现代数控刀具与发展.ppt

刀具教学与刀具发展,现代制造工程系叶俊,刀具课程的特点,概念比较多内容比较抽象知识点错综复杂在校期间几乎不起作用,刀具内容,刀具,切削原理,切削刀具,切削用量选择,几何角度选择,切削变形,切削力,切削温度,刀具磨损,切屑控制,切削液,刀具材料选择,切削刀具选择,刀具材料种类,工件材料加工性,刀具材料选择原则,切削刀具种类,切削刀具选择,内容介绍,切削运动与切削用量1、切削运动1）主运动进行切削时最主要、消耗动力最多的运动，它使刀具与工件之间产生相对运动。2）进给运动刀具与工件之间产生的附加相对运动，以保持切削的连续进行。2、表面,3、切削用量1）切削速度（Vc）Vc=dn/1000=dn/318（m/min）2）进给量（f）Vf=nf（mm/s）3）吃刀量（ap）ap=（dw-dm）/2（mm）4）切削时间（tm）tm=lA/vf*ap=dlA/1000vcfap（min）5）材料切除率（Q）Q=1000vcfap,内容介绍,刀具的组成三面两刃一尖,内容介绍,刀具角度参考系1、刀具静止参考系1）正交平面参考系（1）基面pr（2）切削平面ps（3）正交平面po2）法平面参考系2、刀具工作参考系1）假定工作平面参考系2）背平面参考系,内容介绍,刀具几何角度（定义、选择原则）1、前角o2、后角o3、主偏角r4、副偏角r5、刃倾角s,内容介绍,刀具的工作角度1、刀具安装对工作角度的影响1）刀柄偏斜对工作主、副偏角的影响2）刀刃安装高低对工作前、后角的影响sinN=2h/d2、进给运动对工作角度的影响1）进给运动方向不平行工件旋绕轴线时对工作主、副偏角的影响2）纵向进给运动对工作前、后角的影响tanT=f/d,内容介绍,切削层参数1、切削层公称厚度（hD）hD=fsinkr2、切削层公称宽度（bD）bD=p/sinkr3、切削层公称横截面积（AD）AD=hDbD=pf,内容介绍,切削变形1、第一变形区：从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成（剪切滑移面）；使切削层转变成切屑。2、第二变形区：切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦。3、第三变形区：已加工表面受到切削刃钝化圆部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形回弹，造成纤维与加工硬化。,内容介绍,切屑的种类,带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑（脆）,内容介绍,积屑瘤1、定义积屑瘤是在切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性材料时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下，常常有一些从切屑和工件上的金属，冷焊（黏结）并层积在前刀面刀刃附近，形成硬度很高的楔块。2、形成原因：在靠近切削刃的一部分刀屑接触区内，由于正压力很大，使切屑底层金属嵌入刀面上的微观不平的峰谷内，形成无间隙的真正的金属间接触而产生粘结现象，这部分刀-屑接触区被称为粘结区。在粘结区内，切屑底层将有一薄层金属材料层滞留在前刀面上，这部分切屑的金属材料经过了剧烈的变形，在适当的切削温度下发生强化。随着切削的连续流出，在后继切屑的流动推挤下，这层滞积材料便与切屑上层发生相对滑移而分离开来，成为积屑瘤的基础。在它的上面又会形成第二层滞积的切屑材料，这样不断地层积，就形成了积屑瘤。,内容介绍,3、特点1）积屑瘤硬度比工件材料高1.52.5倍，可代替切削刃及前面进行切削，有保护切削刃、减小前刀面磨损的作用，但积屑瘤脱落时的碎片流经刀具-工件接触区会造成刀具后刀面磨损；2）在积屑瘤形成后，刀具的工作前角将明显增大，对减小切削变形及降低切削力起了积极作用；3）由于积屑瘤突出于切削刃之外，使实际切削深度增大，影响工件的尺寸精度；4）积屑瘤会在工件表面造成“犁沟”现象，影响表面粗糙度；5）积屑瘤的碎片会粘结或嵌入工件表面，造成硬制点，影响工件已加工表面的质量。,内容介绍,4、控制措施1）减小前刀面的粗糙度；2）增大刀具的前角；3）减小切削厚度；4）采用低速切削或高速切削，避免容易形成积屑瘤的切削速度；5）对工件材料进行适当的热处理，提高其硬度，减小塑性；6）采用抗粘结性能好的切削液。