New 第二章 第一部分 金属切削原理与刀具 [兼容模式]

2015-2016学年秋季学期金属切削的基本要素刀具的结构机械加工方法金属切削的基本要素刀具的结构机械加工方法刀具与工件之间主要的相对运动，它使工件材料由被切削层转变为切屑，形成工件的新表面。(1)主运动方向切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。(2)切削速度vc切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。1切削运动1）主运动刀具的基本知识使工件的被切削层不断投入切削，形成已加工表面。(1)进给运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。(2)进给速度vƒ：切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。*注意*切削运动中：主运动的速度最高、消耗的功率最大，一般是连续运动，可以是工件或刀具，且只有一个。进给运动可以有一个或几个，可以是刀具或工件,可以是间歇或连续运动。2进给运动刀具的基本知识主运动和进给运动合成的运动。（1）合成切削运动方向图中vc、vƒ和ve之间的关系为ve=vc+vƒve=vc/cosη3合成切削运动（2）合成切削速度ve（3）合成切削速度角η：主运动方同和合成切削运动方向之间的夹角；它在工作进给剖面内度量。刀具的基本知识（1）待加工表面加工时即将被切除的表面。4切削过程中工件上的加工表面（2）己加工表面已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面。（3）过渡表面加工时由主切削刃正在切削的那个表面，它是待加工表面和已加工表面之间的表面。刀具的基本知识切削用量三要素切削速度vc进给量ƒ切削深度ap1）切削速度vc（m/s、m/min）主运动速度，刀刃上速度最高点作为计算依据。601000dnVc－主运动是直线运动；－主运动是旋转运动；6010002LnVcd（mm),n(r/min)L（mm),n(r/min)切削用量三要素切削速度vc进给量ƒ切削深度ap2）进给量f（mm/r、mm/行程）每齿进给量fz（mm/齿）进给速度vf（mm/s）－多齿旋转刀具每齿进给量fz与进给量f的关系为：f=zfz进给速度vf、进给量f和每齿进给量fz之间的关系：vf＝nf=nzfz切削用量三要素主要切削工艺：切削速度vc进给量ƒ切削深度ap切削用量三要素3）背吃刀量（切削深度）ap待加工表面与已加工表面之间的垂直距离（mm）。刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动和进给运动的方向上的投影值。2mwpdda示例分析：加工过程三表面、进给量f和背吃刀量ap切削用量三要素工件加工表面分析切削用量三要素2mpda1）切削层在各种切削加工中，刀具相对于工件每移动ƒ(mm/r)或ƒz(mm/z)，刀齿从工件上切下的一层材料。(1)切削厚度hD垂直过渡表面度量2）切削层参数通常在与主运动方向相垂直的平面内度量，它影响切削变形及刀具的负荷。(2)切削宽度bD沿过渡表面度量(3)切削面积AD切削层参数3）切削用量要素与切削层参数的关系ap、ƒ一定：kr越大，hD也越大，但bD越小；kr越小时，切削厚度hD越小越大，切削宽度bD越大。hD=ƒsinkrbD=ap/sinkrAD=hDbD=apƒhD、bD均与主偏角kr有关；AD只与hD、bD或ap、ƒ有关。切削层参数金属切除率：单位时间内从工件上去除材料的体积。衡量金属切削加工效率的指标。金属切除率Zw:Zw=1000ADVav（mm3/s）()10002000wmwpnddZfa车削：()pmpfnada钻削：24mwnfdZ扩孔：22()4mwwnfddZ4)金属切除率切削层参数刀具是由切削部分和刀柄部分构成。(1)前刀面A：切屑流过的刀面。1）刀面(2)主后面A：与被切削加工的表面(过渡表面)相对的刀面。(3)副后面A’：与已切削加工的表面相对的刀面。刀具的结构要素2）刀刃(1)主切削刃S前面与主后面在空间的交线。(2)副切削刃S’前面与副后面在空间的交线。