刀具断屑不可靠的原因分析及解决方法.doc

刀具断屑不可靠的原因分析及解决方法刀具断屑可靠与否，对正常生产与操作者安全都有着重大影响。在切削加工中，崩碎切屑会飞溅伤人，并易研损机床；而长条带状切屑会缠绕在工件或刀具上，易刮伤工件，引发刀具破损，甚至影响工人安全。对于数控机床(加工中心)等自动化加工机床，由于其刀具数量较多，刀架与刀具联系密切，断屑问题就显得更为重要，只要其中把刀断屑不可靠，就可能破坏机床的自动循环，甚至破坏整条自动线正常运转，所以在设计、选用或刃磨刀具时，必须考虑刀具断屑的可靠性。而对于数控机床(加工中心)等，并应满足下列要求： 切屑不得缠绕在刀具、工件及其相邻的工具、装备上； 切屑不得飞溅，以保证操作者与观察者的安全； 精加工时，切屑不可划伤工件的已加工表面，影响已加工表面的质量； 保证刀具预定的耐用度，不能过早磨损并竭力防止其破损； 切屑流出时，不妨碍切削液的喷注； 切屑不会划伤机床导轨或其他部件等。 在满足上述要求的基础上，不同刀具对切屑长度还有不同要求。例如一般粗车钢料的最大切屑长度为100mm左右；精车则应稍长。要避免过于细碎的切屑，因为它容易嵌入机床导轨和刀具装置的一些重要部位（如基准面），这样不仅需要附加防护装置，还给清除切屑带来一定的困难。 对于某些不易断屑的刀具，如成形车刀、切槽车刀和切断车刀等，在数控机床（加工中心）等自动化机床上，应保证其稳定的卷屑。 一、切屑形状的分类 根据工件材料、刀具几何参数和切削用量等的具体情况，切屑形状一般有：带状屑、C 形屑、崩碎屑、宝塔状卷屑、发条状卷屑、长紧螺卷屑、螺卷屑等（见图1）。 ( l )带状屑（见图1a）：高速切削塑性金属材料时，如不采取断屑措施，极易形成带状屑，此形屑连绵不断，常会缠绕在工件或刀具上，易划伤工件表面或打坏刀具的切削刃、甚至伤人，因此应尽量避免形成带状屑。 但有时也希望得到带状屑，以使切屑能顺利排出。例如在立式镗床上镗盲孔时。 （2）C 形屑（见图1 b）：车削一般的碳钢、合金钢材料时，如采用带有断屑槽的车刀则易形成C 形屑。C 形屑没有了带状屑的缺点。但C 形屑多数是碰撞在车刀后刀面或工件表面而折断的（见图2）。切屑高频率的碰断和折断会影响切削过程的平稳性，从而影响已加工表面的粗糙度。所以，精加工时一般不希望得到C形屑而多希望得到长螺卷屑（见图3) ，使切削过程比较平稳。 （ 3 ）发条状卷屑（见图1f） ：在重型车床上用大切深、大进给量车削钢件进，切屑又宽又厚，若形成C 形屑则容易损伤切削刃，基至会飞崩伤人。所以通常将断屑槽的槽底圆弧半径加大，使切屑成发条状（见图4 ）在加工表面上碰撞折断，并靠其自重坠落。 ( 4 ）长紧卷屑（见图1e）：长紧卷屑形成过程比较平稳，清理也方便，在普通车床上是一种比较好的屑形。 ( 5 ）宝塔状卷屑 见图1d ) ：数控加工、机床或自动线加工时，希望得到此形屑，因为这样的切屑不会缠绕在刀具和工件上。而且清理也方便。 ( 6 ）崩碎屑（见图1c ) ：在车削铸铁、脆黄铜、铸青铜等脆性材料时，极易形成针状或碎片状的崩碎屑，既易飞溅伤人、又易研损机床。若采用卷屑措施，则可使切屑连成短卷状。 总之，切削加工的具体条件不同，希望得到切屑的形状也不同，但不论什么形状的切屑，都要断屑可靠。 二、切屑折断的原理 金属切削过程中，切屑是否容易折断，与切屑的变形有直接联系，所以研究切屑折断原理必须从研究切屑变形的规律入手。 切削过程中所形成的切屑，由于经过了比较大的塑性变形，它的硬度将会有所提高，而塑性和韧性则显著降低，这种现象叫冷作硬化。经过冷作硬化以后，切屑变得硬而脆，当它受到交变的弯曲或冲击载荷时就容易折断。切屑所经受的塑性变形越大，硬脆现象越显著，折断也就越容易。在切削难断屑的高强度、高塑性、高韧性的材料时，应当设法增大切屑的变形，以降低它的塑性和韧性，便于达到断屑的目的。 切屑的变形可以由两部分组成： 第一部分是切削过程中所形成的，我们称之为基本变形。用平前刀面车刀自由切削时所测得的切屑变形，比较接近于基本变形的数值。影响基本变形的主要因素有刀具前角、负倒棱、切削速度三项。前角越小，负倒棱? 金属切削加工切屑形状参数的量化计算1. 引言在金属切削加工过程中，切屑形状千变万化，要实现切屑形成过程仿真，必须将切屑形状参数化，并根据加工条件计算这些参数值。 多年来，国内外学者对切屑形状及其形成进行了大量深入研究，建立起十几种切屑形成模型，在切屑流动方向、切屑卷曲机理及切屑折断方式等方面取得了重要成果。但由于切屑问题极为复杂，许多研究尚属定性分析，特别是对切屑横向卷曲还没有量化计算的方法。本文根据切屑的形成机理及变形规律，分析影响切屑形状各因素的主次程度，建立数学模型，实现对切屑形状参数量化计算，为切屑造型提供数据。 图1 螺旋切屑形状参数2. 切屑形成及形状参数刀具切入工件时，被切金属层经剪切面发生塑性滑移变形成为切屑，再经刀具卷屑槽卷曲变形，形成一个等螺距螺旋形切屑，其形状可由螺旋外径2r、螺距p、螺旋面与轴的夹角q确定(如图1)。切屑流出后受工件、刀具及机床等阻碍引起再度变形或折断，从而产生各种类型的切屑，因此，其它类型切屑均可视为螺旋切屑的演变和组合。 