第十章刀具合理几何参数的选择课件.ppt

第十章 刀具合理几何参数的选择,第一节 前角及前刀面形状的选择,第二节 后角的选择,第四节 刃倾角的选择,第三节 主偏角、副偏角及刀尖形状的选择,合理选择刀具几何参数,刀具合理几何参数的基本内容 1、刀具的切削角度：前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。问题：倒棱、消振棱、修光刃的区别？2、刀具合理几何参数的概念：指在保证质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，达到提高效率或降低生产成本的几何参数。下面将就每个因素进行分析：,一、前角的功用及选择1）增大前角，可以减小切屑变形，减小切削热，提高刀具耐用度；2）增大前角会使楔角减小，降低了刀刃强度，易崩刃；同时减小了导体的散热面积，降低刀具耐用度。合理的前角opt，主要取决于刀具材料和工件材料的种类及性质。,第一节 前角及前刀面形状的选择,1、刀具材料的强度及韧性较高时，可选用较大的前角；,第一节 前角及前刀面形状的选择,刀具的合理前角,2、刀具的前角还取决于工件材料的种类和性质从图10-2可以看出：加工不同的工件材料刀具的合理耐用度是不同的：软钢最大，中硬钢次之，铸铁最小。说明：1）加工塑性材料时，应 选用较大的前角；加工脆性材料（如铸铁等）时，应选用较小的前角。加工钢件时，宜选用较大的前角，一般取1020 加工铸铁时，选用较小的前角，一般取5152）工件材料强度或硬度较小时，宜选用较大的前角。,第一节 前角及前刀面形状的选择,3）用硬质合金加工强度很大的钢件或淬硬钢，特别是断续切削时，常采用副前角（-5-20）但副前角会增大切削力（特别是Fy力）和能量，易引起机床振动，只有在工件材料强度和硬度很高，切削时冲击很大时，才采用副前角。加工一般脆性材料时，这类材料一般抗压强度大于抗拉强度，用正前角即容易切削，不用副前角。,第一节 前角及前刀面形状的选择,3、合理选择前角，还应考虑一些具体的加工条件1）粗加工时，特别在断续切削时，采用较小的前角；2）精加工时，采用较大的前角。3）工艺系统较差，或电机功率不足时，采用较大的前角；4）自动化机床上，为使切削性能稳定，宜采用小一些的前角。,第一节 前角及前刀面形状的选择,二、倒棱及其参数的选择,第一节 前角及前刀面形状的选择,目的：增强切削刃、减小刀具破损。同学们注意：倒棱、修光刃和消振棱的区别。,二、倒棱及其参数的选择1、倒棱的主要作用是：增强切削刃，减小刀具破损。2、另外，刀具倒棱处楔角增大，散热条件改善。3、倒棱的宽度，一般与切削厚度或进给量有关，通常取b1=0.21.0mm，或b1=（0.30.8）f。（补充工艺知识，RUS110工艺讲解）粗加工时取大值，精加工时取小值。4、由于副倒棱增强了切削刃，所以可相对采用较大的前角。5、副倒棱较宽时，使 切屑完全沿倒棱流出，则副倒棱起到了副前角的作用。,第一节 前角及前刀面形状的选择,二、倒棱及其参数的选择6、进给量很小时（f0.3mm/r）的精加工刀具，不宜磨出倒棱；7、加工铸铁、铜合金等脆性材料时的刀具，以及形状复杂的成形刀具，一般不磨出倒棱；8、在断续切削时，可以增大钝圆半径，以提高刀具的寿命。钝圆同时还起到对易加工表面切挤烫压作用及消振作用，对提高易加工表面粗糙度有利。,第一节 前角及前刀面形状的选择,三、带卷屑槽的前刀面形状及其参数的选择,第一节 前角及前刀面形状的选择,三、带卷屑槽的前刀面形状及其参数的选择为了控制切屑的形状，常在前刀面上磨出卷屑槽，如上图所示。卷屑槽的分类：a 直线圆弧形；b 直线形；c 全圆弧形1、直线圆弧形：圆弧半径Rn较小时，切屑变形大，易于折断；但太小时，切屑易于堵塞在槽内，增大切削力，造成崩刃。