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1、,第五章 切削用量及刀具幾何角度的選擇,教學要求,掌握刀具結構的作用及各角度選取原則,掌握切削用量的選取原則,,,切削變形 切削力 切削溫度 刀具磨損 刀具耐用度 生產率 工件成本,,切削用量,刀具幾何參數,刀具合理幾何參數的選擇 刀具幾何參數包括：刀面形式、刀具角度、切削刃形狀等。 刀具合理的幾何參數，是指在保證加工質量的前提下，能夠獲得最高刀具耐用度，從而達到提高切削效率或降低生產成本目的的幾何參數。,1.正前角平面型 優(yōu)點：形狀簡單、易制造、鋒利； 缺點：刃口強度差，不易斷屑。,前刀面的型式及選擇,,5.1 前刀面及前角的選擇,使用場合： 鋼材精加工； 低硬度材料加工； 刃形復雜的
2、刀具。,2.正前角曲面型 優(yōu)點：刃口強度大、利于卷屑。 缺點：刃磨比平面型前角困難。,使用場合： 單刃刀具； 需要改善卷屑的加工場合。,3.負前角單面型 優(yōu)點：刃口強度高。 缺點：刃口鈍，對切削層的擠壓嚴重。,使用場合： 主要用于硬質合金車刀和銑刀； 切削高強度、高硬度材料和切削淬火鋼； 當磨損主要發(fā)生在后刀面時。,4.正前角正倒棱 使用場合：適用于高速鋼刀具 正倒棱尺寸參數：,5.正前角負倒棱 優(yōu)點：可提高刃口強度； 增大了散熱面積； 提高了刀具耐用度。 缺點：刃口較鈍。,適用場合：適用于硬質合金刀具切削厚度較大的粗加工。,6.負前角雙面型 優(yōu)點：減少了前刀面的刃磨面積； 刀具的
3、壽命延長。 適用場合：用于磨損同時發(fā)生在前刀面和后刀 面的場合。,負前角平面型,7.波形前刀面 主切削刃為波浪形，可改變切屑的形狀，改善切削過程。,主切削刃,,散熱好，粗加工時用。,1.前角的作用 影響切削區(qū)的變形程度； 增加前角可減小切削層的塑性變形，從而減小切削力、切削熱和切削功率。 影響刀具耐用度； 增大前角，可減小切削力、切削熱和切削功率，提高刀具耐用度； 前角過大則刀頭強度降低，散熱條件差，從而使刀具耐用度降低。 影響加工表面質量； 增加前角可減小塑性變形，從而減少工件表面的加工硬化，并抑制積屑瘤與鱗刺的產生； 增加前角可減小切削中的振動，提高加工質量。,前角的作用及選擇
4、,,,,,工件材料強度越大，硬度越高，應取越小的前角，甚至可取負值。 加工塑性材料時，為減小切屑變形和刀具磨損，應選擇較大的前角； 加工脆性材料時，為保證刀尖的強度，前角應小一些。,2.前角的選擇原則,,根據工件材料選擇前角,圖3-2 加工材料不同時的合理前角,,ro塑ro脆 ，ro低強度鋼ro高強度鋼,（前角大，刀頭受彎曲應力；前角小，刀尖受壓） 高速鋼刀具抗拉強度和抗壓強度接近，可采用較大的前角； 硬質合金刀具抗拉強度比抗壓強度小很多，應采用較小的前角。,,,根據刀具材料選取前角,根據加工條件選取前角。 塑性材料粗加工時，為保證刀具有足夠的強度和散熱面積，應減小前角； 精加工
5、時，為保證加工質量，前角應取大一些。 粗加工，特別是斷續(xù)切削，應適當減小前角。 當系統的剛性較差時，為減小切削力和振動，前角應取大一些。 自動機床，一般選較小的前角。,1.單面平面型后刀面 優(yōu)點：形狀簡單、易制造、容易獲得鋒利的刃口。 缺點：后角較大時刃口強度差。 使用場合：用于高速鋼單刃刀具（如車刀、刨刀）,5.2 后刀面及后角的選擇,后刀面的型式及選擇,,2.單面曲面型后刀面（P2） 優(yōu)點：后角相同時，刃口強度比平面型好。 缺點：刃磨較復雜。 使用場合：用于對切削部分有特定要求的刀面（麻花鉆、銑刀）。,3.雙面型刃帶后刀面（后刀面有后角為零度的窄狹刃口）（P166） 優(yōu)點：可控制多
6、刃刀具刀齒的徑向偏擺，保證刀齒的尺寸精度； 增加刀具的重磨次數； 加工中可支承、導向、消振、熨平已加工表面。 帶刃尺寸：,4.雙面型消振棱后刀面 優(yōu)點：可消除切削中的振動； 可提高刀具的耐用度。 消振棱尺寸：,5.波形后刀面 優(yōu)點：增大了切屑卷曲方向的剛度，有利于斷屑。,1.后角的作用 增加后角可減少刀具與已加工表面的摩擦，因此 有利于提高工件表面質量； 有利于提高刀具耐用度； 在同樣磨鈍標準VB下，增大后角有利于提高刀具耐用度； 增大后角使切削刃和刀頭強度降低，散熱體積減小，從而使刀具耐用度下降。,后角的作用及選擇,,,,2.后角的選取原則 根據切削厚度選取后角： 切削厚度小時，為減
