切削加工方式与刀具

切削加工方式决定于刀具与工件间的相对运动关系，不同的切削加工方式下，刀具几何特征，基本运动等有本质上的差别。基本的切削加工方式有：车削、铣削、钻削、拉削等，每种切削加工方式下，切削过程中的故障现象、刀具的磨损形式都有各自的特点。,切削加工刀具的种类,本节重点,1.车削加工刀具,车削是定义相对简单且最直接的金属切削方法,也是应用最广泛的工艺,易于开发，车削的基本定义是用单点刀具生成回转面形状的加工方法，并且在大多数情况下，刀具是固定的，而工件是旋转的。,车削可完成工件内外表面的圆柱体、端面、圆锥面、球面、椭圆、沟槽和其它特殊型面等不同形式的加工，车削刀具最常用的是可转位车刀。,内圆柱体,为优化车削过程,国际标准化委员会按照刀具的主偏角将刀具进行分类 车刀的头部形式及用途,车刀的头部形式及用途,(续表),车刀的头部形式及用途,(续表),2.切断切槽刀具,切断的目的是尽可能有效且可靠地将工件的两部分分开，直线切削所能达到的深度等于工件半径。在切槽工序中，除切削要浅并且不能达到中心外其原理与切断大致相同,切断、切槽方式可实现工序,切削加工方式与刀具应用,切断刀具,目前常用的切断刀的夹紧方式有上压式、自紧式等,3.孔的钻削加工刀具,3.1 孔加工特点,孔加工在金属切削加工应用很广泛，包括钻孔、套孔、扩孔、铰孔和镗孔等，其中镗孔与车削加工方式相同。所有这些孔加工工艺的共同点是旋转主运动和线性进给运动相结合，其加工工艺简图和特点见表,切削加工方式与刀具应用,3.2 整体式普通型钻头,3.3 可转位刀片钻头,3.4 深孔加工刀具，枪钻是一种有效的外排屑深也加工刀具，由三部分组成：切削部分钻杆、传动部。,3.5 套孔钻加工大直径孔时，为了节省材料的要求，发展了套料加工。,4. 孔的精加工刀具,对精度和表面质量要求较高的孔加工，需要相应的孔加工工艺和切削加工刀具来完成，常用的切削加工精密孔的方法有：镗削、扩孔、铰孔，其中镗削既适宜于孔的精加工，专门设计的粗镗刀又可用于以加工效率为目标的粗加工。,镗削及镗刀,镗削工序主要用于加工已经过预加工、铸造、挤压以及气割的孔，以达到孔的小公差和高表面的质量要求，孔径精度可达IT6IT7，孔距误差不超过0.015mm,表面粗糙度Ra可达1.60.8um,4.1 根据镗刀的不同，镗削工序可分为：单刃镗削、多刃镗削、阶梯镗削,4.2 镗削刀具通常是模块化刀具，由刀柄、接杆、和以刀卡形式的切削单元、滑块或精镗单元组成。精镗单元带有半径可调装置，可在特定的直径范围内对刀具进行径向调整。,铰刀的结构及参数,4.3 铰刀采用多刃刀具的轻型精加工工序，它可形成高精度的孔，能在高进给下获得极好的表面粗糙度和精度。预加工孔需要有一定的余量和公差要求。铰刀结构图,切削加工方式与刀具应用,5.铣削加工刀具,铣削是非常普遍的加工方式，通过旋转的多切削刃刀具（刀具绕自身轴线的转动为主切削运动），沿着工件在设定的方向进给动，从而完成金属切削，形成已加工表面。铣刀的第一个刀齿都可以看成为一把车刀，因此铣削过程有很多现象与车削相似，如切屑的变形、切削热、积屑瘤、以及加工表面硬化等。铣削还有以下特点：,铣削属断续切削，冲击载荷较大，易发生振动，刀齿的切削厚度和切削面积在切削过程中是变化的，因而切削力变化较大。