金属切削原理第1章.ppt

金属切削原理与刀具设计 （40学时）,主讲 尚晓峰,一、本课性质：专业基础课 二、本课主要任务（三点） 掌握金属切削过程一般现象和基本规律； 初步掌握金属切削实验研究的基本方法和技能； 初步了解本学科的发展趋势和成就。 三、金属切削在机械制造中的重要作用 1. 机械制造技术发展必然影响国民经济发展； 2. 切削加工在21世纪仍将占机械加工量的90%； 3. 机械制造自动化和精密加工发展。,四、本课结构,金属切削加工工艺系统,机床,夹具,刀具,工件,金属切削原理与刀具,机械制造工艺,金属切削机床,刀具角度及合理角度的选择,刀具材料,刀具磨损、破损与使用寿命,金属切削变形,切削力,切削热和切削温度,切削液,各种切削刀具,工件材料的切削加工性,已加工表面质量,磨削,五、金属切削发展简况,3万年前，原始人类发明了琢钻和磨制技术,1668年 畜力铣磨机和脚踏刃磨机,2200年前，秦始皇时代已经有了磨削加工,1915年，国产第一台车床,新中国成立，切削加工技术飞速发展,21世纪，切削加工技术逐步接近发达国家水平,第一章 基本定义 概述,金属切削加工: 是用切削刀具将坯料或工件 上的多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。 分为钳工和机械加工两部分 我们着重研究机械加工过程的现象和规律,1-1 切削运动、加工表面和切削用量三要素,金属切削加工工艺系统 由机床、夹具、刀具和工件组成,一、车削运动时工件上的加工表面,切削过程中工件上常存在三个表面：,待加工表面：即将被切除的工件表面；,已加工表面：已经被切除的工件表面；,过渡表面（切削表面）：正在形成。,车削外圆时的加工表面,车削外圆时的加工表面,车削内孔时的加工表面,二、主运动、进给运动和合成切削运动,工作运动： 机床为实现切削加工所必须具有的 加工工具与工件间的相对运动。 包括：主运动和进给运动,主运动 ： 是指在切削加工中形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。,进给运动： 在切削中，使工件的多余材料不断被切除的工作运动。,合成切削运动：主运动和进给运动向量和。,切削刃选定点：切削刃各点运动情况一不定相同，研究问题时选取切削刃上某一适宜点。,主运动方向 ： 切削刃选定点相对于工件的瞬时主运动方向。,切削速度 vc： 切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。,进给动方向 ： 切削刃选定点相对于工件的瞬时进给运动方向。,进给速度 vf： 切削刃选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。,主运动、进给运动和合成切削运动示意图,切削运动与切削表面示意图,主运动；进给运动,a) 车外圆面,b) 磨外圆面,各种切削加工的工作运动,c) 钻孔,d) 车床上镗孔,e) 刨平面,f ) 铣平面,g) 车成形面,h) 铣成形面,从上图为各种切削加工的工作运动 可以看出： 主运动只有一个，而进给运动可有几个。, 工作运动有旋转运动也有直线运动; 有连续运动也有间歇运动。, 工作运动可由刀具或工件分别完成 或单独完成。,三、切削用量三要素 切削用量是指： vc 、f、ap,切削速度vc:指在单位时间内工件和刀具沿主 运动方向的位移 单位: m/s 或 m/min 车削等回转运动：,(2)进给量 f: 指工件或刀具每回转一周时,两者 沿进给运动方向上的相对位移 单位: mm/r,(3)切削深度ap :指待加工表面与已加工表面 的垂直距离（单位mm）。,1-2刀具切削部分基本定义 虽然刀具种类繁多，形状各异，但其切削部分的结构要素和几何角度都有许多共同特征，如下图所示。各种形状复杂的刀具，就其中的一个刀齿而言，都可看作一把车刀。 下面就以车刀为例，分析切削部分的构成和标注角度。,刀具的切削部分,分析车刀角度，主要从以下三个方面入手：,车刀切削部分组成 车刀的标注角度及其选择 车刀的工作角度,1、车刀切削部分构成 车刀切削部分一般由三个刀面、两个切削刃和一个刀尖组成。,前面,主后面,副后面,主切削刃,副切削刃,刀尖,刀杆,刀头,外圆车刀切削部分的组成,过渡刃连接主、副切削刃的一小段圆弧,常用刀尖的三种形状,2、车刀标注角度及其选择 、刀具标注角度参考系 为了确定车刀的空间位置，以便设计、制造、刃磨和测量，必须建立车刀标注角度参考系。 