金属切削原理与刀具课件2010

学习情境二：轴类零件的加工机械工程系·机制教研室1学习目标任务一：金属切削加工知识的介绍任务二：金属切削机床的认识任务三：轴类零件的加工工艺分析及工艺实施学习情境二：轴类零件的加工2项目描述轴类零件是机械加工中经常遇到的典型零件之一，在机器中的功用主要是支承传动零件、传递运动和扭矩。学习情境二：轴类零件的加工3项目描述例如：学习情境二：轴类零件的加工4项目描述学习情境二：轴类零件的加工5任务一分解学习情境1：切削运动基本常识的认识学习情境2：金属切削刀具常识的认识学习情境3：金属切削过程中的物理现象及规律的了解学习情境二：轴类零件的加工6任务二分解学习情境二：轴类零件的加工学习情境1：机床的认识学习情境2：机床的运动学习情境3：机床的组成学习情境4：机床的传动学习情境5：车床的分析7任务三分解学习情境二：轴类零件的加工学习情境1：典型轴类零件认识学习情境2：传动轴的结构与工艺分析学习情境3：确定生产类型学习情境4：确定传动轴的毛坯类型及其制造方法学习情境5：选择定位基准和加工装备学习情境6：拟定传动轴机械加工工艺路线学习情境7：加工工序设计8任务一：金属切削加工知识的介绍学习情境1：切削运动基本常识的认识主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T表示），也可以是回转运动（用R表示）一、切削运动主运动——切削速度最高，消耗功率最大，只有一个指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用ν（m/s）表示。进给运动——速度较低，消耗功率较小，可有一个或多个，也可不存在指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（ƒ—mm/r）或进给速度（νƒ—mm/min）表示。9外圆表面加工方法任务一：金属切削加工知识的介绍10二、工件加工表面任务一：金属切削加工知识的介绍11三、切削用量切削用量是指切削速度νc、进给量ƒ（或进给速度νƒ）和背吃刀量ap，三者又称为切削用量三要素。切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。切削速度vc1000nDvc式中n——主运动转速（r/s）；d——刀具或工件的最大直径（mm）。若主运动为往复运动时，其平均速度为：10002rcnlv式中nr——主运动每秒钟往复次数（str/s）；l——往复运动行程长度（mm）。任务一：金属切削加工知识的介绍三、切削用量进给量ƒ(vƒ)工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。对于多齿刀具还可用每齿进给量ƒz表示,单位为mm／min。若刀具齿数z为，则进给量与进给运动速度、每齿进给量的关系为：nzfnfvzf12任务一：金属切削加工知识的介绍13三、切削用量13主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。单位为mm。背吃刀量ap式中：dw——工件待加工表面的直径；dm——工件已加工表面的直径。2amwpdd任务一：金属切削加工知识的介绍14四、切削层参数任务一：金属切削加工知识的介绍由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。切削厚度hD：指在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比，单位：mm切削面积AD：指在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位：mm2切削宽度bD：指在给定瞬间，在切削层尺寸平面中测量的作用主切削刃截形上两个极点间的距离，单位：mm15切削厚度切削宽度rDfhsinsinfbD任务一：金属切削加工知识的介绍pDDDafbhA切削层面积16五、切削方式直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直任务一：金属切削加工知识的介绍17例题：车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求ν、ƒ、ap。解：ν=πdn/1000=π·62·4/1000=0.779m/sƒ=νƒ/n=2/4=0.5mm/rap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3mm任务一：金属切削加工知识的介绍18学习情境2：金属切削刀具常识的认识一、刀具结构任务一：金属切削加工知识的介绍刀具的组成刀具由切削部分和刀柄(或称刀杆)两部分组成，刀柄是刀具上用于夹持的部分；切削部分是由前刀面、后刀面和切削刃等组成的，起切削作用的部分。19车刀外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由3个刀面，即：前刀面、主后刀面和副后刀面，2个刀刃，即：主切削刃和副切削刃，1个刀尖组成。任务一：金属切削加工知识的介绍20a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀车刀的结构图车刀任务一：金属切削加工知识的介绍22刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合各种刀具切削部分的形状图任务一：金属切削加工知识的介绍23实际切削中确定角度的基准任务一：金属切削加工知识的介绍二、刀具几何角度刀具角度参考系刀具标注角度参考系刀具工作角度参考系设计制造测量角度时的基准由主运动方向确定由合成切削运动方向确定241）假定刀刃上的选定点：位于假定工件的轴平面内，是刀具静止参考系的原点；2）假设运动条件：假设不考虑进给运动的大小，以切削刃选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。3）假设安装条件：假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等高，刀杆与工件的轴线垂直。