金属切削原理(3).ppt

课题二金属切削基本知识及刀具角度,【教学目的和要求】能够指出各种加工方法的切削运动（主运动、进给运动）和切削用量，掌握车刀的结构；掌握正交平面静止参考系刀具角度的标注。【教学重点、难点】1.掌握切削运动、切削用量的概念2.掌握正交平面静止参考系角度的标注3.难点为正交平面静止参考系角度标注,,【教学内容摘要】【教学方法和使用教具】讲授、实验；车刀模型一、切削加工的特二、切削运动三、工件的表面四、切削用量五、切削层参数六、刀具切削部分的几何角度【教学时数】8本课题主要介绍金属切削及设备的基础知识，内容包括基本定义、刀具材料、切削变形、刀具磨损及刀具耐用度、工件材料切削加工性、切削液、切削用量的合理选择、刀具合理几何参数的选择及切削用量的选择等。学习完本章后，应重点掌握刀具几何角度的标注，积屑瘤的成因、作用及其控制措施，能够根据生产条件和具体工艺要求，合理选择刀具切削部分的材料、刀具几何参数、切削用量及刀具切削部分的材料、刀具几何参数、切削用量及切削液等。,1.可获得较复杂的工件形状。2.可获得较小的表面粗糙度数值。3.可获得较高的尺寸精度、表面几何形状精度和位置精度。二、切削运动在机床上为了切除工件上多余的金属，以获得形状精度、尺寸精度、位置精度和表面质量都符合要求的工件，刀具与工件之间必须作相对运动切削运动。根据切削运动在切削加工过程中所起作用的不同，可将切削运动分为主运动和进给运动，如图2-1所示。,一、切削加工的特点,,在机床上为了切除工件上多余的金属，以获得形状精度、尺寸精度、位置精度和表面质量都符合要求的工件，刀具与工件之间必须作相对运动切削运动。根据切削运动在切削加工过程中所起作用的不同，可将切削运动分为主运动和进给运动，如图2-1所示。,1.主运动主运动是切除工件上多余金属层，形成工件新表面所必须的运动。主运动的特点是速度最高，消耗功率最多。切削加工中只有一个主运动，它可由工件完成，也可由刀具完成。2.进给运动进给运动是把被切削金属层间断或连续投入切削的一种运动。与主运动相配合即可不断地切除金属层，获得所需的表面。进给运动的特点是速度小，消耗功率少。3.合成切削运动合成切削运动是主运动与进给运动的合成，如图2-1所示。,,3.合成切削运动合成切削运动是主运动与进给运动的合成，如图2-1所示。,三、工件的表面在切削过程中，工件上的金属层不断地被刀具切除而变为切屑，同时在工件上形成新的表面，如图2-2所示（1）待加工表面工件上有待切除的表面称为待加工表面。（2）已加工表面工件上经刀具切削后产生的新表面称为已加工表面。（3）过渡表面（加工表面）切削刃正在切削的表面称为过渡表面，也称为加工表面。它是待加工表面与已加工表面的连接表面。,,四、切削用量切削用量是切削过程中切削速度、进给量、背吃刀量的总称，用于正确调整机床的工艺参数如图2-3所示。（1）切削速度υc切削速度是刀具切削刃上的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度，车外圆时，计算公式如下υcπdwn/10002-1式中υc--切削速度，单位为m/min或m/s；dW--工件待加工表面直径，单位为mm；n--工件转速，单位为r/min或r/s。（2）进给量ƒ进给量是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表示。对于铣刀、铰刀等多齿刀具，还规定每齿进给量ƒz，即多齿刀具每转或每行程中每齿相对于工件在进给运动方向上的相对位移，单位为mm/Z。进给速度υf，即切削刃选定点相对工件进给运动的瞬时速度，单位为mm/min。υfƒn（2-2）υfƒzZn（2-3）式中Z--齿数。（3）背吃刀量aP背吃刀量一般指通过切削刃基点并垂直于假定工作平面方向上测量的吃刀量。