金属切削基础知识.ppt

机电学院机自教研室 朱继华 61315919 61315919 制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 纺织机械动力机械 家用电器 通讯设备 出版印刷 网络媒体 文化娱乐 冶金机械 建筑机械 交通工具 环保设备 军事装备 医疗设备 机器制造农业机械化工设备 制制 造造 业业 当今制造业的社会功能 机械制造技术A主要内容 u 金属切削原理及刀具 u 金属切削机床 考试: 占 80 考勤：占 10 实验：占 5 作业：占 5 考核方式 第一章第一章 金属切削基础知识金属切削基础知识 金属切削加工 ： 利用刀具与工件的相对运动（切削运 动），使毛坯上多余的金属（通常称为加 工余量）变成切屑的一种加工，目的是制 成一定的形状、尺寸精度和相互位置精度 以及表面质量都合乎技术要求的零件或半 成品。 第一节 切削运动及切削用量 第二节 刀具切削部分概述 第三节 切削层参数 第四节 刀具材料 第一章第一章 金属切削基础知识金属切削基础知识 第一节 切削运动及切削用量 刀 具 夹 具机 床 工 件 一、工艺系统 （1）主运动 使工件与刀具产生相对 运动,以进行切削的最基本的运动称为主运动。 主运动的速度最高，消耗的功率最大。 （2）进给运动 使主运动能够继续切 除工件上多余的金属，以便形成工件表现所需 的运动称为进给运动。 二、切削运动 外圆车削的切削运动 平面刨削的切削运动 铣 削 钻 孔 外 圆 磨 削 注释: 1、主运动可以是旋转运动，也可以是往复运动； 2、主运动可以是工件来实现（车外圆）,也可以是刀具 来实现（刨、铣加工）; 3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。 （1）待加工表面：即将被 切去的表面。 （2）已加工表面：已经切 去一层金属，在工件上形成 的新表面。 （3）加工表面（过渡表面 ）：切削刃正在切削的表面 。 三、加工表面 平面刨削的切削运动 车孔、切断加工中的工件表面 指出车端面时的三个加工表面 四、切削用量三要素 切削用量:切削速度、进给量和切削深度三个量的总称 。 vf dw dm （1）切削速度：主运动的线速度。 主运动为旋转运动： 主运动为往复直线运动： 式中 dw工件待加工表面或刀具的最大直径(mm) n工件或刀具每分钟转数 式中 L往复直线运动的行程长度(mm) nr主运动每分钟的往复次数 (m/s) (m/s) 切削用量:切削速度、进给量和切削深度三个量的总称 。 vf dw dm 车端面 讨论：车端面或车断时，工件旋转速度不变，此时的切削 速度是否有变化？ （2）进给量 (走刀量) 工件或刀具的主 运动每转一转或每一行程时，工件和刀具两者 在进给运动方向上的相对位移量。 进给速度 切削刃上选定点相对于工 件的进给运动速度，在外圆车削中 式中 车刀每转进给量（mm/r） 工件转速（r/s） (mm/s ) 不同的加工方法，切削用量三要素的含义和表示方法有所 不同。 每齿进给量 每转进给量 每转进给量f（mm/r） 进给速度vf (mm/min) 每齿进给量fz （mm/z） 铣削中进给量与进给运动速度、每齿进给量的关系为 ： （3）切削深度 ap （吃刀量） 对外圆车削和 平面刨削而言，切削深度ap等于工件已加工表面 与待加工表面间的垂直距离。 (mm) 本小节完返回本章目录 外圆车削的背吃刀量： 第二节 刀具切削部分概述 一、刀具切削部分的构造要素 主切削刃 车刀切削部分的结构要素 前刀面（ ）切屑沿其流出的表面。 主后刀面（ ）与工件上加工表面相对的表面 。 副后刀面（ ）与工件上已加工表面相对的 表面。 主切削刃（S）前刀面与主后刀面的交线。 它承担主要的金属切除工作并形成工件上的过渡表面 。 