一般情况下，Rn=(0.40.7)Wn,第一节 前角及前刀面形状的选择,三、带卷屑槽的前刀面形状及其参数的选择2、直线形卷屑槽直线形卷屑槽的槽底角，对切屑的卷曲变形由直接的影响。一般取槽底角等于 1101303、全圆弧形卷屑槽可获得较大的前角，而不至于使切削刃部分强度影响很大。4、卷屑槽长度Wn对切屑变形影响很大影响：Wn小，易断屑，太小，切屑飞溅；Wn大，不易断屑。一般取Wn=(710)f,第一节 前角及前刀面形状的选择,后角数值合理与否直接影响已加工表面的质量、刀具使用寿命和生产率。后角的功用 影响后刀面与加工表面之间的摩擦 影响加工工件的精度 影响刀具耐用度和刃口的强度,第二节 后角的选择,一、增大后角，可提高刀具耐用度的原因1、增大后角，可减小弹性恢复层与后到面的接触长度，因而减小后刀面的摩擦与磨损；2、后角增大，楔角减小，刀刃钝圆半径减小，可减小工件表面的弹性恢复；3、在磨损标准VB一定的情况下，后角的增大，可使刀具磨去较大体积的刀具材料，因而增加了刀具寿命。后角太大时，由于楔角的减小，将消弱切削刃的强度。如下图所示,第二节 后角的选择,第二节 后角的选择,二、决定后角大小的主要因素 后角的大小，主要取决于切削厚度，或进给量。,第二节 后角的选择,从图中可以看出：硬质合金刀具比高速钢刀具后角要大：主要是考虑对刀具的强度的影响。,二、决定后角大小的主要因素1、切削厚度较小时，宜采用较大的后角；切削厚度较大时，宜采用较小的后角；2、进给量的影响：车刀合理的后角取值如下：f0.25mm/r时，可选用10 20；f0.25mm/r时，可选用15 8,第二节 后角的选择,二、决定后角大小的主要因素3、其它因素的影响1）工件材料强度或硬度较高时，宜采用较小的后角；工件材料较软、塑性较大的材料，应取较大的后角；2）当工艺系统刚性较差时，为了减小振动，宜采用较小的后角。为了进一步减小或消除切削时的振动：(1)在车刀后到面上磨出b1=0.10.2mm，o1=0的刃带；见下图(2)或磨出 b1=0.10.3mm，o1=-5-10的消振棱。见下图,后刀面,后刀面,减小后角、设置消振棱，可提高工艺系统刚性、提高加工表面粗糙度的主要原因：a：增加了后刀面与已加工表面之间的接触面积，可以产生同振动位移方向相反的摩擦阻力；b：对已加工表面起一定的烫压作用。（3）对尺寸精度要求较高的刀具，宜采用较小的后角。原因：NB一定时，较小的后角可使刀具耐用度提高（如前图10-8所示），切削尺寸稳定。车削钢和铸铁时，后角一般取4 6；切断刀副后角一般取1 2。见图10-10所示。,第二节 后角的选择,第二节 后角的选择,后角的选择原则：,一、主偏角的功用及选择1.主偏角的功用 影响已加工表面残留面积的高度 影响各切削分力的比例 影响刀尖的强度和刀具耐用度 影响断屑,第三节 主偏角、副偏角及刀尖形状的选择,2、主偏角减小，可提高刀具耐用度（1）主偏角减小，切削宽度增加，单位切削刃上负荷减小，散热条件改善；（2）主偏角减小，刀尖角增大，刀尖强度提高，刀尖散热体积增大；（3）主偏角减小时，最先与工件接触的是远离刀尖的地方，可减少因切入冲击对刀尖的损坏。3、主偏角对加工表面粗糙度的影响 减小主偏角，提高加工表面粗糙度,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,4、主偏角对系统刚性的影响（1）减小主偏角，导致径向分力Fy增加（请同学们分析原因？），使切削过程中产生挠度f，降低加工精度；（2）在工艺刚性不足的情况下，Fy增加会引起振动，降低表面粗糙度。5、主偏角选择原则（1）工艺刚性很强时，选用较小的主偏角；（2）工艺刚性不足时，选用较大的主偏角。,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,主偏角选择原则实例：（1）工艺系统刚性高，加工冷硬铸铁和淬硬钢时，主偏角取1030；（2）系统刚性较好（lw/dw6）,主偏角取3045；（3）系统刚性较差（lw/dw=612）、切削时带有冲击、断续切削时，主偏角取6075；（4）系统刚性差（lw/dw12），如细长轴时，主偏角取9093；硬纸合金刀具主偏角一般取6075。