车外圆时aP（dW－dm）/2（2-4）,,在切削过程中，工件上的金属层不断地被刀具切除而变为切屑，同时在工件上形成新的表面，如图2-2所示切削用量是切削过程中切削速度、进给量、背吃刀量的总称，用于正确调整机床的工艺参数如图2-3所示。,五、切削层参数刀具切削刃在一次进给中，从工件待加工表面上切下来的金属层称为切削层。如车外圆时，工件转一转，车刀从位置Ⅰ移到位置Ⅱ，前进了一个进给量，图2-4中阴影部分即为切削层。其截面尺寸的大小即为切削层参数，它决定了刀具所承受负荷的大小及切削尺寸，还影响切削力、刀具磨损、工件表面质量和生产率。切削层尺寸可用以下三个参数表示（1）切削层公称厚度hD切削层公称厚度是指切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离。（2）切削层公称宽度bD切削层公称宽度是指沿过渡表面测量的切削层尺寸。（3）切削层公称横截面面积AD切削层公称横截面面积是指切削层横截面的面积大小。,,六、刀具切削部分的几何角度金属切削刀具种类繁多、形状各异，但刀具切削部分的组成却有共同点。车刀的切削部分可看作是其它各种刀具切削部分最基本的形态。（一）车刀的组成车刀由刀柄和刀头组成，刀柄是刀具的夹持部分，刀头则是刀具的切削部分。如图2-5所示，刀头由以下几部分构成。（1）前刀面A）切屑流出时经过的刀面称为前刀面。（2）后刀面Aα与过渡表面相对的刀面称为后刀面（也称主后刀面）。（3）副后刀面Aα′与已加工表面相对的刀面称为副后刀面。（4）（主）切削刃S前刀面与后刀面汇交的边缘称为（主）切削刃。在切削加工过程中，它承担主要的切削任务。（5）副切削刃S′前刀面与副后刀面汇交的边缘称为副切削刃。它承担少量的切削工作，配合主切削刃完成切削工作并最终形成工件上的已加工表面。（6）刀尖刀尖是主、副切削刃的连接部位，或者是主、副切削刃的交点。大多数刀具在刀尖处磨成一小段直线刃或圆弧刃，也有一些刀具主、副切削刃直接相交，形成尖刀尖，如图2-6所示。,,刀具切削刃在一次进给中，从工件待加工表面上切下来的金属层称为切削层。如车外圆时，工件转一转，车刀从位置Ⅰ移到位置Ⅱ，前进了一个进给量，图2-4中阴影部分即为切削层。,,（一）车刀的组成车刀由刀柄和刀头组成，刀柄是刀具的夹持部分，刀头则是刀具的切削部分。如图2-5所示，刀头由以下几部分构成。,（二）刀具的静止角度参考系为了确定刀具切削部分各刀面和刀刃在空间的位置，以便于设计、制造、刃磨和测量刀具，必须建立一个空间坐标平面参考系，也称为刀具静止角度参考系。由于刀具的几何角度是在切削过程中起作用的，因此，刀具静止角度参考系中坐标平面的建立应以切削运动为依据。首先给出假定工作条件，假定工作条件包含假定运动条件和假定安装条件，然后建立参考系。在该参考系中确定的刀具几何角度，称为刀具的静止角度，即标注角度。（1）假定运动条件以切削刃选定点位于工件中心高时的主运动方向作为假定主运动方向；以切削刃选定点的进给运动方向，作为假定进给运动方向，一般不考虑进给运动大小的影响，即假设进给量ƒ0。（2）假定安装条件假定车刀安装绝对正确，即安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，车刀刀杆对称面垂直于工件轴线。这样便可用平行或垂直于假定主运动方向的平面构成坐标平面，即参考系。现将刀具静止参考系的坐标平面定义如下基面Pr通过切削刃选定点垂直于假定主运动方向的平面称为基面。对于车刀，基面平行于车刀刀杆底面。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的平面称为切削平面。1．正交平面静止参考系（1）参考系的建立正交平面参考系由上述基面、切削平面和正交平面三个相互垂直的坐标平面组成，如图2-7所示，其中正交平面Po是通过切削刃选定点，同时垂直于基面与切削平面的平面。