副切削刃（S）前刀面与副后刀面的交线。 参与部分的切削工件并最终形成工件上的已加工表面 。 刀尖刀尖是主、副切削刃的连接部位。 讨论切断刀或切槽刀有几个面、刃、点？ 切断刀 二、刀具角度的参考平面 u两个平面所构成的角度从不同的方向测量会得到不同的数值 。 (a) (b)(c) 三个参考平面 （一）基面（Pr）过切削刃上选定点并垂直于 该点切削速度 的平面。对于普通车刀，当切削刃上被 选点与工件中心线等高时，则它的基面总是平行于刀杆的底 面。 （二）切削平面（Ps ）过切削刃上选定点切于工 件加工表面的平面。它也是包含该点切削速度 在 内并与切削刃相切的平面。 （三）剖面 1. 主剖面（ P0 ）过切削刃上选定点，并垂直 于切削刃在基面上的投影的平面（同时垂直于该点 基面 Pr 和切削平面 Ps 的平面）。 2. 法剖面（ Pn ）过切削刃上选定点，并垂直 于切削刃的平面。 p0 pn ps pr 主剖面和法剖面 3. 纵向剖面（ Pp ）过切削刃上选定点，并垂直于 该点基面并平行于刀杆轴线的平面。 4. 横向剖面（ Pf ）过切削刃上选定点，并垂直 于该点基面并垂直于刀杆轴线的平面。 两点说明： （1）“切削刃上某一选定点”的提法是十 分必要的。 （2）在任何情况下，切削平面都垂直于基 面；除法剖面外，其它各种剖面也都垂直 于基面；基面、切削平面和主剖面总是相 互垂直。 三、刀具的标注角度 刀具的标注角度刀具的标注角度是画刀具图、进行刃磨和测量 时掌握的角度。 要确定外圆车刀的三面、两刃、一尖的空间位 置，须有六个基本角度六个基本角度。 刀具标注角度刀具标注角度 1 1）前角前角 是前刀面与基面的夹角。是前刀面与基面的夹角。 uu 在主剖面内度量的前角为主前角在主剖面内度量的前角为主前角 （简称前角）（简称前角） 2 2）后角）后角 是后刀面与切削平面的夹角。是后刀面与切削平面的夹角。 在主剖面内度量的后角为主后角在主剖面内度量的后角为主后角 （简称后角）。（简称后角）。 刀具标注角度刀具标注角度 S A 3 3）主偏角）主偏角 在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与进给方向的夹角。在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与进给方向的夹角。 刀具标注角度刀具标注角度 S A 4 4）副偏角）副偏角 在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的 夹角。夹角。 刀具标注角度刀具标注角度 S A 5 5）刃倾角）刃倾角 切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。 刀具标注角度刀具标注角度 S A 讨论： 有了上面的前角、后角、主偏角、副 偏角、刃倾角5个角度，刀具的空间位置 能否唯一确定？ S A 6 6）副后角副后角 在副主剖面内测量，是副后刀面与副切削平面的夹角在副主剖面内测量，是副后刀面与副切削平面的夹角 刀具标注角度刀具标注角度 S A 1、前角 前刀面 与基面Pr 之间的夹角。 在主剖面P0内度量的前角称主前角 （简称前角） 在法剖面Pn内度量的前角称法前角 在纵向剖面Pp内度量的前角称纵向前角 在横向剖面Pf 内度量的前角称横向前角 2、后角 后刀面 与切削平面Ps 之间的夹角。 说明： 3、副切削刃上同样有切削平面和基面，也可以作 各种剖面，所以同样也有副前角 、副后角 及副 刃倾角 等。 4、前角、后角和刃倾角均有正负之分。 A）前角、后角的正负 B）刃倾角的正负 负 前 角 负 后 角 正、负刃倾角 讨论： 有了六个基本角度（ ）， 外圆车刀的三面、两刃、一尖的空间位置就确定了。 