机械加工刀具基础知识(内部资料)

,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,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,电气工程学院,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,单击此处编辑母版标题样式,电气工程学院,*,*,机械加工刀具基础知识,一、,零件表面的形成,表面加工方法,1.1,切削运动及切削要素,二、切削运动及切削用量,1.1,切削运动及切削要素,进给运动,(,图中,),主运动,(,图中,),切削速度,V,C,进给量,f,(,或进给速度,V,f,),背吃刀量,a,p,切削运动,(cutting,motions),切削用量,(cutting,conditions),切削层参数,(,parameters of undeformed chip,),切削用量三要素,切削要素,二、切削运动及切削用量,1.,主运动和切削速度,主运动,(primary motion),是使刀具和工件之间产生相,对运动，促使刀具接近工件,而实现切削的运动。,1.1,切削运动及切削要素,二、切削运动及切削用量,1.,主运动和切削速度,主运动为旋转运动,(,如车削、铣削等,),，,切削速度一般为其最大线速度,m/s,或,m/min,主运动为往复直线运动,(,如刨削、插削等,),，,以其平均速度为切削速度,m/s,或,m/min,1.1,切削运动及切削要素,二、切削运动及切削用量,2.,进给运动和进给量,进给运动,(feed movement),使刀具与工件之间产生附加的,相对运动，加上主运动，即可,连续地切除余量。,刀具在进给运动方向上相,对工件的位移量称为进给量,(feed rate),。,1.1,切削运动及切削要素,二、切削运动及切削用量,3.,背吃刀量,通过切削刃上选定点并垂直,于该点主运动方向的切削层尺,寸平面中，垂直于进给运动方,向测量的切削层尺寸，称为背,吃刀量，以,a,P,表示，单位为,mm,。车外圆时，,a,P,可用下式,计算，即,mm,1.1,切削运动及切削要素,三,、切削层参数,切削层的尺寸和形状，通常在切削层尺寸平面中测量,。,1.1,切削运动及切削要素,三,、切削层参数,1.,切削层公称横截面积,A,D,给定瞬间，切削层在切削层尺寸,平面里的实际横截面积，单位为,mm,2,。,2.,切削层公称宽度,b,D,给定瞬间，作用于主切削刃截形,上两个极限点间的距离，在切削层尺,寸平面中测量，单位为,mm,。,3.,切削层公称厚度,h,D,同一瞬间切削层公称横截面积与,其公称宽度之比，单位为,mm,。,1.1,切削运动及切削要素,一,、切削,刀具,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,1.,车刀切削部分的组成,车刀,(turning tools),切削部,分由下列要素组成,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(1),刀具静止参考系,它主要包括基面、切削平面、,正交平面和假定工作平面等,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(2),车刀的主要角度,车刀设计、制造、刃磨,及测量时，必须考虑的主要角,度，如图所示。,1),主偏角,k,r,在基面中测量的主,切削平面与假定工作平面间的,夹角。,2),副偏角,k,r,在基面中测量的,副切削平面与假定工作平面间,的夹角。,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(2),车刀的主要角度,车刀设计、制造、刃磨,及测量时，必须考虑的主要角,度，如图所示。,1),主偏角,k,r,在基面中测量的主,切削平面与假定工作平面间的,夹角。,2),副偏角,k,r,在基面中测量的,副切削平面与假定工作平面间,的夹角。,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(2),车刀的主要角度,车刀设计、制造、刃磨,及测量时，必须考虑的主要角,度，如图所示。,1),主偏角,k,r,在基面中测量的主,切削平面与假定工作平面间的,夹角。,2),副偏角,k,r,在基面中测量的,副切削平面与假定工作平面间,的夹角。