第1章 金属切削的基本定义.ppt

机械制造技术基础绪论 机械制造是各种机械 机床 工具 仪器 仪表制造过程的总称 机械制造技术是研究这些机械产品的加工原理 工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术 它一般包含机械制造热加工技术 机械制造冷加工技术和机器装配技术 本书主要论述后两部分的内容 机械制造过程框图 绪论 机械制造业是国民经济的基础和支柱 是向其它各部门提供工具 仪器和各种机械设备的技术装备部 机械制造业发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平重要标志之一 绪论 我国机械工业的主要任务是为国民经济各个部门的发展提供所需的各类先进 高效 节能的新型机电装备 并努力提高质量 保证交货期 积极降低成本 将我国机械加工工业提高到新的水平机械制造技术发展趋势 精密 超精密加工技术 高能束及复合加工技术 高速 超高速加工技术和自动化加工技术等参考教材 金属工艺学 金工实习教学指导书 第一章金属切削基本定义 目录 1 1切削运动与切削用量 1 2刀具结构及几何参数 1 3旋转刀具的几何角度 1 4切削层参数与切削方式 1 1切削运动与切削用量 1 1 1切削加工的概念 通过机床提供的切削运动和动力 使刀具和工件产生相对运动 从而切除工件上多余的材料 以获得合格零件的加工过程 在现代机械制造中 除少量零件采用精密铸造 精密锻造 粉末冶金等到方法直接获得零件外 大部分零件都要经过切削加工才能获得所需要的加工精度和表面粗糙度 切削加工必须具备的基本条件 1 刀具和工件间要有形成零件结构要素所需的相对运动 2 刀具材料的性能能够满足切削加工的需要 3 刀具必须具有一定的空间几何结构 1 1 2零件表面的形成 1 工件表面的形状 1 轨迹法 2 成形法 切削刃与被加工表面为点接触 接触点按一定规律的轨迹运动形成发生线 一般为母线 采用轨迹法形成发生线需要一个独立的成形运动 切削刃为一条切削线 与要形成的发生线完全一致 不需要专门的成形运动 2 工件表面的形成方法及所需运动 3 相切法 4 展成法 采用旋转刀具加工时 在垂直于刀具轴线的端面内 切削刃可以看成一个切削点 切削时刀具除了绕自身轴线的旋转外 它的轴线还需要按一定的规律作轨迹运动 此时切削点运动轨迹的下包络线就形成了发生线 用相切法形成发生线需要两个独立的成形运动 刀具切削刃的形状为一条切削线 它与需要形成的发生线不吻合 切削时 刀具切削线与发生线相切触 切削线包络出发生线 需要一个复合运动 1 1 3切削运动 1 主运动 定义 由机床提供的刀具与工件间主要的相对运动 使刀具切削刃切入工件材料的运动 主要特征 速度最高 消耗功率大 通常只有一个 形式 直线或旋转 主运动方向 不考虑进给运动的条件下 切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向 1 1 3切削运动 2 进给运动 定义 使主运动能够连续进行 切除工件上多余材料 形成满足一定要求的已加工表面的运动 或者定义为保证切削加工过程得以持续进行所需的运动 主要特征 速度低 消耗功率小 可以有多个 形式 直线或旋转 或他们的组合 进给运动方向 不考虑主运动的条件下 切削刃上选定点相对于工件的瞬时运动方向 主运动和进给运动的关系 连续或间歇 1 1 4工件加工表面 1 待加工表面 2 已加工表面 3 过渡表面 工件上即将切除的表面 工件上已经切除而形成的新表面 工件上正在切削的表面 介于已加工表面和待加工表面之间 1 1 5切削用量 1 切削速度 定义 刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的速度 计算方法 由于切削刃上各点的切削速度可能是不同 主运动为旋转运动时常用最大切削速度代表刀具的切削速度 2 进给量 定义 在主运动的一个工作循环内 刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移 单位是mm r 用于车削 镗削等 或mm d str 毫米 双行程 doublestroke 用于刨削 磨削等 进给量表示进给运动的速度 计算方法 进给运动速度还可以用进给速度 单位mm s 或每齿进给量 用于铣刀 铰刀等多刃刀具 单位是mm 齿 表示 3 背吃刀量 定义 工件上已加工表面与待加工表面间的垂直距离 单位为mm 计算方法 对于外圆车削 1 2刀具结构及几何参数 1 2 1刀具结构 1 2 1刀具结构 1 夹持部分 刀柄 2 切削部分 刀头 切削部分组成要素包括 1 前刀面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面 切屑流出的表面 2 主后刀面 刀具上与过渡表面相对并相互作用的表面 3 副后刀面 刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面 4 主切削刃 前刀面与主后刀面的交线 它完成主要的切削工作 5 副切削刃 前刀面与副后刀面的交线 最终形成已加工表面 6 刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃 它可以是小的直线段 折线段 或圆弧 刀尖形状 1 2 2刀具静止参考系 基本概念 用于定义刀具设计 制造 刃磨和测量时刀具几何参数的参考系 条件特征 只考虑主运动即切削速度影响 不考虑进给运动的影响 并且假定刀具主刃选定点和刀尖与工件中心等高 刀杆中心线垂直于进给方向 正交平面参考系 基面Pr 过主切削刃上选定点并垂直于该点合成切削速度方向的平面 车刀基面是车刀的安装面 切削平面Ps 过主切削刃上选定点并与工件的过渡表面相切同时垂直于基面的平面 此时的Ps包含了刀刃在其选定点的切线和切削速度 正交平面Po 过主切削刃上选定点并垂直于主切削刃在基面上投影的平面 或过主切削刃上选定点并垂直于切削平面和基面的平面 正交平面参考系 刀具的标注角度是指刀具上的切削刃 刀面与参考系中各参考平面间的夹角 用以确定切削刃 刀面的空间位置 1 在正交平面上测量的几何角度 2 在基面上测量的几何角度 3 在副正交平面测量的几何角度 1 2 3刀具标注角度 1 2 3刀具标注角度 4 在切削平面上测量的几何角度 1 2 3刀具标注角度 5 派生角度 外圆车刀在正交平面参考系的角度 1 3旋转刀具的几何角度 切削刃上各点的切削速度向量 都垂直于过该点并包含刀具旋转轴线的平面 因此切削刃上选定点的基面就是过该点并包含刀具旋转轴线的平面 旋转刀具主要包括铣刀 孔加工刀具两大类 本节主要介绍标准麻花钻的结构及几何角度 旋转刀具结构具有如下特点 标准麻花钻的结构及几何角度 1 标准麻花钻的结构标准高速钢麻花钻由工作部分 颈部及柄部三部分组成 1 工作部分 分切削部分和导向部分 切削部分由两个前刀面 两个主后刀面 两个副后刀面 两个主刃 两个副刃和一个横刃组成 导向部分由两条螺旋槽和两条棱边组成 2 柄部 夹持部分 有直柄和锥柄 3 颈部 用作磨柄部时砂轮的退刀槽和打标记 麻花钻的结构和切削部分 标准麻花钻的结构及几何角度 2 麻花钻的静止参考系 基面 主切削刃上选定点的基面就是过该点并与该点切削速度方向垂直且包含钻头轴线的平面 切削平面 过主切削刃上选定点作主切削刃的切线与该点切削速度向量组成的平面 正交平面 过选定点同时垂直于切削平面和基面的平面 钻头切削刃上各点的切削速度和基面 标准麻花钻的结构及几何角度 与外圆车刀相比 麻花钻的切削平面 基面 正交平面的定义相同 但是位置不同 外圆车刀上各点的基面相互平行 麻花钻的主切削刃的的各点的切削速度方向不同 切削平面不同 基面不同 正交平面也不同 标准麻花钻的结构及几何角度 3 麻花钻的几何角度 a 螺旋角 钻头棱边与螺旋槽的交线上任意一点的切线与钻头轴线之间的夹角 主切削刃上任一点m的螺旋角 5 1 5 