由切削机理知，对螺旋形切屑产生影响的参数有：切屑上卷曲率1/rx，横卷曲率1/rz，流屑角h。则螺旋切屑的形状参数可表示为(1) (2) (3)切削加工过程中，影响1/rx、1/rz及q的因素很多，诸如被加工材料的性质、切削用量、刀具几何参数、冷却液及加工方式等。通过对主要影响因素的分析计算和对其它因素进行综合实验，可实现切屑形状参数的量化计算。 图2 切屑轴截面参数3. 切屑轴截面参数计算确定螺旋形切屑轴截面形状的参数有：切屑厚度hch，切屑宽度bch，切屑偏角kch(如图2)。 由切削原理可得到切屑轴截面参数计算公式 hch=Ahf sinkr (4) bch= ap sinkr(5)kch=arctan(Ahtankr) (6) 其中变形系数Ah= cos(f-co) sinf式中进给量f、切深ap、刀具主偏角kr及前角co为已知参数，剪切角f可用实验公式求出。 4. 切屑上卷曲率计算图3 切屑上向卷曲切屑上卷半径R0主要与卷屑槽和积屑瘤有关，由于目前常用的硬质合金刀具切削速度较高，一般不会产生积屑瘤，因此不考虑积屑瘤对切屑形成的影响。当前刀面有卷屑槽时，切屑流出受槽型后壁的作用使切屑抬起，切屑根部受弯矩作用，在自由面一侧形成压应力，在前刀面一侧形成拉应力，使切屑产生上向卷曲(见图3)。由此可得 R0=(w-lf)cos(s/2)其中刀屑接触长度lf=kmhDsin(f+b-g0) sinfcosb切削厚度hD=fsinkr式中w为卷屑槽宽，s为槽底夹角，实验系数km2，摩擦角b通过切削分力可求出。 设Cx为其它影响因素综合系数，则切屑上卷曲率计算公式为 1 = Cx = Cx rx R0 (w-lf)coss/2(7)5. 切屑横卷曲率计算图4 切屑横向卷曲目前对切屑横向卷曲的研究还只是作定性分析，认为影响切屑横向卷曲的因素有两项较为显著：切屑在宽度方向形成侧流和副切削刃参加切削。据此从理论上建立切屑横向曲率计算公式，未知因素由实验系数调整。 设切屑形成时在宽度方向上的变形量为D，受工件阻碍引起长度方向上的速度差Dv=v2-v1，同时产生角速度w=v2/rz1=v1/(rz1-bD)(见图4)；令Dv=(D/kw1bD)v1，D=bch-bD，系数kw1由实验求出，则切屑侧流引起的曲率为 1 = D rz1 bD(D+kw1bD)在同样切削厚度下，主副切削刃承担的负荷相当时，切屑横向曲率接近最大；而切削厚度越大，副切削刃对切屑的横向卷曲影响也越大。令主副切削刃长度之比为x，kw2和aw为实验确定的参数，则副切削刃参与切削引起的曲率为 1 =kw2xhDaw rz2采用优化设计的方法，令kw1、kw2和aw分别以步长1、0.1和0.1在1-5、0-1和0-1的范围内变化，代入各式求出计算值Crz，通过切削实验得到测量值Lrz，求出使S(Lrz-Crz)最小的一组系数kw1、kw2和aw。 设Cz为其它影响因素综合系数，则切屑横卷曲率计算公式为 (8)6. 切屑流屑角计算直角切削时，切屑沿切削刃垂直方向流出，而三维切削时切屑流出方向与主切削刃垂直方向成一夹角，此角近似等于流屑角h。分析流屑角的方法有多种：Stabler法则提出h=cls，Colwell认为切屑流动方向近似垂直于切削刃弦，Wang and Mathew指出刀尖圆弧半径和切削刃倾斜程度是影响切屑流向的主要原因。 能够对流屑角定量计算的方法是流屑角实验回归方程： l=0.21ap-0.74f0.424(rs+0.45)0.68(kr-16)1.280.99gn+cls式中c0.62-0.67，是与工件材料有关的系数。 设在一道加工工序(或工步)中不需换刀，则刀具参数为常数。令 Cl1=0.21(rs+0.45)0.68(kr-16)1.280.99gn，Cl2=cls则计算流屑角公式可简化为 (9)7. 结论切屑的一般形态是等螺距螺旋形切屑，其轴截面参数hch、bch及kch由式(4)、(5)、(6)计算，形状参数2r、p及q由式(1)、(2)、(3)计算确定；其中的影响因素1/lx、lz及h用式(7)、(8)、(9)近似计算得到其参数值。根据切屑参数hch、bch及kch及2r、p、q的定量值可对切屑进行特征造型。 切屑形成的基本理论与屑形控制 切屑形成的基本理论与屑形控制 摘要：加工中心标准训练样件一(NC代码)产品开发过程数据安全管理策略研究How to Prevent Mold Inaccuracies 数控车床加工工艺分析 实例二基于DSP的弧焊逆变电源数字化控制系统组合铣刀在生产中的应用FastCAM软件在船舶企业应用案例 如何提高焊缝质量工控软件的抗干扰设计影响金刚石锯片寿命的因素有哪些？ 打造全国最大的气缸盖生产基地OKK可支持重切削的5轴控制立式加工中心高速滚齿加工Pro/ENGINEER的两把火：模拟、加工换新颜ELID镜面磨削技术金属结合剂砂轮的研制变频器选型注意事项浅谈高速加工对CAM软件的要求（一） 基于CAD和CAM的AFM和STM机电装置的故障诊断和设计研究SIGMATEK PLC应用于数控切片机 钢结构二次数控成套加工设备的性能、特点及应用 标签:tag 由于金属切削过程是在高温、高压、高速下进行，因此切屑的形成机理相当复杂。