7、小切削刃的鈍圓半徑對切削層的擠壓，應選取較大的后角；切削厚度大時，為保證刃口強度和改善散熱條件，應選取較小的后角； 根據工件材料選取后角： 工件材料的強度和硬度低、塑性和韌性好時，應選取較大的后角； 加工高強度、高硬度材料時，一般情況下選用較小的后角；在前角很小或為負角的情況下，為便于切入，可選用較大的后角； 加工脆性材料時，應選用較小的后角。,根據加工條件選取后角： 工藝系統剛性差、振動較大時，應選取較小的后角，以減少振動。 工件尺寸精度較高時，為避免刀具徑向磨損影響尺寸的加工精度，也不宜選用太大的后角。,3、副后角的作用： 減少副后刀面與已加工表面的摩擦。 選取原則： 車刀、刨刀副后角與
8、主后角相等； 切斷刀、切槽刀、鋸片銑刀為保證強度，取較小值。,,切斷刀的標注角度,,,,,,,,,,,,,,1.主偏角的作用 影響切削層的形狀； 當切削深度與進給量不變時，主偏角減小，切削厚度減小，切削寬度增加，從而使單位切削刃長度的負荷減輕； 主偏角減小使散熱面積增加，刀具耐用度提高。 影響已加工表面的殘留高度； 減小主偏角可以減低工件加工表面的殘留面積高度，提高工件的表面光潔程度； 影響切削分力的比值 增大主偏角，吃刀抗力Fy減小，走刀抗力Fx增大。 （工藝系統的剛性較差時，應選用較大的主偏角）,5.3 主偏角、副偏角及其選擇,,,,,,,影響斷屑 增大主偏角，切削厚度增加，切削易折斷。
9、 影響刀片許可的最大切削深度。 主偏角大，刀片許可的最大切削深度大。,2.主偏角的選取原則 當系統的剛性較差時，應選取較大的r，以減小吃刀抗力Fy ； 硬質合金刀具應選用較大的r ，以減小加工中的振動； 切削高強度、高硬度鋼，應選用較小的r ，以增加強度，增大散熱面積。,副偏角的作用與選擇 1.副偏角的作用 影響殘留面積的高度； 影響刀尖強度和散熱條件； 影響吃刀抗力Fy的大小。,9,刀尖概念：主切削刃與副切削刃連接的地方；,刀尖是刀具強度和散熱條件都很差的地方。切削過程中，刀尖切削溫度較高，非常容易磨損，因此增強刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖對已加工表面粗糙度有很大影響。,外圓車刀過渡刃參數
10、： 過渡刃偏角 過渡刃長度 bs=0.52mm,5.4 過渡刃與修光刃參數的選擇,一、過渡刃及其參數選擇,切斷刀過渡刃參數 過渡刃偏角 rs=45 過渡刃長度 bs=（0.200.25）ap,3）圓弧過渡刃 高速鋼車刀 硬質合金車刀 精車時取大值，粗車時取小值。,修光刃：在負切削刃靠近刀尖處磨出的一段 的刀刃。 修光刃長度 （1.21.5）f 不能太長，否則易引起振動。,二、修光刃及其參數選擇,1、斜角切削的概念 直角切削：刀具主切削刃與切削速度相垂直，及刃傾角s=0時的切削； 斜角切削（斜刃切削）：刀具主切削刃與切削速度不相垂直，即刀具刃傾角s0時的切削。,
11、5.5 斜角切削及刃傾角的選擇,一、斜角切削,流屑角的定義： 在刀具前刀面上,切屑流出的方向與切削刃法線間的夾角稱為流屑角。,2.流屑角和實際切削角度,,,（1）用測定切屑寬度bc的方法求流屑角：,,主切削刃,,主切削刃法線,,實際切削角 流屑剖面：包含切屑流出方向和切削速度的剖面P。 實際切削角：在流屑剖面內測量的角度 實際切削前角 實際切削后角,結論：(表5-10）,,,,,,,實際切削刃鈍圓半徑：,流屑剖面,法剖面,刃傾角的作用： 影響切屑的流出方向； 影響實際切削前角和切削刃的鋒利性；,二、刃傾角的作用及其選擇,,,,,,影響各切削分力的比值及切削過程的平穩(wěn)性。 車外圓時，當刃傾角
12、由正變負時，吃刀抗力Fy增大； 刃傾角越大，參加工作的切削刃越長，使切削平穩(wěn)。,影響刀尖強度和刀尖散熱條件；,,,,1）粗加工S 0（使Fy小些）,刃傾角的選擇原則：P74,2）斷續(xù)切削：S< 0（保護刀尖）,3）工件b、HB大：S< 0（保護刀尖）,4）系統剛性差：S 0（使Fy小些）,5）微量切削：S取大值(使刀具實際刃口半徑),5.6 切削用量的選擇,選擇的目的是要在保證加工質量和刀具耐用度的前提下，使切削時間最短，即切削效率最高。,一、選擇切削用量應考慮以下問題： 1.切削用量對加工質量的影響 切削深度ap的影響： ap增大時，切削力成倍增加，使工藝系統的彈性變形增加，并易引起振動，從