2 b 顶角 两主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角 标准麻花钻 标准麻花钻的结构及几何角度标准 麻花钻螺旋角越大 切削刃越锋利 但螺旋角过大 会使钻头强度降低 一般标准麻花钻螺旋角为18 30 麻花钻顶角越大 钻尖强度好 但钻削时轴向力越大 一般加工钢材和铸铁的钻头顶角为116 118 c 前角 麻花钻主切削刃各点前角是不同的 近外圆处前角最大 愈靠近中心前角愈小 一般钻头在外圆处前角为30 左右 而靠近横刃处则为 30 左右 在横刃处前角则更小 为 50 60 d 后角 钻头主切削刃上各点后角磨得不等 愈近中心后角磨得愈大 标准麻花钻外圆处后角为8 14 近钻心处后角为20 25 1 4切削层参数与切削方式 切削层 在各种切削加工中 刀具相对工件沿进给运动方向每移动一个进给量或移动一个每齿进给量 一个刀齿正在切削的金属层称为切削层 以车外圆为例 切削层就是工件每转一转 切削刃所切下的一层材料 切削层的形状和尺寸直接决定了刀具切削部分所承受的载荷大小及切屑的形状和尺寸 所以必须研究切削层界面的形状和参数 为简化计算工作 切削层的几何参数一般在垂直于切削速度的平面内观察和度量的 1 4 1切削层参数 外圆纵车时切削层的参数 1 4 1切削层参数 1 切削层公称宽度bD简称切削层宽度 它是沿主切削刃上所度量的切削层尺寸 单位为mm 当主切削刃为直线且刀尖圆弧半径很小时 由图可见 2 切削层公称厚度hD简称切削层厚度 它是相邻两过渡表面间的垂直距离 单位为mm 当主切削刃为直线时 由图可见 1 4 1切削层参数 3 切削层公称横截面积AD简称切削层面积 当主切削刃为直线且刀尖圆弧半径很小时 结论影响切削宽度的因素有背吃刀量和主偏角 影响切削厚度的因素有进给量和主偏角 当进给量和背吃刀量一定时 主偏角越大 切削厚度越大 但切削宽度越小 1 4 2切削方式 1 自由切削和非自由切削自由切削 只有一个切削刃参加切削的情况称为自由切削 宽刃刨刀刨削工件的情况就属于自由切削 非自由切削 由非直线切削刃或多条直线切削刃同时参加切削的情况称为非自由切削 车外圆 铣键槽等属于非自由切削 特点 自由切削时 切削刃上各点的切屑流向大致相同 切屑变形简单 非自由切削时 切削刃上各点切屑流向互相干扰 切屑变形复杂 1 4 2切削方式 a 直角切削 b 斜角切削图1 12宽刃刨刀刨削工件 1 4 2切削方式 2 直角切削和斜角切削直角切削 是指主切削刃与切削速度方向垂直的切削 这时主切削刃包含在基面内 刃倾角0 切屑流向与切削刃的法线方向相同 斜角切削 是指主切削刃与切削速度方向不垂直的切削 这时主切削刃不包含在基面内 刃倾角0 切屑流向偏离切削刃的法线方向 生产中的切削方式大都属于斜角切削 因为各种切削性质的刀具 绝大部分是采用刃倾角 如有刃倾角的外圆车刀 刨刀 镗刀 带螺旋角的圆柱平面铣刀 麻花钻 有螺旋槽的丝锥和铰刀等均属于这种形式 本章小结 1 任何一种切削加工都必须满足一定的条件 即 刀具和工件间要有形成零件结构要素所需的相对运动 刀具必须具有一定的空间几何结构 刀具材料的性能能够满足切削加工的需要 2 在切削加工中的运动包括切削运动和辅助运动两类 切削运动包括主运动和进给运动 主运动和进给运动可分别用切削速度 进给量 背吃刀量 称为切削用量三要素 来定量描述 本章小结 3 车刀是结构最简单 车刀由刀杆和切削部分组成 车刀的主要几何要素可归纳为 一尖 两刃 三面 六角 一尖 指刀尖 两刃 指主 副切削刃 三面 指前面和主 副后面 六角 指前角 后角 主偏角 副偏角 刃倾角 副后角 要准确掌握这些几何要素的概念 并能够熟练地标注 4 描述和标注刀具切削部分各级和要素在空间上位置的参考坐标系有两类 即静态参考系 或称标注参考系 和动态参考系 或称为工作参考系 两者的区别在于前者是在一定的假设条件下建立的 而后者是根据生产中的实际状况建立的 本章小结 5 进给运动将导致纵向车