1金屬切削過程的基本知識.ppt

1、1 金屬切削過程的基本知識,1.1 基本定義 一、切削運動與切削要素 1.切削加工中的工件表面,一、切削運動與切削要素,2.切削運動與切削用量,2.切削運動與切削用量,(1) 主運動：由機床或人力提供的主要運動，能使刀具從工件上切除金屬層使之變?yōu)榍行肌?例如：車削時，車床主軸帶動工件作的旋轉(zhuǎn)運動； 銑削時，銑床主軸帶動銑刀作的旋轉(zhuǎn)運動。,2.切削運動與切削用量,(1) 主運動是一個矢量 主運動方向：是指切削刃選定點相對于工件的瞬時主運動方向。 主運動速度：也就是切削速度，是指切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度，用Vc表示， 單位：m/min（或m/s）。,圖2-6 外圓車削時的加工表面、切

2、削用量與切削層,(2) 進給運動,進給運動：由機床或人力提供的附加運動，它能使把工件切削層不斷地投入切削過程。 進給運動方向：是指切削刃選定點相對于工件的瞬時進給運動方向。 進給運動速度：指切削刃選定點相對于工件進給運動的瞬時速度，用vf表示，單位常取為(mm/s)或(mm/min),圖2-6 外圓車削時的加工表面、切削用量與切削層,進給運動速度,例：外圓車削時，進給運動速度常常用進給量f來表述， 單位：mm/r 刨削時，進給運動速度用每一行程多少毫米來表述， 單位為mm/r。 銑削時，進給運動速度常用每齒進給量f來表述， 單位：mm/z 進給速度Vf、進給量f、每齒進給量fz 和刀具齒數(shù)Z之

3、間的關系如下： Vf = nf= nzfz,(3) 刀具的工作平面,切削過程中刀具的工作平面是指:通過切削刃選定點并同時包含主運動方向和進給運動方向的平面，工作平面的符號為Pfe,(5) 背吃刀量,背吃刀量是指過切削刃選定點在垂直于工作平面方向上測量的吃刀量。 例：外圓車削,切削用量三要素,背吃刀量ap、 進給量f 切削速度Vc,(6)合成切削運動,切削過程中，由主運動和進給運動合成的運動稱為合成切削運動。 合成切削運動方向：就是切削刃選定點相對于工件的瞬時合成切削運動的方向； 合成切削速度Ve：就是切削刃選定點相對于工件的合成切削運動的瞬時速度。,圖2-6 外圓車削時的加工表面、切削用量與切

4、削層,3.切削層參數(shù),（1）切削層公稱橫截面積AD（切削面積）： 切削面積是指在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，單位：mm2。 （2）切削層公稱寬度bD（切削寬度）： 切削寬度是指在給定瞬間，在切削層尺寸平面中測量的作用主切削刃截形上兩個極點間的距離，單位：mm。 （3）切削層公稱厚度hD（切削厚度）： 切削厚度是指在同一瞬間的切削層橫截面積與其公稱切削層寬度之比，單位：mm。即,圖2-6 外圓車削時的加工表面、切削用量與切削層,1 金屬切削基本知識,1.2、 刀具切削部分幾何參數(shù),一、刀具切削部分的構(gòu)成,圖3-1 車刀切削部分的組成要素,刀面,前刀面 后刀面 副后刀面,刀刃

5、,主切削刃 副切削刃 刀尖,一、刀具切削部分的構(gòu)成,圖3-2 刀尖的類型,二、刀具的靜態(tài)角度,確定刀具角度的坐標參考系： 實際合成切削運動方向 工作參考系 進給運動方向 刀具實際安裝位置,1. 刀具靜止參考系,刀具靜止參考系是在下列假定條件下建立的： 1）刀刃上的選定點位于假定工件的軸平面內(nèi)，是 刀具靜止參考系的原點； 2）過刀具切削刃選定點的假定的進給運動方向位于車刀刀體（軸線）的法平面內(nèi)并與車刀底面相平行； 3）過刀具切削刃選定點的假定的主運動方向垂直于車刀刀體的底面。,圖3-3 車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）,1. 刀具靜止參考系,構(gòu)成刀具靜

