切削基础.ppt

机械制造技术,主讲人：李爱芝,1.金属切削基础2.金属切削的基本规律及其应用 3.机械加工工艺规程的制定 4.章 机床夹具设计5.金属切削机床与刀具 6.机械加工精度 7.机械加工表面质量 8.机械装配工艺基础,第1章 金属切削基础,1.1 切削运动与切削用量 1.2 金属切削刀具几何参数1.3 切削层参数与切削方式1.4 刀具材料及选用一、刀具材料应具备的性能 二、常用刀具材料,1.1.1 切削时的工件表面 1待加工表面：工件上多余金属即将被切除的表面。2已加工表面：工件上多余金属被切除后形成的新表面。3过渡表面（加工表面）：刀具正在切削着的表面（或工件上多余金属被切除过程 中，待加工表面与已加工表面之间相连接的表面）。,1.1 切削运动与切削用量,1.1 切削运动与切削用量,1.1.2 切削运动：刀具和工件之间的相对运动。1主运动：直接切除工件上的切削层，以形成工件新表面的基本运动,或使工件和刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。（1）速度最高，消耗的功率最多；（2）机床的主运动只有一个。2进给运动：不断地把切削层投入切削，以逐渐切削出整个工件表面的运动。（1）一般速度较低，消耗功率较少；（2）可有一个、两个或多个，可以是连续、或间断的。,外圆车削时的切削运动与加工表面,1.1 切削运动与切削用量,刨、钻、铣削时的切削运动和切削表面,1.1 切削运动与切削用量,注意:主运动和进给运动是完成金属切削的最基本运动;任何加工方法都必有一个主运动，可有一个或几个进给运动；主运动和进给运动可由工件或刀具分别完成，也可由刀具单独 完成（在钻床上钻、扩、铰孔）。,1.1 切削运动与切削用量,3合成切削运动和合成切削速度合成切削运动：由同时进行的主运动和进给运动合成的运动。合成切削速度：等于主运动速度和进给运动速度的向量和：,切削时合成切削速度,1.1 切削运动与切削用量,1.1.3 切削用量：切削速度、进给量（或进给速度）、背吃刀 量三者的总称切削用量三要素 1切削速度：2背吃刀量：3进给量 f：进给速度：每齿进给量：,为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位mm。,刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，单位mm/r或mm/d.st。,对于多刃刀具（铣刀、拉刀），应规定每一个刀齿的进给量，单位是mm/Z后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量。,进给运动的速度，单位mm/s（或mm/min）。,1.1 切削运动与切削用量,切削刃选定点相对于工件的主运动速度，计量单位为m/s（或m/min）。,1.2.1 刀具切削部分结构要素外圆车刀 三个刀面、两个切削刃、一个刀尖。,1.2 金属切削刀具的几何参数,4主刀刃（主切削刃）：前刀面 与主后刀面 相交而得到的边锋。,2主后刀面：与工件过渡表面相对的表面；,3副后刀面：与工件上已加工表面相对的表面；,1前刀面：切屑流过的表面；,6刀尖（过渡刃）：主切削刃与副切削刃连接处的那部分切削刃。刀尖形状如图：,1.2 金属切削刀具的几何参数,5副刀刃（副切削刃）：前刀面 与副后刀面 相交而得到的边锋。,Pr、Ps、Po、Pn、Pf、Pp（1）基面Pr：通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度 方向的平面vc。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线。,1.2.2 确定刀具切削角度的参考平面和测量平面,1.2 金属切削刀具的几何参数,普通车刀的基面,钻头的基面,1.2 金属切削刀具的几何参数,（2）切削平面Ps：通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于基面的平面。切于工件过渡表面的平面 Ps Pr（3）主剖面（正交平面）Po 主剖面：通过主切削刃上选定点，垂直于基面Pr和切削平面 Ps的平面。（4）法剖面（法平面）Pn 通过主切削刃上选定点，且垂直于主切削刃的平面。