金属切削加工基础知识.ppt

第一章金属切削加工的基础知识 1 本课程教学目的 机械制造技术基础 是机械设计制造及自动化专业的必修专业基础课程 是该专业的主干课程 通过学习 机械制造技术基础 可以使学生对制造活动有一个总体的 全貌的了解与把握 掌握金属切削加工的基本规律 机械加工的基本知识 具备机械加工和装配工艺规程设计的能力 掌握机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法 初步具备分析解决现场工艺问题的能力 了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展概况和制造技术发展的前沿与趋势 初步具备对制造系统 制造模式选择决策的能力 第一章金属切削加工的基础知识 2 本课程教学主要任务介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织 机械加工过程及其系统 包括 第一章金属切削加工的基础知识 1 金属切削过程及其基本规律 2 机床 夹具 刀具的基本知识 3 机械加工和装配工艺规程的设计 4 机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法 5 制造技术与现代生产管理模式 6 制造技术发展的前沿与趋势 1 金属切削加工的定义 第一章金属切削加工的基础知识 金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动 通过刀具上的切削刃切除工件上多余的 或预留的 金属 从而使工件的形状 尺寸精度及表面质量都符合预定要求 这样的加工称为金属切削加工 在金属切削加工过程中有两个基本要素 一个是成形运动 另一个是刀具 3 金属切削加工的种类 车削 铣削 刨削 磨削 钻削 镗削 拉削等 金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动 通过刀具上的切削刃切除工件上多余的 或预留的 金属 从而使工件的形状 尺寸精度及表面质量都合乎预定要求 这样的加工称为金属切削加工 任何零件的表面形状都是由一些基本表面组合而成的 所以零件的切削加工过程就是表面成形过程 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 1 零件的表面形状平面 直线成形表面 圆柱面 圆锥面 球面 圆环面 螺旋面 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 2 工件表面的形成方法各种典型表面都可以看作是一条线 称为母线 沿着另一条线 称为导线 运动的轨迹 母线和导线统称为形成表面的发生线 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 有些表面的发生线完全相同 只因母线的原始位置不同 也可以形成不同的表面 母线和导线有时候可以互换 有时候不可以互换 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 3发生线的形成方法及所需的运动在实际的切削加工中 发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的 由于生产中使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同 形成发生线的方法可归纳为四种 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 轨迹法 成形法 是利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法 利用成形刀具对工件进行加工的方法 刀具的切削刃与所需形成的母线完全吻合 相切法 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 展成法 亦称共轭法或包络法 是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法 是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 成形法 表面成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动 例如用车刀车削外圆柱面 形成母线和导线的方法 都属于轨迹法 工件的旋转运动B1 产生母线 圆 刀具的纵向直线运动A2产生导线 直线 运动B1和A2就是形成外圆表面两两个成形运动 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 