金属切削的基本定义.ppt

第1章金属切削的基本定义 Keywords 切削运动切削用量刀具角度切削层参数切削方式 1 1切削运动与切削用量 1 1 1零件表面的成形方法1 零件的表面形状 内孔 外圆 平面 锥面 渐开线表面 螺纹表面 2 工件表面的成形方法 零件表面可看成母线沿着导线运动形成的轨迹 母线和导线统称为形成表面的发生线 根据母线和导线的运动关系 常见零件表面可分成3类 1 1切削运动与切削用量 旋转表面纵向表面特形表面 轨迹法 切削刃与被加工面为点接触呈切削点并按一定规律作轨迹运动 所需发生线 1 1切削运动与切削用量 3 发生线的形成方法及所需运动 成形法 切削刃与被加工面的接触呈切削线 形状与所需发生线一致 1个独立成形运动 不需要独立成形运动 相切法 铣刀 砂轮旋转刀具加工时 切削刃在垂直于刀具旋转轴线的平面内与被加工表面的接触为一切削点 相切点 旋转刀具轴线按一定规律作轨迹运动 所需发生线 1 1切削运动与切削用量 3 发生线的形成方法及所需运动 展成法 齿轮加工时刀具切削刃形状为一条切削线 与需要形成的发生线不相吻合 切削加工时刀具切削线与发生线相切 齿坯节圆与刀具节线发生纯滚动 符合齿轮齿条或齿轮与齿轮的啮合规律 切削线包络出所需形成的渐开线 1 1 2切削运动主运动进给运动辅助运动1 1 3工件上的加工表面已加工表面过渡表面待加工表面 1 1切削运动与切削用量 1 1 4切削用量三要素切削速度vc进给量f主运动一转或一行程时 工件和刀具在进给方向上的相对位移 mm r mm 行程 背吃刀量asp工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离车削 1 1切削运动与切削用量 说明切削速度vc磨削vc单位用米 秒 m s 其它加工vc单位习惯用米 分 m min 在转速n值一定时 切削刃上各点的切削速度不同 考虑到刀具的磨损和已加工表面质量等因素 计算时 应取最大的切削速度 进给量f mm s车 钻mm r 铣刀 拉刀 齿轮滚刀等多刃切削工具 在它们进行工作时 还应规定每齿进给量 即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量 单位是mm Z 毫米 齿 背吃刀量asp加工方式不同 有不同计算方法 1 1切削运动与切削用量 1 2 1刀具角度的静止参考系1 刀具切削部分的表面与切削刃以车刀切削部分为例 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 1刀具角度的静止参考系1 刀具切削部分的表面与切削刃 1 前刀面 直接作用于被切削的金属层 并控制切屑沿其排出的刀面 2 后刀面 后刀面分为主后刀面与副后刀面 主后刀面 是指与工件上过渡表面相互作用和相对着的刀面 副后刀面 是与工件上已加工表面相互作用和相对着的刀面 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 1刀具角度的静止参考系1 刀具切削部分的表面与切削刃 3 切削刃 切削刃是前刀面上直接进行切削的锋边 有主切削刃和副切削刃之分 主切削刃 指前刀面与主后刀面相交的锋边 它完成主要的切除或表面成形工作 副切削刃 指前刀面与副后刀面相交的锋边 它配合主切削刃完成切除工作 并最终形成以加工表面 4 刀尖 刀尖是主 副切削刃的连接部位 为了强化刀尖 许多刀具都在刀尖处磨出直线或圆弧形过渡刃 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 1刀具角度的静止参考系1 刀具切削部分的表面与切削刃为了强化刀尖 许多刀具都在刀尖处磨出直线或圆弧形过渡刃 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2刀具角度和刀具的工作角度 2 刀具角度的静止参考系刀具角度 指在刀具工作图上需要标出的角度 刀具的制造 刃磨和测量按这种角度进行的 谈刀具角度时 刀具本身处于静止状态 目的 确定刀具前刀面 后刀面及切削刃在空间的位置 刀具切削部分的几何角度刀具标注角度参考系 任何一把刀具 在使用之前 总可以知道它将要安装在什么机床上 将有怎样的切削运动 因此也可以预先给出假定的工作条件 并以此确定刀具标注角度参考系 所谓的 静止参考系 1 2刀具角度和刀具的工作角度 2 刀具角度的静止参考系确定刀具标注角度参考系的方法 