金属切削的基本定义.ppt

第1章 金属切削的基本定义,Key words： 切削运动 切削用量 刀具角度 切削层参数 切削方式,1.1 切削运动与切削用量,1.1.1 零件表面的成形方法 1）零件的表面形状,内 孔,外 圆,平 面,锥 面,渐开线表面,螺纹表面,2）工件表面的成形方法,零件表面可看成母线沿着导线运动形成的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。根据母线和导线的运动关系，常见零件表面可分成3类,1.1 切削运动与切削用量,旋转表面 纵向表面 特形表面,轨迹法：切削刃与被加工面为点接触呈切削点并按一定规律作轨迹运动 所需发生线,1.1 切削运动与切削用量,3）发生线的形成方法及所需运动,成形法：切削刃与被加工面的接触呈切削线，形状与所需发生线一致,1个独立成形运动,不需要独立成形运动,相切法：铣刀/砂轮旋转刀具加工时，切削刃在垂直于刀具旋转轴线的平面内与被加工表面的接触为一切削点（相切点），旋转刀具轴线按一定规律作轨迹运动 所需发生线,1.1 切削运动与切削用量,3）发生线的形成方法及所需运动,展成法：齿轮加工时刀具切削刃形状为一条切削线，与需要形成的发生线不相吻合，切削加工时刀具切削线与发生线相切，齿坯节圆与刀具节线发生纯滚动，符合齿轮齿条或齿轮与齿轮的啮合规律，切削线包络出所需形成的渐开线,1.1.2 切削运动 主运动 进给运动 辅助运动 1.1.3 工件上的加工表面 已加工表面 过渡表面 待加工表面,1.1 切削运动与切削用量,1.1.4 切削用量三要素 切削速度vc 进给量f 主运动一转或一行程时，工件和刀具在进给方向上的相对位移（mm/r、mm/行程） 背吃刀量asp 工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离 车削：,1.1 切削运动与切削用量,说明 切削速度vc 磨削vc单位用米/秒( m/s)，其它加工vc单位习惯用米/分（m/min）。在转速n值一定时，切削刃上各点的切削速度不同。考虑到刀具的磨损和已加工表面质量等因素，计算时，应取最大的切削速度。 进给量f （mm/s 车、钻mm/r） 铣刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每齿进给量，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/Z(毫米/齿)。 背吃刀量asp 加工方式不同，有不同计算方法,1.1 切削运动与切削用量,1.2.1 刀具角度的静止参考系 1）刀具切削部分的表面与切削刃 以车刀切削部分为例,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.1 刀具角度的静止参考系 1）刀具切削部分的表面与切削刃 (1)前刀面： 直接作用于被切削的金属层，并控制切屑 沿其排出的刀面。 (2)后刀面： 后刀面分为主后刀面与副后刀面。 主后刀面：是指与工件上过渡表面相互作用和相对着 的刀面； 副后刀面：是与工件上已加工表面相互作用和相对着 的刀面。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.1 刀具角度的静止参考系 1）刀具切削部分的表面与切削刃 (3)切削刃:切削刃是前刀面上直接进行切削的锋边，有主切削刃和副切削刃之分。 主切削刃： 指前刀面与主后刀面相交的锋边，它完成主要的切除或表面成形工作； 副切削刃： 指前刀面与副后刀面相交的锋边，它配合主切削刃完成切除工作，并最终形成以加工表面。 (4)刀尖：刀尖是主、副切削刃的连接部位。 为了强化刀尖，许多刀具都在刀尖处磨出直线 或圆弧形过渡刃。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.1 刀具角度的静止参考系 1）刀具切削部分的表面与切削刃 为了强化刀尖，许多刀具都在刀尖处磨出直线或圆弧形过渡刃。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,2）刀具角度的静止参考系 刀具角度指在刀具工作图上需要标出的角度。刀具的制造、刃磨和测量按这种角度进行的。谈刀具角度时，刀具本身处于静止状态。目的：确定刀具前刀面、后刀面及切削刃在空间的位置-刀具切削部分的几何角度 刀具标注角度参考系：任何一把刀具，在使用之前，总可以知道它将要安装在什么机床上，将有怎样的切削运动，因此也可以预先给出假定的工作条件，并以此确定刀具标注角度参考系（所谓的“静止参考系” ）。