第二章 数控切削原理 a

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,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,*,第二章数控切削原理,2.1.1,切削运动,金属切削加工时刀具和工件之间的相对运动，称为切削运动。,（,1,）主运动,（,2,）进给运动,2.1 概述,2.1.2,工件上的加工表面,（,1,）待加工表面。工件上即将被切除的表面。在切削过程中，待加工表面将逐渐减小，直至全部切除。,（,2,）已加工表面。工件上被刀具切削后形成的新表面。在切削过程中，已加工表面随切削的进行逐渐扩大。,（,3,）过渡表面。工件上由切削刃正在切削着的表面。在切削过程中，过渡表面是不断改变的，且总是处于待加工表面和已加工表面之间。,2.1.3,切削用量,（,1,）切削速度,v,（,2,）进给量,f,，,vf,=,nf,=,nz,f,z,（,3,）背吃刀量,a,p,2.1.4,刀具的几何参数,1,）前刀面,A,切屑流经的刀具表面。,2,）主后刀面,A,与工件上过渡表面相对的刀具表面。,3,）副后刀面,A,与工件上已加工表面相对的刀具表面。,4,）主切削刃,S,前刀面与主后刀面的交线，在切削过程中完成主要切削工作。,5,）副切削刃,S,前刀面与副后刀面的交线，它参与部分切削工作最终形成已加工表面，并影响已加工表面粗糙度的大小。,(2)刀具标注角度参考系,概念,(2),刀具标注角度参考系,1,）基面,Pr,通过切削刃上选定点，且与该点的切削速度方向垂直的平面。,2,）切削平面,Ps,通过切削刃上选定点，且与切削刃相切并垂直于基面的平面。,3,）正交平面,Po,通过切削刃上选定点，且与该点的基面和切削平面同时垂直的平面。,4,）法平面,Pn,通过切削刃上选定点，且与切削刃垂直的平面。,5,）假定工作平面,P,f,通过切削刃上选定点，且垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面。,6,）背平面,Pp,通过切削刃上选定点，且垂直于基面和假定工作平面的平面。,(3),刀具的标注角度,1,）正交平面参考系标注角度,2,）法平面参考系标注角度,3,）假定工作平面和背平面参考系,(4),刀具的工作角度,1,）进给运动对刀具工作角度的影响,刀具安装高度的影响,刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响,2.1.5,切削层参数,（,1,）切削层公称厚度,h,D,，（,2,）切削层公称宽度,b,D,，（,3,）切削层公称横截面积,A,D,2.2,金属切削过程的基本规律及其应用,2.2.1,切屑的形成及种类,1,切屑的形成过程：（,1,）第一变形区、（,2,）第二变形区,、,（,3,）第三变形区,2.,切屑的种类,（,1,）带状切屑，（,2,）挤裂切屑，（,3,）单元切屑，（,4,）崩碎切屑,2,2,2,积屑瘤,3,积屑瘤在切削过程中的作用,(1),增大实际工作前角,oe,，可降低切削力,(2),积屑瘤硬度很高，可代替刀刃工作，起保护刀刃、提高刀具耐用度的作用。,(3),改变了被吃刀量。,(4),增大了已加工表面的粗糙度。,2.2.3,切削力,1,切削力的分析,（,1,）主切削力,F,c,，（,2,）轴向力,F,f,，（,3,）径向力,F,p,2,切削力的计算,4,影响切削力的主要因素,(1),工件材料。,(2),切削用量。,(3),刀具几何参数。,2.2.4,切削热与切削温度,1,切削热的产生与传出,2,切削温度的分布,3,影响切削温度的主要因素,3,影响切削温度的主要因素,(1),切削用量。增大切削用量时，切削功率增大，产生的切削热也多，切削温度就会升高。,(2),工件材料。工件材料的强度和硬度越高，单位切削力越大，切削时所消耗的功就越多，产生的切削热也多，切削温度就越高。,(3),刀具几何参数。刀具的前角和主偏角对切削温度影响比较大。增大前角，可使切削变形及切屑与前刀面的摩擦减小，产生的切削热减少，切削温度下降。,(4),其它因素。刀具后刀面磨损增大时，加剧了刀具与工件间的摩擦，使切削温度升高。,2.3,刀具磨损与刀具耐用度,2.3.1,刀具的磨损形式：,(1),前刀面磨损，,(2),后刀面磨损，,(3),前刀面和后刀面同时磨损或边界磨损,2.3.2,刀具磨损的原因,（,1,）硬质点磨损,(2),粘结磨损,(3),扩散磨损,(4),化学磨损,2.3.3,刀具的磨损过程,2.3.4,刀具耐用度,刀具耐用度是指刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具的磨钝标准所经过的总切削时间,单位一般为分钟（,min,）。刀具寿命是指刀具从开始投入使用到报废为止的总切削时间。,2.4,数控加工刀具及其几何参数的选择,2.4.1,刀具材料的选择,刀具材料,硬度（,HRA,）,抗弯强度,/,GPa,抗冲击强度,耐磨性,车削,45,钢时的切削条件,20,535,760,前角,/,(,),切削速度,/,m/min,高速钢,83,87,75,82,较低,3.0,3.4,+5,+30,23,56,硬质合金,89,93,82,97,77,85,1.2,1.45,-6,+10,47,560,陶瓷,94,97,90,93,87,92,0.5,0.65,-15,-5,156,781,金刚石,8000HV,8000HV,极低,0.21,0.49,-,-,立方氮化硼,9000HV,9000HV,9000HV,1.0,1.5,-,-,2.4.2,刀具几何参数的选择,(1),前角的选择。