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1、机械制造技术基础第二章 金属切削原理与刀具3.刀具及切削要素的选择,2015-2016学年 秋季学期,金属切削的基本要素,刀具及切削要素的选择,高速切削及刀具,1,2,1.切削用量的选择原则,刀具的寿命和切削用量的关系,T 一定,(v,f,ap)一定,生产率？,1）切削用量与刀具的寿命、生产率的关系,切削用量的合理选择,Zw=1000 AD Vav（mm3/min）,金属切除率和切削用量的关系,Zw 1000 ap Vc,Zw 和 ap Vc 成线性关系，任何一个参数增大，都可提高生产率。,T 一定,(v,f,ap)一定,增大任何一参数，其他两参数就要相应减小。生产率？,切削用量的合理选择,例
2、：YT15车刀，不加切削液，纵车外圆，碳素结构钢材料。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，生产率提高2.6倍。,切削用量的合理选择,增大三倍,Zw3=1000 ap(3)(0.68Vc)2 Zw,即 增大三倍，Vc降低32，生产率提高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，生产率下降87。,切削用量的合理选择,Vc 增大三倍，为一定值，ap 值？生产率下降？,综上，
3、在保持刀具寿命一定条件下，提高切削深度比提高进给量的生产率高，比提高切削速度的生产率更高。,选择切削用量的基本原则：首先选取尽可能大的切削深度，其次根据机床进给机构强度、刀杆刚度或已加工表面粗糙度要求，选取尽可能大的进给量，最后根据查表和公式确定切削速度。,切削用量的合理选择,2.切削用量三要素的选用,粗加工 尽可能一次切除粗加工全部加工余量 切除余量过大，分几次走刀。,1）切削深度的选定,切削表层冷硬较严重的材料时，应尽量使切削探度超过硬皮或冷硬层，以预防刀刃过早磨损或破损。,半精加工 ap可取0.52 mm。h2mm一次切除。如单面余量h2mm时，第一次取ap(2/3 3/4)h，第二次取
4、ap=(1/3l/4)h。,精加工 一次切除精加工余量。ap取为0.10.4 mm。,切削用量的合理选择,2）进给量的选定,实际生产中，采用查表法确定。粗加工：加工材料、刀柄尺寸、工件直径、切削深度（半）精加工：表面粗糙度和加工精度,粗加工 主要受机床的进给机构强度、效率、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。精加工 主要受加工精度和表面粗糙度的限制。,切削用量的合理选择,3）切削速度的选定,当ap和f选定后，可按查表法选定（切削用量手册）或公式计算得出:,切削用量的合理选择,生产中选择切削速度的一般原则是：1）粗车时，ap和f 均较大，选择较低的切削速度v；精车时，ap和f 均较小，
5、选择较高的切削速度v。2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的切削速度v；反之，选较高的切削速度v。3）刀具材料性能越好，切削速度v选得越高。,切削用量的合理选择,4）精加工时应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域；5）断续切削时为减小冲击和热应力，宜适当降低v；6）在易发生振动的情况下，v应避开自激振动的临界速度；7）加工大件、细长件和薄壁件或加工带外皮的工件时，应 适当较低v。8）切削用量三要素选定之后，还应校核机床功率。,切削用量的合理选择,刀具几何参数合理选择,0 变形程度F q T振动质量 刀刃和刀头强度散热面积容热体积断屑困难,1.前角0的选择,1）前角的功用,（1）影响切削区的变形程度,
6、（2）影响切削刃与刀头强度、受力性质和散热条件,（3）影响切屑形态和断屑效果,（4）影响已加工表面质量,在一定的条件下，存在一个合理值,刀具几何参数合理选择,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）刀具材料韧性好、抗弯强度大时 取大。,（6）工艺系统刚性差或机床动力不足时，取大。,3）合理前角值的选择,（1）工件材料的强度、硬度较低，取大。加工特硬的材料，前角甚至取负。,（5）粗加工、断续切削或工件有硬皮时，取小。精加工，取大。,（4）对切削刃形状要求高刀具，取小,硬质合金加工一般钢，取10o20o;加工灰铸铁，取8o12O。,刀具几何参数合理选择,（1）影响后
7、刀面与加工表面之间的摩擦。,2后角0,1）后角的主要功用,（3）刀具寿命；工件尺寸精度,（2）后角越大，切削刃钝圆半径值越小，切削刃越锋利。,0rn锋利、摩擦F 质量 VB 一定，磨损体积T但NB 刀头强度散热体积重磨体积,在一定的条件下，存在一个合理值,刀具几何参数合理选择,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,刀具几何参数合理选择,（3）切削厚度(或进给量)较小时，取大。粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具，取小。精加工，取大。,3）合理后角值的选择,（1）工件材料较软、塑性较大，取大；脆性材料，取小。工件材料硬度、强度较高取小；,（2）尺寸精度要求高,取小。
