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1、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第二章 金屬切削原理與刀具 3.刀具及切削要素的選擇,2015-2016學(xué)年 秋季學(xué)期,金屬切削的基本要素,刀具及切削要素的選擇,高速切削及刀具,1,2,1.切削用量的選擇原則,刀具的壽命和切削用量的關(guān)系,T 一定,(v , f , ap ) 一定,生產(chǎn)率？,1）切削用量與刀具的壽命、生產(chǎn)率的關(guān)系,切削用量的合理選擇,Zw =1000 AD Vav （mm3/min）,金屬切除率和切削用量的關(guān)系,Zw 1000 ap Vc,Zw 和 ap Vc 成線性關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)增大，都可提高生產(chǎn)率。,T 一定,(v , f , ap ) 一定,增大任何一參數(shù)，其他兩參數(shù)就要相應(yīng)減小。

2、生產(chǎn)率？,切削用量的合理選擇,例：YT15車刀， 不加切削液， 縱車外圓，碳素結(jié)構(gòu)鋼材料。 m= 0.2; m/h=0.15; m/g=0.35。,Zw 1000 ap Vc,ap 增大三倍,Zw3 ap =1000 (3ap )(0.85Vc) 2.6 Zw,即ap 增大三倍， Vc降低15，生產(chǎn)率提高2.6倍。,切削用量的合理選擇, 增大三倍,Zw3 =1000 ap (3 )(0.68Vc) 2 Zw,即 增大三倍， Vc降低32，生產(chǎn)率提高2倍。,Vc增大三倍,Zw3Vc =1000 ap (0.043 )(3Vc) 0.13 Zw,即Vc 增大三倍， 降低95.7，生產(chǎn)率下降87。,

3、切削用量的合理選擇,Vc 增大三倍， 為一定值， ap 值？生產(chǎn)率下降？,綜上，在保持刀具壽命一定條件下，提高切削深度比提高進(jìn)給量的生產(chǎn)率高，比提高切削速度的生產(chǎn)率更高。,選擇切削用量的基本原則： 首先選取盡可能大的切削深度，其次根據(jù)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀桿剛度或已加工表面粗糙度要求，選取盡可能大的進(jìn)給量，最后根據(jù)查表和公式確定切削速度。,切削用量的合理選擇,2. 切削用量三要素的選用,粗加工 盡可能一次切除粗加工全部加工余量 切除余量過大，分幾次走刀。,1） 切削深度的選定,切削表層冷硬較嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)盡量使切削探度超過硬皮或冷硬層，以預(yù)防刀刃過早磨損或破損。,半精加工 ap可取0.52 m

4、m。 h2mm一次切除。 如單面余量h2mm時(shí)，第一次取ap(2/3 3/4)h，第二次取ap=(1/3l/4)h。,精加工 一次切除精加工余量。 ap取為0.10.4 mm。,切削用量的合理選擇,2）進(jìn)給量的選定,實(shí)際生產(chǎn)中，采用查表法確定。 粗加工：加工材料、刀柄尺寸、工件直徑、切削深度 （半）精加工：表面粗糙度和加工精度,粗加工 主要受機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、效率、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。 精加工 主要受加工精度和表面粗糙度的限制。,切削用量的合理選擇,3）切削速度的選定,當(dāng)ap和f選定后，可按查表法選定（切削用量手冊(cè)）或公式計(jì)算得出:,切削用量的合理選擇,生產(chǎn)中選擇切

5、削速度的一般原則是： 1）粗車時(shí)， ap和f 均較大，選擇較低的切削速度v ； 精車時(shí)， ap和f 均較小，選擇較高的切削速度v 。 2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度v ； 反之，選較高的切削速度v 。 3）刀具材料性能越好，切削速度v選得越高。,切削用量的合理選擇,4）精加工時(shí)應(yīng)盡量避免積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域； 5）斷續(xù)切削時(shí)為減小沖擊和熱應(yīng)力，宜適當(dāng)降低v ； 6）在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，v應(yīng)避開自激振動(dòng)的臨界速度； 7）加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁件或加工帶外皮的工件時(shí)，應(yīng) 適當(dāng)較低v 。 8）切削用量三要素選定之后，還應(yīng)校核機(jī)床功率。,切削用量的合理選擇,刀具幾何參數(shù)合理選擇,0