1 成形运动的种类简单成形运动由单独的旋转运动或直线运动构成 复合成形运动由两个或两个以上旋转运动或 和 直线运动 按照某些确定的运动关系组合而成 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 2 零件表面成形所需的成形运动形成表面所需要的成形运动 就是形成母线及导线所需要的成形运动的总和 为了加工出所需的零件表面 机床就必须具备这些成形运动 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 例1 1用普通车刀车削外圆母线 圆 由轨迹法形成 需要一个成形运动B1 导线 直线 由轨迹法形成 需要一个成形运动A2 表面成形运动的总数为两个 即Bl和A2 都是简单的成形运动 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 例1 2用成形车刀车削成形回转表面母线 曲线 由成形法形成 不需要成形运动 导线 圆 由轨迹法形成 需要一个成形运动B1 表面成形运动的总数为一个Bl 是简单的成形运动 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 例1 3用螺纹车刀车削螺纹母线 车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状一致 故母线由成形法形成 不需要成形运动 导线 螺旋线 由轨迹法形成 需要一个成形运动 这是一个复合运动 B11 A12 1 1工件表面的成形方法及所需的成形运动 例1 4用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面母线 渐开线 由展成法形成 需要一个成形运动 是复合运动 可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12两个部分 B11和B12之间必须保持严格的相对运动关系 导线 直线 由相切法形成 需要两个独立的成形运动 即滚刀的旋转运动B11和滚刀沿工件的轴向移动A2 1 2切削运动与切削用量 要进行切削加工 金属切削机床必须为形成工件表面提供两种最主要的相对运动 即主运动和进给运动 1 主运动及切削速度 主运动是刀具和工件之间产生的最主要的相对运动 它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料 使切削层金属转变成切屑 从而形成新鲜表面的运动 在表面成形运动中 必须有而且只能有一个主运动 主运动消耗的功率比较大 速度也比较高 1 2切削运动与切削用量 主运动可以由工件完成 也可以由刀具完成 可以是旋转运动 也可以是直线运动 主运动的方向 切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向 主运动的速度vc 切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度 一般称为切削速度 1 2切削运动与切削用量 2 进给运动和进给速度 由机床或人力提供的 使主运动能够继续切除工件上多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动 进给运动可以用进给速度vf或进给量f fz af来表示 进给运动的特点 速度低 消耗的机床功率少 各种切削加工方法可以有一个或多个进给运动 一般不唯一 1 2切削运动与切削用量 进给运动可能是连续的 例如在车床上车削圆柱表面时 刀架带动车刀作连续纵向运动 也可能是间歇的 例如牛头刨床上加工平面时 刨刀作往复运动 进给运动为工作台带动工件作的横向间歇移动 进给运动可以由刀具完成 也可以由工件完成 可以是直线运动 也可以是旋转运动 1 2切削运动与切削用量 进给运动的方向 切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向 进给速度vf 切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度 1 2切削运动与切削用量 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动 可以由刀具来完成 也可以由工件来完成 可以是直线运动 用T表示 也可以是回转运动 用R表示 正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合 产生了不同的加工方法 1 2切削运动与切削用量 1 2切削运动与切削用量 1 2切削运动与切削用量 1 