刀具除基本角度外还有派生角度。 楔角 前刀面与后刀面的夹角，在主剖面 内度量的为主楔角 ， 刀尖角 在基面 内测量，主、副切削刃在基 面上投影之间的夹角， 作业1：如图所示为一刨刀，画图表示出它的 标注角度： 参考图 （2）刀具在法平面参考系中的角度 法前角 、法后角 的定义与主前角 、主 后角 相同。 外圆车刀在法平面参考系的角度 （3）刀具在纵向平面和横向平面参考系中的角 度 有纵向前角 、纵向后角 和横向前角 、 横向后角 等角度。 外圆车刀在纵向剖面和横向剖面参考系的角度 四、刀具角度换算 （一）主剖面与法剖面的角度换算 在刀具设计、制造、刃磨和检验中，常常需 要知道刀具在法剖面内的角度。 已知主剖面内的角度，求法剖面内刀具的相 应角度。 法剖面和主剖面内的角度换算 1 2 3 4 PS 以前角计算公式为例，公式推导如下： 在直角Mac中, 在直角Mab中, 在直角abc中, 补充: S r A 向 f 车刀的主要角度 0 0 0 0 r r s O O O O 五、刀具的工作角度 如果考虑进给运动和实际安装情况，刀具的参考系 将发生变化。 按照切削工作的实际情况，在刀具工作角度参考系 中所确定的角度，称为工作角度。 u刀具标注角度的假设条件 1 .假定运动条件 暂不考虑进给运动（vf = 0），即用 主运动向量近似代替切削刃与工件之间相对运动的合成速度 向量。 2 .假定安装条件 刀具安装处于理想状态，即刀具水平 安装时所选点与工件中心线等高，刀杆轴线垂直于进给运动 方向。 所以，刀具标注角度的参考平面是在相对静止状 态下（进给运动vf = 0）确定的。故称之为“静止系”。 b)刀具安装位置对工作角度的影响: 刀尖安装高低对工作角度的影响 ： 刀杆轴线与进给方向不垂直时工作 角度变化： a)进给运动对工作角度的影响 ： 进给运动对工作角度的影响 横向进给运动对工作 角度的影响： 实际的切削平面和基 面都要偏转一个附 加的螺旋升角，使 车刀的工作前角增 大，工作后角减小 。在车端面、切断 和加工凸轮、偏心 轮时，则应考虑螺 旋升角的影响。 进给运动对工作角度的影响 纵向进给运动对工作角度的 影响： 实际的切削平面和基面都要 偏转一个附加的螺旋升角， 使车刀的工作前角增大，工 作后角减小。一般车削时， 进给量比工件直径小很多， 故螺旋升角很小，它对车刀 工作角度影响不大，可忽略 不计。 当刀尖高于工件轴线时： 工作前角变大，工作后角减小。 当刀尖低于工件轴线时： 工作前角变小，工作后角变大。 刀杆轴线与进给方向不垂直时工作角度变化： 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即进给运动方向的垂线和刀杆轴线间的夹角。 u切削层:工件上正被切削刃切削的一层金属 ，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属。 第三节 切削层参数 u切削层参数(三个) (假设：切削刃为直线且 ) 切削宽度：沿加工表面度量的切削层尺寸 。 切削厚度：垂直于加工表面度量的切削层尺 寸。 ap ac3 ac1 ac2 apaw 曲线切削刃产生的切削宽度ac ap ac aw aw ac u切削宽度aw与切削深度ap的关系 ： u切削厚度ac与进给量 f 的关系 ： 讨论: 切削面积：切削层横截面的面积Ac。 车外圆时： ap ac aw aw ac u 残留面积：指刀具副偏角 时,经刀具 切削后,残留在已加工表面上的不平部分剖面面 积。 实际切削面积 ： 计算残留面积: 减低已加工表面粗糙度的措施有哪些? 进给量 主偏角 副偏角 刀尖圆弧半径 一、对刀具材料性能的基本要求 1. 硬度要高和热硬性要好 2. 要有足够的强度和韧性 3. 耐磨性要好 4. 