为了在切削加工中有效控制屑形，提高加工效率，改善加工表面质量，有必要对金属切削过程的一些基本理论进行深入研究和探讨。 1 滑移与滑移线 机械制造是利用金属塑性变形机理，采取滚压、轧. 由于金属切削过程是在高温、高压、高速下进行，因此切屑的形成机理相当复杂。为了在切削加工中有效控制屑形，提高加工效率，改善加工表面质量，有必要对金属切削过程的一些基本理论进行深入研究和探讨。1 滑移与滑移线机械制造是利用金属塑性变形机理，采取滚压、轧制、冷拔或切削加工等方法，使零件达到要求的形状和尺寸。根据金属塑性变形理论可知，金属产生塑性变形的基本机理是滑移，即清移是金属最主要的塑性变形方式。金属的滑移仅在剪应力作用下才能发生，即当剪应力t达到金属材料的剪切强度极限ts时，便会产生塑性变形。在平面变形条件下，多晶体金属中的滑移是沿最大剪应力方向发生的，即滑移带与最大剪应力迹线相重合。假设在连续应力场(塑性区)内最大剪应力迹线是无限密集的，则沿最大剪应力方向不断由一点到与其无限接近的另一点，即可在变形平面上绘出两组相互正交的曲线(如图1所示)，从而形成由切屑形成过程中第一变形区内部分滑移线与流线(或相邻部分)组成的格子。滑移线的微分方程为第一组滑移线： dy/dx=tanw 第二组滑移线： dy/dx =-tanw 图1 滑移线和最大剪应力迹线图2 与滑移线相切的直角坐标系第一、第二滑移线的参变量分别用a和b代替。选取滑移线oa、ob为两曲线坐标轴，用坐标轴的曲线坐标(a，b)表示平面上p点的位置(见图2)。这样，在曲线坐标网的任一a线上坐标b等于常值；在任一b线上坐标a等于常值。因此，在无限接近p点处，坐标曲线a和b与选取的直角坐标轴相重合，因此可认为dx=dsa，dy=dsb式中，dsa和dsb分别为曲线a和b的弧长微分。因此有由于直角坐标轴与滑移线相切，因此对于a而言，w=0。由于沿曲线a和b的角度w是不断变化的，因此偏导数不等于零，从而使切屑在形成过程中产生变形和卷曲。图3 两滑移线间的滑移线转角图4 切屑中的应力2 切屑的变形和卷曲根据滑移线性质的汉基定理可知，滑移线a1与a2、b1与b2是无限接近的。b1线在 p点与f点的法线的交点O1 为b1线在p点的曲率中心；b2线在e点与 d点的法线的交点 O2 为b2线在 e点的曲率中心。在图3中，wpf=wed，wpe=wfd。b2线在p点的曲率半径等于b2线在e点的曲率半径加上滑移线a1由 e点与p点的弧长增量s。由于弧长pfed(见图3)，从而使切屑发生变形。同理，由于弧长pefd，切屑必然发生卷曲。在图4中，用一个剪切面oM代替第一变形区，如果用点流动到剪切面上的p点，第二滑移线与第一滑移线在p点的切线垂直，即剪应力t与平行于第一滑移线在p点的切线的正应力s形成直角。在坐标系xpy内，p为原点，OM即为第二滑移线的切线，X轴即为s和t的合力方向，并与t成45的夹角，与第一滑移线在p点的切线的夹角为p/4。由于s和t的夹角为p/2。 s和-s形成一个力矩，使切屑以p(空间坐标时为Z)为轴发生卷曲。此外，随着切屑在前刀面上流动，其底层受到挤压，晶粒被拉长，造成切屑底部膨胀，促使切屑进一步弯曲变形，引起切屑卷曲。3 切屑屑形及其控制金属材料的性能不同，其滑移性质也不相同，即使在相同条件下进行切削，所得切屑的类型、尺寸(变形程度)也不相同。对于多晶体的塑性金属，切应力与作用于滑移线上的正应力的大小和方向无关，引起滑移面切变的原子移动是依次发生的，因此在切削塑性金属时容易得到连续状切屑。低塑性金属(或因形变硬化使塑性变差的金属)的切应力与正应力的大小和方向有关，容易产生刚性滑移(或称机械滑移)，它与塑性金属发生的位错式滑移明显不同，由原子层组成的原子群在滑移面上相对于另一些材料层同时滑动，随着滑移的产生，滑移带的不完整性破坏增大，结果将导致宏观完整性破坏。因此，切削脆性金属时，容易因机械滑移而得到崩碎切屑。图5 车刀几何参数示意图切削塑性金属时，断屑是需要解决的主要矛盾。为有利于断屑，应尽可能增大切屑的基本变形和附加变形。如以较高切削速度切削碳钢或合金钢时，为得到螺旋卷屑、长紧卷屑或C形切屑，车刀应采用外斜式卷屑槽(见图5)，刀具合理几何参数范围：t=5-15，h=0.5-1.5mm，s=65-80；k值由背吃刀量则和进给量f决定，当 ap=0.4=20mm、f=0.15-1mm/r时，k=1.5-7mm。文献2、7等给出了这方面的一些参考数据，但文献中给出的切削用量、刀具几何参数(尤其是倒棱、卷屑槽等参数)以及附加断屑台(或断屑器)结构、尺寸等与切削用量相匹配的数据多是在特定试验条件下得出的，如工件材料性质或切削条件改变，刀具几何参数、断屑台(或断屑器)尺寸等也需通过试验重新确定。切削灰铸铁等脆性金属时，如何得到连续屑形也是一大难题。脆性金属的切削过程如图6所示。