金屬切削規(guī)律應(yīng)用

1、第第1 1頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程第五講 金屬切削規(guī)律應(yīng)用浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系現(xiàn)代制造工程研究所浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系現(xiàn)代制造工程研究所第第2 2頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程金屬切削規(guī)律應(yīng)用u刀具合理幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)的內(nèi)容及選擇原則刀具幾何參數(shù)的內(nèi)容及選擇原則前角及前刀面形狀的選擇前角及前刀面形狀的選擇后角和副后角的選擇后角和副后角的選擇主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇主偏角、副偏角及刀尖形狀的選擇刃傾角的選擇刃傾角的選擇u合理刀具耐用度的選擇u合理切削用量的選擇u補(bǔ)充材料第第3 3頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刀具幾何參數(shù)選擇的意義u 切削過程中，作為刀具必須具備一定的切削性能，才能

2、切除工件上多余的金屬，形成加工表面u 刀具的切削性能由：刀具材料、刀具的結(jié)構(gòu)和切削部分幾何參數(shù)決定u 一般情況下，當(dāng)?shù)毒叩牟牧稀⒌毒叩慕Y(jié)構(gòu)選定后，刀具切削部分的幾何參數(shù)就成為最主要的因素。u 刀具切削部分的幾何參數(shù)影響到：u 可見選擇刀具的幾何參數(shù)的好壞，將直接影響到刀具切削性能的發(fā)揮。切削力的大小、切削溫度、切屑的斷或連、加工質(zhì)量、刀具的耐用度、生產(chǎn)效率以及成本等第第4 4頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刀具幾何參數(shù)的主要內(nèi)容u切削刃的形狀 直線刃、折線刃、圓弧刃、月牙刃、波形刃、階梯刃等直線刃、折線刃、圓弧刃、月牙刃、波形刃、階梯刃等 影響切削層的形狀，切削刃各點(diǎn)的工作角度影響切削層的形狀，切

3、削刃各點(diǎn)的工作角度u刀面的型式和參數(shù) 前刀面上的卷屑槽、斷屑槽，后刀面的雙重刃磨等前刀面上的卷屑槽、斷屑槽，后刀面的雙重刃磨等 對(duì)切屑的變形、卷曲、折斷有影響對(duì)切屑的變形、卷曲、折斷有影響 對(duì)切削力、切削熱、刀具磨損及耐用度有直接影響對(duì)切削力、切削熱、刀具磨損及耐用度有直接影響u刀具的角度 包括主切削刃上的前角、后角、主偏角、刃傾角，副切削刃上的副包括主切削刃上的前角、后角、主偏角、刃傾角，副切削刃上的副后角、副偏角等后角、副偏角等。第第5 5頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刀具合理幾何參數(shù)的概念u 刀具切削部分幾何參數(shù)選擇的出發(fā)點(diǎn)有：保證加工質(zhì)量、刀具耐用度、生產(chǎn)率、成本u 哪一項(xiàng)是主要的，要根

4、據(jù)具體情況進(jìn)行分析，如粗加工時(shí)，提高生產(chǎn)率和刀具耐用度為主；精加工時(shí)，保證加工質(zhì)量為主。u 刀具的合理幾何參數(shù)定義：在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠滿足刀具耐用度長、生產(chǎn)效率高、加工成本低的刀具幾何參數(shù)u 刀具合理幾何參數(shù)選擇的問題：多目標(biāo)，多參數(shù)的優(yōu)化；本質(zhì)上是多變量函數(shù)針對(duì)某一目標(biāo)計(jì)算求解最佳值的問題。（科學(xué)）u 由于影響切削加工效益的因素限很多，而且各因素之間又相互作用，因而建立數(shù)學(xué)模型的難度較大。u 實(shí)用的優(yōu)化或最優(yōu)化工作，只能在固定若干因素后，改變少量參數(shù)的值，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并采用適當(dāng)方法（方差分析法、回歸分析法等）進(jìn)行處理，得出優(yōu)選結(jié)果。（工程）第第6 6頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刀

5、具合理幾何參數(shù)選擇的一般性原則u 要考慮工件的實(shí)際情況 工件材料工件材料的化學(xué)成份、制造方法、熱處理、物理和機(jī)械性能的化學(xué)成份、制造方法、熱處理、物理和機(jī)械性能 毛坯毛坯表層情況、表層情況、工件的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量要求工件的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量要求u 要考慮刀具材料和刀具結(jié)構(gòu) 刀具材料的化學(xué)成份、物理和機(jī)械性能刀具材料的化學(xué)成份、物理和機(jī)械性能 刀具的結(jié)構(gòu)型式，刀具的結(jié)構(gòu)型式，整體式、焊接式、機(jī)夾式整體式、焊接式、機(jī)夾式等等u 要考慮各個(gè)幾何參數(shù)間的關(guān)系 刀具的刃形、刃區(qū)、刀面和角度之間是相互聯(lián)系的，應(yīng)綜合考慮它們之間的相互作用刀具的刃形、刃區(qū)、刀面和角度之間是相互聯(lián)系的，應(yīng)綜合