要有良好的工艺性 第四节 刀具材料 1）可加工性 2）可磨削性 3）热处理 返回本章目录 碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷和超硬刀具材料 刀具材料的种类 刀具切 削部分 材料 碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷和超硬刀具材料 工具钢 二、工具钢 1.碳素工具钢:含碳量为0.65%1.35% 的优质高碳钢。 HRC6064；T=200C；淬火变变形大，淬透性差。 牌号：如T10A、T12A。 适用场合：手动工具。 2.合金工具钢：在碳素工具钢中加入合金元素如W、Cr、Mn、 Mo等制成的。T=250300C； 牌号：如9SiCr、CrWMn、3Cr2W8V。 适用场合：细长刀具和刃形复杂的刀具,如丝锥、板牙、手用、机用绞刀等 3.高速钢：是工具钢中W、Cr、Mo、Ba 等含量较高的钢。 T=540620C； 牌号：如W18Cr4V2、W6Mo5Cr4V W12Cr4V3Mo3Co5Si、W6Mo5Cr4V2Al 适用场合：复杂刀具（螺纹车刀、铣刀、孔加工刀具、拉刀、滚刀等） 三、硬质合金是由硬度很高的金属碳化物（如WC、TiC等）+ 金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等），以粉末冶金法制成的。 1）硬度、热硬性 （T=1000C） 2）耐磨性 3）强度、韧性 4）导热差、不耐冲击 5）不易磨刃口 适用场合：简单刀具 硬质合金分类： (1)钨钴类(YG) 成分：WC+Co 主要牌号有YG3、YG6、YG8，后缀数字表示Co的质量百分含量。 适用场合：脆性材料 (2)钨钴钛(YT) 成分：WC+TiC+Co 组成：WC和Co、还含有5%30%的TiC。 牌号：YT5、YTl4、YTl5、YT30，后缀数字表示TiC的质量百分含量。 适用场合：塑性材料 (3)通用类(YW) 成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co 牌号： YW1、YW2 适用场合：脆性材料、塑性材料，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难 加工材料。 陶瓷材料陶瓷刀是以AL2O3为主要成份，在高温下，烧结而成的一种刀 具材料。 特点：1）硬度高、热硬性好（T：12001450C） 2）耐磨性好 3）与金属的亲和力小 4）抗冲击、抗弯强度差 适用场合：连续切削的精加工、半精加工 人造金刚石 人工制造的最硬材料。 特点：1）硬度高、热稳定性差（ T：800C ） 2）与铁亲和力大 金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。 适用场合：切削有色金属、非金属和制作砂轮。 立方氮化硼 硬度仅次于金刚石。 T：13001500C 四、其它刀具材料 l 常用刀具材料的种类及应用 类类型 硬 度 耐 磨 耐 热热 强 度 韧韧 性 工艺艺应应用 工 具 钢钢 碳素工具钢钢 低 高 差 好 低 高 高 低 好 差 切削加工 、热处热处 理、刃磨 手动动工具 合金工具钢钢低速工具 高速钢钢复杂杂刀具 硬 质质 合 金 钨钴类钨钴类 (YG)K 粉末冶金 烧结烧结 刃磨 脆性金属 通用类类(YW)M通用 钨钛钴钨钛钴 (YT)P塑性金属 非 金 属 陶瓷烧结烧结 连续连续 切塑性 材料 立方氮化硼结结晶精密加工 金刚刚石结结晶精密加工 刀具材料 刀具材料的切削速度 切削速度（m/min ） 2000 1000 500 200 100 50 20 10 1800 1850 1900 1950 2000 年代 碳素工具钢 合金工具钢 WC系硬