机械制造工程学金属切削原理与刀具习题

,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,机械制造工程学,金属切削原理与刀具,第一章基本定义,第一章 基本定义,11 必备知识和考试要点,11.1 切削运动与切削用量,1掌握切削过程中所必需的切削运动的概念，了解主运动、进给运动的特点。,2明确切削过程中工件上形成的已加工表面、待加工表面、加工表面。,3熟悉切削用量三要素的概念、符号及度量单位。,112 刀具的几何参数,1了解刀具切削部分的构成，熟悉表示各表面和刀刃的符号,2熟悉刀具标注角度的参考平面(基面、切削平面)的定义、符号,3.熟悉刀具标注角度不同参考系的构成及各参考系中测量平面的定义、符号。,4熟悉刀具标注角度的定义、符号及正负，并能对派生角度进行计算。,5能够根据已知条件正确画出刀具标注角度。,6，明确刀具工作角度和标注角度的区别。,7掌握法平面与正交平面前、后角的换算关系。,8掌握垂直基面的任意剖面与正交平面前、后角的换算关系,9熟悉切削层参数的定义、符号及与切削用量之间的计算关系,10了解自由切削与非自由切削、斜角切削和直角切削。,12 典型范例和答题技巧,例11 图11为用端面车刀切削工件端面。已知：,分析1判定刀具切削时的进给方向。端面车刀的,进给方向与外圆车刀的进给方向不同。外圆车刀的进给方向平,行于工件的轴线，而端面车刀的进给方向则垂直于工件轴线。,刀具标注角度中的主偏角,k,r,、,副偏角,k,r,的定义分别是主、副切削刃在基面中的投影与进给方向的夹角；所以只有正确地确定进给方向，才能正确地标出主、副偏角。,2计算刀具的最大前角公式为,tan,max,=,(1.1),根据式(11)求得的最大前角是垂直于基面的某一剖面。该剖面位置即为最大前角的方位角,tan ,max,=tan,0,tan,s,(12),通过式(12)计算求得,max,后，在图中从主切削刃起，向副切削刃方向标出,max,角。,3端面车削、切削用量的概念如下：,进给量,f：,主轴转一转时，车刀相对工件径向移动的距离。,背吃刀量,p,：,沿着工件轴线测量的待加工表,面与已加工表面的距离。,答案 见例图1.2。,最大前角计算,刃上的几何角度，并说明以上各角度的定义，当刀尖装高,h,后，工作角度如何计算?,分析1刃倾角的正、负在外圆车刀标注角度时，易出现错误。标注时，,S,向,视图中刀尖向下为正刃倾角，刀尖向上为负刃倾角。如果以整体刀具理解，则刀尖低为负刃倾角，刀尖高为正刃倾角。,2在回答各角度的定义时，一定要严格。如前角：在主切刃选定点的正交平面(也称主剖面)内测量，前刀面与基面之间的夹角。,5由于刀尖安装时，刀尖高出工件中心线值，使实际切削速度方向发生变化，这 样基面、切削平面的位置也就发生变化，从而使工作前后角与标注前后角不再相同。,答案 见例图13。,3标注角度时，选定点不要变。作为参考平面的基面、切削平面均是基于切削刃上的选定点，所以标注主偏角时的选定点亦应和标注前角的选定点一致。,4图中相应符号要注全，包括进给方向,f、,基面,P,、,切削平面,Ps,、,正交平面,P,0,OO、O,O,S,向等。,主偏角,k,r,：,在基面中测量的、过切削刃上的选定点、主切削刃在基面中的投影与进给方向间的夹角。,副偏角,k,r,：,在基面中测量的、副切削刃在基面中的投影与进给方向间的夹角。,前角,0,：在正交平面中测量的、前刀面与基面间的夹角。,后角,0,:在正交平面中测量的、后刀面与切削平面间的夹角。,刃倾角,s,：,在切削平面,P,s,内刀具的主切削刃与基面之间的夹角,刀尖高者为正，刀尖低者为负。,副后角,：在副刃正交平面中测量的、副后刀面与副切削面间的夹角,刀尖装高,h,值后，工作角度的修正计算为(见例图14),在背平面(切深剖面),在正交平面(主剖面)内,例13,已知：加工阶梯轴的外圆,车刀,0,=15,o,、,0,=10,o,、,k,r,=15,o,、,s,=5,o,、,0,=5,o,，,画出该车刀的标注角度，并计,算刀尖角,r,、,楔角,。