6、考慮它們之間的相互作用與影響，分別確定其合理數(shù)值與影響，分別確定其合理數(shù)值u 要考慮具體的加工條件 考慮考慮機(jī)床、夾具機(jī)床、夾具的情況，的情況，工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)剛度及及功率大小功率大小，切削用量和切削液性能切削用量和切削液性能等；等； 粗加工時(shí)，著重考慮保證刀具最高耐用度；精加工時(shí)，主要考慮保證質(zhì)量；自動(dòng)線時(shí)，粗加工時(shí)，著重考慮保證刀具最高耐用度；精加工時(shí)，主要考慮保證質(zhì)量；自動(dòng)線時(shí)，考慮刀具工作的穩(wěn)定性；機(jī)床剛性和動(dòng)力不足時(shí)，刀具應(yīng)鋒利，減小切削力考慮刀具工作的穩(wěn)定性；機(jī)床剛性和動(dòng)力不足時(shí)，刀具應(yīng)鋒利，減小切削力第第7 7頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刀具合理幾何參數(shù)的選擇u 合理選擇刀具

7、幾何參數(shù)的出發(fā)點(diǎn)是保證質(zhì)量（精加工）、提高刀具耐用度、提高生產(chǎn)率（粗加工和半精加工）、降低生產(chǎn)成本（均應(yīng)考慮）。u 介紹時(shí)，只能逐個(gè)參數(shù)進(jìn)行介紹，但幾何參數(shù)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，各個(gè)參數(shù)之間是相互聯(lián)系的，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮。第第8 8頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程前角的功用u 前角o：前刀面與基面之間的夾角u 前角影響切削變形、切削力、切削溫度和切削功率，也影響刀頭強(qiáng)度、容熱體積和導(dǎo)熱面積，也影響切屑的形態(tài)和斷屑效果，以及加工質(zhì)量，從而影響刀具耐用度和切削效率 影響影響切削變形切削變形：前角增大：前角增大鋒利，塑性變形小，切削力小，溫度小；鋒利，塑性變形小，切削力小，溫度小； 影響影響刀具耐用度

8、刀具耐用度：前角小時(shí)前角小時(shí)：前角增大前角增大切削力小，溫度小，耐用度增大；切削力小，溫度小，耐用度增大；前角大時(shí)前角大時(shí)：前角增大：前角增大刀頭強(qiáng)度小，散熱條件差，耐用度小刀頭強(qiáng)度小，散熱條件差，耐用度小 影響影響切屑形態(tài)和斷屑效果切屑形態(tài)和斷屑效果：前角減?。呵敖菧p小增大切屑的變形，使切屑容易卷曲增大切屑的變形，使切屑容易卷曲和折斷和折斷 影響影響加工表面質(zhì)量加工表面質(zhì)量：前角增大：前角增大塑性變形小，加工硬化小，振動(dòng)小，有利塑性變形小，加工硬化小，振動(dòng)小，有利于表面質(zhì)量于表面質(zhì)量第第9 9頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理前角的概念u 增大或減小前角，各有其有利和不利兩方面的影響。u 從切

9、削熱的產(chǎn)生和散熱條件：增大前角，可以減小切削熱的產(chǎn)生，但導(dǎo)致刀頭導(dǎo)熱面積和容熱體積減小。u 在一定的條件下，前角有一個(gè)合理的最大值u 對(duì)于不同的刀具材料，各有其對(duì)應(yīng)著刀具最大耐用度的前角，稱為合理前角opt。第第1010頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理前角選擇的原則u 刀具材料：前角大時(shí)，刀頭受彎曲應(yīng)力為主，前角小時(shí)，刀頭受壓應(yīng)力為主，因此抗彎強(qiáng)度低、韌性差、忌沖擊、易崩刃的刀具(如硬質(zhì)合金刀具)，取小的前角(-5o15o)；高速鋼刀具可取較大前角。u 加工材料：加工塑性材料，取大的前角；加工脆性材料，前角對(duì)變形影響不大產(chǎn)生崩碎切屑，切削力集中在切削刃附近，為防止崩刃，取較小前角；工件強(qiáng)度、硬

10、度高，切削力、溫度較高，為保證刃口強(qiáng)度、增大散熱面積，取小前角，特別硬時(shí)，可取為負(fù)值。u 粗加工：加工余量大、刀具承受沖擊載荷，取小前角。u 工藝系統(tǒng)：剛度低、易振動(dòng)、機(jī)床功率不足時(shí)，取大前角，降低切削力u 數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線：保證刀具尺寸公差范圍內(nèi)的耐用度(尺寸)和工作穩(wěn)定性，取小前角u 成形刀具：為避免影響刃形，取小前角第第1111頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程加工不同材料時(shí)刀具的合理前角 不同刀具材料的合理前角第第1212頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程前刀面型式的選擇前刀面型式的選擇常見的前刀面型式常見的前刀面型式第第1313頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程1.1. 正前角平面型正前角平面型