2切削运动与切削用量 1 2切削运动与切削用量 1 2切削运动与切削用量 3 合成切削运动由同时进行的主运动和进给运动合成的运动 称为合成切削运动 切削刃上任一点相对工件的合成切削运动的瞬时速度称为合成切削速度 用ve表示 它是同一选定点的主运动速度vc与进给运动速度vf的矢量和 即 ve vc vf 1 2切削运动与切削用量 3 合成切削运动合成切削运动方向与主运动方向的夹角称为合成切削速度角 用 表示 在一些间歇进给的机床 如刨床 上 主运动就是合成切削运动 但在大多数情况下vf与vc相比是很小的 可略去不计 则在大小上近似认为 ve vc vf vc 1 2切削运动与切削用量 3切削过程中工件上的加工表面如外圆车削时 工件做旋转运动 刀具作纵向直线运动 形成了工件的外圆表面 在新的表面的形成过程中 工件上有三个依次变化的表面 待加工表面即将被切除金属层的表面 1 2切削运动与切削用量 3切削过程中工件上的加工表面 过渡表面 或称切削表面 加工时由主切削刃在工件上正在形成的那个表面 是待加工表面和已加工表面之间的表面 已加工表面已被切除多余金属而形成符合要求的工件新表面 1 2切削运动与切削用量 4切削用量三要素所谓切削用量是指切削速度vc 进给量f 或进给速度vf 和背吃刀量asp 也常称为切削用量三要素 1 切削速度切削速度即主运动的速度 主运动为旋转运动大多数主运动属于回转运动 切削速度为刀具或工件最大直径处的线速度 d 完成主运动的刀具或者工件的最大直径 mm n 主运动的转速 rad S或r min 1 2切削运动与切削用量 主运动为直线往复运动 牛头刨床刨刀的直线往复运动为主运动 切削速度计算公式 n 工件或刀具的转速或往复次数 r min或d str min str是Stroke 行程 的缩写 L 工件或刀具往复单行程 mm 1 2切削运动与切削用量 2 进给速度vf 进给量f和每齿进给量fz 进给运动速度vf切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动速度 即单位时间的进给量 单位是mm s mm min 进给量f af刀具或工件的主运动每转一转 或一个双行程 工件和刀具在进给运动方向上的相对位移量 以mm r 毫米 转 或mm d str 毫米 双行程 表示 1 2切削运动与切削用量 每齿进给量fz对于铣刀 铰刀 拉刀 齿轮滚刀等多刃切削工具 在它们进行工作时 还应规定每一个刀齿的进给量fz 即后一个刀齿相对于前一个刀齿在进给运动方向上的相对位移量 单位是mm z 毫米 齿 存在以下关系 1 2切削运动与切削用量 3 背吃刀量背吃刀量指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离 以asp表示 单位为mm 对于车削和刨削加工来说 背吃刀量asp为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离 单位为mm 外圆柱表面车削的深度可用下式计算 asp dw dm 2 1 2切削运动与切削用量 对于钻孔asp dm 2上两式中dm 已加工表面直径 mm dw 待加工表面直径 mm 1 3刀具材料及刀具角度 由于机械零件的材质 形状 技术要求和加工工艺的多样性 客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能 因此 生产中所使用的刀具的种类很多 刀具常按加工方式和具体用途分为车刀 孔加工刀具 铣刀 拉刀 螺纹刀具 齿轮刀具 自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型 刀具还可以按其它方式进行分类 如按所用材料分为高速钢刀具 硬质合金刀具 陶瓷刀具 立方氮化硼 CBN 刀具和金刚石刀具等 按结构分为整体刀具 镶片刀具 机夹刀具和复合刀具等 按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等 1 3刀具材料及刀具角度 刀具切削性能的好坏 取决于构成刀具切削部分的材料 几何形状和刀具结构 刀具材料对刀具使用寿命 加工效率 加工质量和加工成本等都有很大影响 因此要重视刀具材料的正确选择与和合理使用 刀具材料主要是指刀具切削部分的材料 1 3刀具材料及刀具角度 一 刀具材料必须具备性能作为刀具材料应满足以下基本要求 1 高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高 常温硬度在HRC62以上 耐磨性表示抵抗磨损的能力 耐磨性取决于组织中硬质点及其数量 大小和分布 2 足够的强度和韧性为了承受切削中的压力冲击和振动 避免崩刃和折断 