当刀具刚切入工件时，被切削金属层首先发生弹性变形(见图6a)；随即切屑在切削刃部开始产生裂口(见图6b) ；刃前裂口以每秒上千米的速度发生失稳扩展，使被切削金属层产生不同方向的裂纹(见图6c)；裂纹贯穿整个切削厚度，形成不规则的崩碎切屑(见图6d)。加工HT200材料时，刀具前角和切削速度对切屑长度的影响如图7所示。当切削速度v 2.5m/s，刀具前角0=30时，由于切削温度较高，切屑呈暗红色被“挤”出，虽然可得到硬度较高的连续形切屑(类似钢屑)，但在此切削条件下切削力太大，切削温度过高，不适用于实际生产。选取较大的刀具前角虽可减小切屑变形，但在较高切削速度下，因切屑与前刀面接触长度减小，使切屑长度也缩短。此外，前角过大可能引起“自动切入”现象。在实际加工中，刀具前角取值一般在=10-25之间为宜。图6 脆性金用切削过程示意图1:v=0.484m/s 2:v=1.545m/s 3:v=2.547m/s试件材料：HT200，ac=0.1414mm，aw=5.66mm图7 刀具前角和切削速度对切屑长度的影响图8 织构现象形成的切屑横截面形状4 切屑形成过程中的声响与织构现象在金属切削过程中，如将机床、电机等发出的其它噪声排除在外，在塑性金属切屑的形成过程中可听到“咯吱、咯吱”的声响；在脆性金属切屑的形成过程中则可听到“咯酥、咯酥”的声响。根据金属学原理可知，点阵过渡到新的位置几乎是瞬时完成的，因此发出的声响并不是单纯的平直音。金属切削过程中原子键被破坏而引起的原子位置改变如晶粒破碎(沿晶或穿晶)、晶格扭曲等会发出爆裂声，这就为确定切削过程是否正常提供了一个判别条件。金属材料切削变形时，不仅切屑和已加工表面中的晶粒被拉长或破碎，而且各晶粒的晶格位向也会沿变形方向同时发生转动，使金属材料组织出现织构现象，由此形成的切屑横截面形状如图8所示。已加工表面的织构现象对加工表面质量不利(表面鳞刺的产生即与其有关)。由于切屑变形越大，织构现象越严重，因此精加工时应采用可减小切屑变形的切削条件，如高速切削、选取较大刀具前角和较小切削厚度、提高刃磨质量、使用润滑性能好的切削液、通过热处理工艺降低工件材料塑性等。 切削加工:金属切削原理 编辑条目10.1896次1人1个字 号:大 中 小 我来说两句 (0) 研究金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律的一门学科。在设计机床和刀具?制订机器零件的切削工艺及其定额?合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时?都要利用金属切削原理的研究成果?使机器零件的加工达到经济?优质和高效率的目的。 简史 金属切削原理的研究始于19世纪中叶。1851年?法国人M.科克基拉最早测量了钻头切削铸铁等材料时的扭矩?列出了切除单位体积材料所需功的表格。1864年?法国人若塞耳首先研究了刀具几何参数对切削力的影响。1870年?俄国人.季梅首先解释了切屑的形成过程?提出了金属材料在刀具的前方不仅受挤压而且受剪切的观点。1896年?俄国人.布里克斯开始将塑性变形的概念引入金属切削。至此?切屑形成才有了较完整的解释。1904年?英国人J.F.尼科尔森制造了第一台三向测力仪?使切削力的研究水平跨前了一大步。1907年美国人泰勒?F.W.研究了切削速度对刀具寿命的影响?发表了著名的泰勒公式。1915年?俄国人.乌萨乔夫将热电偶插到靠近切削刃的小孔中测得了刀具表面的温度(常称人工热电偶法)?并用实验方法找出这一温度同切削条件间的关系。19241926年?英国人E.G.赫伯特?美国人H.肖尔和德国人K.科特文各自独立地利用刀具同工件间自然产生热电势的原理测出了平均温度(常称自然热电偶法)。19381940年美国人H.厄恩斯特和M.E.麦钱特利用高速摄影机通过显微镜拍摄了切屑形成过程?并且用摩擦力分析和解释了断续切屑和连续切屑的形成机理。40年代以来?各国学者系统地总结和发展了前人的研究成果?充分利用近代技术和先进的测试手段?取得了很多新成就?发表了大量的论文和专着。例如?美国人S.拉马林加姆和J.T.布莱克于1972年通过扫描电镜利用微型切削装置对切屑形成作了动态观察?得到用位错力学解释切屑形成的实验根据。 学科内容 主要内容包括金属切削中切屑的形成和变形?切削力和切削功?切削热和切削温度?刀具的磨损机理和刀具寿命?切削振动和加工表面质量等。 切屑形成机理 从力学的角度来看?根据简化了的模型?金属切屑的形成过程与用刀具把一叠卡片1?2?3?4?等推到 1?2?3?4?等位置(图1 切屑形成过程示意图 )的情形相似?卡片之间相互滑移即表示金属切削区域的剪切变形。经过这种变形以后?切屑从刀具前面上流过时又在刀?屑界面处产生进一步的摩擦变形。通常?切屑的厚度比切削厚度大?而切屑的长度比切削长度短?这种现象就叫切屑变形。金属被刀具前面所挤压而产生的剪切变形是金属切削过程的特征。由于工件材料?刀具和切削条件不同?切屑的变形程度也不同?因此可以得到各种类型的切屑(图2 切屑的类型 )。 积屑瘤 在用低?中速连续切削一般钢材或其它塑性材料时?切屑同刀具前面之间存在着摩擦?