《切削用量與刀具》PPT課件

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1、2.3切削用量與刀具結(jié)構(gòu) v 2.3.1 切削用量的基本概念v 2.3.2 刀具幾何結(jié)構(gòu)v 2.3.3 刀具的主要角度v 2.3.4 切削層參數(shù)和切削方式 v切削加工中，隨著切削層(加工余量)不斷被刀具切除，工件上有3個(gè)處于變動(dòng)中的表面。v (1) 待加工表面。工件上行將被切除的表面。v (2) 已加工表面。工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。v (3) 過渡表面。工件上由切削刃正在切削著的表面，位于待加工表面和已加工表面之間，也稱作加工表面或切削表面。v需注意：v 在切削加工過程中，三個(gè)表面始終處于不斷的變動(dòng)之中 。v 1. 工件上的加工表面2.3.1 切削用量的基本概念 v 2. 切削用量和材

2、料切除率v切削用量：指切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量。 切削用量用來定量描述主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和投入切削的加工余量厚度。切削用量的選擇直接影響材料切除率，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率。 v 1）切削速度 v切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為切削速度，單位為m/s或m/min。v v當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可按下式計(jì)算vv式中： 切削刃選定點(diǎn)處刀具或工件的直徑(mm)；v 主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速(r/min或r/s)。v 切削刃上各點(diǎn)的切削速度有可能不同，考慮到刀具的磨損和工件的表面加工質(zhì)量，在計(jì)算時(shí)應(yīng)以切削刃上各點(diǎn)中的最大切削速度為準(zhǔn)。1000dnvdn v 2）進(jìn)給量v主運(yùn)動(dòng)的一個(gè)循環(huán)或單位時(shí)間內(nèi)刀具和工件沿進(jìn)

3、給運(yùn)動(dòng)方向的相對位移量稱為進(jìn)給量。v 用單齒刀具(如車刀、刨刀)進(jìn)行加工時(shí)，常用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對工件的位移量來度量，稱為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)或每行程進(jìn)給量(mm/str)。v對于 齒數(shù)為的多齒刀具(如鉆頭、銑刀)每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對于工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移量，稱為每齒進(jìn)給量，記作 ，單位為毫米齒。顯然 zfz f v 用多齒刀具(如銑刀)加工時(shí)，也可用進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度即進(jìn)給速度來表述。切削刃上選定點(diǎn)相對工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度稱為進(jìn)給速度，記作 ，單位為mm/s或mm/min。對于連續(xù)進(jìn)給的切削加工，可按下式計(jì)算 z ff zfv f zv nf nf z

4、v 對于主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的切削加工(如刨削、插削)，一般不規(guī)定進(jìn)給速度，但規(guī)定每行程進(jìn)給量。 v過實(shí)際參加切削的切削刃上相距最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，且與、所確定的平面平行的兩平面間的距離稱為背吃刀量(或在通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向的切削層尺寸平面中，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測量的切削層尺寸。單位為mm。v車削和刨削時(shí)，背吃刀量就是工件上已加工表面和待加工表面間的距離(圖1.1(b)、(c)、(e)。v車削外圓、內(nèi)孔等回轉(zhuǎn)表面時(shí) v式中： 工件待加工表面直徑(mm)；v 工件已加工表面直徑(mm)。v3）背吃刀量w mp 2d da wdmd pa v 4）材料切除率v 在切削過程中，單位時(shí)間內(nèi)

5、切除材料的體積稱為材料切除率，單位為mm3/s。由下式計(jì)算：v材料切除率 是衡量切削效率的重要指標(biāo)，切削用量的大小對其有直接影響。zQz p1000 fQ v a zQ 在生產(chǎn)中切削加工的方法很多，所采用的切削刀具種類繁多、形狀各異，但仔細(xì)分析會(huì)發(fā)現(xiàn)其切削部分有許多共同之處。其中車刀的結(jié)構(gòu)最簡單，也最具代表性，其他的刀具均可看成是車刀的變形，故以車刀為例介紹刀具的一般術(shù)語，這些術(shù)語也適于其他金屬切削刀具。2.3.2刀具幾何結(jié)構(gòu) 1 .車刀結(jié)構(gòu)v由夾持部分(刀柄)和切削部分(刀頭)兩大部分組成。v夾持部分:為矩形(外圓車削)或圓形(鏜孔)v切削部分根據(jù)需要制造成多種形狀。 v車刀切削部分的結(jié)構(gòu)要