,分析1。确定主偏角。该题没有给出主偏角的数值，学生在答题时往往一看是外圆车刀，就按普通外圆车刀的主偏角(0)。,由于,r,=90,o,，,所以,0,0,，画图时前刀面位置投影线应在基面上，如例图15所示。在,OO,剖面中，,A,点为高点，,B,点为低点；在,O,O,剖面中，,A,点为高点，,B,点为低点。,又如切断刀主切削刃在基面中的投影平行工件轴线，其进给方向垂直于工件的轴线，所以切断刀的主偏角,r,=90,o,，,0,0)。,由于,k,r,=90,o,，,所以,0,0，画图时前刀面位置投影线应在基面上，如例图15所示。在,OO,剖面中，,A,点为高点，,B,点为低点；在,O,O,剖面中，,A,点为高点，,B,点为低点。,又如切断刀主切削刃在基面中的投影平行工件轴线，其进给方向垂直于工件的轴线，所以切断刀的主偏角,k,r,=90,o,，,0,0。,3派生角度计算。车刀的刀尖角,、楔角,k,0,均为派生角度，可通过下面公式计算得出,例14,画图说明麻花钻钻孔时切削用量的概念、切削层参数的概念以及二者之间的换算关系。,分析1区分每齿进给量和每转进给量的概念。对于麻花钻，钻头转一转，沿其轴线移动的距离为每转进给量,f mmr。,钻头转过一个齿，沿轴线移动的距离为每齿进给量,f,z,(,f,)mmz。,钻头具有两条主切削刃，即有两个刀齿。所以每齿进给量和每转进给量呈2倍关系。,2确定待加工表面位置。钻孔是在实体上加工孔，所以只能出现在已加工表面。而背吃刀量的概念是已加工表面和待加工表面的垂直距离。为了能求得背吃刀量，可以先从扩孔加工来考虑。在扩孔加工时，待加工表面为加工前底孔表面，所以背吃刀量,p,可由下式计算 -,p,=(d,m,d,w,)2 (14),式中,d,m,加工后孔径；,d,w,加工前孔径。,钻孔可视为,d,w,=0,的情况，所以麻花钻钻孔尺寸的背吃刀量为,p,=d,m,/2,式中,d,m,工件加工孔径。,3掌握切削用量与切削层参数间的关系公式。,答案 见例图17。,(1)切削速度,v：,切削速度系指钻头外缘处的线速度。,V=,d,m,n/100060,ms,式中,d,m,钻头外径，,mm；,n,钻头或工件转速，,rrain,。，,(2),进给量,f：,钻头或工件每转一转，相对于工件的轴向位移量，称为每转进给量，或简称进给量，以,f,表示，单位为,mmr,；,钻头每转一个刀齿，钻头与工件之间的相对轴向位移量，称为每齿进给量，以符号,f：,表示，单位为,mmz,；,在每秒钟内，钻头与工件之间的轴向位移量，则称为每秒进给量或进给速度，以符号,v,f,表示，单位为,mms,。,它们之间的关系为,v,f,=,nf,=2nf,z,60,mms,式中,n,钻头或工件的转速，,rmin,。,(3)背吃刀量(钻削深度),p,：,p,=d,m,2，,单位为,mm。,(4),切削厚度,h,D,：,切削厚度系指垂直于主切削刃在基面上投影方向测出的切削层断面尺寸，即,h,D,=,f,z,sin,k,=f,sin,k,/2 mm,由于主切削刃上各点的主偏角不等，因此各点的切削厚度也不相等。,(5)切削宽度,b,D,：,切削宽度系指在基面上所量出的主切削刃参加工作的长度，即,b,D,=,p,/,sin,k,=d/2,sin,k,mm,切削面积,A,D,：,对麻花钻来讲，切削面积实际上系指每个刀齿的切削面积，即,A,D,=,h,D,b,D,=,f,z,p,=f d/4 mm,2,例15,举例说明外圆车刀横向进给和纵向进给时工作角度的修整计算(画图)。,分析车刀的标注角度是在不考虑进给运动时的基面、切削平面为参考平面。在有进给运动时，合成运动的速度方向发生变化，工作基面、工作切削平面发生了变化。车刀工作角度即是在考虑进给运动时刀具的实际切削角度。