硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等切削运动加工表面切削用量1.切削速度v(m/s或m/min)主运动为旋转运动vc=πdn/1000往复运动vc=2Lnr/1000切削用量三要素2.进给量f(mm/r或mm/双行程)进给速度vf=nf=nfzz（mm/s或mm/min)3.背吃刀量（切削深度）ap车削外圆时ap=(dw-dm)/2钻孔时ap=dm/2例题：车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求vc、f、ap和切削工时t。解：vc=πdn/1000=π·62·4/1000=0.779m/sf=vf/n=2/4=0.5mm/rap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3mmt=(l+l1+l2)/vf=(110+3+0)/2=56.5s主偏角κr主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角Cuttingedgeangle刀具主偏角的作用Toolcuttingedgeinclinationangle刀具刃倾角的作用直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直刀具前角、后角的作用刀具安装高低的影响