假定：a）刀尖恰在工件中心线上; b）刀具轴线与工件轴线垂直; c）忽略进给运动f 的影响。,基平面 pr : 通过切削刃选定点与主运动 方向垂直的平面。 切削平面 ps :通过主切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直基面的平面。 主剖面 po : 通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。 pr- ps- po组成一个正交平面参考系(是目前最常用的刀具标注角度参考系，此外还有法剖面参考系等）。,基面Pr,假定主运动方向,主切削刃上选定点,刀柄底面平面,基平面 pr的定义,主剖面Po： Ps P,基面P： PVc 刀具安装面（车刀）,切削平面Ps: 与 S相切 且 P,假定主运动方向Vc,1. 主剖面参考系（Pr-Ps-Po),主切削刃上选定点,法剖面Pn：PnS,基面P： PVc 刀具安装面（车刀）,切削平面Ps: 与 S相切 且 P,假定主运动方向Vc,2. 法剖面参考系（ Pr-Ps-Pn ）,90,主切削刃上选定点,进给剖面Pf ： Pf Pr 、f,基面P： PVc 刀具安装面（车刀）,切削平面Ps: 与 S相切 且 P,假定主运动方向Vc,假定进给运动方向f,切深平面Pp ： Pr 、 Pf,3. 进给、切深剖面参考系（ Pr-Pf-Pp ）,主切削刃上选定点,、刀具的标注角度（也称静止角度） 定义：在刀具标注角度参考系内定义的切削刃与各刀面的方位角度，是制造和刃磨刀具的依据，其主要标注角度如下: 在主剖面Po内测量的角度： 前角o 、后角o 和楔角o 在基面Pr内测量的角度： 主偏角r、副偏角r和刀尖角r 在切削平面Ps内测量的角度：刃倾角s,车刀的标注角度,刀具角度正、负号判定如图中所示。,主剖面,基面,K,K,副剖面,从上图可以看出，一把单刃刀具在主剖面参考系内共定义 了6个角度 、 、 、 、 和 四个角度是独立的。当给定刃倾角和主偏角，主切削刃在空间的方位便被确定；再进一步给定前角和后角，相交于主切削刃的前刀面和后刀面也随之确定。 所以，对于一把有两条切削刃的普通车刀，只要给定六个独立的角度： 这把车刀切削部分的几何形状便被确定了。,刀具角度的一面二角分析法 表示空间任意一个平面方位的定向角度只有两个，所以用一面二角分析法确定刀具切削部分需要标注的独立角度数量。即刀具需要标注的独立角度数量是刀面数量的二倍。例如，直头外圆车刀，3个刀面2=6个角度：,前刀面定向角 后刀面定向角 副后刀面定向角,45弯头车刀，4个刀面2=8个角度：,主切削刃12前刀面定向角 主切削刃12后刀面定向角 副切削刃23后刀面定向角 副切削刃14后刀面定向角,切断刀，两把端面车刀组合4个刀面2=8个角度：,前刀面定向角 后刀面定向角 左副后刀面定向角 右副后刀面定向角,法剖面参考系标注角度 只以Pn剖面代替Po剖面 只需定义Pn面内的标注角度即可。,刀具标注角度换算 主剖面和法剖面内角度换算tgn=tgo coss n o ctg n=ctg o coss n o,车刀工作角度 、刀具工作角度参考系 刀具安装位置、切削合成运动方向的变化，都会引起刀具工作角度的变化。因此研究切削过程中的刀具角度，必须以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系，这种参考系称为工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称为工作角度。,工作基平面 工作切削平面 工作正交平面 组成一个工作正交平面参考系：,刀具安装对工作角度的影响,刀柄偏斜影响工作主、副偏角,切削刃高低影响工作前、后角,进给运动方向不平行工件旋转轴线,1-3切削层几何参数 切削层在各种切削加工中，刀具相对于工件沿进给运动方向每移动 f 后，由一个刀齿正在切削的金属层。 切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具承受的负荷以及刀具的磨损。 切削层尺寸称为几何参数， 通常在垂直切削速度的平面内观察和度量，即在基 面内度量。,切削层定义（a车外圆，b车端面),残留面积,切削面积和残留面积,2.正切屑与倒切屑,切削方式,1.自由切削与非自由切削,3.正切削与斜切削,2.当用主偏角r45、刃倾角s0的车刀车削外圆时，