,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,它山之石参考,二、副偏角的功用及选择1、副切削刃的作用，是最终形成已加工表面。副偏角的大小对刀具耐用度及表面粗糙度都有影响。（1）减小副偏角，会增大副后刀面与已加工表面的摩擦，降低刀具耐用度；（2）副后角过小，会增加工艺系统振动；（3）增大副后角，会使刀尖强度降低，散热条件恶化。（4）减小副后角，会提高背加工零件粗糙度。,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,二、副偏角的功用及选择2、副后角的选择（1）工艺系统刚性较好时，在不产生振动的情况下，取较小的副偏角；（2）为了提高表面粗糙度，可采用带副偏角为零的修光刃刀具，如图所示。修光刃长度b=(1.21.5)f，端铣刀时，b=(46)f。带有副刀刃的刀具切削时，径向分离Fy很大，要求工艺系统刚性较高，否则易造成切削过程振动。,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,它山之石参考,主、副偏角的选择原则主偏角主要根据加工条件和工艺系统刚性来选择副偏角主要考虑表面粗糙度、刀尖强度和散热面积来选择。,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,三、刀尖形状及尺寸的选择1、刀尖处的工作特点：（1）强度差、散热条件差；（2）切削温度高，很易磨损。由前面分析可知，刀尖部分的形状，对残留面积高度及表面粗糙度影响很大。功用：刀尖过度刃可显著提供刀具的耐崩刃性和耐磨性，从而提高刀具的耐用度。,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,三、刀尖形状及尺寸的选择2、刀尖处的过度刃的几种形式：,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,刀具过度刃的几种形式,外圆车刀的刃形,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,3、过度刃形式的选择（1）圆弧过度刃：精加工时常采用。1）对于硬质合金和陶瓷刀具，r=0.51.5mm；2）增大r，可减小刀具的磨损和破损，Fy力也增大，工艺系统刚性不高时，易引起振动；3）刀具材料脆性较大时，对振动敏感，宜选用较小的刀尖圆弧半径；4）精加工比粗加工r小。,第三节 主偏角、副偏角及刀剑形状的选择,3、过度刃形式的选择（2）直线过度刃直线过度刃如前图所示 kr0.5 k，过度刃长度b=0.52mm，或b=（1/41/5）ap对于切断刀具：b 0.25B（B为切断刀宽度）,刃倾角的功用及其选择 1、刃倾角的功用（1）控制切屑流出方向；（2）影响刀头强度及断续切削时，切削刃上受冲击位置。s0，刀尖先接触；s0，远离刀尖处的切削刃先接触。（3）刃倾角的存在，使切削面积在切入时由小到大，实现平稳切削；（4）影响刀具的锋利程度：斜切时，实际增大了前角（5）影响分力的大小：s增大，径向切削分力增大，影响系统刚性。,第四节 刃倾角的选择,刃倾角控制切屑流向，影响加工质量,刃倾角控制切屑流向，影响加工质量,刃倾角小于0时，切屑流向易加工表面,刃倾角大于0时，切屑流向床头箱,第四节 刃倾角的选择,刃倾角等于0时，切屑沿主切削刃法线方向,第四节 刃倾角的选择,2、刃倾角的选择根据加工性质和加工条件选择 1）粗加工S 0（使FP小些）2）断续切削：S 0（使FP小些）5）微量切削：S取大值(使刀具实际刃口半径）,第四节 刃倾角的选择,