6、 變形程度F q T振動(dòng)質(zhì)量 刀刃和刀頭強(qiáng)度散熱面積容熱體積斷屑困難,1. 前角0的選擇,1）前角的功用,（1）影響切削區(qū)的變形程度,（2）影響切削刃與刀頭強(qiáng)度、受力性質(zhì)和散熱條件,（3）影響切屑形態(tài)和斷屑效果,（4）影響已加工表面質(zhì)量,在一定的條件下，存在一個(gè)合理值,刀具幾何參數(shù)合理選擇,2）合理前角概念,（2）加工塑性材料，取大。加工脆性材料宜取小。,（3）刀具材料韌性好、抗彎強(qiáng)度大時(shí) 取大。,（6）工藝系統(tǒng)剛性差或機(jī)床動(dòng)力不足時(shí)，取大。,3）合理前角值的選擇,（1）工件材料的強(qiáng)度、硬度較低，取大。加工特硬的材料，前角甚至取負(fù)。,（5）粗加工、斷續(xù)切削或工件有硬皮時(shí)，取小。精加工，取大。,

7、（4）對(duì)切削刃形狀要求高刀具，取小,硬質(zhì)合金加工一般鋼，取10o20o;加工灰鑄鐵，取8o12O。,刀具幾何參數(shù)合理選擇,（1）影響后刀面與加工表面之間的摩擦。,2后角0,1）后角的主要功用,（3）刀具壽命；工件尺寸精度,（2）后角越大，切削刃鈍圓半徑值越小，切削刃越鋒利。,0rn鋒利、 摩擦F 質(zhì)量 VB 一定，磨損體積T但NB 刀頭強(qiáng)度散熱體積重磨體積,在一定的條件下，存在一個(gè)合理值,刀具幾何參數(shù)合理選擇,2）合理后角的概念,不同材料刀具的合理后角,不同前角刀具的合理后角,刀具幾何參數(shù)合理選擇,（3）切削厚度(或進(jìn)給量)較小時(shí)，取大。粗加工、強(qiáng)力切削及承受沖擊載荷的刀具，取小。精加工，取大

8、。,3）合理后角值的選擇,（1）工件材料較軟、塑性較大， 取大；脆性材料，取小。工件材料硬度、強(qiáng)度較高取小；,（2）尺寸精度要求高,取小。,（4）工藝系統(tǒng)剛性差，易出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，應(yīng)減小后角，有增加阻力作用。,車削一般鋼和鑄鐵時(shí)，車刀后角通常取為68度。,刀具幾何參數(shù)合理選擇,3主偏角 Kr、副偏角 Kr,（1）影響已加工表面的殘留面積高度,1）主和副偏角的功用,（4）共同決定刀尖角，直接影響刀尖強(qiáng)度，散熱條件和刀具壽命。,（2）影響切削層形狀,（3）影響三向切削分力的大小和比例關(guān)系,（5）主偏角影響切屑效果和排屑方向，增大主偏角，切屑變厚變窄，易折斷。,刀具幾何參數(shù)合理選擇,主偏角Kr： rhD

9、AD單位刃長(zhǎng)負(fù)荷 T 刀尖強(qiáng)度散熱體積，Ra Fp變形加工精度，易振動(dòng)Ra，T 在一定的條件下，存在一個(gè)合理值,副偏角Kr： 副偏角的主要作用是形成已加工表面。 副偏角 Ra刀尖強(qiáng)度散熱體積 副刃工作長(zhǎng)度 摩擦Fp易振動(dòng)Ra，T 在一定條件下，存在一合理值。,刀具幾何參數(shù)合理選擇,（1）看系統(tǒng)剛性。若剛性好，不易變形和振動(dòng)，r取較 小值；若剛性差（細(xì)長(zhǎng)軸），r取較大值（90）；,（3）考慮工件形狀、切屑控制、減小沖擊等，車臺(tái)階軸，取90 ；鏜盲孔90 ；r小切屑成長(zhǎng)螺旋屑不易斷；較小r，改善刀具切入條件，不易造成刀尖沖擊。,2.合理主、副偏角的選擇原則,（4） 加工性質(zhì)。精加工，斷續(xù)加工，不振