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,2）刀具角度的静止参考系 确定刀具标注角度参考系的方法（假定运动条件、假定安装条件； ） a) 不考虑进给运动的影响，即f=0； b) 安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，且车刀刀杆中 心线与工件轴心线垂直； c) 主切削刃上选定点x与工件中心等高。 注：“静止系”本质上不是静止的，它仍然是把刀具同工件和运动联系起来的一种特定的参考系。 有3种参考系：,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,（1）正交平面参考系,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,基面Pr 切削平面Ps 正交平面Po PoPrPs 称为正交平面参考系,（2）法平面参考系,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,基面Pr 切削平面Ps 法平面Pn 切削刃或其切线 PnPs PrPs Pn不一定Pr 法平面参考系,（3）背平面和假定工作平面参考系,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,基面Pr 背平面（Pp）过切削刃上选定点，/刀杆中心线且 Pr的平面，与进给方向Vf垂直 假定工作平面（Pf）过切削刃上选定点， 刀杆中心线且 Pr的平面，与进给方向Vf平行 此参考系常见于美、日文献,1.2.2 刀具角度 刀具角度:在刀具的标注角度参考系中确定的切削刃与刀面的方位角度，称为刀具标注角度。 作用：一是确定刀具上切削刃的空间位置； 二是确定刀具上前、后面的空间位置。 1）刀具在正交平面参考系中的角度 以外圆车刀为例进行说明 六个基本角度 确定主切削刃空间位置的角度：主偏角r、刃倾角s 确定车刀前面与后面空间位置的角度：前角0、后角0 与副切削刃有关的角度：副偏角r 、副后角0 三面,两刃,一尖的空间位置,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.2 刀具角度 前角 o ： 前刀面与基面间的夹角(在主剖面中测量)； 后角 o ： 后刀面与切削平面间的夹角(在主剖面中测量)； 主偏角r：基面中测量的主切削刃与进给运动方向的夹角； 刃倾角s：切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。 o、s确定前刀面的方位,r、o 确定后刀面的方位，r 、s 确定主切削刃的方位。 同理，副切削刃及其相关的前刀面、后刀面在空间的定位也需用四个角度：即副偏角r 、副刃倾角s 、副前角 o 、副后角o。 车刀副切削刃与主切削刃共处在同一前刀面上，o 、s两个角度可由o、s 、r、r等角度换算出来。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,几个派生角度： 楔角o：主剖面中测量的前、后刀面间夹角； 刀尖角r：基面中测量的主、副切削刃间夹角。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.2 刀具角度,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.2 刀具角度,前角正负的规定 ： 在主剖面中，前刀面与基面平行时前角为零；前刀面与切削平面间夹角小于90时，前角为正；大于90时，前角为负 后角正负的规定 ： 后刀面与基面夹角小于90时，后角为正；大于90时后角为负。加工中，后角一般不选负值。 刃倾角正负的规定 ： 在切削平面中，切削刃与基面平行时s为零，切削刃上刀尖为最低点， s为负；刀尖为最高点， s为正；,刃倾角的正负如图示：,刃倾角的正负对排屑方向有影响,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.2 刀具角度 2）刀具在法平面参考系中的角度 以外圆车刀为例，刀具在法平面参考系中要标出的角度，基本上和正交平面参考系中相类似。 相同:在基面Pr上表示的角度r、r、r和在切削平面Ps内表示的角度s，二参考系是相同的， 不同:正交平面P0内的0、0和0，法平面Pn内的法前角n，法后角n与法楔角n,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1）刀具工作角度及参考系 刀具工作角度:指刀具在实际工作状态下的切削角度。