,答案 横向进给运动时(如切断刀，见例图18)，工作角度的修正计算为,纵向进给运动时(如车螺纹，例图19)，工作角度为,0,e,=,(,螺纹左侧面取+，右侧面取),0,e,=,(,螺纹左侧面取，右侧面取+),tan,=tan,f,sin,k,r,=,f/,d,w,/sin,k,r,注：本章要求在理解了所有的基本定义的基础上，重点掌握刀具角度的标注。,一、高速钢外圆车刀主剖面参考系前角,o,、,后角,o,、,主偏角,r,和刃倾角,s,的标注,如附图1所示，定义分别为：,(1)前角,o,过切削刃选定点在主剖面(,P,o,),内测量的前刀面,A,r,和基面,P,r,的夹角(有 +、)；,(2)后角,o,过切削刃选定点在主剖面(,P,o,),内测量的主后刀面,A,r,和切削平面,P,s,的夹角(有+、)；,(3)主偏角,k,r,过切削刃选定点在基面,P,r,内测量的主切削刃和进给方向的夹角；,(4)刃倾角,s,过切削刃选定点在切削平面,P,s,内测量的切削刃,S,和基面,P,r,的夹角(有+、)。,一、(20分),1，以外圆车刀为例，试述刀具切削刃上选定点的切削平面、基面和正交平面(主剖,面)、前角、后角、刃倾角、主偏角的定义及符号。(7分),2画图表示,o,=15,、,o,=6,、,k,r,=75,、,k,r,=15,、,s,=6,的外圆车刀。(8分),3画图说明外圆车刀刀尖高于机床中心，其工作前角,oe,和后角,oe,是否发生变化?,如何变化?(5分),一、画图说明精车阶梯轴时的外圆车刀切削刃上一点在正交平面(主剖面)、法平(剖)面、假定工作平面(进给剖面)和背平面(切深剖面)内的各几何角度。(12分),答案外圆车刀标注图(见附图3)。,法平面内与正交平面(主剖面)内的角度换算公式为,前角,n,:,tan,n,=,tan,o,cos,s,后角,n,：cot,o,=cot,n,cos,s,垂直基面的任意剖面与正交平面(主剖面)内的角度换算公式为,前角,i,:tan,i,=,tan,o,sin,k,i,+tan,s,cos,k,i,后角,i,：cot,i,=cot,o,sin,k,i,+,tan,s,cos,k,i,假定工作平面(进给剖面)和背平面(切深剖面)与正交平面(主剖面)内的角度换算,公式为：,当,k,i,=180,k,r,时，可得假定工作平面的前角和后角与正交平面内前角、后角的换算,公式：,前角,f,:tan,f,=,tan,o,sin,k,r,+tan,s,cos,k,r,后角,f,：cot,f,=cot,o,sink,r,+tan,s,cos,k,r,当,k,i,=90,k,r,，,时，可得背平面的前角和后角与正交平面内的前角、后角换算公式：,前角,p,:tan,p,=,tan,o,cos,k,r,+tan,s,sin,k,r,后角,p,：cot,p,=cot,p,cos,k,r,+tan,s,sin,k,r,当已知,p,、,p,和,f,、,f,时，可得,o,、,p,及,s,tan,o,=tan,p,cos,r,+tan,f,sin,r,cot,o,=tan,p,cos,r,+cot,f,sin,r,tan,s,=tan,p,sin,r,tg,f,cos,r,最大前角、最小后角及方位角的计算公式为,：,1试用本章阐述的基本定义，分析用麻花钻在钻孔时的主运动、进给运动、工件上,的加工表面和麻花钻的各刀面与刀刃。,2列举外圆车刀在不同参考系中的主要标注角度及其定义。,3试述刀具的标注角度与工作角度的区别。为什么横向切削时，进给量不能过大?,4请设法证明式(12),cot,n,=cot,o,cos,s,，,和式(14),cot,I,=cot,o,sin,k,i,+tan,s,cos,k,I,。,5,设外圆车刀的,s,=5,，T=15,，,o,=8,，,k,r,=45,，,求,f,、,p,、,f,及,p,。,一、画图标出外圆车刀的,k,r,、,k,r,、,o,、,o,、,n,、,n,、,o,、,s,、,f,、,p,、,f,、,p,。,并写,出：(1)法平面角度与正交平面(