,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大而公 称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,主、副偏角小时，已加,工表面残留面积的高度,h,c,亦,小，因而可减小表面粗糙度,的值，并且刀尖强度和散热,条件较好，有利于提高刀具,寿命。,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(2),车刀的主要角度,3),前角,0,是在正交平面,中测量的前刀面与基面,间的夹角。根据前刀面,和基面相对位置的不同，,分别规定为正前角、零,度前角和负前角,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(2),车刀的主要角度,4),后角,0,是在正交平,面中测量的后刀面与,切削平面间的夹,角,5),刃倾角,s,是在主切,削平面中测量的主切,削刃与基面间的夹角,。,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(3),刀具的工作角度,在工作参考系中定义的刀具角度,刀具安装位置对工作角度的影响,1.2,切削刀具及其材料,一、切削刀具,2.,车刀切削部分的主要角度,(3),刀具的工作角度,车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化,车刀安装偏斜对主偏角和副偏角的影响,1.2,切削刀具及其材料,一,、切削,刀具,3.,刀具结构,车刀在结构上可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹重磨式车刀和机夹可转位式车刀,1.2,切削刀具及其材料,机夹重磨式车刀,机夹重磨式车刀,一,、切削,刀具,4,.,多齿刀具,(1),麻花钻,1.2,切削刀具及其材料,标准高速钢麻花钻结构,一,、切削,刀具,4,.,多齿刀具,(1),麻花钻,主要几何参数有：前角,0,、后角,0,、螺旋角,、,顶角,2,(,主偏角,k,r,),、横刃斜角,、直径、横刃长度等。,1.2,切削刀具及其材料,几种群钻,一,、切削,刀具,4,.,多齿刀具,(2),铣刀,1.2,切削刀具及其材料,铣刀的类型及用途,一,、切削,刀具,4,.,多齿刀具,(2),铣刀,1.2,切削刀具及其材料,焊接式硬质合金铣刀,可转位铣刀的结构,3,16mm,硬质合金玻璃钻,车削软橡胶用的外圆车刀,一,、切削,刀具,5,.,非金属材料切削刀具,1.2,切削刀具及其材料,橡胶加工用刀具,塑料加工用刀具,玻璃加工用刀具,复合材料加工用刀具,金刚石刀具,二,、刀具材料,1.,刀具材料应具备的性能,1.2,切削刀具及其材料,较高的硬度和耐磨性,足够的强度和韧度,较高的耐热性,良好的工艺性和经济性,二,、刀具材料,2.,常用的刀具材料,1.2,切削刀具及其材料,常用刀具材料基本性能,二,、刀具材料,2.,常用的刀具材料,1.2,切削刀具及其材料,二,、刀具材料,3.,新型刀具材料,1.2,切削刀具及其材料,一,、切屑的形成及其类型,1.,切屑形成过程,金属的切削过程实际上与金属的挤压过程很相似,1.3,切削过程及控制,一,、切屑的形成及其类型,1.,切屑形成过程,经过塑性变形的切屑，其厚度,h,ch,大于切削层公称厚度,h,D,，而长度,l,ch,小于切削层公称长度,l,D,，这种现象称为,切屑收缩,1.3,切削过程及控制,一,、,切屑的形成及其类型,2.,切屑的种类,1.3,切削过程及控制,二、积屑瘤,在一定范围的切削速度下切削塑性金属形成带状切屑时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属楔块，这就是,积屑瘤,(the built-up edge),，或称刀瘤,1.,积屑瘤的形成,1.3,切削过程及控制,积屑瘤的形成与脱落,二、积屑瘤,2.,积屑瘤对切削加工的影响,粗加工时可利用积屑瘤,；,精加工时应尽量避免积屑瘤产生,3.,积屑瘤的控制,影响积屑瘤形成的主要因素有：工件材料的力学性能、切削速度和冷却润滑条件等。,避免和减小积屑瘤的方法是：,加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区；,增加刀具前角以减小切削变形，降低切屑接触区压力；,使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦；,用适当的热处理方法提高工件材料的硬度，降低塑性，减小加工硬化倾向。