13、而增高工件表面粗糙度和降低工件精度； 進給量的影響： 增大時,切削力和表面殘留面積增加,使工件表面粗糙度增高,使工件精度下降； 切削速度v的影響： v增加時，切削變形和切削力減小，且當速度到一定值時，積屑瘤消失，有利于減低表面粗糙度的數值。,5.6 切削用量的選擇,,,,2.切削用量對刀具耐用度的影響,,可見v 的影響最顯著；f 次之；ap 影響最小 。 選擇順序：先選大的切削深度，然后選大的進給量，最后按耐用度標準選取合理的切削速度。,實驗公式：,3.切削用量對切削加工生產率的影響,,切削機動時間：,提高v，刀具耐用度下降，輔助時間增加，效率降低； 減小ap ，走刀次數增加，效率降低。 因
14、此，應先取大的切削深度，然后選取合理的切削速度。,機動時間：,刀具耐用度：,二、選取切削用量的原則 1.切削深度ap的選取原則 切削深度應盡可能大，盡量減少走刀次數。,2.進給量f 的選取原則 粗加工時，在工藝系統剛度和強度允許時，盡量選較大值； 精加工、半精加工一般選較小值。,3.切削速度v 的選取原則 （1）粗加工時，應選較低的切削速度，精加工時選擇較高的切削速度； （2）加工材料強度硬度較高時，選較低的切削速度，反之取較高切削速度； （3）刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。,半精加工和精加工時，切削速度c ，主要受刀具耐用度和已加工表面質量限制，在選取切削速度c 時，要盡可能避開積屑
15、瘤的速度范圍。 粗車時，應選較低的切削速度，精加工時選擇較高的切削速度； 加工材料強度硬度較高時，選較低的切削速度，反之取較高切削速度； 刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。,3.切削速度v 的選取原則,三、提高切削用量的途徑 凡能提高刀具耐用度、降低表面粗糙度以及減少機床動力消耗的因素，都能提高切削用量。,1.正確選用現有刀具材料，發(fā)展耐熱性和耐磨性更好的刀具材料； 2.改善刀具結構，簡化切削加工中刀具的裝夾和調整； 3.采用合理的刀具幾何參數，提高刀具的刃磨質量，使刀具有鋒利的切削刃和低粗糙度表面； 4.采用性能良好的切削液。,,,Thank you for your listeni
16、ng!,本 章 結 束,測試1：,1、積屑瘤在粗、精加工中各起什么作用？當其有害時怎樣抑制它？ 2、影響積屑瘤大小的因素?精加工外圓時怎樣抑制它?為什么? 3、試推導變形系數與剪切角之間的關系。 4、單位切削力的定義? 5、切削用量三要素對切削力的影響與對刀具耐用度的影響有什么不同？請利用指數公式對該問題進行分析，并提出降低切削力和提高刀具耐用度的措施。 6、試推導出相對滑移（剪應變）與剪切角之間的關系。 7、在車床上車削加工細長軸時，工藝系統剛性不足，這時刀具主偏角和后角應如何選擇，為什么?,8、當用硬質合金車刀車削有沖擊的工件時（如把四方形的Q235材質的材料車成圓形），前角和后角應如何選擇？為什么？ 9、強度和韌性大的刀具材料選擇大的還是小的前角，而脆性大的刀具又如何選擇？加工塑性材料時，一般選擇大的還是小的前角？加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料如何選擇？ 10、畫出如圖所示鏜刀的主偏角、副偏角、前角、后角、刃傾角、法前角、法后角。,,1、,,8、應選擇負前角，以使合金刀片受壓而不受彎，選較小的后角（即選取楔角大一些），以使刀頭剛性好，散熱好，切削刃強度好，不易崩刀。 9、強度和韌性大的刀具材料選擇大前角，而脆性大的刀具選擇小前角；加工塑性材料時，一般選擇大前角；加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料選擇小前角？,,,,
切削用量及刀具幾何角度的選擇機械制造技術A