8、,（4）工艺系统刚性差，易出现振动时，应减小后角，有增加阻力作用。,车削一般钢和铸铁时，车刀后角通常取为68度。,刀具几何参数合理选择,3主偏角 Kr、副偏角 Kr,（1）影响已加工表面的残留面积高度,1）主和副偏角的功用,（4）共同决定刀尖角，直接影响刀尖强度，散热条件和刀具寿命。,（2）影响切削层形状,（3）影响三向切削分力的大小和比例关系,（5）主偏角影响切屑效果和排屑方向，增大主偏角，切屑变厚变窄，易折断。,刀具几何参数合理选择,主偏角Kr：rhDAD单位刃长负荷 T 刀尖强度散热体积，Ra Fp变形加工精度，易振动Ra，T 在一定的条件下，存在一个合理值,副偏角Kr：副偏角的主要作用
9、是形成已加工表面。副偏角 Ra刀尖强度散热体积 副刃工作长度 摩擦Fp易振动Ra，T 在一定条件下，存在一合理值。,刀具几何参数合理选择,（1）看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，r取较 小值；若刚性差（细长轴），r取较大值（90）；,（3）考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取90；镗盲孔90；r小切屑成长螺旋屑不易断；较小r，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。,2.合理主、副偏角的选择原则,（4）加工性质。精加工，断续加工，不振动，副偏角取小。,（2）工件材料性质。强度大，硬度高，r取小。,刀具几何参数合理选择,刀具几何参数合理选择,4.刃倾角的选择,1）刃倾角的作用,影响刀
10、刃锋利性.s0e、rn 锋利性,负刃倾角刀头强度散热体积,负刃倾角 Fp变形，易振动Ra,正s切屑流向待加工表面，负s切屑流向已加工表面,刀具几何参数合理选择,2）刃倾角的选择原则（1）粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，s取负值；（2）精加工、系统刚性差（细长轴），s取正值；（3）微量极薄切削，取大正刃倾角。,在一定条件下，存在一合理值,刀具几何参数合理选择,2.切削液的作用机理（1）冷却 摩擦热的产生；将热量带走。本身导热系数、比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。（2）润滑 切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜强度（3）排屑、清洗（4）防锈 防锈添加剂,1.切削液的分类水溶液（水添
11、加剂）；乳化液（乳化油水）；切削油 粗加工-精加工,刀具几何参数合理选择,3.切削液的合理选用（1）从加工要求考虑 粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；（2）从刀具材料考虑 高速钢，需用切削液；Y合金等,可不用或充分连续用；,（3）从工件材料考虑 钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用；高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液（4）从加工方法考虑 钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油；成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；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：提高加工效率与质量,有关定义：没有一个确定的速度
12、指标定义。对于铣刀等回转刀具，通常以刀具或主轴的转速作为衡量标准，根据不同的刀具直径，现阶段一般把转速10000r/min以上视为高速切削。,高速切削及刀具,Carl Salomon（1931）：在切削速度达到一个临界值时，切削温度达到最大值，在这个临界值之后的一个范围内，切削速度增加，则切削温度下降。,高速切削及刀具,（1）能够获得很高的加工效率 虽然切削深度和厚度减小，但由于主轴的转速高，进给速度快，因此单位时间内的金属切除量反而增加了。,2.高速切削的特点,（2）能获得较高的加工精度 对于同样的切削参数，高速切削明显降低了单位切削力，进而减小了加工振动。同时可以将粗精加工合为一体，有利于
13、加工精度的提高。,高速切削及刀具,（3）能够获得较高的表面加工质量 一方面，振动幅度减小；另一方面，加工表面受热时间短、切削温度低，因此热影响较小。,（4）加工能耗低，节省资源 切除率高，能耗低，工件在制时间短，提高了能源和设备的利用率。另外，由于受力小，机床和刀具寿命延长。,高速切削及刀具,1）切削力高速切削时随着切削速度的增加，切削温度升高，摩擦因素减小，剪切角增大，切削力反而降低。,3.高速切削的机理,高速切削及刀具,2）切削热总的切削功消耗：1）新生表面所需要的能量，相当于于该表面的表面能。2）剪切区的剪切变形功。3）前后面与切屑、工件的摩擦功。4）切削层材料经过剪切面时，由于动量改变
14、而消耗的功。,高于临界切削速度时的高速切削，切削速度越高，切屑带走的热量就越多，传给刀具的热量就越少，必然导致切削温度升高很慢，但逐步升高到刀具材料的极限。,高速切削及刀具,高速切削对刀具材料有更高的要求：（1）高硬度、高强度和耐磨性；（2）韧度高，抗冲击能力强；（3）高的热硬性和化学稳定性；（4）抗热冲击能力强等。,4.高速切削的刀具,主要材料有：镀膜和未镀膜的硬质合金、金属陶瓷、氧化铝基、金刚石和立方氮化硼为主。,高速切削及刀具,刀柄结构：（精度、刚度、可靠性）,圆锥空心柄（端面和1：10锥度的空心锥套定位）,1）质量减轻50%；2）定位精度高；3）刚度高，可传递大转矩；4）装夹力随转数升高而加大。,高速切削及刀具,收缩夹头、液压膨胀夹头、力膨胀夹头,本次课结束 谢谢！问题与建议？,