假定运动条件 假定安装条件 a 不考虑进给运动的影响 即f 0 b 安装车刀时应使刀尖与工件中心等高 且车刀刀杆中心线与工件轴心线垂直 c 主切削刃上选定点x与工件中心等高 注 静止系 本质上不是静止的 它仍然是把刀具同工件和运动联系起来的一种特定的参考系 有3种参考系 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 正交平面参考系 1 2刀具角度和刀具的工作角度 基面Pr切削平面Ps正交平面PoPo Pr Ps称为正交平面参考系 2 法平面参考系 1 2刀具角度和刀具的工作角度 基面Pr切削平面Ps法平面Pn 切削刃或其切线Pn PsPr PsPn不一定 Pr法平面参考系 3 背平面和假定工作平面参考系 1 2刀具角度和刀具的工作角度 基面Pr背平面 Pp 过切削刃上选定点 刀杆中心线且 Pr的平面 与进给方向Vf垂直假定工作平面 Pf 过切削刃上选定点 刀杆中心线且 Pr的平面 与进给方向Vf平行此参考系常见于美 日文献 1 2 2刀具角度刀具角度 在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度 称为刀具标注角度 作用 一是确定刀具上切削刃的空间位置 二是确定刀具上前 后面的空间位置 1 刀具在正交平面参考系中的角度以外圆车刀为例进行说明六个基本角度确定主切削刃空间位置的角度 主偏角 r 刃倾角 s确定车刀前面与后面空间位置的角度 前角 0 后角 0与副切削刃有关的角度 副偏角 r 副后角 0 三面 两刃 一尖的空间位置 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 2刀具角度前角 o 前刀面与基面间的夹角 在主剖面中测量 后角 o 后刀面与切削平面间的夹角 在主剖面中测量 主偏角 r 基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角 刃倾角 s 切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角 o s确定前刀面的方位 r o确定后刀面的方位 r s确定主切削刃的方位 同理 副切削刃及其相关的前刀面 后刀面在空间的定位也需用四个角度 即副偏角 r 副刃倾角 s 副前角 o 副后角 o 车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上 o s 两个角度可由 o s r r 等角度换算出来 1 2刀具角度和刀具的工作角度 几个派生角度 楔角 o 主剖面中测量的前 后刀面间夹角 刀尖角 r 基面中测量的主 副切削刃间夹角 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 2刀具角度 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 2刀具角度 前角正负的规定 在主剖面中 前刀面与基面平行时前角为零 前刀面与切削平面间夹角小于90 时 前角为正 大于90 时 前角为负后角正负的规定 后刀面与基面夹角小于90 时 后角为正 大于90 时后角为负 加工中 后角一般不选负值 刃倾角正负的规定 在切削平面中 切削刃与基面平行时 s为零 切削刃上刀尖为最低点 s为负 刀尖为最高点 s为正 刃倾角的正负如图示 刃倾角的正负对排屑方向有影响 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 2刀具角度2 刀具在法平面参考系中的角度以外圆车刀为例 刀具在法平面参考系中要标出的角度 基本上和正交平面参考系中相类似 相同 在基面Pr上表示的角度 r r r和在切削平面Ps内表示的角度 s 二参考系是相同的 不同 正交平面P0内的 0 0和 0 法平面Pn内的法前角 n 法后角 n与法楔角 n 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 刀具工作角度及参考系刀具工作角度 指刀具在实际工作状态下的切削角度 它必须考虑进给运动和实际的安装情况 刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是 用ve取代vc 即用实际进给运动方向取代假定进给运动方向 下图所示三把刀具的标注角度完全相同 