金属切削基本概念.ppt

机械制造工程 第二讲 金属切削的基本概念,董辉跃 ,金属切削在国民经济中的重要作用,金属加工的方法：切削 铸造、锻造、焊接和压力加工电加工，电化学加工 、快速原型制造。 金属切削过程：工件和刀具相互作用的过程，在该过程中，金属切削刀具从工件毛坯上切除多余的金属，使工件得到符合预定要求的形状、尺寸精度和表面质量。 各种方法适应范围： 加工方法通常只用于制造毛坯，或精度和表面质量要求不高的零件。 只能在某些零件的制造上部分代替切削加工。精度要求较高、表面质量限定较严的零件几乎都要经过切削加工，与此同时，由于刀具材料的改进，高速机床的开发、机床控制的改善，切削技术又取得了长足进步，所以金属切削在金属加工方法中仍然占主导地位。 金属切削是制造高精度、高表面质量工件的最经济的方法。,第一章 金属切削基本原理,金属切削原理 金属切削基本概念 金属切削基本规律 金属切削基本规律的应用,金属切削的三个条件,实现金属切削过程，须满足三个条件： 工件与刀具之间要有相对运动切削运动 刀具必须有适当的几何形状刀具几何形状与角度 刀具材料必须具有一定的切削性能刀具材料,金属切削基本概念,切削运动 需要什么运动表面成形分析 运动的定义 刀具几何形状与角度 刀具材料 刀具的认识,表面成形运动分析,零件表面由若干表面元素组成，包括：平面、圆柱面、圆锥面、球面等 典型表面可看成一条母线沿着一条导线运动形成,表面成形运动分析,表面成形运动可分为简单成形运动和复杂成形运动 简单成形运动：车外圆柱面 圆母线：由机床的回转运动形成 直线导线：由刀具的直线移动形成 复杂成形运动：车螺纹 螺旋导线：通过机床主轴等速旋转运动和刀架等速直线移动复合而成 母线： 形成表面的母线和导线统称为发生线,发生线的形成方法及其所需要的运动,发生线由刀具和工件的相对运动得到，其形成方法可归纳为四种：(见教材p24) 轨迹法：如右图 成形法：成形刀具 相切法：铣 范成法：刀具与工件作范成运动，如刀刃1通过范成法包络形成渐开线齿形2，如下图,加工表面,切削过程中存在三个加工表面， 待加工表面 切削表面 已加工表面,切削运动定义,各种切削加工中的成形运动，按照他们在切削加工中的作用，分为主运动和进给运动，这两个运动的向量和称为合成切削运动 主运动工件和刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动，该运动使切削层转变为切屑，从而形成工件新表面。速度高、功率大，一般是指主轴的运动。（车、铣、钻、磨、刨削 ） 主运动方向切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向 切削速度切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度 进给运动配合主运动依次地或连续不断地切除切屑，同时形成具有所需几何特性的已加工表面。（或连续，或间歇） 合成运动主运动和进给运动的合成。（切削运动的速度和方向都是相对于工件定义的） 切削运动通常是由机床来产生的，是金属切削机床设计的主要依据。,卧式铣床 立式铣床,立式钻床 摇臂钻床,卧式镗床外形,牛头刨床(Horizontal Shaper),切削用量三要素,切削速度v、进给量 f、切削深度ap称为切削用量三要素 切削速度vc是刀刃上选定点相对于工件的主运动的速度 进给速度vf是刀刃上选定点相对于工件的进给运动的速度 切削深度ap是工件上待加工表面和已加工表面间的垂直距离,车削,进给速度、进给量和每齿进给量,切削层参数,切削方式,自由切削与非自由切削 自由切削：只有一条直线切削刃参与切削工作 非自由切削：如右图 正切削与斜切削 正切削：主切削刃垂直于主运动方向 斜切削：主切削刃不垂直于主运动方向,铣削刀轨,逆铣和顺铣,Down milling (climb milling) is always recommended as this ensures a thick to thin chip,Down milling (climb milling) 顺铣,Up milling (conventional milling) 逆铣,刀具的切入、切出过程,+ Roll on entry,+ Reduce feed on entry,Thick chip on exit of cut until cutter is fully engaged,Comparison of wear dependent upon entry method,+ Roll on technique,Length cut - 600 mm Cutter - 125 mm, CM245-18, GC2030 Cutting data - vc30 m/min, fz0,28 mm/z, ae 88mm, ap5 mm Material - Ti6Al4V,- Full feed directly into workpiece,Face milling programming strategies,Prevent milling over interruptions,Keep cutter in full contact,进刀与铣拐角,CoroPak TRAINING - Titanium Machining - Milling,26,Semi-rough milling Corner removal,Process/programming strategies,Corner solutions 90 