它必须考虑进给运动和实际的安装情况。刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是：用ve 取代vc ，即用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。 下图所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于实际工作状态不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦的实际情形有很大的不同：,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.3 刀具的工作角度,当考虑横向进给运动之后，切削刃选定点相对于工件的运动轨迹为一平面阿基米德螺旋线，切削平面Ps变为通过切削刃切于螺旋面的平面Pse,基面也相应倾斜为Pre,角度变化值为。工作主剖面 Poe仍为平面。在工作参考系 (Pre、Pse、Poe)内的工作角度 oe、oe为：,1.2 刀具角度和刀具的工作角度, 随着切削刃趋近工件中心而增大的;在常用进给量下切削刃距离工件中1mm时，140；再靠近中心， 值急剧增大,工作后角变为负值,(2)纵车 由于工作中基面和切削 平面发生了变化, 形成了一 个合成切削速度角,引起了 工作角度的变化。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.2.3 刀具的工作角度,角度变化换算至主剖面内：,外圆车削值 40,可以忽略。 车螺纹时值大,须进行工作角度计算,(1)刀尖安装高低对工作角度的影响 如图示,当刀尖安装得高于工件中心线,工作切削平面将变为Pse,工作基面变为Pre,工作角度也发生了变化。在背平面 （Pp-Pp为标注背平面） 内角度变化值p 为： 式中 h刀尖高于工件中 心线的数值(mm)； dw工件直径(mm)。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,3)刀具安装对工作角度的影响,则 注意：当刀尖低于工件中心线时，上述计算公式中符号相反；镗孔时计算公式同外圆车削相反。 上述都是在刀具的背平面( PpPp )内的角度变化，还需换算到工作主剖面内：,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,(2)刀杆安装倾斜对工作角度的影响 如图所示，车刀刀杆与进给方向不垂直时,工作主偏角和工作副偏角将发生变化： 式中 G假定进给剖面与工作进给剖面之间的夹角,在基面内测量。即进给运动方向的垂线和刀杆中心线间的夹角。,1.2 刀具角度和刀具的工作角度,1.3.1 法平面与正交平面的角度换算,1.3 刀具角度的换算,1.3 刀具角度的换算,1.4.1 切削层参数 图示外圆纵车:主切削刃上任意一点相对于工件的运动轨迹是一条空间螺旋线。当 s=0 时，主切削刃所切出的加工表面为阿基米德螺线旋面。进给量为( f ，mmr) 时，切削刃从加工表面的位置移到相邻加工表面 的位置上，、之间的金属转变为切屑。由车刀正在切削着的这一层金属，就叫做切削层。,1.4 切削层参数与切削方式,1.4 切削层参数与切削形式,切削层的大小和形状 决定车刀切削部分负荷大小及切下切屑的形状和尺寸。在外圆纵车时，当r=0 、s=0时，切削层的截面形状为一平行四边形； 为简化计算，切削层的形状和尺寸，通常都在垂直于切削速度vc的基面Pr内观察和度量。 切削层参数为： (1)切削厚度( hD ) 垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸，称为切削厚度，在外圆纵车( s=0 )时：,1.4 切削层参数与切削方式,(2)切削宽度( bD ) 沿过渡表面度量的切削层尺寸，称为切削宽度， 在外圆纵车(s=0 )时： 可见，在f、asp 一定的条件下,主偏角r越大,切削厚度hD 也就越大,但切削宽度bD 越小；主偏角r 越小，切削厚度hD也就越小，但切削宽度bD 越大；当r=90时，hD=f。 曲线形主切削刃,切削层各点的切削厚度互不相等。 (3)切削面积 切削层在基面Pr的面积,称为切削面积,以 AD 表示. AD=hDbD （mm2）,1.4 切削层参数与切削方式,Kr不同时hD、bD的变化,曲线切削刃工作时的hD、bD,切削层的参数变化,对于车削来说，不论切削刃形状如何，切削面积均为： 以上所计算的均为名义切削面积。实际切削面积等于名义切削面积减去残留面积。 残