,1.3,切削过程及控制,三、切削力和切削功率,1.,切削力的构成与分解,总切削力,F,一般常分解为,3,个互,相垂直的分力,切削力,F,c,总切削力,F,在主运动方向,上的分力,进给力,F,f,总切削,F,在进给运动方向,上的分力,背向力,F,p,总切削力,F,在垂直于工作,平面方向上的分力,3,个切削分力与总切削力,F,有如下关,系：,1.3,切削过程及控制,三、切削力和切削功率,2.,切削力的估算,车削外圆时，计算,F,c,的经验公式如下：,N,经验公式中的系数和指数，可从“切削用量手册”中查出,生产中，常用切削层单位面积切削力,K,c,来估算切削力,F,c,的大小。因为,K,c,是切削力,F,c,与切削层公称横截面积,A,D,之比，所以,1.3,切削过程及控制,三、切削力和切削功率,3.,切削功率,切削功率,P,m,可用下式计算,kW,机床电动机的功率,P,E,可用下式计算,kW,1.3,切削过程及控制,四、切削热和切削温度,1.,切削热的产生、传出及对加工的影响,切削热主要有,3,个切削热源,切屑变形所产生的热量，,是切削热的主要来源；,切屑与刀具前刀面之间,的摩擦所产生的热量；,工件与刀具后刀面之间,的摩擦所产生的热量。,1.3,切削过程及控制,四、切削热和切削温度,2.,切削温度及其影响因素,切削温度的高低取决于切削热的产生和传散情况。,影响切削温度的主要因素有,1.3,切削过程及控制,切削用量,工件材料,刀具角度,切削液,切削油,乳化液,水溶液,五、刀具磨损和刀具寿命,1.,刀具磨损形态,1.3,切削过程及控制,五、刀具磨损和刀具寿命,2.,刀具磨损过程,1.3,切削过程及控制,硬质合金车刀主后刀面磨损量,VB,与切削时间之间的关系,(,磨损曲线,),五、刀具磨损和刀具寿命,3.,影响刀具磨损的因素,切削用量中，切削速度对刀具磨损的影响最大，进给量,f,次之，背吃刀量,a,p,最小。,4.,刀具寿命,一把新刀,(,或重新刃磨过的刀具,),从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命，以,T,表示。,一把新刀从第一次投入使用直至完全报废,(,经刃磨后亦不可再用,),时所经历的实际切削时间，叫做刀具总寿命。,1.3,切削过程及控制,六、切削用量的合理选择,所谓“合理”的切削用量是指充分利用切削性能和机床动力性能,(,功率、扭矩,),，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。,(1),选择背吃刀量,a,p,(2),选择进给量,f,(3),选择切削速度,v,c,切削用量选择的基本原则是：粗加工时在保证合理的刀具寿命的前提下，首先选尽可能大的背吃刀量,a,p,，其次选尽可能大的进给量,f,，最后选取适当的切削速度,v,c,；精加工时，主要考虑加工质量，常选用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度，只有在受到刀具等工艺条件限制不宜采用高速切削时才选用较低的切削速度。,1.3,切削过程及控制,一、磨料与磨具,磨削,(grinding),是用带有磨粒的工具,(,砂轮、砂带、油石等,),对工件进行加工的方法,1.4,磨具与磨削过程,一、磨料与磨具,珩磨、超精加工及钳工使用的磨具为油石,1.4,磨具与磨削过程,油石的形状,二、磨削过程,比较凸出的和比较锋利的磨粒起,切削作用,凸出高度较小或较钝的磨粒起刻,划作用,磨钝的或比较凹下的磨粒与工件,表面产生滑擦，起摩擦抛光作用,比较锋利且凸出的单个磨粒，其,切削过程大致也可分为三个阶段,1.4,磨具与磨削过程,三、磨削过程的特点,1.,背向力大,2.,磨削温度高,3.,表面变形强化和残余应力严重,1.4,磨具与磨削过程,一、衡量材料切削加工性的指标,1.,衡量切削加工性的指标,物理量,v,T,来表示材料的切削加工性。,v,T,的含义是：当刀具寿命为,T,分钟时，切削某种材料所允许的切削速度,2.,材料的相对切削加工性,切削加工性的概念具有相对性,，如下式,1.5,材料的切削加工性,一、衡量材料切削加工性的指标,常用材料的相对加工性,K,r,分为,8,级,1.5,材料的切削加工性,材料相对加工性等级,二、常用材料的切削加工性,化学成分和金相组织对工件材料切削加工性影响很大，主要应从这两方面着手改善切削加工性。,1.,调整材料的化学成分,2.,热处理改变金相组织,三、难加工材料的切削加工性,材料的相对加工性,Kr,小于,0.65,时，属于难加工材料,切削难切金属材料的主要措施有：,1.,改善切削加工条件,2.,选用合适的刀具材料,3.,优化刀具几何参数和切削用量,4.,对材料进行适当热处理,5.,选用合适的切削液,6,.,重视切屑控制,1.5,材料的切削加工性,