刀具第一讲.ppt

江苏省盐城技师学院 教案首页 编号 YJQD 0507 07版本 B O流水号 编制 审核 批准 授课日期 班级 课题 3 2切削力 教学目的 要求 使学生了解切削力的来源 熟悉影响切削力的因素 教学重点 难点 影响切削力的因素 教学参考及教具 含电教设备 授课执行情况及分析 板书设计或授课提纲 3 2切削力 一切削力的来源 合力及其分力 二各分力的作用 三切削力的实验公式 四影响切削力的因素 1切削用量的影响 2工件材料的影响 3刀具几何参数的影响 4其他因素 复习提问 1 切削时三个变形区变形特点 剪切滑移 摩擦挤压 摩擦挤压 2 三个变形区的物理现象是什么 切削收缩 积屑瘤 加工硬化 3 抑制积屑瘤的主要措施有哪些 采用低速或高速切削 由于切削速度是通过切削温度影响积屑瘤的 以切削45钢为例 在低速vc 3m min和较高速度vc 60m min范围内 摩擦系数都较小 故不易形成积屑瘤 采用高润滑性的切削液 使摩擦和粘结减少 增大刀具前角 适当减少进给量 适当提高工件材料的硬度 提高刀具的刃磨质量 合理调节各切削参数间关系 以防止形成中温区域 4 减轻硬化程度的措施有哪些 增大刀具前角 或增大后角 减小刃口圆弧半径 限制后刀面磨损 采用合适的切削液等 导入新课 在金属切削过程中 始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾 从而产生一系列物理现象 如切削变形 切削力 切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命 卷屑与断屑等 其中切削力是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力 它是影响工艺系统强度 刚性和加工工件质量的重要因素 也是设计机床 刀具 夹具和计算切削动力消耗的主要依据 在自动化生产和精密加工中 也常利用切削力来检测和监控刀具磨损 加工表面质量 讲授新课 3 2切削力 切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力 切削力的大小及变化规律 直接影响刀具 机床 夹具的设计与使用 一切削力的来源 合力及其分力切削时作用在刀具上的力 由下列两个方面组成 第一 变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力 第二 切屑 工件与刀具间的摩擦力 为了便于分析切削力的作用和测量 计算切削力的大小 通常将合力Fr在按主运动速度方向 切深方向和进给方向建立的空间直角坐标轴z y x上分解成三个分力 它们是 主切削力Fz主运动切削速度方向的分力 切深抗力Fy切深方向的分力 进给抗力Fx进给方向的分力 在铣削平面时 上述分力亦称为 Fz 切向力 Fy 径向力 Fx 轴向力 合力与各分力间的关系为 其中 Fy Fx ycoskr Fx Fx ysinkr式中Fxy 合力在Fr基面上的分力 图合力及其分力 a 直角自由切削 b c 非自由切削 二各分力的作用主切削力Fz是最大的一个分力 它消耗了切削总功率的95 左右 是设计与使用刀具的主要依据 并用于验算机床 夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率 切深抗力Fy不消耗功率 但在机床 工件 夹具 刀具所组成的工艺系统刚性不足时 是造成振动的主要因素 进给抗力Fx消耗了总功率5 左右 它是验算机床进给系统主要零 部件强度和刚性的依据 三切削力的实验公式 1指数公式 2单位切削力公式 四影响切削力的因素 主要有四个方面 切削用量 工件材料 刀具几何参数及其它方面的因素 1 切削用量的影响 背吃刀量和进给量背吃刀量aP和进给量f增大 分别使切削宽度bD 切削厚度hD增大 因而切削层面积AD增大 故变形抗力和摩擦力增加 而引起切削力增大 当f不变 ap增大一倍时 bD AD也都增大一倍 使变形和摩擦成倍增加 故主切削力Fz也成倍增大 当aP不变 f增大一倍时 AD增大一倍 虽然hD也成倍增大 但由于切屑变形小 故使主切削力Fz增大不到一倍 约增大70 80 上述ap和f对Fz的影响规律对于指导生产实际具有重要作用 例如 需切除一定量的金属层 为了提高生产效率 采用大进给切削比大切深切削较省力又省功率 或者说 在同样切削力和切削功率条件下 允许采用更大的进给量切削 能达到切除更多的金属层的目的 切削速度 加工塑性金属时 切削速度vc对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样 它们都是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的 以车削45钢为例 在低速到中速范围内 5 20m min 随着速度vc的提高 切削变形减小 故主切削力Fz逐渐减小 