10、動(dòng)，副偏角取小。,（2）工件材料性質(zhì)。強(qiáng)度大，硬度高， r取小。,刀具幾何參數(shù)合理選擇,刀具幾何參數(shù)合理選擇,4. 刃傾角的選擇,1）刃傾角的作用,影響刀刃鋒利性.s0e 、rn 鋒利性,負(fù)刃傾角刀頭強(qiáng)度散熱體積,負(fù)刃傾角 Fp變形，易振動(dòng)Ra,正s切屑流向待加工表面，負(fù)s切屑流向已加工表面,刀具幾何參數(shù)合理選擇,2）刃傾角的選擇原則 （1）粗加工、有沖擊、刀材脆、工材強(qiáng)度硬度高，s取負(fù)值； （2）精加工、系統(tǒng)剛性差（細(xì)長(zhǎng)軸），s取正值； （3）微量極薄切削，取大正刃傾角。,在一定條件下，存在一合理值,刀具幾何參數(shù)合理選擇,2.切削液的作用機(jī)理 （1）冷卻 摩擦熱的產(chǎn)生；將熱量帶走。 本身導(dǎo)熱

11、系數(shù)、比熱、汽化熱及流量、流速、冷卻方式等。 （2） 潤(rùn)滑 切削液的滲透性、形成潤(rùn)滑膜能力、潤(rùn)滑膜強(qiáng)度 （3） 排屑、清洗 （4）防銹 防銹添加劑,1.切削液的分類 水溶液（水添加劑）；乳化液（乳化油水）；切削油 粗加工-精加工,刀具幾何參數(shù)合理選擇,3. 切削液的合理選用 （1）從加工要求考慮 粗加工，選用水溶液或低濃度乳化液； 精加工，選用極壓切削油或高濃度乳化液； （2）從刀具材料考慮 高速鋼，需用切削液；Y合金等,可不用或充分連續(xù)用；,（3）從工件材料考慮 鋼等塑性材料，需用切削液；鑄鐵等脆材，可不用； 高強(qiáng)度鋼等難加工材料，宜用極壓切削油或乳化液 （4）從加工方法考慮 鉆孔鉸孔、攻螺

12、紋和拉削等，宜用極壓乳化液或切削油； 成形刀具齒輪刀具等用極壓切削油；磨削宜用乳化液。,高速切削及刀具,1. 高速切削的概念,高速切削的基本特征：提高加工效率與質(zhì)量,有關(guān)定義： 沒有一個(gè)確定的速度指標(biāo)定義。對(duì)于銑刀等回轉(zhuǎn)刀具，通常以刀具或主軸的轉(zhuǎn)速作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的刀具直徑，現(xiàn)階段一般把轉(zhuǎn)速10000r/min以上視為高速切削。,高速切削及刀具,Carl Salomon（1931）： 在切削速度達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，切削溫度達(dá)到最大值，在這個(gè)臨界值之后的一個(gè)范圍內(nèi)，切削速度增加，則切削溫度下降。,高速切削及刀具,（1）能夠獲得很高的加工效率 雖然切削深度和厚度減小，但由于主軸的轉(zhuǎn)速高，進(jìn)給速

13、度快，因此單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量反而增加了。,2. 高速切削的特點(diǎn),（2）能獲得較高的加工精度 對(duì)于同樣的切削參數(shù)，高速切削明顯降低了單位切削力，進(jìn)而減小了加工振動(dòng)。同時(shí)可以將粗精加工合為一體，有利于加工精度的提高。,高速切削及刀具,（3）能夠獲得較高的表面加工質(zhì)量 一方面，振動(dòng)幅度減??；另一方面，加工表面受熱時(shí)間短、切削溫度低，因此熱影響較小。,（4）加工能耗低，節(jié)省資源 切除率高，能耗低，工件在制時(shí)間短，提高了能源和設(shè)備的利用率。另外，由于受力小，機(jī)床和刀具壽命延長(zhǎng)。,高速切削及刀具,1）切削力 高速切削時(shí)隨著切削速度的增加，切削溫度升高，摩擦因素減小，剪切角增大，切削力反而降低。,3. 高速切削的機(jī)理,高速切削及刀具,2）切削熱 總的切削功消耗： 1）新生表面所需要的能量，相當(dāng)于于該表面的表面能。 2）剪切區(qū)的剪切變形功。 3）前后面與切屑、工件的摩擦功。 4）切削層材料經(jīng)過剪切面時(shí)，由于動(dòng)量改變而消耗的功。,高于臨界切削速度時(shí)的高速切削，切削速度越高，切屑帶走的熱量就越多，傳給刀具的熱量就越少，必然導(dǎo)致切削溫度升高很慢，但逐步升高到刀具材料的極限。,高速切削及刀具,高速切削對(duì)刀具材料有更高的要求： （1）高硬度、高強(qiáng)度和耐磨性； （2）韌度高，抗沖擊能力強(qiáng)； （3）高的