,,正交平面参考系由上述基面、切削平面和正交平面三个相互垂直的坐标平面组成，如图2-7所示，其中正交平面Po是通过切削刃选定点，同时垂直于基面与切削平面的平面。,（2）角度的标注在该参考系中可标注以下几个角度，如图2-8所示。①主偏角κr基面中测量的主切削刃与假定进给运动方向之间的夹角称为主偏角。②刃倾角λs切削平面中测量的主切削刃与过刀尖所作基面之间的夹角称为刃倾角。③前角γO正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角称为前角。④后角αO正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角称为后角。⑤副偏角κr‘基面中测量的副切削刃与假定进给运动方向之间的夹角称为副偏角。⑥副后角αO’副正交平面中测量的副后刀面与副切削平面之间的夹角称为副后角。⑦楔角βO正交平面中测量的前、后刀面之间的夹角称为楔角βO90o-（γOαO）⑧刀尖角εr基面中测量的主、副切削刃之间的夹角称为刀尖角。r180o－（κrκr‘）,,（3）角度正负的规定如图2-9a所示，前面与基面平行时前角为零；前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。后面与基面间夹角小于90时，后角为正；大于90时，后角为负。如图2-9b所示，刀尖处于切削刃最高点时刃倾角为正，刀尖处于切削刃最低点时刃倾角为负，切削刃与基面相重合时刃倾角为零。主偏角与负偏角的大小介于0～90之间。,,2）角度的标注在该参考系中可标注以下几个角度，如图2-8所示。,,（3）角度正负的规定如图2-9a所示，前面与基面平行时前角为零；前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。后面与基面间夹角小于90时，后角为正；大于90时，后角为负。如图2-9b所示，刀尖处于切削刃最高点时刃倾角为正，刀尖处于切削刃最低点时刃倾角为负，切削刃与基面相重合时刃倾角为零。主偏角与负偏角的大小介于0～90之间。,,,,,,,,2．其它静止参考系刀具几何角度除可在正交平面静止参考系中标注以外，根据设计和工艺的需要，还可以选用以下静止参考系来标注，见表2-1。表2-1其它静止参考系,三刀具的工作角度1．进给运动对刀具工作角度的影响（1）当刀具作纵向进给运动时（如图2-10所示）γoeγoμo（2-5）αoeαo-μo（2-6）（2）当刀具作横向进给运动时（如图2-11所示）γoeγoμƒ（2-7）αoeαo-μƒ（2-8）2．刀具安装位置对刀具工作角度的影响（1）刀具装高或装低的影响当刀尖装高于工件中心高时，若不计进给运动的影响，建立工作基面pre和工作切削平面pse。由图2-12可以看出，刀具的工作前角较静止前角增大，刀具的工作后角较静止后角减小。若刀尖装低，情况则相反。γoeγoθo（2-9）αoeαo-θo（2-10）（2）刀杆轴线不垂直于进给运动方向的影响在基面内，若刀具轴线在安装时不垂直于进给运动方向，则刀具的工作主偏角和工作副偏角将增大或减小，如图2-13所示。κreκrG（2-11）κ，reκrG（2-12）,,（1）当刀具作纵向进给运动时（如图2-10所示）由于是以合成运动速度υe为依据建立工作参考系，因此，刀具的工作前角较静止前角增大，刀具的工作后角较静止后角减小。γoeγoμo（2-5）αoeαo-μo（2-6）,,（2）当刀具作横向进给运动时（如图2-11所示）刀具的工作前角较静止前角增大，刀具的工作后角较静止后角减小。γoeγoμƒ（2-7）αoeαo-μƒ（2-8）,,（2）刀杆轴线不垂直于进给运动方向的影响在基面内，若刀具轴线在安装时不垂直于进给运动方向，则刀具的工作主偏角和工作副偏角将增大或减小，如图2-13所示。κreκrG（2-11）κ，reκrG（2-12）,