6、止參考系的基準平面有六個： （1） 基面Pr：通過切削刃選定點，垂直于假定 主運動方向的平面。 車刀的基面平行于刀體底面。 (2)切削平面Ps：通過切削刃選定點，與切削刃相 切，并垂直于基面的平面。 (3) 正交平面Po：通過切削刃選定點，同時垂直 于基面和切削平面的平面。,圖3-3 車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）,1. 刀具靜止參考系,(3) 正交平面Po： 正交平面為垂直于切削刃在基面上的投影的平面。 由基準平面PrPsPo組成的靜止參考系稱為刀具的正交平面參考系。,1. 刀具靜止參考系,（4）法平面Pn：通過切削刃選定點并垂直于切削刃的平面。

7、 由基準平面PrPsPn組成的靜止參考系稱為刀具的法平面參考系。,圖3-3 車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf表示假定的進給運動方向）,1. 刀具靜止參考系,（5）假定工作平面Pf：通過切削刃上選定點，垂直于基面，且平行于假定進給運動方向的平面。,1. 刀具靜止參考系,（6）背平面Pp：通過切削刃上選定點，同時垂直于基面和假定工作平面的平面。,1. 刀具靜止參考系,（6）背平面Pp：通過切削刃上選定點，同時垂直于基面和假定工作平面的平面。 由基準平面PrPfPp組成的靜止參考系稱為刀具的假定工作平面背平面參考系。,圖3-3 車刀的靜止參考系（圖中vc表示假定的主運動方向，vf

8、表示假定的進給運動方向）,2. 刀具的靜態(tài)角度,刀具在正交平面參考系中定義的靜態(tài)角度有： （1）前角go：在正交平面Po上測量的刀具前面Ag 與基面Pr之間的夾角。 （2）后角ao：在正交平面Po上測量的刀具后面Ag 與切削平面Ps之間的夾角。 （3）主偏角kr：在基面Pr上測量的切削平面Ps與假定工作平面Pf之間的夾角。 （4）刃傾角ls：在切削平面Ps上測量的刀具主切削刃S與基面Pr間的夾角。 刃傾角總為銳角，其正、負值的確定原則為：當?shù)都馕挥谥髑邢魅械淖罡唿c時，刃傾角為正值；反之為負值。,2. 刀具的靜態(tài)角度,（4）刃傾角ls：在切削平面Ps上測量的刀具主切削刃S與基面Pr間的夾角。 刃

9、傾角總為銳角，其正、負值的確定原則為：當?shù)都馕挥谥髑邢魅械淖罡唿c時，刃傾角為正值；反之為負值。 切削刃的選定點、刃傾角和主偏角這三個參數(shù)，確定了主切削刃在參考系中的位置。,圖3 - 4 車刀的靜態(tài)角度,2. 刀具的靜態(tài)角度,（5）副偏角kr：副偏角kr是在基面Pr上測量的副切削平面Ps與假定工作平面Pf之間的夾角。 副偏角kr一般為銳角。 （6）副后角ao：副后角ao是在副正交平面Po上測量的副后面Aa與副切削平面Ps之間的夾角。,2. 刀具的靜態(tài)角度,上述六個角度（go、ao、kr、ls、kr、 ao）是在正交平面參考系中，確定車刀三個刀面（前面Ag、后面Aa、副后面Aa）、兩個刀刃（主切削

10、刃S、副切削刃S）的位置所必需的六個獨立的刀具角度。,2. 刀具的靜態(tài)角度,（7）楔角 b：楔角 b是在正交平面Po上測量的前面Ag 與后面Aa 之間的夾角。 b =90-（ go + ao ） （8）刀尖角er ：刀尖角er是在基面Pr上的測量切削平面Ps與副切削平面之間的夾角。 er =180-（ kr + kr ）,圖3 - 4 車刀的靜態(tài)角度,2. 刀具的靜態(tài)角度,刀具在法平面參考系中定義的靜態(tài)角度也有六個： 即： 法前角gn 法后角an 主偏角kr 刃傾角ls 副偏角kr 副法后角an 其中主偏角kr、刃傾角ls、副偏角kr同正交平面參考系中的角度完全相同，其余三個角度，即法前角gn