11、最基本型式，制造簡單，最基本型式，制造簡單，刃口鋒利，但刃口強(qiáng)度差；刃口鋒利，但刃口強(qiáng)度差； 常用于精加工，卷屑、斷屑性能差。常用于精加工，卷屑、斷屑性能差。第第1414頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程2.2. 帶倒棱正前角平面型帶倒棱正前角平面型沿切削刃磨出窄負(fù)倒棱。沿切削刃磨出窄負(fù)倒棱。 增強(qiáng)了刀刃強(qiáng)度；用于脆性高的刀具如陶瓷、硬質(zhì)合金，可用于斷切；增強(qiáng)了刀刃強(qiáng)度；用于脆性高的刀具如陶瓷、硬質(zhì)合金，可用于斷切； 負(fù)倒棱寬度負(fù)倒棱寬度 b b 1 = (0.31 = (0.3 0.8) f0.8) f。粗加工取大值，精加工取小值；粗加工取大值，精加工取小值； 負(fù)倒棱前角負(fù)倒棱前角 01 = -5

12、01 = -5 -10-10 （硬質(zhì)合金）。（硬質(zhì)合金）。第第1515頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程3.正前角曲面帶倒棱型正前角曲面帶倒棱型沿切削刃磨出曲面形成。沿切削刃磨出曲面形成。 曲面起卷屑作用，增大前角，改善切削條件；曲面起卷屑作用，增大前角，改善切削條件； 用于粗加工、半精加工塑性材料。用于粗加工、半精加工塑性材料。第第1616頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程4.負(fù)前角單平面型負(fù)前角單平面型 硬質(zhì)合金、陶瓷刀具切削高強(qiáng)度、高硬度或淬火鋼或帶硬皮材硬質(zhì)合金、陶瓷刀具切削高強(qiáng)度、高硬度或淬火鋼或帶硬皮材料，及有沖擊的粗加工等場合；料，及有沖擊的粗加工等場合； 特點(diǎn)：抗沖擊能力強(qiáng)。特點(diǎn)：抗沖擊能

13、力強(qiáng)。第第1717頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程5.負(fù)前角雙平面型負(fù)前角雙平面型 用于磨損發(fā)生在前、后刀面時(shí)，為減少前刀面刃磨面積，充分利用于磨損發(fā)生在前、后刀面時(shí)，為減少前刀面刃磨面積，充分利用刀片材料；用刀片材料； 足夠的刃口強(qiáng)度，可用于強(qiáng)力切削。足夠的刃口強(qiáng)度，可用于強(qiáng)力切削。第第1818頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程后角的功用u 后角0：后刀面與切削平面之間的夾角u 后角影響加工表面的質(zhì)量、刀具耐用度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率 減小后刀面與加工表面之間的磨擦減小后刀面與加工表面之間的磨擦：后角越小，磨擦長度越大，磨損越厲：后角越小，磨擦長度越大，磨損越厲害；增大后角，減小磨擦，提高表面質(zhì)量和刀具耐

14、用度害；增大后角，減小磨擦，提高表面質(zhì)量和刀具耐用度 后角越大，切削刃鈍圓半徑值越小，切削刃越鋒利后角越大，切削刃鈍圓半徑值越小，切削刃越鋒利 在同樣的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)在同樣的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VBVB下，后角大的刀具由新到磨鈍，所磨去的金屬體積較下，后角大的刀具由新到磨鈍，所磨去的金屬體積較大，可提高刀具耐用度；但刀具徑向磨損值大，可提高刀具耐用度；但刀具徑向磨損值NBNB增大，當(dāng)工件尺寸精度要求增大，當(dāng)工件尺寸精度要求較高時(shí)，不宜采用大后角；（較高時(shí)，不宜采用大后角；（P81P81圖圖3-493-49） 增大后角將使切削刃和刀頭的強(qiáng)度削弱，導(dǎo)熱面積和容熱體積減小；且增大后角將使切削刃和刀頭的強(qiáng)度削弱，導(dǎo)熱面

15、積和容熱體積減小；且NBNB一定時(shí)，磨耗體積小，刀具耐用度低。一定時(shí)，磨耗體積小，刀具耐用度低。第第1919頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理后角的概念u 從刀具耐用度角度：在一定的條件下，總有某一對(duì)應(yīng)著最大刀具耐用度的后角，稱為合理后角opt 。 u 說明：由于刀具角度之間存在相互聯(lián)系和相互影響，如改變前角，將使刀具的合理后角值發(fā)生相應(yīng)的變化。u 研究表明，保證刀具最高耐用度的合理后角值，主要取決于切削厚度ac(ac=f* *sin kr)，同時(shí)還與其它條件有關(guān)，如刀具材料、刀具前角等。第第2020頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理后角的選擇u 切削厚度：切削厚度很小時(shí)，為減小后刀面上的磨損，取