选择原则如下：,1,）加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和切削温度，应选较大的前角，加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。,2,）刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较高时，应取较大的前角。,3,）粗加工、断续切削时，为提高切削刃的强度，应选用较小的前角。精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选用较大的前角。,2.4.2,刀具几何参数的选择,(2),后角的选择。其选择原则如下：,1,）工件的强度、硬度较高时，为增加切削刃的强度，应选择较小的后角。,2,）粗加工或断续切削时，为了强化切削刃，应选较小的后角。精加工或连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。,3,）当工艺系统刚性较差，容易出现振动时，应适当减小后角。,2.4.2,刀具几何参数的选择,(3),主偏角与副偏角的选择。主偏角与副偏角的作用有以下几点：,1,）减小主偏角和副偏角，可降低残留面积的高度，减小已加工表面的粗糙度值。,2,）减小主偏角和副偏角，可使刀尖强度提高，散热条件改善，提高刀具耐用度。,3,）但减小主偏角和副偏角，均使径向力增大，容易引起工艺系统的振动，加大工件的加工误差和表面粗糙度值。,2.4.2,刀具几何参数的选择,(4),刃倾角的选择。刃倾角的作用如下：,1,）影响切屑的流出方向（如图,2-19,所示）。当,s,0,时，切屑沿主切削刃方向流出；当,s,0,时，切屑流向待加工表面；当,s,0,时，切屑流向已加工表面。,2.4.2,刀具几何参数的选择,(4),刃倾角的选择。,2,）影响刀尖强度和散热条件（如图,2-20,所示）。当,s,0,时，切削过程中远离刀尖的切削刃处先接触工件，刀尖可免受冲击，同时，切削面积在切入时由小到大，切出时由大到小逐渐变化，因而切削过程比较平稳，大大减小了刀具受到的冲击和崩刃的现象。,2.4.2,刀具几何参数的选择,(4),刃倾角的选择。,3,）影响切削刃的锋利程度。当刃倾角的绝对值增大时，可使刀具的实际前角增大，刃口实际钝圆半径减小，增大切削刃的锋利性。,(5),其它几何参数的选择,1,）切削刃区的剖面形式。通常使用的刀具切削刃的刃区形式有锋刃、倒棱、刃带、消振棱和倒圆刃等,2.4.2,刀具几何参数的选择,(5),其它几何参数的选择,2,）刀面形式和过渡刃,前刀面形式。后刀面形式。过渡刃。,2.5,切削用量及切削液的选择,2.5.1,切削用量合理选择,1,切削用量的选择原则,(1),粗加工时切削用量的选择原则 根据工件的加工余量，首先选择尽可能大的背吃刀量,ap,；其次根据机床进给系统及刀杆的强度刚度等的限制条件，选择尽可能大的进给量,f,最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度,vc,；并且校核所选切削用量是机床功率允许的。,(2),精加工时切削用量的选择原则 首先根据粗加工后的加工余量确定背吃刀量,ap,；其次根据已加工表面粗糙度的要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选择较高的切削速度,vc,；并校核所选切削用量是机床功率允许的。,2,切削用量的选择方法,(1),背吃刀量,ap,应根据加工余量确定。粗加工时应尽量用一次走刀切除全部加工余量。当加工余量过大、机床功率不足、工艺系统刚度较低、刀具强度不够、断续切削及切削时冲击振动较大时，可分几次走刀。,(2),进给量,f,粗加工时，由于对工件表面质量没有太高的要求，这时主要考虑机床进给系统以及刀杆的强度和刚度等限制因素，在工艺系统的强度刚度允许的情况下，可选用较大的进给量，可根据工件材料、刀杆尺寸、工件直径和已确定的背吃刀量查阅切削用量等相关手册确定。,2,切削用量的选择方法,(3),切削速度,vc,根据已选定的背吃刀量、进给量，按照一定刀具耐用度下允许的切削速度公式来确定切削速度。粗加工时，背吃刀量和进给量都较大，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，一般较低。精加工时，背吃刀量和进给量都取的较小，切削速度主要受加工质量和刀具耐用度影响，一般较高。,2.5.2,切削液的选择,1,切削液的作用,（,1,）冷却作用。,（,2,）润滑作用。,（,3,）清洗作用。,（,4,）防锈作用。,2,切削液的添加剂。,（,1,）油性添加剂。,（,2,）极压添加剂。（,3,）表面活性剂。（,4,）防锈添加剂。,3,常用切削液的种类与选用,（,1,）水溶液。它的主要成分是水，其中加入了少量的防锈剂、清洗剂和润滑剂。水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削和粗加工。,（,2,）乳化液。它是将乳化油（由矿物油和表面活性剂配成）用水稀释而成，用途广泛。低浓度的乳化液具有良好的冷却效果，主要用于普通磨削、粗加工等。高浓度的乳化液润滑效果较好，主要用于精加工等。,（,3,）切削油。它主要是矿物油（如机械油、轻柴油、煤油等），少数采用动植物油或复合油。普通车削、攻丝时，可选用机油。精加工有色金属或铸铁时，可选用煤油。加工螺纹时，可选用植物油。在矿物油中加入一定量的油性添加剂和极压添加剂，能提高其高温、高压下的润滑性能，可用于精铣、铰孔、攻丝及齿轮加工。,