任务一：金属切削加工知识的介绍刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：25(1)正交平面参考系：pr、ps、po(2)法平面参考系：pr、ps、pn(3)背平面参考系：pr、ps、pp(4)进给平面参考系：pr、ps、pf刀具标注角度的参考系：任务一：金属切削加工知识的介绍26刀具标注角度参考系（正交平面参考系）1）基面Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。车刀主剖面参考系图2）切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。任务一：金属切削加工知识的介绍主剖面Po切削平面Ps基面Pr法平面Pn法平面Pn:过切削刃上选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面图1-5刀具切削角度的示意图图1-6横车的基面和切削平面331）前角γo在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γo定为正值；位于刀头实体之内时γo定为负值。γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。Aκr′A向f车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ0刀具几何角度标注用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。任务一：金属切削加工知识的介绍34后角αo在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。α0粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。任务一：金属切削加工知识的介绍2）后角αo35主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。κr的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。Aκr′A向f车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr任务一：金属切削加工知识的介绍3）主偏角κr36常用车刀主偏角的形式任务一：金属切削加工知识的介绍37κr′AA向f车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。κr′在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。任务一：金属切削加工知识的介绍κr′在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。38切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之位负。λs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。任务一：金属切削加工知识的介绍5）刃倾角λs刃倾角对排屑方向的影响39任务一：金属切削加工知识的介绍40任务一：金属切削加工知识的介绍41任务一：金属切削加工知识的介绍图1－1445°弯头车刀a）车外圆b）车端面c）车内孔d）倒角四、切断刀一金属切削基础知识麻花钻的组成和切削部分麻花钻的构造为了保证钻头必要的刚性和强度，工作部分的钻心直径向柄部方向递增。刀柄：钻头的夹持部分，用来传递扭矩颈部：磨柄部时退砂轮用，打标记一、钻孔2.高速钢麻花钻的结构钻头切削部分5个刀刃6个刀面两条主切削刃两条副切削刃一条横刃两个螺旋形前刀面两个经刃磨获得的后刀面两个圆弧段的副后刀面1、麻花钻结构特点1）横刃较长，横刃处前角为负值切削阻力大，据实验50%的轴向力和15%的扭距。2）主切削刃上各点前角不同（靠近钻心处前角为负值），切削性能差。3）钻头的副后角为零，摩擦力大。4）主切削刃外缘处刀尖角小，刀齿薄弱。5）主切削刃长，且全刀宽切削，排屑困难。特点图示一、钻孔3.钻削用量1）背吃刀量asp单位：mmdospa一、钻孔3.钻削用量2）钻削速度vc单位：m/min1000ndocv3.钻削用量3）钻削进给量与进给速度：f单位：mm/rfz单位：mm/zVf单位：mm/min一、钻孔62实际工作中，考虑合成运动和实际安装情况，则假定的工作条件发生了变化，使静止参考系中的各个坐标面和测量面的位置也随之变化。因此，刀具切削加工时的实际几何参数就要在工作参考系中测量。工作参考系中各坐标平面的定义与静止参考系相同，只需用合成切削运动方向取代主运动方向。它们是工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poa、工作法平面Pne（Pne=Pn）、工作平面Pfe、工作背平面Ppe等。刀具工作角度参考系及几何参数任务一：金属切削加工知识的介绍63刀具工作角度式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。◆进给运动对工作角度的影响横切0000eetanWfD任务一：金属切削加工知识的介绍切断刀的工作角度①当进给量ƒ一定时，随d值↓—μ值↑，接近中心αoe为负值。②当ƒ↑—μ值↑横车时ƒ不宜过大，并应适当加大αo64纵切tanfwfd在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：在主剖面内：oeooeotantansinsinfrrwfD任务一：金属切削加工知识的介绍65刀具工作角度◆刀具安装对工作角度的影响车刀安装高度对工作角度的影响任务一：金属切削加工知识的介绍刀具安装高低的影响67刀杆中心线与进给方向不垂直的影响任务一：金属切削加工知识的介绍68三、刀具材料对刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的热硬性4）良好的工艺性5）经济性任务一：金属切削加工知识的介绍刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数69刀具材料的发展与切削加工高速化的关系