如果切屑上紧靠刀具前面的薄层在较高压强和温度的作用下?同切屑基体分离而粘结在刀具前面上?再经层层重叠粘结?在刀尖附近往往会堆积成一块经过剧烈变形的楔状切屑材料?叫做积屑瘤。积屑瘤的硬度较基体材料高一倍以上?实际上可代替刀刃切削。积屑瘤的底部较稳定?顶部同工件和切屑没有明显的分界线?容易破碎和脱落?一部分随切屑带走?一部分残留在加工表面上?从而使工件变得粗糙。所以在精加工时一定要设法避免或抑制积屑瘤的形成。积屑瘤的产生?成长和脱落是一个周期性的动态过程(据测定?它的脱落频率为30170次/秒)?它使刀具的实际前角和切削深度也随之发生变化?引起切削力波动?影响加工稳定性。在一般情况下?当切削速度很低或很高时?因没有产生积屑瘤的必要条件(较大的切屑与刀具前面间的摩擦力和一定的温度)?不产生积屑瘤。 切削力 切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力?这些力组成合力F ?在外圆车削时?一般将这个切削合力F 分解成三个互相垂直的分力(图3 切削合力和分力 )?切向力F 它在切削速度方向上垂直于刀具基面?常称主切削力?径向力F 在平行于基面的平面内?与进给方向垂直?又称推力?轴向力F 在平行于基面的平面内?与进给方向平行?又称进给力。一般情况下?F 最大?F 和F 较小?由于刀具的几何参数?刃磨质量和磨损情况的不同和切削条件的改变?F ?F 对F 的比值在很大的范围内变化。 切削过程中实际切削力的大小?可以利用测力仪测出。测力仪的种类很多?较常用的是电阻丝式和压晶体管式测力仪。测力仪经过标定以后就可测出切削过程中各个分力的大小。 车削时的切削功率主要为主切削力F 所消耗?可用下式计算 式中Fv 为主切削力(牛)?v为切削速度(米/分)。 切削热 切削金属时?由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面?后面摩擦所作的功都转变为热?这种热叫切削热。使用切削液时?刀具?工件和切屑上的切削热主要由切削液带走?不用切削液时?切削热主要由切屑?工件和刀具带走或传出?其中切屑带走的热量最大?传向刀具的热量虽小?但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况?所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。 切削温度 切削过程中切削区各处的温度是不同的?形成一个温度场(图4 刀具?切屑和工件的温度分布() )?这个温度场影响切屑变形?积屑瘤的大小?加工表面质量?加工精度和刀具的磨损等?还影响切削速度的提高。一般说来?切削区的金属经过剪切变形以后成为切屑?随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦?所以温度场中温度分布的最高点不是在正压力最大的刃口处?而是在前面上距刃口一段距离的地方。切削区的温度分布情况?须用人工热电偶法或红外测温法等测出。用自然热电偶法测出的温度仅是切削区的平均温度。 刀具磨损 刀具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的综合结果。刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带?缺口和崩刃等?前面上常出现的月牙洼状的磨损?副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等(图5 刀具的磨损形式 )当这些磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效?不能继续使用。刀具逐渐磨损的因素?通常有磨料磨损?粘着磨损?扩散磨损?氧化磨损?热裂磨损和塑性变形等。在不同的切削条件下?尤其是在不同切削速度的条件下?刀具受上述一种或几种磨损机理的作用。例如?在较低切削速度下?刀具一般都因磨料磨损或粘着磨损而破损?在较高速度下?容易产生扩散磨损?氧化磨损和塑性变形。 刀具寿命 刀具由开始切削达到刀具寿命判据以前所经过的切削时间叫做刀具寿命(曾称刀具耐用度)?刀具寿命判据一般采用刀具磨损量的某个预定值?也可以把某一现象的出现作为判据?如振动激化?加工表面粗糙度恶化?断屑不良和崩刃等。达到刀具寿命后?应将刀具重磨?转位或废弃。刀具在废弃前的各次刀具寿命之和称为刀具总寿命。泰勒提出的刀具寿命和切削速度之间相互制约的经验公式为 式中为刀具寿命(分)?为切削速度(米/分)?和为常数(与切削条件有关)。 生产中常根据加工条件按最低生产成本或最高生产率的原则?来确定刀具寿命和拟定工时定额。 切削加工性 指零件被切削加工成合格品的难易程度。它根据具体加工对象和要求?可用刀具寿命的长短?加工表面质量的好坏?金属切除率的高低?切削功率的大小和断屑的难易程度等作为判据。在生产和实验研究中?常以作为某种材料的切削加工性的指针?它的含义是?当刀具寿命为分钟时?切削该材料所允许的切削速度。