刀具材料应该具有足够的强度和韧性 一般强度用抗弯强度来表示 韧性用冲击韧性值表示 1 3刀具材料及刀具角度 3 高的耐热性 热稳定性 红硬性 是指刀具材料在高温下仍能保持高的硬度 耐磨性 强度和韧性的能力 是衡量刀具材料切削性能的重要指标之一 刀具材料的高温硬度越高 允许的切削速度越高 切削性能越好 另外刀具材料还应具有在高温下抗氧化 抗粘结和抗扩散的能力 即良好的化学稳定性 1 3刀具材料及刀具角度 4 良好的工艺性为了便于制造 要求刀具材料有较好的可加工性 如切削加工性 铸造性 锻造性 焊接性能 热处理性等 5 良好的经济性有些超硬材料 虽然价格较高 但是它的耐用度高 使用寿命长 这样分摊到每个零件的成本不一定很高 从而得到广泛的应用 6 切削性能的可预测性 1 3刀具材料及刀具角度 目前 生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多 碳素工具钢 如T10A T12A 工具钢 如9SiCr CrWMn 因耐热性差 仅用于一些手工或切削速度较低的刀具 1高速钢HSS HighSpeedSteel 定义是一种加入较多的钨 W 钼 Mo 铬 Cr 钒 V 等合金元素的高合金工具钢 强烈地与C化合形成高硬度的合金碳化物 提高耐磨性 性能有较高的热稳定性 较高的强度 韧性 硬度和耐磨性 有良好的综合性能 1 3刀具材料及刀具角度 工艺性能和应用其制造工艺简单 容易磨成锋利的切削刃 可锻造 可用于制造一些形状复杂和大型刀具 如钻头 成形刀具 拉刀 齿轮刀具等复杂刀具 分类按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢 按化学性能分钨系 钨钼系和钼系高速钢 按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 1 3刀具材料及刀具角度 各类高速钢刀具 1 3刀具材料及刀具角度 1 通用型高速钢 钨钢典型牌号为W18Cr4V 简称W18或18 4 1或T1 有良好的综合性能 可以制造各种复杂刀具 淬火时过热倾向小 磨加工性好 碳化物含量高 塑性变形抗力大 但碳化物分布不均匀 影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度 强度和韧性显得不够 热塑性差 很难用作热成形方法制造的刀具 如热轧钻头 1 3刀具材料及刀具角度 钨钼钢典型牌号为W6Mo5Cr4V2 简称M2或6 5 4 2 将钨钢中的一部分钨以钼代替而得 国外用1 Mo代替2 W 从而用W量减少了 克服了上述的不足 同时 强度 韧性和热塑性 Mo 得到了大大提高 具有良好的机械性能 可做尺寸较小 承受冲击力较大的刀具 热塑性特别好 更适用于制造热轧钻头等 磨加工性也好 目前各国广为应用 1 3刀具材料及刀具角度 W9Mo3Cr4V 我国研制 特点 硬度 强度 热塑性高于W6Mo5Cr4V2较高的硬度和较好的韧性配合易于轧制 易于锻造热处理范围宽脱碳敏感性小成本也较低 W6Mo5Cr4V2 国外研制 特点 抗弯强度和冲击韧性高于W18Cr4V淬火加热温度范围窄脱碳倾向大 易氧化适于制造热轧刀具或扭制麻花钻 立铣刀 还可用于尺寸较大 受冲击力较大的刀具 1 3刀具材料及刀具角度 2 高性能高速钢 定义是指在普通高速钢成分中再增加一些C V 再添加Co Al等合金元素的新钢种 性能特征具有比普通高速钢更为优越的切削性能 更高的强度 耐热性和耐磨性 刀具的耐用度提高了几倍 应用可以填补普通高速钢和硬质合金之间在切削速度上的空白 vc 0 83 1 67m s 主要用于加工奥氏体不锈钢 耐热钢 钛合金 高强度钢等难加工材料 钢种典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V 高钒高速钢W6MoCr4V3 钴高速钢W6MoCr4V2Co8 超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8等 1 3刀具材料及刀具角度 钴高速钢W2Mo9Cr4VCo8 M42 性能特征 有良好的综合机械性能 硬度高 HRC70 红硬性高 磨加工性好 但是Co的含量高 价格较贵 尽量少用 5倍于普通高速钢价格适用于加工高温合金 不锈钢 铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al 501 是我国独创的含Al无钴的高速钢 因此价格低 性能特点 Al 耐热性 耐磨性好可以防止因高碳引起的钢的韧性下降 高温硬度 红硬性 抗弯强度和冲击韧性均与M42相当 可磨性低于M42 热处理工艺性较差 1 3刀具材料及刀具角度 粉末冶金 粉末压制 