3）刀尖在实际应用中，为增加刀尖的强度与耐磨性，一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。刀具的结构要素1）刀具角度2）参考系3）刀具标注角度参考系设计、制造、刃磨和测量刀具角度所使用的几何参数，是确定刀具切削部分几何形状的重要参数。用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参考系，可分为:刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。主剖面（正交平面）参考系；法剖面参考系；进给、切深剖面参考系。刀具角度的参考系1）主剖面参考系的构成(a)基面pr通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。(b)切削平面ps通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。①主剖面面参考系由三个相互垂直的平面构成：刀具角度的参考系(c)主剖面（正交平面）po通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。刀具角度的参考系2）主剖面（正交平面）参考系的建立(a)确认刀具的主切削刃和副切削刃；(b)在切削刃上确定考查点；(c)确定考查点处主切削运动速度方向；(d)建立正交平面参考系中的基面；(e)建立正交平面参考系中的切削平面；(f)建立正交平面参考系中的主剖面（正交平面）。刀具角度的参考系4）刀具工作角度参考系工作主剖面（正交平面）参考系；工作法剖面参考系；工作进给、切深剖面参考系。（1）工作主剖面（正交平面）参考系①工作基面pre垂直于合成切削速度方向的平面。②工作切削平面pse与切削刃相切并垂直于工作基面的平面。③工作主剖面poe同时与工作基面和工作切削平面垂直的平面。（2）工作法剖面参考系（参考相关资料）（3）工作进给、切深剖面参考系（参考相关资料）刀具角度的参考系（2）工作法剖面参考系（参考相关资料）法剖面Pn：通过切削刃上选定点，与切削刃或该点的切线相垂直的平面。刀具角度的参考系（3）工作进给、切深剖面参考系（参考相关资料）工作（进给）剖面Pf：通过切削刃上选定点，平行于假定进给运动方向并垂直与基面的平面；切深（背）剖面Pp：通过切削刃上选定点，垂直与工作（进给）剖面，并垂直于基面的平面；刀具角度的参考系(a)正交平面Po中测量的刀具角度①前角0前刀面与基面之间的夹角。②后角0后刀面与切削平面之间的夹角。③楔角0前面与后面之间的夹角：0＝90-(0+0)6）刀具标注角度刀具测量角度（b）基面Pr中测量的刀具角度①主偏角kr主切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf方向之间的夹角。②副偏角kr’副切削刃在基面上的投影与进给运动速度vf反方向之间的夹角。刀具测量角度③刀尖角r主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。r=180°-(kr+kr’)④刀尖情况刀尖圆弧半径r改变刀尖的几何形状：r=0时为尖角过渡；r0时为圆角过渡；直线过渡时用k和b参数描述。刀具测量角度(c)切削平面Ps中测量的刀具角度刃倾角s：主切削刃与基面之间的夹角★注意：刃倾角s有正负之分：当主切削刃与基面平行时，s=0°；当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时，s0°；否则，s≤0°。刀具测量角度(3)副后角副切削平面与副后刀面之间的夹角。刀具测量角度上述角度中的六个角度（go、ao、kr、ls、kr’、ao’）是在主剖面参考系中确定车刀三个刀面（前面Ag、后面Aa、副后面Aa’）、两个刀刃（主切削刃S、副切削刃S’）的位置所必需的六个独立的刀具角度。确立刀头结构的六个独立角度刀具角度主剖面内的标注角度前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃影响切屑形态，前角小切屑变形大，易折断。前角增大切削变形小，可减小温度，但散热条件差，温度可能上升，前角减小散热条件好，但切屑变形严重，热多。