越高?表示加工性越好?一般取60?30?20或10分钟。 加工表面质量 通常包括表面粗糙度?加工硬化?残余应力?表面裂纹和金相显微组织变化等。切削加工中影响加工表面质量的因素很多?例如刀具的刀尖圆弧半径?进给量和积屑瘤等是影响表面粗糙度的主要因素?刀具的刃口钝圆半径和磨损及切削条件是影响加工硬化和残余应力的主要因素。因此?生产中常通过改变刀具的几何形状和选择合理的切削条件来提高加工表面质量。 切削振动 切削过程中?刀具与工件之间经常会产生自由振动?强迫振动或自激振动(颤振)等类型的机械振动。自由振动是由机床零部件受到某些突然冲击所引起?它会逐渐衰减。强迫振动是由机床内部或外部持续的交变干扰力(如不平衡的机床运动件?断续切削等)所引起?它对切削产生的影响取决于干扰力的大小及其频率。自激振动是由于刀具与工件之间受到突然干扰力(如切削中遇到硬点)而引起初始振动?使刀具前角?后角和切削速度等发生变化?以及产生振型耦合等?并从稳态作用的能源中获得周期性作用的能源?促进并维持振动。通常?根据切削条件可能产生各种原生型自激振动?从而在加工表面上留下的振纹?又会产生更为常见的再生型自激振动。上述各种振动通常都会影响加刀表面质量?降低机床和刀具的寿命?降低生产率?并引起噪声?极为有害?必须设法消除或减轻。 切屑控制 指控制切屑的形状和长短。通过控制切屑的卷曲半径和排出方向?使切屑碰撞到工件或刀具上?而使切屑的卷曲半径被迫加大?促使切屑中的应力也逐渐增加?直至折断。切屑的卷曲半径可以通过改变切屑的厚度?在刀具前面上磨制卷屑槽或断屑台来控制?其排出方向则主要靠选择合理的主偏角和刃倾角来控制。现代人们已能用两位或三位数字编码的方式来表示各种切屑的形状?通常认为短弧形切屑是合理的断屑形状。 切削液 也称冷却润滑液?用于减少切削过程中的摩擦和降低切削温度?以提高刀具寿命?加工质量和生产效率。常用的切削液有切削油?乳化液和化学切削液3类。 金属切削原理在生产中的应用 在设计和使用机床和刀具时?需要应用切削原理中有关切削力?切削温度和刀具切削性能方面的数据。例如?在确定机床主轴的最大扭矩和刚性等基本参数时?要应用切削力的数据?在发展高切削性能的新材料时?需掌握刀具磨损和破损的规律?在切削加工中分析热变形对加工精度的影响时?要研究切削温度及其分布?在自动生产线和数字控制机床上?为了使机床能正常地稳定工作?甚至实现无人化操作?更要应用有关切屑形成及其控制方面的研究成果?并在加工中实现刀具磨损的自动补偿和刀具破损的自动报警。为此?各国研制了品种繁多的在线检测刀具磨损和破损的传感器?其中大多数是利用切削力或扭矩?切削温度?刀具磨损作为传感信号。此外?为了充分利用机床?提高加工经济性和发展计算器辅助制造(CAM)?常需要应用切削条件?刀具几何形状和刀具寿命等的优化数据。因此?金属切削原理这门学科在生产中的应用日益广泛?各国都通过切削试验或现场采集积累了大量的切削数据?并用数学模型来表述刀具寿命?切削力?功率和加工表面粗糙度等同切削条件之间的关系?然后存入计算器?建立金属切削数据库或编制成切削数据手册?供用户查用。 参考书目 华南工学院?甘肃工业大学主编?金属切削原理及刀具设计上册?第2版?上海科学技术出版社?上海?1981。 布思罗伊德着?山东工学院机制教研室译?金属切削加工的理论基础?山东科学技术出版社?济南?1980。(G. Boothroyd? Fundamentals of metal machining and machine tools?Scripta Book Co.?Washington.) 切削层公称横截面要素和切削方式NEWS.C-CNC.COM2007-11-14 来源： 阅读： 41次 一、切削层横截面要素切削层是指切削部分的一个单一动作所切除的工件材料层。它的形状和尺寸规定在刀具的基面中度量。在车削加工时，是指正在切削着的这一层金属。切削层的形状和尺寸，直接决定了车刀承受的载荷，以及切屑的形状和尺寸。 1 切削层公称横截面积 A D在给定的瞬间，切削层在切削平面里的实际横截面积。在图 1-19 中的 ABCE 所包围的面积。 2 切削层公称宽度 b D在切削层尺寸平面中测量的，在给定瞬间，作用于主切削刃截形上两个极点间的距离。它大致反映了主切削刃参加切削工作的长度。 3 切削层公称厚度 h D是在同一瞬间的切削层横截面积与其公称切削层宽度之比。 设刀具 s =0 0 、 o =0 0 ，则由图 1-20 可得：分析上述公式可知，切削层公称厚度与切削层公称宽度随主偏角的变化而变化， 当 r =90 0 时， h D=h Dmax=f 、 b D=b Dmin=a p 。切削层公称横截面积只由切削用量 f 、 a p 决定，不受主偏角变化的影响。但切削层横截面形状与主偏角、刀尖圆弧半径大小有关。如图 1-20 所示，两块面积相等的切削层横截面，由于刀尖圆弧半径和主偏角不同，引起公称切削厚度和公称切削宽度的很大变化，从而对切削过程产生较大的影响。 二、金属切除率 Z w 单位时间（ s ）切下的金属体积，称为金属切除率，用 Z w 表示，它是衡量切削效率高低的一种指标。 