是用金属粉末 或者金属粉末和非金属粉末的混合物 做原料 经压制成形后烧结而制造各种类型的零件和产品的工艺方法 粉末冶金的特点 能够生产出其它加工方法不能或难制造的制品 材料利用率很高达到100 经济性好 一般来说 金属粉末的价格较高 粉末冶金设备和模具投资大 零件的几何形状受到一定的限制 适宜大批量生产 1 3刀具材料及刀具角度 粉末冶金生产技术流程 1 3刀具材料及刀具角度 3 粉末冶金高速钢 工艺用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢钢水 直接得到细小的高速钢粉末 然后将这种粉末在高温下压制成致密的钢坯 而后在1100 以下 10 13GPa下 锻压成材或刀具毛坯的一种高速钢 特点与熔炼高速钢相比 可避免碳化物偏析 颗粒细小 碳化物细小而均匀 1 3刀具材料及刀具角度 韧性 硬度较高 是熔炼高速钢的2倍和2 5 3倍 可磨削性能显著改善 热处理变形小 应用适合制造切削难加工材料的刀具 大尺寸刀具 如滚刀 插齿刀 精密刀具 磨加工量大的复杂刀具 高压动载荷下使用的刀具等 用于加工调质钢 高速钢 不锈钢 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 定义硬质合金是由难熔金属化合物 如WC TiC 和金属粘结剂 Co或Ni 用粉末冶金工艺制成 硬度可达HRA89 93 在800 1000 还能承担切削 耐用度较高速钢高几十倍 当耐用度相同时 切削速度可提高4 10倍 2 特点a硬质合金的硬度 耐磨性和耐热性都很高 因含有大量熔点高 硬度高 化学稳定性好 热稳定性好的金属碳化物 1 3刀具材料及刀具角度 b刀具耐用度高可高于高速钢几倍到十几倍 c抗弯强度较高速钢低 冲击韧性差 切削时不能承受大的振动和冲击负荷 硬质合金刀具的抗弯强度和硬度与成分和颗粒细小程度之间的关系 碳化物含量较高时 硬度高 但抗弯强度低 粘结剂含量较高时 抗弯强度高 但硬度低 碳化物越细小 硬度高 强度稍有降低 1 3刀具材料及刀具角度 3 应用硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料 约占50 如大多数的车刀 端铣刀以至深孔钻 铰刀 齿轮刀具等 它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料 很少用于制造整体刀具 1 3刀具材料及刀具角度 ISO将切削用的硬质合金分为三类 P类 用于加工长切屑的黑色金属 相当于我国的YT类 蓝色标示K类 用于加工短切屑的黑色金属 有色金属及其非金属材料 相当于我国的YG类 红色标示M类 用于加工长 短切屑的黑色金属 有色金属 相当于我国的YW类 黄色标示 1 3刀具材料及刀具角度 1 YG K 类 即WC Co类硬质合金由WC和Co组成 牌号有YG6 YG8 YG10 YG3X YG6X 用X表示细颗粒 含钴量分别为6 8 10 3 6 组织结构有粗晶粒 中晶粒 细晶粒和超细晶粒之分 中晶粒组织 YG6 YG8 细晶粒硬质合金 如YG3X YG6X 超细晶粒 YG10 在含钴量相同时细晶粒比中晶粒的硬度 耐磨性高 但抗弯强度 韧性低 此类硬质合金韧性 磨削性 导热性较好 较适于加工产生崩碎切屑 有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料 如铸铁 有色金属及其合金以及导热系数低的不锈钢和对刃口韧性要求高 如端铣 的钢料等 1 3刀具材料及刀具角度 2 YT P 类 即WC TiC Co类硬质合金硬质点相除WC外 还含有5 30 的TiC 还含有Co 牌号有YT5 YT14 YT15 YT30 TiC的含量分别为5 14 15 30 相应的钴含量为10 8 6 4 TiC含量提高 Co含量降低 硬度和耐磨性提高 但是冲击韧性显著降低 1 3刀具材料及刀具角度 2 YT P 类 即WC TiC Co类硬质合金此类合金有较高的硬度和耐磨性 抗粘结扩散能力和抗氧化能力好 但抗弯强度 磨削性能和导热系数较低 低温脆性大 韧性差 适于高速切削钢料 含钴量增加 抗弯强度和冲击韧性提高 适于粗加工 含钴减少 硬度 耐磨性及耐热性增加 适于精加工 应注意 该类硬质合金不适合加工不锈钢和钛合金 因YT中的钛元素之间的亲合力会产生严重的粘刀现象 在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损 1 3刀具材料及刀具角度 3 YW M 类 即WC TiC TaC Co类硬质合金在YT类中加入TaC 碳化钽 t n NbC 碳化铌 可提高其抗弯强度 疲劳强度 冲击韧性 高温硬度 强度和抗氧化能力 耐磨性等 