16、大后角；切削厚度大時(shí)，前刀面月牙洼磨損嚴(yán)重，減小后角可彌補(bǔ)。u 精加工：切削力不大，為提高加工表面質(zhì)量應(yīng)減小后刀面磨損為主，宜取大后角(8o12o)； ；u 粗加工：切削力大、有沖擊，為提高強(qiáng)度，宜取小后角（6 6o）；u 工件材料：硬度、強(qiáng)度高時(shí)，為保證切削刃強(qiáng)度，取小后角；塑性大、加工硬化嚴(yán)重時(shí)，為減小后刀面的磨擦，提高加工表面質(zhì)量，取大后角。 u 工藝系統(tǒng)：剛性差，易振動(dòng)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小后角，增加阻尼 u 有尺寸精度要求的刀具，為減小重磨后刀具尺寸的變化，宜取小后角。u 副后角0一般與后角0相等，但切斷刀取0=1o2o第第2121頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程第第2222頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械

17、制造工程主偏角和副偏角u主偏角KrKr：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角u副偏角KrKr：副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角u主偏角和副偏角的共同功用是使刀具的各條切削刃有合理的分工、聯(lián)接與配合，保證合理的刃形和切削層形狀，同時(shí)保證刀尖部位具有一定的強(qiáng)度、導(dǎo)熱面積和容熱體積。選擇合理的主偏角、副偏角和其它切削刃偏角，可以提高加工表面質(zhì)量，提高刀具耐用度和生產(chǎn)率。第第2323頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程主偏角和副偏角的作用u 影響已加工表面殘留面積高度：減小主偏角和副偏角，可以減小加工表面粗糙度，特別是副偏角對(duì)加工表面粗糙度的影響更大。 u 影響切削層的形狀：主偏角直接影響切削刃工作長

18、度和單位長度切削刃上的切削負(fù)荷。增大主偏角，切削寬度減小，切削厚度增大，切削刃單位長度上的負(fù)荷增大（P82，圖354）。因此主偏角直接影響刀具的磨損和耐用度。krkr第第2424頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程主偏角和副偏角的作用u 影響三個(gè)切削分力的大小和比例關(guān)系：增大主偏角，可減小主切削力Fz和切深抗力(Fy=FNcosKr)，但進(jìn)給抗力(Fx=FNsinKr)增大。同理，增大副偏角也可使切深抗力Fy減小，有利于減小工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動(dòng)。u 主偏角和副偏角決定了刀尖角：（三個(gè)角度之和為180o）直接影響刀尖強(qiáng)度、導(dǎo)熱面積和容熱體積。 u 主偏角影響斷屑效果和排屑方向：增大主偏角，切屑變成窄

19、而厚，容易折斷；對(duì)于孔加工刀具來說，增大主偏角有利于切屑沿軸向順利排出。第第2525頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理主偏角的選擇u粗加工和半精加工：硬質(zhì)合金車刀一般選用較大的主偏角，以利于減小振動(dòng)、提高刀具耐用度、斷屑和采用較大的切削深度。 u加工很硬的材料：為減輕單位長度切削刃上的負(fù)荷，提高刀具耐用度，宜取較小的主偏角。 u工藝系統(tǒng)剛性：剛性較好時(shí)，減小主偏角可提高刀具耐用度；剛性不足時(shí)，應(yīng)取大的主偏角，以減小切深抗力FyFy減少振動(dòng)（如車削細(xì)長軸）。第第2626頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理副偏角的選擇u 選取副偏角首先應(yīng)滿足已加工表面質(zhì)量要求，再考慮刀尖強(qiáng)度、導(dǎo)熱和容熱要求u 一般情況

20、：在不引起振動(dòng)的情況下，副偏角可選較小的數(shù)值（5o10o）以提高表面質(zhì)量 u 粗加工：考慮刀尖強(qiáng)度、散熱條件等，副偏角不宜太大，可取10o15ou 精加工：刀具的副偏角應(yīng)取得更小一些，必要時(shí)可磨出一段副偏角為零的修光刃。修光刃的長度應(yīng)略大于進(jìn)給量（P83圖3-55）。u 工件材料：加工高強(qiáng)度高硬材料或斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)取小的副偏角（4o6o），以提高刀尖強(qiáng)度u 切斷刀、槽銑刀等：為了保證刀頭強(qiáng)度和重磨后刀頭寬度變化較小，只能取很小的副偏角（1o2o）第第2727頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刃傾角的功用u 刃傾角s：主切削刃與基面的夾角u 控制切屑流向：u s=0切屑流出的方向基本垂直于主切削刃；u