增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。后角增大刀刃锋利，易切入，工件表面弹性恢复减小减小了后刀面与已加工表面的摩擦，减小了刀具的磨损，有利于加工表面质量。后角太大时刀头强度削弱，散热条件恶化而降低刀具耐用度。车刀主偏角越小，刀具耐用度越高，越容易引起振动（主要用于硬度高的零部件）。车刀主偏角越大，刀具耐用度略低，相对切削轻快。刀具测量角度刀具安装位置对刀具工作角度的影响刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响横向进给运动对工作前、后角的影响纵向进给运动对工作前、后角的影响刀具工作角度刀具工作角度1）刀尖高于工件轴线（不考虑进给运动）基面、切削平面的空间位置发生变化：逆时针旋转θ角刀具的工作前角大于标注前角；工作后角小于标注后角不利于加工应避免。刀具工作角度2)刀尖低于工件轴线（不考虑进给运动）基面、切削平面的空间位置发生变化：顺时针旋转θ角；刀具的工作前角小于标注前角；工作后角大于标注后角；不利于加工应避免加工内表面时，情况与加工外表面相反。刀具工作角度3）刀柄中心线与进给运动方向不垂直当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小；顺时针相反。rerrerkkGkkG4)横向进给运动对工作前、后角的影响0tanoeoeofcvfnfvdndƒ越大，d越小，η增大，不利切削加工。靠近中心时，η值急剧增大，工作后角变为负值。切断刀应选用较大的标注后角，适宜的进给量。刀具工作角度5)纵向进给运动对工作前、后角的影响ƒ越大，dw越小，η增大，不利切削加工。0tantansinarctanoeoeofrffcvv一般外圆车削中，可忽略不计。主剖面度量：刀具工作角度车削梯形螺纹时，η不可忽略。为保证左、右螺纹加工表面质量一致，刀具安装时应调整一个安装角。刀具工作角度按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；刀具的分类（1）按用途外圆、端面、内孔、切断和切槽刀。车刀车刀（2）按结构①整体车刀②焊接车刀车刀车刀车刀③焊接装配式车刀④机夹车刀车刀⑤成形车刀车刀孔加工刀具从实体材料上加工出孔的刀具:麻花钻、中心钻、深孔钻；对工件上已有孔进行再加工的刀具:扩孔钻、铰刀、镗刀等（1）麻花钻：直柄麻花钻（φ0.5~φ20）锥柄麻花钻（φ8~φ80）钻头材料：钻头一般为高速钢材料。钻头结构：三条切削刃，前刀面（螺旋面）、后刀面等孔加工刀具孔加工刀具麻花钻麻花钻的角度：前角γ0前刀面为螺旋面，越靠近中心，前角越小，横刃为负前角。后角αf，越靠近中心，后角越大。顶角2φ标准钻头顶角为118°。横刃斜角Ψ螺旋角β（25～35度）孔加工刀具孔加工刀具孔加工刀具群钻优于其它钻头的原因：标准麻花钻60%的轴向阻力来自横刃，“群钻”把麻花钻横刃磨去80%～90%，并形成两条内刃，从而使轴向阻力减少50%左右，进给感觉特别轻快。群钻再外直刃上刃磨出月牙槽，从而使分屑更细，排屑更流畅。群钻的显著特点：三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，侧外刃再开槽，横刃磨低、窄又尖。孔加工刀具中心钻：钻孔时，先打中心孔，有利于钻头的导向，防止钻偏。孔加工刀具深孔钻：专门用于钻头的导向。解决排屑、冷却、润滑问题。孔加工刀具扩孔钻：铰或磨的预加工，以及毛坯孔的加大。效率精度大于麻花钻。孔加工刀具铰刀：精加工刀具；IT7~IT6Ra1.6~0.4µm孔加工刀具镗刀：箱体孔的粗、精加工。加工平面加工沟槽加工成形表面铣刀刀具旋转形成主切削运动，刀具或工件的移动形成进给运动。铣刀铣刀拉刀拉刀：高精度、高效率的多齿刀具，可加工各种内、外表面。分为内拉刀和外拉刀。拉刀螺纹刀具螺纹刀具：螺纹可用切削法和滚压法。车床——车螺纹钻床/手动——攻螺纹齿轮刀具齿轮刀具：成形齿轮刀具——盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀齿轮刀具展成齿轮刀具——插齿刀、滚刀和剃齿刀。插齿刀——盘形直齿插齿刀：普通直齿轮，大直径内齿轮碗形直齿插齿刀：塔形齿轮，双联齿轮锥柄直齿插齿刀：直齿内齿轮齿轮刀具滚刀和剃齿刀1）刀具材料应