既可用于加工铸铁 也可加工钢 因而又有通用硬质合金之称 常用的牌号为YW1和YW2 以上三类的主要成分均为WC 所以又称为WC基硬质合金 各种硬质合金牌号刀具的应用范围 各种硬质合金牌号刀具的应用范围 1 3刀具材料及刀具角度 1 涂层刀具它是在韧性较好的硬质合金基体上 或在高速钢刀具基体上 涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的 常用的涂层材料有TiC TiN Al2O3等 涂层刀具具有较高的抗氧化性能 因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力 有低的摩擦系数 可降低切削时的切削力及切削温度 可提高刀具的耐用度 提高硬质合金耐用度1 3倍 高速钢刀具耐用度2 10倍 但也存在着锋利性 韧性 抗剥落性 抗崩刃性及成本昂贵之弊 2 陶瓷 有纯Al2O3陶瓷及Al2O3 TiC混合陶瓷两种 以其微粉在高温下烧结而成 陶瓷刀具有很高的硬度 HRA91 95 和耐磨性 有很高的耐热性 在高温1200 以上仍能进行切削 切削速度比硬质合金高2 5倍 有很高的化学稳定性 与金属的亲合力小 抗粘结和抗扩散的能力好 可用于加工钢 铸铁 车 铣加工也都适用 但其脆性大 抗弯强度低 冲击韧性差 易崩刀 使其使用范围受到限制 但作为连续切削用的刀具材料 还有很大发展前途的 1 3刀具材料及刀具角度 3 金刚石 是目前人工制造出的最硬的物质 硬度高达HV10000 耐磨性好 可用于加工硬质合金 陶瓷 高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度 高耐磨的材料 刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍 其切削刃锋利 能切下极薄的切屑 加工冷硬现象较少 有较低的摩擦系数 其切屑与刀具不易产生粘结 不产生积屑瘤 很适于精密加工 但其热稳定性差 切削温度不宜超过700 800 强度低 脆性大 对振动敏感 只宜微量切削 与铁有极强的化学亲合力 不适于加工黑色金属 目前主要用于磨具和磨料 对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗孔 加工铝合金 铜合金时 切削速度可达800 3800m min 1 3刀具材料及刀具角度 4 立方氮化硼 由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成 有很高的硬度 HV8000 9000 及耐磨性 有比金刚石高得多的热稳定性 1400 可用来加工高温合金 化学惰性大 与铁族金属在1300 时也不易起化学反应 可用于加工淬硬钢及冷硬铸铁 有良好的导热性 较低的摩擦系数 它目前不仅用于磨具 也逐渐用于车 镗 铣 铰 它有两种类型 整体聚晶立方氮化硼 能像硬质合金一样焊接 并可多次重磨 立方氮化硼复合片 即在硬质合金基体上烧结一层厚度为0 5mm的立方氮化硼而成 1 3刀具材料及刀具角度 表1 2切削加工常用硬质合金的应用范围分类和用途 尽管金属切削刀具的种类繁多 但其切削部分的几何形状与参数都有共性 即不论刀具结构如何复杂 其切削部分的形状总是近似地以外圆车刀切削部分的形状为基本形态 1 3刀具材料及刀具角度 因此 在确定刀具切削部分几何形状的一般术语时 常以车刀切削部分为基础 刀具切削部分的结构为 三面 两刃和一刀尖 1 3刀具材料及刀具角度 三面 两刃 一刀尖 主刀刃S 副刀刃S 前刀面 主后面 副后面 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 参考系 一类是刀具静止参考系 标注参考系 设计 制造 刃磨 测量时采用的参考系 另一类是刀具工作参考系 动态参考系 确定刀具在切削运动中有效工作角度的依据 动态参考系考虑了进给运动对刀具角度大小的影响了的 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 假定安装条件 刀尖与工件中心等高 车刀刀杆轴线垂直工件的回转中心线假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀具便于制造 刃磨和测量时定位与调整的平面或轴线 如车刀底面 车刀刀杆轴线 铣刀 钻头的轴线等 反之也可以说 假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直 刀刃上选定点的切削速度方向与刀尖处的切削速度方向平行刀刃上选定点的这种切削速度方向称为假定主运动方向 当切削刃平行于刀具底面时 刀刃上的任意一点的切削速度方向都与刀尖上的切削速度方向平行 