21、 s0刀尖高，刀刃低，切屑流向待加工表面；u s0刀尖低，刀刃高，切屑流向已加工表面，易劃傷已加工表面。通常精加工時(shí)，取s=+50左右第第2828頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刃傾角的功用u 影響主切削刃刀尖強(qiáng)度和散熱條件：+s刀尖高，- -s刀尖低。作不連續(xù)切削時(shí)， - -s使遠(yuǎn)離刀尖的切削刃先切入工件，避免+s時(shí)刀尖受沖擊而損壞。同時(shí)，- -s時(shí)刀尖強(qiáng)度和散熱條件也較好。u 影響切削刃的鋒利性： s 0時(shí)，實(shí)際前角加大，實(shí)際鈍圓半徑變小，因而刃口變鋒利。大刃傾角切削時(shí)，可以切下很薄的一層金屬，這對(duì)于微量精車、精鏜和精刨是十分有利的。第第2929頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刃傾角的功用u 刃口

22、具有“割”的作用：當(dāng)s 0時(shí)，沿主切削刃方向有一個(gè)切削速度分量，起著“割”的作用，有利于切削。u 影響切入切出的平穩(wěn)性：s = 0時(shí)，切削刃同時(shí)切入切出，沖擊大； s 0時(shí)，切削刃逐漸切入工件，沖擊小。u 影響切削刃的工作長度：s 0時(shí)，切削刃的實(shí)際工作長度加大，單位長度上的負(fù)荷減小，有利于延長刀具耐用度。u 影響三個(gè)切削分力之間的比例：以車外圓為例，當(dāng)s從+10變化到-45時(shí)，進(jìn)給抗力下降1/3，切深抗力增大2倍，主切削力基本不變。負(fù)的刃傾角使切深抗力增大，造成工件變形和導(dǎo)致振動(dòng)。第第3030頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理刃傾角的選擇u 加工一般鋼料和灰鑄鐵，粗車時(shí)取刃傾角：0o -5o，

23、精車時(shí)：0o 5o；有沖擊負(fù)荷時(shí)：-5o -15o，沖擊特別大時(shí)刃傾角的負(fù)值可取更大u 強(qiáng)力切削刨刀，刃傾角：-10o - 20ou 車削淬硬鋼時(shí)，刃傾角：-5o - 12ou 工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，盡量不用負(fù)刃傾角u 微量精車、精鏜、精刨時(shí)，刃傾角：45o 75ou 金剛石和立方氮化硼車刀，刃傾角： 0o -5o第第3131頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刀尖圓弧半徑u 刀尖是工作條件最惡劣的部位。強(qiáng)度差，散熱情況不好，切削力和切削熱集中，切削速度高，容易磨損 u 刀尖直接影響加工表面的形成過程，影響殘留面積高度，對(duì)已加工表面質(zhì)量有直接影響 u 選擇刀尖形狀及參數(shù)時(shí)，必須從具體加工條件出發(fā)，考慮刀

24、具耐用度和已加工表面質(zhì)量兩方面的要求。u 一般地，粗加工時(shí)側(cè)重考慮強(qiáng)化刀尖以提高刀具的耐用度，精加工時(shí)側(cè)重考慮表面質(zhì)量第第3232頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理刀尖圓弧半徑u 刀尖形狀的主要參數(shù)是刀尖圓弧半徑，它的大小直接影響已加工表面殘留面積高度，影響切削層的形狀、尺寸，影響切削溫度和刀具耐用度。 高速鋼車刀：高速鋼車刀：1 13mm 硬質(zhì)合金和陶瓷車刀：硬質(zhì)合金和陶瓷車刀：0.51.5mm 金剛石車刀：金剛石車刀：1mm 立方氮化硼車刀：立方氮化硼車刀：0.4mm第第3333頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程金屬切削規(guī)律應(yīng)用u 刀具合理幾何參數(shù)的選擇u 合理刀具耐用度的選擇 生產(chǎn)率最高原則生產(chǎn)

25、率最高原則 成本最低原則成本最低原則 利潤率最大原則利潤率最大原則u 合理切削用量的選擇u 補(bǔ)充材料第第3434頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理刀具耐用度u 刀具磨損到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)后即需要換刀或重磨，在生產(chǎn)實(shí)際中，常用刀具耐用度T 來定時(shí)換刀，即切削時(shí)間為 T 后，進(jìn)行換刀。u 合理刀具耐用度就是確定 T 的優(yōu)化值，其優(yōu)化目標(biāo)主要有三個(gè)方面： 保證加工保證加工生產(chǎn)率最高生產(chǎn)率最高的刀具耐用度的刀具耐用度 保證加工保證加工成本最低成本最低的刀具耐用度的刀具耐用度 保證加工保證加工利潤率最大利潤率最大的刀具耐用度的刀具耐用度第第3535頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程刀具耐用度與切削用量間的關(guān)系u 刀具耐