,铣削时参加工作的切削刃总长度较长，铣削面积较宽，单位时间内金属切除率高，生产效率高。,5.1 铣削加工及特点：,5.2 铣削方式及影响,5.2.1 铣削方式 在进行铣削工序时，根据刀刃切削过程的变化特点，铣削方式可分为：顺铣、逆铣、对称铣、非对称铣，铣削方式的不同会影响切削的起始和完成特点，因此其选择十分重要。,1. 工件的进给方向与切削区域的铣刀旋转方向相同 2. 刀片从最大切屑厚度处开始切削，直至零为止。会降低热量和减弱加工硬化趋势 3. 加工时切削力容易将工件推入铣刀，铣削直分力向下,加工平稳,有利于刀片进行切削 4. 在机床、夹具和工件刚度等满足工艺要求时，顺铣是首选方式,5.2.1.1 顺铣,顺铣时切削点的切削速度方向在进给方向上的分量与进给速度方向一致。 顺铣是为获得良好的表面质量而经常采用的加工方法。它具有较小的后刀面磨损、机床运行平稳等优点，适用于在较好的切削条件下加工高合金钢。 使用说明： 不宜加工表面具有硬化层的工件(如铸件)，因为这时的刀刃必须从外部通过工件的硬化表层，从而产生较强的磨损。 如采用普通机床加工，应设法消除进给机构的间隙。 逆铣,切削加工方式与刀具应用,1。工件的进给方向与切削区域的铣刀旋转方向相反 2。切屑厚度开始为零，然后随着切削过程渐增加，这会产生很高的切削力，从而推动铣刀和工件彼此远离。刀片渐强行推入切削区域，首先切入硬化层，同时在磨擦力和高温的作用下产生磨擦和挤压，产生新的加工硬化表面 3。切削力也更容易将工件从工作台举起，但在工作台进给有间隙的情况下选用逆铣更为有利,逆铣 逆铣时切削点的切削速度方向在进给方向上的分量与进给速度方向相反。 鉴于采用这种方式会产生一些副作用，诸如后刀面磨损加快从而降低刀片耐用度，在加工高合金钢时产生表面硬化，表面质量不理想等，所以的加工中不常使用。 使用说明：必须将工件完全夹紧，否则有抬起工作台的危险。,5.2.1.2 逆铣,5.2.1.2 逆铣示例,5.2.1.3 对称铣，铣刀位于工件宽度的对称线上，切入处切屑厚度由小变大，切出处切屑厚度由大变小，刀具受冲击小，对铣削强度、硬度较高的工件有利,5.2.1.4 非对称铣一，刀具切入工件过程中，切削层厚度变化率较对称小，小了冲击，提高了刀具寿命，适合于一般合金钢和碳钢,5.2.1.5 非对称铣二,刀具切入过程中，切削层厚度变化率较大，切入过程有一定冲击，但可避免刀刃切入冷硬层，适全于不锈钢、耐热合金及冷硬材料的加工,工件,工件,工件,5.2.2 铣刀刀齿的切入和切出 铣刀是刀齿的断续切削，刀齿进入和退出切削区的接触类型对刀齿寿命有极为重要的影响。,当铣削宽度已给定时，铣刀直径与吃刀关系的方案有,1. 用很大的直径的铣刀进行顺铣（铣刀直径的大小相对铣削宽度而言）这个方案是最好的,2. 用直径比铣削宽度稍大的铣刀进行对称铣，这是次好的方案,3. 用大直径进行对称铣，是不好的方案,4. 用大直径进行逆铣，是最差的方案,5.3 常用铣刀类型,5.3.1 端面铣刀,5.3.1.1 端铣刀主偏角大小对切屑厚度、切削力和刀具寿命有重要影响。在给定的进给量下减小主偏角，则切屑厚度会减小；并且薄屑效应会使切削刃在更大的范围内与工件接触。较小的主偏角也可使刀片更为平缓的进入切口，这有助于减小径向压力和保护刀片的切削刃。但是，轴向力太大会增加工件上的压力。