Z w 可用下式来计算： 如 Z w 的单位为 mm 3/s 、而 v c 的单位为 m/s ，如换算成 mm/s ，则 三、切削方式1 自由切削和非自由切削刀具在切削过程中，如果只有一条切削刃参加切削，这种切削称为自由切削。它的主要特征是刀刃上各点切屑流出方向大致相同，被切金属的变形基本发生在二维平面内。图 1-21 所示是自由切削的例子，特点是主切削刃长度大于工件被切削层的宽度，没有其它切削刃参加切削，且主切削刃各点切屑流出方向基本上都沿着切削刃的法向，所以属于自由切削。 反之，若刀具上的切削刃为曲线或折线，或有几条切削刃（包括主切削刃和副切削刃）同时参加切削，并同时完成整个切削过程，这种切削称为非自由切削。它的主要特征是各切削刃汇交处切下的金属互相影响和干涉，金属变形更为复杂，且发生在三维空间内。例如外圆车刀切削时除主切削刃外，还有副切削刃同时参加切削，所以它属于非自由切削方式。 2 直角切削和斜角切削直角切削是指刀具主切削刃的刃倾角 s =0 时的切削，此时主切削刃与切速度方向成直角，故又称为正交切削。图 1 -22a 所示为直角刨削简图，它是属于自由切削状态下的直角切削，其切屑流出方向沿切削刃的法向。 斜角切削是指刀具主切削刃刃倾角 s 0 的切削，此时，主切削刃与切削速度不成直角。如图 1-22b 所示为斜角刨削，切屑流出方向与直角切削不同，将偏离切削刃法向流出。由于多数刀具的刃倾角不为零，所以在实际切削加工多数属于斜角切削方式。但在理论讨论与实验研究中，则常用直角切削方式。 车刀几何参数的综合选择摘要：合理选择车刀几何参数，是顺利完成车削加工任务的关键。笔者结合多年的教学生产经验及相关理论资料，针对几类车刀选择，论述一下合理选择车刀的几何参数的方法。 关键词：车刀几何参数；综合选择；锋利；强度 车刀刃磨水平的高低直接关系到产品的生产效率、加工质量、设备能耗和产品成本，甚至关系到操作者的人身安全，也反映出操作者对加工主体的特性和切削用量的灵活应变能力。合理选择车刀的几何参数是决定刃磨质量的关键，其主要体现于对车刀角度和前面形状的合理选择。两者既相互依赖又相互制约，一把车刀不能只有一个角度，如果只有一个角度选择合理，它的切削效果也不一定理想，操作者必须根据工件材料、车刀材料、切削用量，以及工件、车刀、夹具和车床的刚性等各方面因素，全面分析，找出切削过程中的主要矛盾，合理选择车刀的角度和前面形状。笔者结合多年的教学生产经验及相关理论资料，针对几类车刀的选择和使用情况，论述一下合理选择车刀的几何参数的方法。 1切断刀几何参数的选择 在选择切断刀的几何参数时，应首先考虑保证切削刃足够锋利，在此前提下，再认真地维护其具有足够的强度，所以前角应该作为选择的主要参数，一般高速钢切断刀前角应取20。25。左右，硬质合金的钢件切断刀前角应取8o20。左右，硬质合金的铸铁件切断刀前角选取5。10。左右。在维护车刀强度的问题上，应根据不同的工件材料、切削用量等因素，考虑采取以下方法： 11刀杆部分细而长，所以只能取较小的05。15。的副偏角和1。3。的副后角，以增加刀杆的强度。 12车刀的切削部分深入工件，切削力和热大量集中在刀尖处，应各磨一个过渡刃，以保证刀尖。 13切断刀的切削刃一般较宽，且又深入工件里层，在正面切削力和侧面摩擦力作用下，容易引起振动而打坏刀具，所以主后角选取Z。5。左右。方面环境场中有用、无用的电磁波辐射能相互干扰日趋严重。另一方面，各种电磁辐射都将影响或污染电磁环境，给人们的生活和健康带来不利因素。在受污染或干扰的电磁环境中，轻则是电子设备不能正常工作，重则危及电子设备及人们的安全。例如，当调频收音机本机振荡辐射正好落人民用导航频段，且共辐射超过限额值时，就可能干扰飞机导航，一旦导航有误就有可能造成飞行事故。又如，生活中因电磁干扰造成的收音机噪声大，电视有“雪花”甚至不能正常收听收看也不足为奇。 电磁辐射与污染众所周知，电磁辐射中的X射线和7射线对人体的危害是较为严重的。它是一种电离辐射，能使空气中的气体分子游离，穿透力很强。无线电波波段中的无线电广播、电视、雷达、微波通讯、微波炉、微波理疗机以及工业设备用电磁辐射，属于非电离辐射，辐射的量子能较小，但在一定功率密度和照射时间的条件下，也会对人产生一定程度的危害。电磁辐射对人体的危害程度，主要决定于电磁辐射的频率，强度和照射时间。一般来说，电磁辐射能量越大，照射时间越长，对人体的影响也就越大。当人体长时间受到过量的电磁辐射后，会出现疲劳、头昏、记忆力衰退和视力下降等现象。 作为物理教师，应当使学生在学习物理知识的过程中，逐步懂得科学与环境生活息息相关的问题。如在指导学生进行有关遥控、遥测及业务无线电通讯等科技活动中，应当教育学生重视电磁环境的保护，遵守当地有关无线电管理部分的管理规定，避免干扰其他无线电波的活动。对家用电器中的电磁辐射，如彩电的X射线保护，微波炉的微波泄漏防护等常识，也应向学生进行适当的教育，以保护学生的视力、脑力等不受影响。最后顺便说一句，多吃新鲜蔬菜、水果，对预防和减轻电磁波伤害大有好处。 