这时假定主运动方向都是一样的 就是刀尖的切削速度方向 1 3刀具材料及刀具角度 刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成 构成刀具标注角度参考系的参考平面通常有 基面 切削平面 主剖面 法剖面 假定工作平面和背平面 1 基面 Pr通过切削刃选定点 垂直于假定主运动方向的平面 通常 基面应平行或垂直于刀具上便于制造 刃磨和测量的某一安装定位平面或轴 例如 为普通车刀 刨刀的基面Pr 它平行于刀具底面 1 3刀具材料及刀具角度 2 切削平面 Ps通过切削刃选定点 与主切削刃相切 并垂直于基面Pr的平面 也就是是通过切削刃选定点 包含该点假定主运动方向而又与刀刃相切的平面 也可以说是主切削刃与切削速度方向构成的平面 1 3刀具材料及刀具角度 3 辅助平面正交平面 主剖面 Po过主切削刃上选定点 同时垂直于基面和切削平面的平面称为该选定点的正交平面 主剖面 法平面Pn过主切削刃上选定点 垂直于主切削刃上该点切线方向的平面称为该选定点的法平面 假定工作平面 进给剖面 Pf和背平面 切深剖面 Pp过主切削刃上选定点 平行于进给运动方向且垂直于该选定点基面的平面称为假定工作平面 是过切削刃上的同一选定点并同时垂直于假定工作平面及基面的平面称为背平面 1 3刀具材料及刀具角度 1 正交平面 主剖面 参考系Pr Ps Po构成的刀具标注角度参考系 切削刃上同一点的Pr Ps Po互相垂直 2 法平面 法剖面 参考系Pr Ps Pn构成的刀具法平面参考系 刀刃上同一点的法平面Pn不垂直于该点的基面Pr 3 假定工作平面及背平面参考系 进给 切深剖面参考系Pr Pf Pp构成的刀具的假定工作平面及背平面参考系 切削刃上同一点的Pr Pf Pp互相垂直 1 3刀具材料及刀具角度 1 基面Pr 基面是通过切削刃上选定点 垂直于主运动方向的平面 通常基面应平行或垂直于刀具上便于制造 刃磨和测量时的某一安装定位平面或轴线 例如 普通车刀 刨刀的基面Pr 平行于刀具底面 钻头和铣刀等旋转类刀具 其基面Pr就是通过该点并包含刀具旋转轴线的平面 即刀具的轴向平面 1 3刀具材料及刀具角度 2 切削平面Ps 切削平面是通过切削刃上选定点与切削刃S相切 并垂直于基面Pr的平面 也就是切削刃S与切削速度方向构成的平面 基面和切削平面十分重要 这两个平面加上以下所述的辅助剖面 便构成不同的刀具角度参考系 1 3刀具材料及刀具角度 3 主剖面Po和主剖面参考系 主剖面Po是通过切削刃上选定点 同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面 Pr Ps Po组成一个正交的主剖面参考系 这是目前生产中最常用的刀具标注角度参考系 1 3刀具材料及刀具角度 4 切削刃法平面Pn和法平面参考系 法平面Pn是通过切削刃上选定点 垂直于切削刃的平面 Pr Ps Pn组成一个法平面参考系 由该图可知 两个参考系的基面和切削平面相同 只是剖面不同 1 3刀具材料及刀具角度 5 进给 切深剖面参考系 假定工作平面Pf和背平面Pp及其组成的假定工作平面和背平面参考系假定工作平面Pf是通过切削刃上选定点 平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面 通常Pf也平行或垂直于刀具上制造 刃磨和测量时的某一安装定位平面或轴线 背平面Pp是通过切削刃上选定点 同时垂直于Pr和Pf的平面 图中表示由Pr Pf Pp组成一个进给 切深剖面参考系 1 3刀具材料及刀具角度 a 主剖面参考系 b 法剖面参考系 c 假定工作平面和背平面参考系 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 1 前角 过主切削刃上选定点的主剖面内 前刀面与基面之间的夹角 在主剖面内测量 3 楔角 在正交平面内测量的前面与后面之间的夹角 并且 o 90o o o 2 主后角 过主切削刃上选定点的主剖面内 主后刀面与切削平面之间的夹角 在主剖面内测量 在主剖面内测量的角度 1 3刀具材料及刀具角度 在基面内测量的角度 4 主偏角 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角 在基面内测量 6 刀尖角 主切削刃与副切削刃在基面上投影的夹角 在基面内测量 5 副偏角 副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向之间的夹角 在基面内测量 教材上定义错误 1 3刀具材料及刀具角度 6 刃倾角 在切削平面内 主切削刃与基面之间的夹角 在切削平面内测量 在切削平面内测量的角度 当刀尖处于切削刃的最低点时 