,1.2 金属切削刀具的几何参数,（5）进给剖面Pf 和背剖面PP 进给剖面（假定工作平面）Pf：通过主切削刃（刀刃）上选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。背剖面（背平面）PP：通过切削刃（刀刃）上选定点，垂直于基面Pr和进给剖面Pf的平面。,1.2 金属切削刀具的几何参数,1.2.3 刀具标注角度的参考系（1）假定运动条件首先给出刀具的假定主运动方向和假定进给运动方向；其次假定进给速度 很小（可忽略）：然后再用平行和垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系基面和切削平面（参考平面）。,1.2 金属切削刀具的几何参数,（2）假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直于刀具上便于制造、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）。使标注角度参考平面与刀具的刃磨、测量平面一致。测量平面：用来标注和测量刀具前、后刀面角度的平面，有主剖面、法剖面、进给剖面、背剖面。刀具的标注角度参考系：正交平面参考系（主剖面参考系）PrPsPo 法剖面参考系:PrPsPn。背平面、假定工作平面参考系:PrPfPP。,1.2 金属切削刀具的几何参数,车刀标柱角度参考系,1.2 金属切削刀具的几何参数,主剖面（正交平面）参考系,1.2 金属切削刀具的几何参数,法剖面（法平面）参考系,1.2 金属切削刀具的几何参数,背平面、假定工作平面（进给、背剖面）参考系,1.2 金属切削刀具的几何参数,1.2.4 刀具的标注角度：制造和刃磨所需要的，在刀具设计图上所标注的角度。在标注角度参考系中标注，是制造、刃磨和检查刀具所需要的角度。1正交平面参考系里的标注角度：PrPsPo,1.2 金属切削刀具的几何参数,副偏角：在基面内，副切削刃的投影与进给运动反方向的夹角。,刃倾角s：在切削平面内，主切削刃与基面间的夹角。当刀尖是刀刃最高点时，s为正，反之为负，如图所示：,前角：在主剖面内，前刀面与基面间的夹角。前刀面在基面下面为正，反之为负。,后角：在主剖面内，主后刀面与切削平面间的夹角。后刀面在切削平面下面为正，反之为负。,副后角a0：在副剖面内，副后刀面与副切削平面间的夹角。,主偏角：在基面内，主切削刃的投影与进给运动方向的夹角。,1.2 金属切削刀具的几何参数,外圆车刀主、副切削刃上所必须标注的六个基本角度：、确定主切削刃位置的角度;、确定前刀面与主后刀面在主剖面内位置的角度;、是确定副切削刃位置的角度。,1.2 金属切削刀具的几何参数,派生角度：刀尖角 在基面内，主、副切削刃投影之间的夹角，余偏角 在基面上，主切削刃的投影与进给运动方向垂线 之间的夹角，刀楔角 主剖面中测量的前、后刀面间的夹角，,1.2 金属切削刀具的几何参数,2法剖面参考系PrPsPn内的标注角度,在基面和切削平面内标注角度kr、kr、s、（、）；在法剖面内标注角度、（）；在副法剖面 中能够标注角度。,法剖面参考系标注角度,1.2 金属切削刀具的几何参数,3进给、背剖面参考系PrPfPp的标注角度：,进给、背剖面参考系的标注角度,1.2 金属切削刀具的几何参数,1.2.5 刀具的工作角度 刀具工作角度：刀具在工作状态下的角度考虑进给运动及实际安装情况。刀具工作角度参考系不同于标注角度参考系，各参考平面的空间位置也相应地有了改变。,1.2 金属切削刀具的几何参数,刀具工作角度的参考系 考虑进给运动的影响：用ve取代vc，即实际进给运动方向取代假定进给运动方向；考虑安装条件：1切削平面Ps Pse：通过主切削刃上选定点，切于工件过渡表面的平面（包含刀刃在该点的切线和由主运动与进给运动合成的切削运动速度向量ve的平面）。2基面Pr Pre：通过主切削刃上选定点，垂直于该点合成切削运动速度向量ve的平面。如车外圆，基面不再平行于刀杆底面。PsePre。下面就进给运动和刀具安装对工作角度的影响分别加以讨论。,1.2 金属切削刀具的几何参数,（一）进给运动对工作角度的 影响 1.横向进给运动对工作角度 的影响：对工件切断和切槽时，进 给运动是沿横向进行的。