11、、法后角an、副法后角an的定義不一樣。,2. 刀具的靜態(tài)角度,正交平面參考系與法平面參考系之間的角度換算公式：,2. 刀具的靜態(tài)角度,刀具在假定工作平面背平面參考系中定義的刀具角度也有六個： 即： 側(cè)前角gf 側(cè)后角af 背前角gp 背后角ap 副側(cè)后角af 副背后角ap,2. 刀具的靜態(tài)角度,正交平面參考系與假定工作平面、背平面參考系之間的角度換算公式：,三、刀具的工作角度,例1 基面Pr與工作基面Pre的比較： 基面Pr是通過切削刃上選定點且垂直于假定主運動方向的平面；而工作基面Pre是通過切削刃上選定點，垂直于合成切削運動方向的平面。二者的不同點在于前者的主運動方向是假定的，而后者的合

12、成切削運動方向是實際存在的。,三、刀具的工作角度,例二 前角go與工作前角goe的比較： 前角go是在正交平面Po上測量的前面Ag 與基面Pr之間的夾角；而工作前角goe 是在工作正交平面Poe中測量的前面Ag 與工作基面Pre之間的夾角。二者的差異在于定義刀具角度參考系的三個基準平面都不同，原因還在于靜止參考系的基準軸線是假定的，而工作參考系的基準是實際存在的合成切削運動與進給運動。,三、刀具的工作角度,1. 進給運動對刀具工作角度的影響,圖3-5 橫向進給對工作角度的影響,三、刀具的工作角度,1. 進給運動對刀具工作角度的影響,圖3-5 橫向進給對工作角度的影響,goe = go +,ao

13、e = ao,三、刀具的工作角度,2.刀具安裝位置對工作角度的影響 1)刀具安裝高低對工作角度的影響,gpe = g p + q p,ape = a p q p,三、刀具的工作角度,2.刀具安裝位置對工作角度的影響 2)刀桿軸線與進給方向不垂直的影響,kre =kre Gr,kre =kre -（ Gr）,1.2 刀具材料,一.高速鋼 1.通用型高速鋼（鎢鋼，鎢鉬鋼） 2.高性能高速鋼（高碳高速鋼，高釩高速鋼，鈷高速 鋼，高速鋼，超硬高速鋼等） 3.粉末冶金高速鋼 二.硬質(zhì)合金（YG,YT,YW類） 三.其它刀具材料 （涂層刀具，陶瓷，金剛石，立方氮化硼）,1.2 刀具材料,1.對刀具材料的要

14、求 (1)高的硬度和耐磨性； (2) 足夠的強度和韌性； (3)高的耐熱性（指高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的性能 (4)良好的冷加工工藝性、熱加工（熱處理、表面處理、鍛造、鑄造等）工藝性； (5) 經(jīng)濟性。,二、刀具材料,常用的刀具材料有： 碳素工具鋼 切削金屬的性能較差，切削刃 合金工具鋼 鋒利，可加工木材、橡膠、塑料。 高速鋼 生產(chǎn)中用的最多、 硬質(zhì)合金 最廣。 陶瓷 強度低、脆性大，成本高， 金剛石 僅用于某些有限的場合。 立方氮化硼,二、刀具材料,2.高速鋼 高速鋼是一種合金工具鋼，具有一定的硬度（63 HRC 70 HRC）和耐磨性，有較高的耐熱性，在切削溫度高達500600時