26、用度與單個(gè)切削用量因素的關(guān)系(ABC為系數(shù)，與刀具、材料切削條件有關(guān))： 刀具耐用度與切削速度之間的關(guān)系：刀具耐用度與切削速度之間的關(guān)系：（乘積為常數(shù)）（乘積為常數(shù)） 刀具耐用度與進(jìn)給量之間的關(guān)系：刀具耐用度與進(jìn)給量之間的關(guān)系： 刀具耐用度與切削深度之間的關(guān)系：刀具耐用度與切削深度之間的關(guān)系：u 刀具耐用度與切削用量的關(guān)系往往采用單因素分析方法來建立：CT刀具耐用度系數(shù)，m，n，p指數(shù)，分別表示v，f，ap對(duì)T的影響程度因?yàn)榍邢魅氐闹笖?shù)值與刀具耐用度的乘積為常數(shù)，成反比關(guān)系，所以：ppnmTafvCT/1/1/1mmTAvATvnnTBfBTfppppTCaCTaTppnmCafvT/1/

27、1/1即即第第3636頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程保證加工生產(chǎn)率最高的刀具耐用度u 完成一個(gè)工序所需的工時(shí)tw為：tw = tm + tc + tot 其中： tm工序的切削時(shí)間； tc工序的換刀時(shí)間； tot其它輔助時(shí)間。utm的計(jì)算lw切削長度切削長度加工余量加工余量nw 工件轉(zhuǎn)速工件轉(zhuǎn)速dw 工件直徑工件直徑式中除式中除Tm外，其余為常數(shù)外，其余為常數(shù)mmmpwwmmpwwmwwpwwmkTtTAfadltTAvvfadltdvnfanlt100010001000第第3737頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程utc的計(jì)算：設(shè)每次換刀所需時(shí)間為tctutw的計(jì)算u 將上式對(duì)T 求微分，并令其等于

28、0，可得：u Tp即為最大生產(chǎn)率的刀具耐用度與每次換刀所需時(shí)間、切削速度對(duì)刀具耐用度的影響指數(shù)有關(guān)1mctmctmctcTktTkTtTtttotmctmwtTktkTt1pctTtmmT1第第3838頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程保證加工成本最低的刀具耐用度u 每個(gè)工件的工序成本為：式中式中M工序單位時(shí)間內(nèi)的機(jī)床折舊費(fèi)及所分擔(dān)的全廠開支工序單位時(shí)間內(nèi)的機(jī)床折舊費(fèi)及所分擔(dān)的全廠開支 Ct刃磨一次刀具消耗的費(fèi)用刃磨一次刀具消耗的費(fèi)用u 上式對(duì)T 求導(dǎo)，并令其導(dǎo)數(shù)=0，可得u Tc即為最低生產(chǎn)成本刀具耐用度MtCTtMTttMtCottmmctmctctTMCtmmT)(1換刀期間費(fèi)用總的刃磨費(fèi)用加

29、工期間費(fèi)用輔助期間費(fèi)用第第3939頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程保證加工利潤率最大的刀具耐用度u 如按最低生產(chǎn)成本原則制訂刀具耐用度，則加工工時(shí)長于最短的工序工時(shí)；如按最大生產(chǎn)率原則制訂刀具耐用度，則工序成本將高于最低成本。兼顧兩個(gè)方面，應(yīng)按最大利潤率原則制訂刀具耐用度。u 單件工序的利潤率可表示為： S單件工序所收的加工費(fèi)用單件工序所收的加工費(fèi)用 C單件工序的加工成本單件工序的加工成本tw單件工序工時(shí)單件工序工時(shí)u 將C、 tw的表達(dá)式代入上式，并對(duì)T求導(dǎo)可得最大利潤率刀具耐用度wrtCSP第第4040頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程說明u 當(dāng)產(chǎn)品供不應(yīng)求、任務(wù)緊急或該工序成為生產(chǎn)上的瓶頸時(shí)，應(yīng)采

30、用最大生產(chǎn)率刀具耐用度u 當(dāng)產(chǎn)品滯銷時(shí)，應(yīng)采用最低生產(chǎn)成本刀具耐用度u 復(fù)雜刀具的刃磨費(fèi)用較簡單刀具高，前者刀具耐用度應(yīng)高些u 對(duì)于裝刀、調(diào)刀較為復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床等，單次換刀時(shí)間較大，刀具耐用度應(yīng)定高些u 最高生產(chǎn)率T最大利潤率T最低成本T第第4141頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程金屬切削規(guī)律應(yīng)用u 刀具合理幾何參數(shù)的選擇u 合理刀具耐用度的選擇u 合理切削用量的選擇 合理切削用量的選擇原則合理切削用量的選擇原則 合理切削用量的具體選擇合理切削用量的具體選擇u 補(bǔ)充材料第第4242頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程切削用量的優(yōu)化選擇u切削用量是金屬切削過程的最基本參數(shù)，它們直接影響切削過程的優(yōu)