6、素:包括三個(gè)切削刀面、兩條切削刃和一個(gè)刀尖。 v (1) 前面 ，又稱前刀面，即切屑流過的表面。v (2) 后面 ，又稱后刀面，即與工件上經(jīng)切削產(chǎn)生的表面相對的表面。 分為主后面 和副后面 。習(xí)慣上所說的后面是指主后面。 AA AAv (3) 主切削刃 S：前面與后面的交線，承擔(dān)主要切削工作，它在工件上切出過渡表面。v (4) 副切削刃 ：前面與副后面的交線，配合主切削刃切除余量并形成已加工表面。S v (5) 刀尖 v 主副切削刃連接相當(dāng)少的一部分切削刃，它可能是主切削刃和副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，但大部分刀尖處都有一小段圓弧刃(半徑為r)或直線刃(長度為b)。刀尖是刀具切削部分工作條件最惡劣的部

7、位。v (6)楔部v 在刀具切削部分由前面和后面所包圍的那部分實(shí)體成為楔部，任何切削刀具都是在這個(gè)楔部實(shí)體上演變出來的。 2.3.3靜止參考系和刀具的幾何角度v這些坐標(biāo)系分為兩類： 一類稱為靜態(tài)參考系(或稱標(biāo)注參考系)，它是刀具設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖標(biāo)注、制造刃磨及測量時(shí)用來確定切削刃、刀面空間幾何角度的定位基準(zhǔn)，用它定義的角度稱為靜態(tài)角度(或稱為標(biāo)注角度)； 另一類稱為動(dòng)態(tài)參考系(或稱為工作參考系)，它是確定刀具上切削刃、刀面相對于工件的幾何位置的基準(zhǔn)，用它定義的角度稱為工作角度。 區(qū)別：前者是在一定的假設(shè)條件下建立的，而后者是根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)際狀況建立的。 v 1. 建立靜止參考系的條件 (1) 假

8、定的運(yùn)動(dòng)條件。 (2) 假定的安裝條件。v 2. 靜止參考系 構(gòu)成靜止參考系的參考坐標(biāo)平面有以下幾種： (1) 基面（ ）：為過切削刃選定點(diǎn)而和該點(diǎn)假定主運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面。 (2) 切削平面 ( )：為過切削刃上選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直于基面的平面。選定點(diǎn)在主切削刃上者為主切削平面，選定點(diǎn)在副切削刃上者為副切削平面。未特別說明，切削平面是指主切削平面。 rP sP sP v (3) 正交平面 ( )：又稱正交剖面或主剖面，過切削刃上選定點(diǎn)并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面(或過切削刃選定點(diǎn)并垂直于切削刃在基面上的投影的平面)。選定點(diǎn)在主切削刃上者為主正交平面 ，選定點(diǎn)在副切削刃上者為副正交平面

9、 。v (4) 法平面 ：又稱法剖面，過切削刃上選定點(diǎn)且垂直于切削刃(若切削刃為曲線，則垂直于切削刃在該點(diǎn)的切線)的平面。v (5) 假定工作平面 ：又稱橫向平(剖)面，它是過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面且與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向平行的平面。 v (6) 背平面 ：又稱縱向剖面，它是過切削刃上選定點(diǎn)而同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面。oP oPnP oPoP fPpP v 正交平面、法平面、假定工作平面和背平面又統(tǒng)稱為測量平面，用不同的測量平面分別與基面、切削平面組合就形成不同的參考坐標(biāo)系，包括正交平面參考系、法平面參考系、假定工作平面和背平面參考系。 各參考坐標(biāo)平面的位置及相互關(guān)系如下頁圖所示。