15、尚能切削。,2.高速鋼,高速鋼是強度和韌性最好的刀具材料，適于加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的金屬材料。,2.高速鋼,高速鋼的冷加工工藝性特別好，在熱處理前，高速鋼可以象一般中碳鋼一樣的進行各種加工；熱處理后，高速鋼刀具可以磨出鋒利的切削刃。,2.高速鋼,正是由于高速鋼具有足夠的強度、硬度、耐熱性和耐磨性，具有特別好的冷加工工藝性、磨削加工工藝性和較好的熱加工工藝性，所以，在鉆頭、絲錐、拉刀、齒輪刀具、成形刀具等復雜刀具制造中，高速鋼仍占主導地位。,2.高速鋼,（1）通用高速鋼： 典型牌號：W18Cr4V W6Mo5Cr4V2,2.高速鋼,（2）高性能高速鋼： 高性能高速鋼是在通用高速鋼的

16、成分中，增加碳含量形成高碳高速鋼、增加碳化釩含量形成高釩高速鋼、或者添加鈷、鋁等元素形成鈷高速鋼、鋁高速鋼，目的是為了提高高速鋼的耐熱性和耐磨性 。,2.高速鋼,（1）通用高速鋼： 典型牌號：W18Cr4V 和W6Mo5Cr4V2 （2）高性能高速鋼： （3）粉末冶金高速鋼：,2.高速鋼,（1）通用高速鋼： 典型牌號：W18Cr4V 和W6Mo5Cr4V2 （2）高性能高速鋼： （3）粉末冶金高速鋼： （4）高速鋼涂層：,3.硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金是由高硬度的難熔金屬碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni等）用粉末冶金方法制成的一種刀具材料。,3.硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的

17、硬度、耐磨性、耐熱性都很高。 常用硬質(zhì)合金的硬度為89 HRA 93 HRA，比高速鋼（83 HRA 86.6 HRA）高得多，在8001000時還能切削，所以硬質(zhì)合金的耐熱性能比高速鋼好。,3.硬質(zhì)合金,在刀具壽命相同的條件下，硬質(zhì)合金的切削速度比高速鋼的可提高210倍，可達100m/min以上。,3.硬質(zhì)合金,但硬質(zhì)合金的強度和韌性比高速鋼差得多，使用時要注意，硬質(zhì)合金刀具不能承受大的振動和沖擊，也不能承受大的熱沖擊。,3.硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的冷加工性和熱加工性都很差 。 硬質(zhì)合金由于具有高硬度、高耐熱性和高耐磨性，加工性能優(yōu)良，而且生產(chǎn)成本較低，所以，使用極其廣泛。主要用于制造如車刀、刨

18、刀、銑刀、深孔鉆、鉸刀等簡單刀具。,3.硬質(zhì)合金,請看： P17 表1-1 (1)鎢鈷類硬質(zhì)合金： 鎢鈷類硬質(zhì)合金的國標代號是YG，相當于ISO標準的K類。 （Wc+Co）,3.硬質(zhì)合金,(1)鎢鈷類硬質(zhì)合金： YG類具有較高的抗彎強度和韌性，所以適用于加工鑄鐵，也適用于加工有色金屬和非金屬材料。此外，YG類硬質(zhì)合金還適用于加工鈦合金和不銹鋼。,3.硬質(zhì)合金,（2）鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金： 鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金的代號為YT，相當于ISO標準的P類。 （WCTiC+Co） YT類硬質(zhì)合金適用于在中高切削速度下加工鋼料。,3.硬質(zhì)合金,(3)鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金： 鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金的代號為YW，相當于ISO標準的M類。 （WCTiC+TaC(NbC)+Co）,3.硬質(zhì)合金,(3)鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金： YW類硬質(zhì)合金兼有YG類和YT類的優(yōu)點，具有硬度高、耐熱性好和強度高、韌性好的特點，既可加工鋼材，也可加工鑄鐵和有色金屬，故被稱為通用硬質(zhì)合金。,3.硬質(zhì)合金,(3)鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金： YW類硬質(zhì)合金主要用于耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。YW1適用于精加工，YW2 適用于粗加工。YW類