,内容介绍,加工硬化1、定义：经过严重变形而使表面层硬度增高的现象2、形成原因：1）工件表面的塑性变形2）热应力3）组织应力3、减小加工硬化的措施1）适当增大刀具的前、后角，减小刃口圆弧半径；2）避免刀具过度磨损；3）提高切削速度，适当减小进给量；4）采取有效的冷却润滑措施；5）对粗加工后的工件进行退火时效处理。,内容介绍,鳞刺在较低的速度切削塑性材料时，由于部分金属材料的粘结层积，而导致即将切离的切屑根部发生导裂，在已加工表面表层留下金属被撕裂的痕迹，使已加工表面质量恶化，表面粗糙度值增大24倍。,内容介绍,提高表面质量的措施1、刀具材料2、刀具几何角度：1）增加刀具前角，过大的刀具前角会加速刀具磨损或由于背向力方向变化引起“扎刀”现象2）稍微增大后角3）减小刀具副偏角，增大刀尖圆弧半径以及采用修光刃3、切削用量1）减小进给量f2）选择适当的切削速度vc可避免积屑瘤和鳞刺的产生。4、热处理5、切削液,内容介绍,切削热和切削液1、切削热1）来源：在切削加工中，由于切削变形和摩擦而产生热量2）传散：切削热向切屑、刀具、工件和周围介质（空气或切削液）中传散2、切削液的作用1）冷却作用2）润滑作用3）排屑和洗涤作用4）防锈作用3、切削液的种类1）水溶性切削液2）油溶性切削液3）固体润滑剂,内容介绍,刀具磨损1、磨损形态1）正常磨损（1）前面磨损（2）后面磨损（3）边界磨损2）非正常磨损（1）塑性变形（2）切削刃崩刃（3）剥落（4）热裂,内容介绍,2）刀具的磨损过程（1）初期磨损阶段（2）正常磨损阶段（3）剧烈磨损阶段3）磨损原因（1）磨料磨损（2）粘接磨损（3）扩散磨损（4）化学磨损4）减轻措施（1）热处理（2）切削速度（3）刀具材料（4）提高刀具刃磨质量和充分浇注切削液（5）提高刀具强度,内容介绍,切削加工性指标1、刀具寿命指标K=v60/v0602、切削力的大小和动力消耗3、已加工表面粗糙度4、切屑的卷曲、折断与切屑处理的难易,内容介绍,切削用量的选择1、根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量ap；2、根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度以及精加工时的表面粗糙度要求确定f；3、根据刀具寿命，确定切削速度vc；4、验证所选定的切削用量是机床功率允许的,内容介绍,车刀1、车刀的种类1）整体式用整体高速钢制造，刃口锋利小型车床加工有色金属2）焊接式硬质合金或高速钢刀片，结构紧凑，使用灵活各种车刀3）机夹式避免了焊接产生的应力、裂纹等缺陷，刀杆利用率高。刀片可集中刃磨获得所需参数。使用灵活方便。外圆、端面、镗孔、割断、螺纹车刀4）可转位式避免了焊接刀的缺点，刀片可快换转位，生产效率高。断屑稳定。可使用涂层刀片。大中型车床加工外圆、端面、镗孔，特别适用于自动线和数控机床,内容介绍,孔加工刀具1、孔加工的特点1）刀具刚性差2）排屑困难3）直观性差4）规格品种多2、孔加工方式钻、扩、铰、镗、拉、磨、珩磨、研磨、电火花、超声波、激光加工,内容介绍,麻花钻1、结构,内容介绍,2、参数1）结构参数（1）直径d（2）直径倒锥（3）钻心直径d0（4）螺旋角w2）刃磨角度（1）顶角2（2）外缘后角af（3）横刃斜角,内容介绍,3、钻头的修磨1）修磨横刃2）修磨主切削刃3）修磨前面4）修磨后面5）修磨刃带4、群钻特点：三尖七刃锐当先、月牙弧槽分两边，一侧外刃再开槽，横刃磨低窄又尖。,内容介绍,镗刀1、特点1）精度为IT8IT9，最高可达IT6，粗糙度为Ra1.60.8um；2）能纠正孔的直线性误差，获得较高的位置精度；3）是唯一的精加工大孔的方法。,内容介绍,铰刀1、铰刀的使用技术1）铰刀的直径2）铰刀的装夹3）切削用量：（1）p：在保证能切除上道工序缺陷的前提下，选小值，一般在0.060.3mm；（2）vc：低速，一般为810m/min；（3）f：大进给量，一般为0.53mm/r4）切削液,内容介绍,丝锥1、结构2、参数1）螺纹参数大径d、中径d2、小径d1、螺距P、牙形角2）切削参数锥角2、端剖面前角p、后角p、槽数z,内容介绍,铣刀1、铣削用量1）背吃刀量（铣削深度）p2）侧吃刀量（铣削宽度）e3）进给量f4）铣削速度Vc,内容介绍,2、铣削方式1）周铣和端铣（1）端铣时每齿切下的切削层厚度变化较小，因此铣削力变化小；周铣切削层厚度变化大，故切削力波动大；（2）端铣时同时参加切削的齿数较多，铣削过程较平稳；（3）端铣时，由于主切削刃起切除作用，过渡刃和副切削刃起修光作用，姑加工表面质量较好；周铣仅由主切削刃形成已加工表面，故加工表面质量较差；（4）端铣刀便于机夹硬质合金刀片，主轴刚性较好，可进行高速切削；（5）周铣可以同时装几把刀加工组合平面。