corner,Corner solutions Corner 60,Closed pockets/angles,CoroPak TRAINING - Titanium Machining - Milling,27,Plunge milling pocket depth over 3xDc max rpm 2000,Semi-rough milling strategies Corner removal,Gannet Cutter Dc 4 to 16mm aemax = 25% Dc,CM390-11 Dc 16 to 40mm aemax = 5.5mm,Dcmax = 2 x R Semi finish cycle required to remove cusps and fillet radius,CoroPak TRAINING - Titanium Machining - Milling,28,Finish profile milling Thin walls,Use step over techniques with height to thickness ratio over 15:1,CoroPak TRAINING - Titanium Machining - Milling,29,Finish profile milling Thin walled base,金属切削基本概念,切削运动 刀具几何形状与角度 刀具的组成 刀具角度的标注 刀具材料 刀具的认识,车刀的组成,车刀由刀柄（刀体）和刀头（切削部分）构成 刀头由三面二刃一尖组成 前刀面：切屑流过的表面 主后刀面：与工件上新形成的过渡表面相对的表面 副后刀面 主切削刃 副切削刃 刀尖,车刀的组成,前刀面,主后刀面,副后刀面,刀具标注角度参考系,刀具标注角度基本参考平面过切削刃上某一点 基面Pr：垂直于主动运方向 切削平面Ps：与切削刃相切， 并且垂直于基面的平面 主剖面参考系 主剖面Po：垂直于切削刃在基 面上的投影 主剖面参考系：PrPsPo 用于刀具设计与制造.PrPs Po 法剖面参考系： PrPsPn 法剖面Pn：垂直于切削刃 进给、切深剖面参考系： PrPfPp 进给剖面Pf：平行于进给方向, Pr 切深剖面Pp：垂直于Pr、Pf,主剖面参考系,主剖面,车刀的标注角度在标注角度参考系中确定的切削刃与各刀面的方位角度,在主剖面Po内测量 前角o：前刀面基面 后角o：主后刀面切削平面 楔角o：前刀面主后刀面 三个角和 在基面内Pr测量 主偏角Kr ：进给方向切削刃 副偏角Kr ：进给方向副切削刃 刀尖角r ：主切削刃副切削刃 三个角和 在切削平面Ps内测量 刃倾角s ：主切削刃基面 前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角,（Pr）,（Po）,（Ps）,Ps,Po,Pr,Pr,刃倾角,车刀的工作角度,刀具标注角度参考系定义基面时，只考虑主运动，这种参考系不能确切反映切削加工的真实情形，只有用合成切削运动方向来确定参考系，才符合切削加工的实际。 刀具工作角度参考系同标注角度参考系的唯一区别是构造参考系时，前者以合成切削方向为依据，后者以主运动方向为依据。,刀柄中心线与进给方向不垂直时工作角度的变化,车刀的工作角度刀具的安装位置对工作角度的影响,车刀的工作角度刀具的进给运动对工作角度的影响,Pse,Ps,f,金属切削基本概念,切削运动 刀具几何形状与角度 刀具材料 刀具材料应具备的性能 常用刀具材料 刀具的认识,刀具材料应具备的性能,刀具与工件相互作用，孰强孰弱，决定于材料性能,刀具材料应具备的性能,硬度：必须高于工件的硬度，通常不低于HRC62 强度：能承受切削力的作用 耐磨性：抗磨损，通常硬度高则耐磨 热硬性：在高温下保持硬度的能力 韧性：能承受切削时的冲击力，不脆断 化学稳定性：与被切金属材料磨擦系数小不易发生粘结作用 导热性：导热系数大，散热好，可降低刀具切削温度，延长刀具寿命 热膨胀小：热变形小，有利于加工尺寸精度稳定 工艺性：可加工性 经济性：价格低,刀具材料的发展,早期刀具材料：高碳钢。现仍用于低速切削，如锉刀、锯条。切削速度只有5m/min左右 1910年：高速钢，切削速度提高到30m/min 1930年：硬质合金，切削速度提高到100m/min以上 现在：仍在不断进步，涂层刀具、超硬刀具材料，进一步提高切削性能,刀具材料高速钢,是一种合金工具钢，典型牌号为W18Cr4V 基本指标：淬火并多次回火后，硬度达到HRC62-65优点：具有很好的淬透性和高硬度，强度高，韧性好。最主要是可加工性好，广泛用于制造复杂形状刀具，如钻头、铣刀、滚刀等。 缺点：与硬质合金相比，热硬性差，温度超过600oC时硬度下降，失去切削性能,刀具材料硬质合金,基本指标：硬度HV18003000，高温硬度也高，800oC时可保持；强度为高速钢的一半，韧性差 YG类（钨钴类）：主要成分是WC+Co，宜加工铸铁 YT类（钨钴钛类）：主要成分是TiC+WC+Co，宜加工塑性材料 含TaC、NbC的YW（通用合金）类：宜加工不锈钢,刀具材料超硬刀具材料,陶瓷：热硬性好，1200oC仍可保持很高硬度，可车淬火钢。缺点是脆、易崩刃，用于平稳车削 金刚石：硬度极高，但耐热性差，800oC即石墨化，且易与黑色金属亲和磨损，不宜加工钢和钛合金等铁族金属 立方氮化硼：硬度仅次于金钢石，耐热性很高，达1200oC，化学稳定性好，不与铁亲和，因此可用于切削淬火钢等。切削速度比硬质合金高5倍，但较脆、易崩刃。,金属切削基本概念,切削运动 刀具几