14切断直径较大的工件时，切断刀的切削刃最好磨成大圆弧形。 15切断工件时，因受刀具安装误差和进给误差等因素的影响，平头的切断刀往往容易受侧向切削力的作用而歪斜，此时可以做成具有120。顶角的切断刀使侧向切削力保持平衡来维护刀具稳定。 16被切断的材料较硬时，切断刀除了做成120。顶角外，还应在刀刃上磨出负倒楞，以增强刀刃的强度。 17被切断的材料特别硬或进行强力切断时，可将刀杆下面加宽呈鱼肚形，以增强刀杆强度。 2淬硬钢车刀几何参数的选择 在选择车削高硬度材料(如淬火钢)的车刀几何参数时，首角应取负值，再配合合适的其它角度，就能顺利地切削了。一般人们要问，前角是负值，这把车刀还算锋利吗?笔者认为，锋利和强度是刀具的一对矛盾，锋利不能被孤立看待。如果用前角为10。20。的车刀车削淬硬钢，车刀很快就会磨损变钝或崩刃，所以锋利只有在一定的强固条件下，才能发挥作用。但是强度高不是最终目的，强度高是为锋利服务的，其目的是为了更好地发挥锋利的作用。所以必须辩证地看待锋利与强度两者的关系。被切削材料不同，对刀具强度的要求就不同，衡量车刀锋利的标准也就相应不同。例如，切削铝件时，车刀前角磨成25。或30。仍能保持较好的强度，对切削铝件来说这种车刀是锋利的。在车削钢件时，假如也选择这样大的前角，就失去了切削所需要的强度，它的锋利就不能有效地发挥作用，此时前角必须取得小一些。车淬硬钢时，车刀前角应选用负值，为一7。一8。，这样车刀的锋利才能发挥有效作用。前角决定后，再按以下步骤选择合适的其它切削角度，来进一步增加刀具强度。 21刃倾角也取成一7。一8。 ，以增强刀尖强度。 22取较小的后角2。3。，以增大楔角。 3橡胶辊车刀几何参数的选择在车削橡胶辊时，由于切削力很小，同时工件材料的弹性好，切削变形大，所以选择车刀角度时，可较少考虑车刀的强度要求，而着重考虑车刀的锋利，以减少工件的切削变形，保证工件表面的加工质量。为此，首先应选择较大的前角，若采用硬质合金车刀，前角一般选用40。50。左右。此外，选择其它角度时，也应紧密配合，立足于增加车刀锋利，其措施如下： 31加大后角，为8。15。 ，使楔角减少，进一步增强车刀的锋利，以达到减少切削变形的目的。 32加大过渡刃和修光刃，使切削力和切削热不致过分集中，以减少车刀磨损和工件的热烧损，从而提高工件表面质量。 33前面做成大前角的平面型式，使切削得以顺利流出排除，避免缠绕在车刀或工件上。 4车刀安装位置和进给运动对车刀工作角度的影响 41刀具的安装位置对车刀工作角度的影响在安装车刀时，车刀刀尖应尽量对准工件旋转中心，车削外圆时，如果车刀装得太高，则前角增大，后角减小，增大车刀后面的摩擦，降低了刀尖的强度；相反如果车刀装得太低，则后角增大，前角变小，切削不够顺畅，有时甚至会抬起工件，打坏车刀。车削内孔时，车刀装得高或低，结果恰恰与车外圆时相反。车刀除了在车无孔端面时，必须对准中心外，一般情况下，尚可略高于中心。经验认为，车刀安装的高低误差，应小于工件直径的百分之一。此外，车刀装偏会影响主、副偏角的大小。 42进给运动对车刀工作角度的影响在横向进给时，车刀按一定的走刀量向前推进，这时车刀在端面上走过的轨迹不是一个圆圈，而是一条阿基米德螺旋线，车刀越接近中心和走刀量越大，螺旋线越倾斜，从而使车刀切削时的后角变小，前角变大，因此在刃磨时后角应磨得大一些。在纵向进给时，由于车刀在工件上走出的轨迹是一条螺旋线，这条螺旋线的切线与原切削平面不重合，而是相交一定角度，所以在切削时实际后角是减去这个交角的差值。在车外圆或内孔时，由于影响很小，可以忽略不计。在车削螺纹时，这个交角很大，所以在刃磨螺纹刀后角时，要加上这个螺旋角差值，以克服走刀运动的影响。 43工件形状对车刀几何参数的影响在加工凸轮类零件时，由于工件形状的变化，也能引起车刀前后角的变化，刃磨时应考虑这个角度的变化。以上这三个因素在选择刀具的几何参数时必须给予适当考虑。总之，在选择车刀的几何参数时，应根据工件材料和车刀材料的机械物理性能、切削用量以及工件、车刀、夹具和机床的刚度等等因素，找出切削过程中的主要问题，把车刀的锋利放在第一位，以锋利为前提，适当考虑车刀的强度。由于车刀的锋利主要取决于前角的大小，所以在选择时首先要抓住切削过程中的主要问题，合理确定前角值，然后选择其它几何角度加以配合。车刀几何角度的选择方法Bewise Inc. Reference source from the internet.车刀几何角度是指车刀切削部分各几何要素之间，或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空间位置。根据“一面二角”理论可知，车刀的独立标注角度有六个，它们分别是：确定车刀主切削刃位置的主偏角Kr和刃倾角s；确定车刀前刀面Ar与后刀面 Aa的前角ro和后角ao；确定副切削刃及副后刀面Aa的副偏角Kr和副后角ao。这些几何角度对车削过程影响很大，其中尤其以主偏角Kr、前角ro、后角ao和刃倾角s的影响更为突出，科学合理地选择车刀的几何角度，对车削工艺的顺利实施起着决定性作用。下面就从车刀几何角