车断车刀（或切端面）为例,横向进给运动对工作角度的影响,1.2 金属切削刀具的几何参数,（1）不考虑进给运动:切削刃上选定点相对于工件的运动轨迹是一个圆，过该点切于此圆的平面，过该点垂直于 的平面，它与刀杆底面平行。在主剖面内标注角度为（2）考虑横向进给运动:切削刃上选定点相对于工件的运动轨迹是阿基米德螺旋线，参考平面（过该点切于该螺旋线的平面）与 和（过该点垂直于 的平面）与 产生了 角。合成切削速度角：主运动方向与合成切削速度方向的夹角。,1.2 金属切削刀具的几何参数,结论：刀具越靠近中心，；当，为负值，刀刃失去切削作用切断时在端面中心留下直径约1mm小凸头的原因；，。对于横向切削的刀具，不宜选用过大的进给量f，或者应适当加大标注（刃磨）后度。,1.2 金属切削刀具的几何参数,2纵向进给运动对工作角度的影响 外圆切削时，由于纵向进给量较小，它对车刀工作角度的影响通常忽略不记；车螺纹时，尤其是车多头螺纹时，应该考虑纵向进给运动对工作角度的影响，如图所示：假定车刀的，以车削右螺纹车刀的左侧刀刃进行分析。,1.2 金属切削刀具的几何参数,外圆车刀的工作角度,（1）不考虑进给运动：切削平面 垂直于刀杆底面，基面平行于刀杆底面，在主剖面内的标注角度为，进给剖面内的标注角度为，。（2）考虑进给运动：切削平面 为切于圆柱螺旋面的平面，基面 垂直于，与刀杆底面不再平行，刀具的工作角度参考系（、）在进给剖面内倾斜了 值，在主剖面内倾斜了 值。,1.2 金属切削刀具的几何参数,在进给剖面内工作角度为：f纵向进给量，或被切螺纹导程（单头螺纹螺距）；工件直径，或螺纹外径。在主剖面内工作角度为：,1.2 金属切削刀具的几何参数,结论：或 与 及 有关，由于外圆切削时 很小，或 很小可忽略不记 对于车螺纹，尤其是车多头螺纹或蜗杆时，由于 较 大，必须进行工作角度计算（同时车刀左、右两侧刀刃其 影响正、负号相反）。,1.2 金属切削刀具的几何参数,（二）刀具安装状态 对工作角度的影响 1.刀尖安装高低对工作角度的影响 设 刀尖高于工件中心：,刀尖安装高低的影响,1.2 金属切削刀具的几何参数,主切削刃上选定点的切削平面将变为，切于工件过渡表 面；基面 保持与 垂直；在背剖面 内：刀具工作前角 增大，工作后角 减小，两者角度的变化值为，即：h 刀尖高于工件中心的距离，工件直径。,1.2 金属切削刀具的几何参数,刀尖低于工件中心：在背剖面 内，刀具工作前角 减小，工作后角 增大。即：在主剖面内：H刀具厚度尺寸。,1.2 金属切削刀具的几何参数,2刀杆中心线偏斜对工作角度的影响 车刀刀杆中心线安装得与进给方向垂直时，工作主偏角和工作 副偏角等于车刀的标注主偏角和副偏角；当车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时，则工作主偏角将增大（或减小），而工作副偏角将减小（或增大），其角度变化值 为 G，即：式中的“”或“”号由刀杆的倾斜方向决定，G为刀杆中 心线的垂线与进给方向的夹角。,1.2 金属切削刀具的几何参数,右倾斜,左倾斜,刀杆中心线与进给方向不垂直对工作角度的影响,1.2 金属切削刀具的几何参数,切削层：在切削过程中，刀具或工件沿进给方向移动一个f时所切下的金属层在基面内的截形。,外圆纵切时切削层参数,1.3 切削层参数与切削方式,（一）切削层参数：在基面内度量的切削层的尺寸。1切削厚度 垂直过渡表面测量的切削层尺寸（相邻两过渡表面之间的距离）。在外圆纵车（）时：2切削宽度 沿过渡表面测量的切削层尺寸（反映了切削刃参加切削的工作长度）。在外圆纵车（）时：3切削面积：切削层在基面内的截面面积车削时：,1.3 切削层参数与切削方式,（二）切削方式 1自由切削与非自由切削：按切削刃数量分 自由切削：只有一条直线刀刃参与切削（主切削刃）。非自由切削：曲线刀刃或或两条以上刀刃参与切削（包括主、副刀刃）。2正切削与斜切削：按有无刃倾角分 正切削（直角切削）：切削刃垂直于合成切削运动方向,特点：切屑沿刀刃法向流出；刀刃上各点切屑流出方向一致，且金属变形在二维平面内。斜切削（斜角切削）：切削刃不垂直于合成切削运动方向,1.3 切削层参数与切削方式,示例：图（a）是直角自由切削方式。,正切削和斜切削,1.3 切削层参数与切削方式,