s为负值 当刀尖处于切削刃的最高点时 s为正值 1 3刀具材料及刀具角度 刀具角度正负值的定义 1 3刀具材料及刀具角度 法剖面内测量的角度有 法前角 n 法后角 n 法楔角 n假定工作平面内测量的角度有 侧前角 f 侧后角 f 侧楔角 f背平面内测量的角度有 背前角 p 背后角 p 背楔角 p 1 3刀具材料及刀具角度 1 3刀具材料及刀具角度 注意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 在切削刃是曲线或前 后刀面是曲面的情况下 定义刀具的角度时 应该用通过切削刃选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面 1 3刀具材料及刀具角度 刀具的工作角度是指刀具在工作状态下的几何角度 它受进给量和刀具安装条件的影响 1 横向进给运动对刀具工作角度的影响 切断和切槽时 进给运动是横向进给的 vc ve vf 刀刃愈接近中心 d值愈小 值愈大 愈大 愈小 因此横向进给的刀具不宜选过大的进给量f 而且应适当增大后角 1 3刀具材料及刀具角度 纵向进给车螺纹 在主切削刃上选定点的假定工作平面 进给剖面 内 f 车刀的纵向进给量 车削单头螺纹时 f等于工件的螺距 车削多头螺纹时 f等于工件的螺纹导程 dw 工件直径或螺纹外径 f 1 3刀具材料及刀具角度 3 刀尖安装高度对刀具工作角度的影响 h 刀尖高于工件中心的数值 dw 工件直径 mm p p pe pe 背前角 背后角 在主切削刃上选定点的背平面 切深剖面 内 1 3刀具材料及刀具角度 在主切削刃上选定点的主剖面 正交剖面 内 1 3刀具材料及刀具角度 当切削刃上选定点安装得低于工件中心时 上述计算公式符号相反 镗孔时计算公式符号与外圆车削计算公式符号相反 1 3刀具材料及刀具角度 或 由刀杆偏斜方向决定 G 为刀杆中心线的垂线与进给方向的夹角 G 背平面Pf与实际工作背平面Pfe之间的夹角 在基面Pr内测量 1 3刀具材料及刀具角度 1 切削层参数切削层公称横切面积AD 切削层公称宽度bD 切削层公称厚度hD 切削刃基点D 切削层尺寸平面pD 切削层尺寸平面 它是过切削刃基点D 并垂直于该点主运动方向的平面 Kr 0 s 0 1 4切削层参数及切削方式 ISO标准规定 切削层由刀具切削部分的一个单一动作所切除的工件材料 如车削时 工件每转一转 切削表面 过渡表面 被切除的材料层 它的度量参数有切削层公称横切面积AD AC 切削层公称切削宽度bD aW 和切削层公称切削厚度hD aC 1 4切削层参数及切削方式 1 4切削层参数及切削方式 1 切削层各种切削加工的切削层参数 可用典型的外圆纵车来说明 如图所示 车刀主切削刃上任意一点相对于工件的运动就轨迹是一条空间螺旋线 它们的各义及说明如下 1 4切削层参数及切削方式 为了简化计算工作 切削层的表面形状和尺寸 通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr内观察和量度 切削层参数为 1 切削厚度垂直于加工表面来度量的切削层尺寸称为切削厚度 以hD表示 在外圆纵车 s 0 时 hD f sinkr 2 切削宽度沿加工表面度量的切削层尺寸 称为切削宽度 以bD表示 外圆纵车 当 s 0时 bD asp sinkr 1 4切削层参数及切削方式 可见 在f与asp一定的条件下 主偏角kr越大 切削厚度hD也就越大 但切削宽度bD越小 kr越小时 hD越小 bD越大 当kr 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 其计算公式为 AD hD bD 1 4切削层参数及切削方式 对于车削来说 不论切削刃形状如何 切削面积均为 AD hD bD f asp上面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 残留面积是指刀具副偏角kr 0时 刀具经过切削后 残留在已加工表面上的不平部分 ABE 的剖面面积 1 4切削层参数及切削方式 材料的切除率是指刀具在单位时间内从工件上切除的材料的体积 它是衡量材料切削加工效率的指标 材料切除率Zw可由切削面积AD和平均切削速度vav求出 Zw 1000ADvav 1 4切削层参数及切削方式 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方向则称为斜切削或斜角切削 图示为刨削时的正切削和斜切削 1 4切削层参数及切削方式 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 为了简化研究工作 通常采用自由切削变形区和观察和研究