31、劣?；蛘哒f金屬切削基本規(guī)律都與切削用量有關(guān)，合理選擇切削用量，對(duì)保證加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)率具有重要意義。u目前企業(yè)大多憑經(jīng)驗(yàn)選擇切削用量，顯然不科學(xué)，需要運(yùn)用金屬切削理論、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析方法尋求切削用量的最優(yōu)組合，是切削加工理論和實(shí)踐的重要課題。第第4343頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程切削用量的優(yōu)化選擇u刀具耐用度與切削用量密切相關(guān)，切削用量優(yōu)選須從刀具耐用度入手。 刀具耐用度定得過大，則要求采用較低的切削用量，生產(chǎn)率降低；刀具耐用度定得過大，則要求采用較低的切削用量，生產(chǎn)率降低； 刀具耐用度定得過小，雖可采用較高的切削用量來提高生產(chǎn)率，但刀具耐用度定得過小，雖可采用較高的切削

32、用量來提高生產(chǎn)率，但換刀和刃磨費(fèi)用增加，提高了生產(chǎn)成本。換刀和刃磨費(fèi)用增加，提高了生產(chǎn)成本。u在刀具耐用度已定的情況下，切削速度、進(jìn)給量和切削深度的組合有無數(shù)多個(gè)，需附加一些條件，來實(shí)現(xiàn)切削用量的優(yōu)選。第第4444頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程切削用量優(yōu)選的目標(biāo)u與刀具耐用度優(yōu)選類似，切削用量優(yōu)選的目標(biāo)也有三個(gè)：生產(chǎn)率最高原則生產(chǎn)率最高原則生產(chǎn)成本最低原則生產(chǎn)成本最低原則利潤率最高原則利潤率最高原則u下面僅討論：當(dāng)?shù)毒吣陀枚?T 一定時(shí)，為保證生產(chǎn)率最高的切削用量優(yōu)選原則第第4545頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程生產(chǎn)率u 某工序單件切削時(shí)間為：u 生產(chǎn)率可用該工序單位時(shí)間內(nèi)加工的工件數(shù)W表示，即：

33、式中，除切削用量外，其余為常數(shù)式中，除切削用量外，其余為常數(shù)u 表明：切削用量三要素與生產(chǎn)率保持線性關(guān)系，即提高切削速度、增大進(jìn)給量和切削深度，都能提高生產(chǎn)率。pwwmvfadlt1000pwwwwpmvfaAWdlAdlvfatW00100010001第第4646頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程切削用量與生產(chǎn)率的關(guān)系u 受刀具耐用度的限制，若提高切削速度，必須相應(yīng)降低進(jìn)給量或切削深度，因此切削用量選擇的本質(zhì)是選擇切削用量三要素的最優(yōu)組合。u 在刀具耐用度已選定的情況下，令所有常數(shù)項(xiàng)合成為C，則：u 表明：為保證刀具耐用度不變，增大切削深度或進(jìn)給量時(shí)，必須相應(yīng)地降低切削速度。pmpnmmvppnm

34、TafTC或vafvCT/1/1/1pmpnmafCv/隱含了的前提條件：刀具耐用度保持不變第第4747頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程舉例說明以m/p=0.15，m/n=0.35，m=0.2為例u 若ap增大3倍，f 不變：生產(chǎn)率： ap增大3倍，f 不變v必須下降15%，生產(chǎn)率提高到2.6倍u 若f 增大3倍， ap不變：生產(chǎn)率： f 增大3倍， ap不變v必須下降32%，生產(chǎn)率提高到2倍vafCafCvppap85. 085. 0315. 035. 015. 015. 035. 03WfavAWpap6 . 2385. 003vafCafCvppf68. 068. 0315. 035. 01

35、5. 035. 035. 03WfavAWpf2368. 003第第4848頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程舉例說明以m/p=0.15，m/n=0.35，m=0.2為例u 由于切削深度ap受加工余量和工序余量的限制，當(dāng)切削深度最大限度地增大至某一數(shù)值后， ap成為常數(shù)，此時(shí)：u 若v增大3倍， 則：生產(chǎn)率： v 增大3倍， ap不變f必須下降95.7%，生產(chǎn)率下降到13%fvCfv043. 0335. 0/135. 0/13 WfavAWpv13. 0043. 0303mnnmvC或ffCv/ 第第4949頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理切削用量的選擇原則u結(jié)論：在刀具耐用度一定的情況下，為提高生

36、產(chǎn)率，選擇切削用量的原則是：首先應(yīng)選取盡可能大的切削深度；其次要在機(jī)床動(dòng)力和剛度允許并滿足粗糙度要求的情況下，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后根據(jù)公式確定最佳的切削速度。pmpnmmvafTCv/第第5050頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程合理切削用量的選擇u 前面分析得出了合理切削用量的選擇原則，但還要考慮切削用量具體數(shù)值如何選定的問題。u 合理切削用量選擇所受的限制條件： 刀具耐用度的限制 功率的限制：計(jì)算功率1，其切削加工性比，其切削加工性比45鋼好；反之較差。鋼好；反之較差。u 相同刀具耐用度下切削速度v的相對(duì)比例 在保持切削深度、進(jìn)給量和刀具耐用度在保持切削深度、進(jìn)給量和刀具耐用度T不變的情況