中速时 20m min 变形值最小 Fz减至最小值 超过中速 随着速度vc的提高 切削变形增大 故Fz逐渐增大 在更高速度范围内 vc 35m min 切削变形随着切削速度增加而减小 故切削力Fz逐渐减小而后达到稳定 切削脆性金属 因为变形和摩擦均较小 故切削速度vc改变时切削力变化不大 由表可知 在硬质合金刀具常用的切削速度范围内 采用高的速度切削 不仅能提高生产效率 而又使切削力Fz有所下降 但也会使功率消耗增多 例如通过计算表明 在相同条件下 切削速度vc增加50 使切削力Fz减小4 但功率消耗增多 可达40 以上 2 工件材料的影响工件材料是通过材料的剪切屈服强度 S 塑性变形 切屑与刀具间摩擦系数 等条件影响切削力的 工件材料的硬度或强度越高 材料的剪切屈服强度 S越高 切削力越大 材料的制造热处理状态不同 得到的硬度也不同 切削力随着硬度提高而增大 工件材料的塑性或韧性越高 切屑越不易折断 使切屑与前刀面间摩擦增加 故切削力增大 例如不锈钢1Cr18Ni9Ti的硬度接近45号钢 HB229 但延伸率是45号钢的4倍 所以同样条件下产生的切削力较45号钢增大25 在切削铸铁时 由于塑性变形小 崩碎切屑与前刀面摩擦小 故切削力小 例如灰铸铁 HT20 40 与热轧45号钢 两者硬度接近 但前者切削力小40 刀具几何角度的影响 前角前角 o增大 切削变形减小 切削力减小 但增大前角 o 使三个分力Fz Fy 和Fx减小的程度不同 例由实验可知 用主偏角kr 75 外圆车刀切削45号钢和灰铸铁HT20 40时 o每增加1 使Fz降低1 Fy约降低1 5 2 Fx约降低4 5 如果主偏角kr 45 时 则前角 增大后 由于前刀面上正压力Fn作用方向改变 使合力Fr减小的同时 作用角 变小 Fr在基面上分力Fxy减小 分力Fy Fx也随之减小 Fy与Fx减小的幅度是由主偏角kr大小决定 当kr 45 时 Fx降低幅度较大 当kr 45 时 Fy降低幅度较大 主偏角主偏角kr改变使切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变 因而使切削力也随之变化 如图示 当主偏角kr增大时 切削厚度hD增加 切削变形减小 故主切削力Fz减小 但kr增大后 圆弧刀尖在切削刃上占的切削工作比例增大 使切屑变形和排屑时切屑相互挤压加剧 此外 副前角 0 又随主偏角kr增大而减小 上述影响又使主切削力Fz增大 由实验曲线表明 主偏角kr在30 60 范围内增大 由切削厚度hD的影响起主要作用 促使主切削力Fz减小 主偏角约在60 90 范围内增大 刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出 故主切削力Fz增大 一般情况主偏角kr 60 75 故主切削力Fz增大 主偏角变化对切削力Fy和Fx的影响 是由于切削分力Fxy的作用方向改变而造成的 kr增大 使Fy减小 Fx增大 当kr 90 或93 时 不仅Fy甚小 后者改变了Fy对工件的作用方向 使工件受到径向拉力的作用 从而减小了工件的变形和振动 由此可见 车削轴类零件 尤其是细长轴 为了减小切深抗力Fy的作用 往往采用较大主偏角 kr 60 的车刀切削 对于切断或切槽刀来说 由于切屑在槽中挤压 摩擦以及后刀面上摩擦的影响 主切削力Fz较外圆车削增大20 30 进给抗力Fx很大 约为 0 4 0 55 Fz 4 其它因素的影响 1 刃倾角 s由实验可知 刃倾角 s对主切削力Fz影响很小 但对切深抗力Fy 进给抗力Fx影响较显著 刃倾角 s的绝对值增大时 使主切削刃参加工作长度增加 摩擦加剧 但在法剖面中刃口圆弧半径r 减小 刀刃锋利 切削变形减小 上述作用的结果是使Fz变化很小 刃倾角 s对Fy Fx的作用如图示 当刃倾角 s由正值向负值变化时 使正压力Fn倾斜了刃倾角 s 从而改变了合力Fr及其分力Fxy的作用方向 Fxy的切深分力Fy增大 进给分力Fx减小 通常刃倾角 s每增减1 使切深分力Fy增减2 3 2刀具的棱面 如图所示 刀具的棱面参数有第一前刀面上宽度br1和前角 01 棱面提高了刀具强度 但也增大了挤压和摩擦作用 如图所示 由于棱面上正压力和摩擦力的影响 使合力Fr的大小和方 向变化 因此剪切角 减小和摩擦增大 切削变形增大 所以 为了减小Fy的作用 应选用较小宽度br1 并使br1 f的比值小于0 5较适宜 刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径r 越大 圆弧刀刃参加工作比例越多 切削变形和摩擦越大 切削力越大 此外 由于圆弧刀刃上主偏角是变化的 使参加工作刀刃上主偏角的平均值减小 因此使Fy增大 所以当刀尖圆弧r 由0 25mm增大到1mm时 Fy力可增大20 左右 并较易引起振动 3刀具磨损 在切削过程中刀具会产生磨损 如果在刀具后刀面上磨损量 用高度VB表