,内容介绍,2）顺铣与逆铣,内容介绍,（1）逆铣刀齿的切削厚度从ae=0至aemax。当ae=0时，刀齿在工件表面上挤压和摩擦，刀齿容易磨损；同时，工件表面受到较大的挤压应力，冷硬现象严重，更加剧刀齿磨损，并影响已加工表面质量；刀齿作用于工件上的垂直进给力FfN朝上，有挑起工件的趋势，要求工件装夹紧固；刀齿从切削层内部开始工作，当表面有硬皮时对刀齿没有直接影响；同时作用在工件上的进给力Ff与其进给方向相反，使铣床工作台进给机构中的丝杠螺母始终保持良好的右侧面接触，因此进给速度比较均匀。,内容介绍,（2）顺铣刀齿的切削厚度从aemax至ae=0。容易切下切削层，刀齿磨损较少，实验表明刀具的寿命提高23倍；已加工表面质量较高；刀具始终压紧工件；刀齿从切削层表面开始工作，因此刀具对表面硬皮非常敏感；作用于工件上的进给力Ff与进给方向相同，此时如果工作台下面的传动丝杠与螺母之间的间隙较大，则力Ff有可能使工作台连同丝杠一起沿进给方向移动，导致丝杠与螺母之间的间隙转移到另一侧面上去，引起进给速度时快时慢，影响工件表面粗糙度，甚至破坏刀齿。（3）结论当加工无硬皮工件，且铣床上有消除间隙机构，应采用顺铣，其它情况用逆铣。,内容介绍,数控刀具1、数控刀具的特点1）刀具切削性能稳定可靠2）刀具应具有较高的寿命3）保证可靠的断屑、卷屑和排屑4）能够快速地换刀或自动换刀5）能迅速、精确地调整刀具尺寸6）建立标准化、系列化和通用化结构体系7）有完整的数据库及其管理系统管理刀具信息8）有完善的刀具组装、预调、编码标识与识别系统9）建立切削数据库，以便合理利用机床与刀具,内容介绍,可转位车刀1、特点1）避免焊接、刃磨引起的热应力，提高刀具耐磨及抗破损能力2）可使用涂层刀片，有合理槽形与几何参数，断屑效果好，能选择较高切削用量，提高生产率3）刀片转位、更换方便，缩短了辅助时间4）刀具已标准化，能实现一刀多用、减少储备量，简化刀具管理等工作,内容介绍,2、刀片编号,CNMG120404EN-TF,刀片形式,刀片后角,精度等级,夹固形式,切削刃长,刀片厚度,刀尖圆弧半径,刃口代号,切削刃方向,断屑槽形式,内容介绍,3、外圆车刀型号,内容介绍,4、工具系统1）整体式刀柄弹簧夹头刀柄、莫氏锥刀柄、钻夹头刀柄、侧固式刀柄、攻丝刀柄、面铣刀柄、强力铣刀柄、整体式镗刀体,内容介绍,授课技巧,引人入胜的开头恰当的比喻日常对照感兴趣的话题简化内容提出自己的观点,人类从不缺乏追求美好生活的热情和创造力,于是他们发明、制造了大量的机械,这些机械给人类生活带来了巨大的改变,它们记载并参与创造了人类的历史,从现在开始我们就要进入这一神秘的殿堂,赶快准备好,马上就起程进入我们的快乐学习了,机械基础,目录,绪论,教学内容：课程概述机械、机器、机构、构件、零件运动副的概念及应用特点机械传动的分类,机械基础,目录,恰当的比喻,比喻1：英语的三个时态（过去时、现在时、将来时）,比喻2：人的三天（昨天、今天、明天）,日常对照,前刀面和后刀面上的最高温度都处在离切削刃有一定距离的地方对照一天中最热的时候是午后两点,感兴趣的话题,刀具几何角度的选择刺客用的刀是薄如蝉翼，削铁如泥的宝刀；战场上的刀是重达80斤的大刀；为什么？,简化内容,切削用量的选择正常：1、根据零件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量ap；2、根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度以及精加工时的表面粗糙度要求确定f；3、根据刀具寿命，确定切削速度vc；4、验证所选定的切削用量是机床功率允许的,简化内容,简化从相应的刀片资料中查找切削用量的推荐值,简化内容,根据实际要求修正,切削用量修正系数,提出自己的观点,刀具材料的选择1.根据工件的材料来选择2.根据加工要求来选择3.根据生产批量来选择,课程改革,工作任务驱动，项目导向教学法的实施1.工作任务的选择任务