,常用端铣刀主偏角的特点及应用,5.3.1.2 常用端铣刀主偏角的特点及应用,5.3.1.3 常见铣刀主偏角及其对切削力和切屑厚度的影响,5.3.1.4,平面铣削加工中常出现的问题及解决措施,5.3.2 立铣刀,立铣刀切削形式及吃刀量示意,5.3.2.1 槽 铣,槽 铣示意图,5.3.2.3 侧铣,侧铣示意图,5.3.2.4 端铣,端铣示意图,5.3.3 整体式立铣刀,焊刃式硬质合金立铣刀。包括焊接式硬质合金斜齿立铣刀、焊接式硬质合金螺旋齿立铣刀、焊接式硬质合金螺旋玉米齿立铣刀等。,5.3.4 焊接式硬质合金立铣刀焊接式硬质合金立铣刀,5.3.5 机夹可转位立铣刀，,机夹可转位立铣刀。机夹可转位立铣刀的适宜直径范围可达D1050mm，根据直径的不同有16个刀齿，广泛用于铣削平面、沟槽、台肩等。,立铣加工常见问题及解决措施,5.4.1三面刃铣刀,三面刃铣削主要利用刀具周边的切削刃进行切削，开放式的容屑槽使排屑更顺畅，常用于铣槽和切断。三面刃铣刀的进给量较大，可达到每齿进给0.4mm，提高了生产效率。,插铣法（又称Z轴铣削法），主要利用刀具端面或末端的切削刃，并通过轴向进给，来执行局部铣削作用。插铣是实现高金属切除率最有效的方法之一，常于难加工材料的曲面加工、切槽加工、型腔加工以及刀具悬伸较大的加工.,5.5.1 插铣刀,切削加工方式与刀具应用,仿形铣刀 仿形铣削主要是指对凸形、凹腔和曲面的铣削,刀片采用自定位双刃刀片，一个切削刃用于同边切削，一个切削刃用于中心部位切削，切削过程平稳，工作台进给率可达单刃的二倍。,5.6.1仿形铣刀,5.7.1 车铣复合铣刀,车-铣加工，即在工件旋转的同时，使用一把旋转着的铣刀进行切削，工件的转速必须与刀片的推荐进给一致。其优点：大金属切除率加工；具有铣刀良好断续切削性；优良的断屑性；通过多刃切削的载荷分配，刀具寿命高，切削效率增加；能进行偏心或异形加工复杂零件的外形轮廓。,5.8.1 铣削操作要点,检查功率和机床刚性，确保机床可充分适宜于所需的刀具直径。 在主轴上以尽可能短的刀具悬伸进行切削。 使用正确的刀具齿距进行切削以避免振动，同时，对于狭窄工件表面或当铣削超过空间时应确保刀片吃刀充足. 确保使用正确进给量,选用推荐的最大进给量,获得大的切削厚度,高生产率 优先使用顺铣 使用正前角槽形的可转位刀片,可获得轻快的切削效果和最低功耗. 选择与工件宽度相对应的正确刀具直径 选择最合适的主偏角. 正确定位铣刀. 遵守刀片维护建议,并监控刀具磨损,5.8. 铣刀的应用,5.8.2 铣刀的走刀路线,5.8.2.2 坡走铣,坡走铣是在工件上加工凹窝，型腔的一种常用有效方法，在X-Y和Z方向进行线性坡走铣的最大坡角由刀具直径所决定。走刀路线的主要选择标准是如何最通畅地排出切屑。在连续切削情况下应该采用顺铣。,对于大直径孔，螺旋插补是一种加工柔性良好的高效铣削方法，刀具的适宜直径约为工件孔径的1/2。确定加工参数时应参考该刀具允许的最大坡走角，加工时仅用一把刀具便可完成，通常没有断屑、排屑或振动等问题。,螺旋插补铣可用于大型凹窝的铣削加工，先进行钻削后进行圆弧螺旋插补铣,钻削、插铣适用于条形腔且宽度与铣刀直径差别在25%左右的切削加工,5.8.3平面面铣,铣削振动的原因及改进措施,铣削表面质量差的原因及改进措施,切削加工方式与刀具应用,END,THANK YOU,