37、下，如果切削正火狀態(tài)不變的情況下，如果切削正火狀態(tài)下下45鋼的切削速度為鋼的切削速度為v1，而切削另一種材料的切削速度為，而切削另一種材料的切削速度為v，用比值，用比值Kv=v/v1可以反映材料的切削加工性?？梢苑从巢牧系那邢骷庸ば浴 以切削力或切削溫度作為衡量指標(biāo) 在相同切削條件下，凡切削力大、切削溫度高的材料難加工，即切削性能在相同切削條件下，凡切削力大、切削溫度高的材料難加工，即切削性能差。差。第第6060頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程衡量材料切削加工性的指標(biāo)u 以已加工表面質(zhì)量作為衡量指標(biāo) 精加工時(shí)，常以已加工表面質(zhì)量的優(yōu)劣作為衡量材料切削加工性的指標(biāo)。精加工時(shí)，常以已加工表面質(zhì)量的優(yōu)

38、劣作為衡量材料切削加工性的指標(biāo)。凡容易獲得好的已加工表面質(zhì)量（包括表面粗糙度、冷硬程度及殘余應(yīng)力凡容易獲得好的已加工表面質(zhì)量（包括表面粗糙度、冷硬程度及殘余應(yīng)力等）的材料，其切削加工性較好。等）的材料，其切削加工性較好。u 以切屑控制或斷屑的難易程度作為衡量指標(biāo) 在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，切屑的處理是一個(gè)突出問題，因而常用切屑在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，切屑的處理是一個(gè)突出問題，因而常用切屑控制或斷屑的難易程度作為衡量切削加工性的指標(biāo)?？刂苹驍嘈嫉碾y易程度作為衡量切削加工性的指標(biāo)。第第6161頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程影響材料切削加工性的因素u 金屬材料物理和機(jī)械性能的影響 硬度和強(qiáng)度：硬度和

39、強(qiáng)度越高，則切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損硬度和強(qiáng)度：硬度和強(qiáng)度越高，則切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損越快，故切削加工性越差。越快，故切削加工性越差。 塑性：一般情況下，材料的塑性越大，越難加工。因塑性大的材料，加工塑性：一般情況下，材料的塑性越大，越難加工。因塑性大的材料，加工變形、冷作硬化以及前刀面上的冷焊現(xiàn)象都比較嚴(yán)重，不易斷屑，不易獲變形、冷作硬化以及前刀面上的冷焊現(xiàn)象都比較嚴(yán)重，不易斷屑，不易獲得好的已加工表面質(zhì)量。得好的已加工表面質(zhì)量。 韌性：材料的韌性越高，則切削時(shí)消耗能量越多，切削力和切削溫度也都韌性：材料的韌性越高，則切削時(shí)消耗能量越多，切削力和切削溫度也都較高，且不

40、易斷屑，故切削加工性較差。較高，且不易斷屑，故切削加工性較差。 導(dǎo)熱性：材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，由切屑和工件帶走的熱量就越多，越有利導(dǎo)熱性：材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，由切屑和工件帶走的熱量就越多，越有利于降低切削區(qū)的溫度，故切削加工性較好。于降低切削區(qū)的溫度，故切削加工性較好。 線膨脹系數(shù)：材料的線膨脹系數(shù)越大，加工時(shí)工件會(huì)熱脹冷縮，其尺寸變線膨脹系數(shù)：材料的線膨脹系數(shù)越大，加工時(shí)工件會(huì)熱脹冷縮，其尺寸變化大，不易控制尺寸精度，故切削加工性差化大，不易控制尺寸精度，故切削加工性差第第6262頁頁機(jī)械制造工程機(jī)械制造工程影響材料切削加工性的因素u 金屬材料化學(xué)成分的影響：材料的物理和機(jī)械性能是由化學(xué)成分決

41、定的 碳：含碳量為碳：含碳量為0.35%0.45%的中碳鋼，切削加工性最好。的中碳鋼，切削加工性最好。 錳：硬度和強(qiáng)度提高，韌性下降。含量在錳：硬度和強(qiáng)度提高，韌性下降。含量在0.7%1.0%時(shí)切削加工性最好。時(shí)切削加工性最好。 硅：硅能在鐵素體中固溶，提高鋼的硬度。小于硅：硅能在鐵素體中固溶，提高鋼的硬度。小于1%影響不大；影響不大； 鉻：含量小于鉻：含量小于0.5%時(shí)，影響不大。再增大，硬度和強(qiáng)度提高。時(shí)，影響不大。再增大，硬度和強(qiáng)度提高。 鎳：強(qiáng)度和韌性提高，導(dǎo)熱下降，切削加工性變差。鎳：強(qiáng)度和韌性提高，導(dǎo)熱下降，切削加工性變差。 鉬：提高鋼的硬度，降低韌性。大于鉬：提高鋼的硬度，降低韌性。大于0.5%