10、(a) 正交平面與法平面參考系 (b) 假定工作平面、背平面參考系刀具靜止參考系 3.刀具幾何角度 標(biāo)注角度必須指明切削刃上的選定點(diǎn)，凡未經(jīng)特殊注明的，均指切削刃上與刀尖毗連的那一點(diǎn)的角度。 刀具角度是指在刀具靜止參考系中度量標(biāo)注的角度。v (1) 主偏角 。主切削平面 與假定工作平面間 的夾角(或是主切削刃在基面 內(nèi)的投影與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角)，在基面 中度量標(biāo)注。 v (2) 副偏角 。副切削平面 與假定工作平面 間的夾角(或是副切削刃在基面 內(nèi)的投影與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)副方向的夾角)，在基面 中度量標(biāo)注。r sP fPrPr sPrP fPrPrP v (3) 刃傾角 。主切削刃 與基面

11、間的夾角，在主切削平面 中度量標(biāo)注。以過刀尖處的 為基準(zhǔn)，當(dāng) 位于 之上時(shí)(其時(shí)刀尖位置最低)，規(guī)定 0；當(dāng) 位于 之下時(shí)(其時(shí)刀尖位置最高)，規(guī)定 0；當(dāng) 位于 內(nèi)，則 =0?？珊営洖椤疤ь^為正，低頭為負(fù)”。v (4) 前角 。前面 與基面 間的夾角，在正交平面 中度量標(biāo)注。在正交平面 中，當(dāng) 在 之上時(shí)規(guī)定 0；當(dāng) 在 之下時(shí)規(guī)定 0；當(dāng) 和 重合時(shí)則 =0。S s rP S rPsP rPS rP srP rPo AoP oP Ao A rP oA rP orP sS s v (5) 后角 。后面 與切削平面 間的夾角，在正交平面 中度量標(biāo)注。副后面 與副切削平面 間的夾角稱副后角，記作

12、 ，在副正交平面 中度量標(biāo)注。以主(副)切削平面為界，當(dāng)主(副)后面位于 ( )和工的過渡表面(已加工表面)相對的一側(cè)時(shí)，規(guī)定后角(或副后角)為正，反之為負(fù)。后角均應(yīng)取正值，因副后角刀具無法工作。o A sPoP A sPo oP A A v (6) 楔角 。是前、后面間的夾角，在正交平面 中度量標(biāo)注。由于 ，故有 。v (7) 刀尖角 。主、副切削平面間的夾角，在 中度量標(biāo)注，顯然： 。 v國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO 3002-1)已對車刀的標(biāo)注作了規(guī)定，如下頁圖所示：o oPrP sP o o o 90 r rPr r r 180 4.工作角度v 如前所述，刀具的標(biāo)注角度是在忽略進(jìn)給速度的影響

13、，且刀具安裝在理想工作位置的情況下確定的。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)入工作狀態(tài)后，選定點(diǎn)的實(shí)際切削速度的方向以及刀具的實(shí)際安裝位置相對于假定的理想狀態(tài)發(fā)生了變化，由此而建立的工作參考系(動(dòng)態(tài)參考系)相對于標(biāo)注參考系(靜態(tài)參考系)在空間位置上也相應(yīng)改變，因此刀具的實(shí)際切削角度(即刀具的工作角度)和標(biāo)注角度不一樣。 2.3.4 切削層參數(shù)和切削方式 v 切削層:在各種切削加工中，刀具相對工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向每移動(dòng)一個(gè)進(jìn)給量或移動(dòng)一個(gè)每齒進(jìn)給量，一個(gè)刀齒正在切削的金屬層稱為切削層，也就是相鄰兩個(gè)過渡表面之間所夾著的一層金屬。v 切削層的形狀和尺寸直接決定了刀具切削部分所承受的載荷大小及切屑的形狀和尺寸，所以必須研究切削