但由于实际工作状态不同 后刀面与加工表面之间的接触和摩擦的实际情形有很大的不同 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 3刀具的工作角度 当考虑横向进给运动之后 切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线 切削平面Ps变为通过切削刃切于螺旋面的平面Pse 基面也相应倾斜为Pre 角度变化值为 工作主剖面Poe仍为平面 在工作参考系 Pre Pse Poe 内的工作角度 oe oe为 1 2刀具角度和刀具的工作角度 随着切削刃趋近工件中心而增大的 在常用进给量下切削刃距离工件中1mm时 1 40 再靠近中心 值急剧增大 工作后角变为负值 2 纵车由于工作中基面和切削平面发生了变化 形成了一个合成切削速度角 引起了工作角度的变化 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 2 3刀具的工作角度 角度变化换算至主剖面内 外圆车削 值 40 可以忽略 车螺纹时 值大 须进行工作角度计算 1 刀尖安装高低对工作角度的影响如图示 当刀尖安装得高于工件中心线 工作切削平面将变为Pse 工作基面变为Pre 工作角度也发生了变化 在背平面 Pp Pp为标注背平面 内角度变化值 p为 式中h 刀尖高于工件中心线的数值 mm dw 工件直径 mm 1 2刀具角度和刀具的工作角度 3 刀具安装对工作角度的影响 则注意 当刀尖低于工件中心线时 上述计算公式中符号相反 镗孔时计算公式同外圆车削相反 上述都是在刀具的背平面 Pp Pp 内的角度变化 还需换算到工作主剖面内 1 2刀具角度和刀具的工作角度 2 刀杆安装倾斜对工作角度的影响如图所示 车刀刀杆与进给方向不垂直时 工作主偏角和工作副偏角将发生变化 式中G 假定进给剖面与工作进给剖面之间的夹角 在基面内测量 即进给运动方向的垂线和刀杆中心线间的夹角 1 2刀具角度和刀具的工作角度 1 3 1法平面与正交平面的角度换算 1 3刀具角度的换算 1 3刀具角度的换算 1 4 1切削层参数图示外圆纵车 主切削刃上任意一点相对于工件的运动轨迹是一条空间螺旋线 当 s 0时 主切削刃所切出的加工表面为阿基米德螺线旋面 进给量为 f mm r 时 切削刃从加工表面 的位置移到相邻加工表面 的位置上 之间的金属转变为切屑 由车刀正在切削着的这一层金属 就叫做切削层 1 4切削层参数与切削方式 1 4切削层参数与切削形式 切削层的大小和形状决定车刀切削部分负荷大小及切下切屑的形状和尺寸 在外圆纵车时 当 r 0 s 0时 切削层的截面形状为一平行四边形 为简化计算 切削层的形状和尺寸 通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr内观察和度量 切削层参数为 1 切削厚度 hD 垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸 称为切削厚度 在外圆纵车 s 0 时 1 4切削层参数与切削方式 2 切削宽度 bD 沿过渡表面度量的切削层尺寸 称为切削宽度 在外圆纵车 s 0 时 可见 在f asp一定的条件下 主偏角 r越大 切削厚度hD也就越大 但切削宽度bD越小 主偏角 r越小 切削厚度hD也就越小 但切削宽度bD越大 当 r 90 时 hD f 曲线形主切削刃 切削层各点的切削厚度互不相等 3 切削面积切削层在基面Pr的面积 称为切削面积 以AD表示 AD hDbD mm2 1 4切削层参数与切削方式 Kr不同时hD bD的变化 曲线切削刃工作时的hD bD 切削层的参数变化 对于车削来说 不论切削刃形状如何 切削面积均为 以上所计算的均为名义切削面积 实际切削面积等于名义切削面积减去残留面积 残留面积 指刀具副偏角时 刀具经过切削后 残留在已加工表面上的不平部分剖面面积 1 4切削层参数与切削方式 1 4 2切削方式 1 正切削与斜切削切削刃垂直于合成切削速度方向的切削方式称为正切削或直角切削 如果切削刃不垂直于切削速度方向则称为斜切削或斜角切削 2 自由切削与非自由切削只有直线形主切削刃参加切削工作 而副切削刃不参加切削工作 称为自由切削 曲线主切削刃或主 副切削刃都参加切削者 称为非自由切削 这是根据切削变形是二维问题或三维问题进行区分的 1 4切削层参数与切削方式