14、層界面的形狀和參數(shù)。1.切削層參數(shù) v 影響切削寬度的因素有背吃刀量和主偏角；v 影響切削厚度的因素有進(jìn)給量和主偏角。v 當(dāng)進(jìn)給量和背吃刀量一定時(shí)，主偏角越大，切削厚度越大，但切削寬度越小。 v 1)自由切削和非自由切削v自由切削：只有一個(gè)切削刃參加切削的情況稱為自由切削。 寬刃刨刀刨削工件的情況就屬于自由切削。v非自由切削：由非直線切削刃或多條直線切削刃同時(shí)參加切削的情況稱為非自由切削非自由切削。車外圓、銑鍵槽等屬于非自由切削。v特點(diǎn)： 自由切削時(shí)，切削刃上各點(diǎn)的切屑流向大致相同，切屑變形簡單；非自由切削時(shí)，切削刃上各點(diǎn)切屑流向互相干擾，切屑變形復(fù)雜。2.切削方式 (a) 直角切削 (b)

15、斜角切削圖1.12 寬刃刨刀刨削工件 v 2)直角切削和斜角切削v直角切削：是指主切削刃與切削速度方向垂直的切削，這時(shí)主切削刃包含在基面內(nèi)(刃傾角 0)，切屑流向與切削刃的法線方向相同。v斜角切削：是指主切削刃與切削速度方向不垂直的切削，這時(shí)主切削刃不包含在基面內(nèi)(刃傾角 0)，切屑流向偏離切削刃的法線方向。 生產(chǎn)中的切削方式大都屬于斜角切削，因?yàn)楦鞣N切削性質(zhì)的刀具，絕大部分是采用刃傾角，如有刃傾角的外圓車刀、刨刀、鏜刀、帶螺旋角的圓柱平面銑刀、麻花鉆、有螺旋槽的絲錐和鉸刀等均屬于這種形式。s s 小 結(jié)v任何一種切削加工都必須滿足一定的條件，即：刀具和工件間要有形成零件結(jié)構(gòu)要素所需的相對運(yùn)動(dòng)

16、；刀具必須具有一定的空間幾何結(jié)構(gòu)；刀具材料的性能能夠滿足切削加工的需要。v 1.在切削加工中的運(yùn)動(dòng)包括切削運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)兩類。切削運(yùn)動(dòng)包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可分別用切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量（稱為切削用量三要素）來定量描述。 v 2.車刀是結(jié)構(gòu)最簡單，車刀由刀桿和切削部分組成，車刀的主要幾何要素可歸納為：“一尖、兩刃、三面、六角”?！耙患狻敝傅都?，“兩刃“指主、副切削刃，“三面”指前面和主、副后面，“六角”指前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角、副后角。要準(zhǔn)確掌握這些幾何要素的概念，并能夠熟練地標(biāo)注。v 3.描述和標(biāo)注刀具切削部分各級(jí)和要素在空間上位置的參考坐標(biāo)系有兩類，即靜態(tài)參

17、考系（或稱標(biāo)注參考系）和動(dòng)態(tài)參考系（或稱為工作參考系），兩者的區(qū)別在于前者是在一定的假設(shè)條件下建立的，而后者是根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí)際狀況建立的。 v 4. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致縱向車削和橫向車削時(shí)刀具的前角增大、后角減小，尤其是在加工多頭螺紋、切斷工件時(shí)，影響更大。刀具安裝位置偏高（或低）將導(dǎo)致外表面車削時(shí)刀具的工作前角加大，后角減小（或前角減小，后角加大）；刀具安裝位置對內(nèi)表面車削時(shí)的工作角度的影響與外表面車削時(shí)剛好相反。刀具安裝基面與主運(yùn)動(dòng)方向不垂直或刀桿中心線與假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直等將引起車刀的多個(gè)角度發(fā)生變化。v 5. 切削層公稱寬度、切削層公稱厚度和切削層公稱橫截面積是描述切削層的基本參數(shù)，與進(jìn)給量、背吃刀量、主偏角有關(guān)系。 v 6.了解自由切削和非自由切削、直角切削和斜角切削概念。