数控机床刀具及其应用复习题.docx

数控机床刀具及其应用复习题（概念类）2011-06-02 21:58:52|分类： 默认分类 |标签： |字号大中小订阅 第一章 数控机床概述一、数控机床的特点：1、可以提高零件的加工精度，稳定产品质量；2、可以完成普通机床难以完成的复杂曲面零件加工；3、可提高生产率，一般23倍，复杂零件加工可提高十几倍到几十倍；4、可实现一机多用；5、有利于实现生产过程柔性自动化。第二章 数控加工的切削基础积屑瘤的成因：当金属切削层从终滑移面流出时，受到刀具前刀面的挤压和摩擦，切屑与刀具前刀面接触面温度升高，挤压力和温度达到一定的程度时，就产生粘结现象，也就是常说的“冷焊”。切屑流过与刀具粘附的底层时，产生内摩擦，这时底层上面金属出现加工硬化，并与底层粘附在一起，逐渐长大，成为积屑瘤。积屑瘤的产生与不但与材料的加工硬化有关，而且也与刀刃前区的温度和压力有关。例题：车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，求v、f、ap。解：v =dn/1000 = 624/1000 = 0.779 m/sf = vf /n = 2/4 = 0.5 mm/rap = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm刀具的组成：三面：前刀面A、后刀面A、副后刀面A 两刃：主切削刃S、副切削刃S 一尖：过渡刃某工厂车工师傅在粗加工一件零件时，他采用了在刀具上产生积屑瘤的加工方法，而在精加工时，他又努力避免积屑瘤的产生，请问这是为什么？在防止积屑瘤方面，你认为能用哪些方法。答：1、积屑瘤能增大刀具实际前角，使切削更容易所以在粗加工时采用了利用积屑瘤的加工方法2、积屑瘤很不稳定，它会周期性地脱落，这就造成了刀具实际切削厚度在变化，影响零件的加工尺寸精度。3、积屑瘤的剥落和形状的不规则又使零件加工表面变得非常粗糙，影响零件表面光洁度。所以在精加工阶段，这位师傅又努力避免积屑瘤的发生。避免积屑瘤的发生的措施？、首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。、调整刀具角度，增大前角，从而减小切屑对刀具前刀面的压力。、调低切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面温度降低，避免粘结现象的发生。或采用较高的切削速度，增加切削温度，因为温度高到一定程度，积屑瘤也不会发生。4、更换切削液，采用润滑性能更好的切削液，减少切削摩擦。2.1.3 影响切削变形的因素1随着工件材料强度的增大，切屑的变形如何变化？答：随着工件材料强度的增大，切屑的变形越来越小。2当刀具前角O增大时，金属切屑的变形趋势？刀尖圆弧半径越大，表面的切削变形是增大还是减小？答：当刀具前角O增大时，沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流出，金属切屑的变形也会变小。刀尖圆弧半径越大，表明刀尖越钝，对加工表面挤压也越大，表面的切削变形也越大。3随切削速度变化的材料变形系数曲线是一直递减的吗？为什么？答：随切削速度变化的材料变形系数曲线并不是一直递减，而是在某一段有一个波峰，这实际是积屑瘤产生的影响。所以切削速度对材料变形的影响分为两个段，一个是积屑瘤这一段，另一个是无积屑瘤段。4在无积屑瘤段，进给量f越大，材料的变形系数如何变化？答：在无积屑瘤段，进给量f越大，材料的变形系数越小。切削功率：Pc Fc c10-3KW -式中， Fc切削力（N）， c切削速度（m/min）三个方向的分力Ff 进给力、FP 背向力、Fc 切削力中，哪个方向分力不做功？为什么？答：背向力FP在力的方向无位移，不做功，因此切削功率为进给力Ff与切削力Fc所做的功。2.2.1 切削力影响切削力的因素问题？1、一般材料的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，塑性变形越大，加工此材料所需的切削力也越大还是越小？答：一般材料的强度愈高，硬度越大，加工硬化性越强，塑性变形越大，加工此材料所需的切削力也越大。2、在生产中，如机床消耗功率相等，为提高生产效率，一般采用提高背吃刀量而不是进给量的措施，对吗？为什么？答：因为切削面积AD ap f ，所以背吃刀量ap与进给量f 的增大都将增大切削面积。切削面积的增大将使变形力和摩擦力增大，切削力也将增大，但两者对切削力影响不同。由于进给量f 的增大会减小切削层的变形，所以背吃刀量ap对切削力的影响比进给量f大。在生产中，如机床消耗功率相等，为提高生产效率，一般采用提高进给量而不是背吃刀量的措施。3、切削速度如何影响切削力的影响？答：积屑瘤产生阶段，由于刀具实际前角增大，切削力减小。在积屑瘤消失阶段，切削力逐渐增大，积屑瘤消失时，切削力Fc达到最大，以后又开始减小。4、切削力随着前角的增大如何变化？为什么？答：切削力随着前角的增大而减小。因为前角的增大，切削变形与摩擦力减小，切削力相应减小。5、刀具主偏角r ：背向力Fp随主偏角r的增大如何变化？进给力Ff随主偏角r的增大如何变化？答:1.背向力Fp随主偏角r的增大而减小。2. 进给力Ff随主偏角r的增大而增大。6、刀尖圆弧半径增大，切削力如何变化？答：刀尖圆弧半径增大，切削变形增大，切削力也增大。相当于r减小对切削力影响。7、同样的切削条件，陶瓷刀切削力、硬质合金、高速钢刀具切削力中哪个力？哪个力小？答：同样的切削条件，陶瓷刀切削力最小，硬质合金次之，高速钢刀具切削力最大。2.2.2 切削热与切削温度1、切削速度c 、进给量f 、背吃刀量ap哪一个对温度的影响最显著？说明原因？答：切削速度c对温度的影响最显著，因为指数最大，切削速度增加一倍，温度约增加32；其次是进给量f ，进给量增加一倍，温度约升高18，背吃刀量ap影响最小，约7。原因：主要的原因是速度增加，使摩擦热增多； f增加，切削变形减小，切屑带走的热量也增多，所以热量增加不多；背吃刀量ap的增加，使切削宽度增加，显著增加热量的散热面积。2、前角o对切削温度的影响？答：前角o增大，切削温度降低。因前角增大时，单位切削力下降，切削热减少。3、主偏角r对切削温度的影响？答：主偏角r减小，切削宽度bD增大，切削厚度减小，因此切削温度也下降。4、材料的强度与硬度增大时，切削温度升高还是降低？答：材料的强度与硬度增大时，单位切削力增大，因此切削热增多，切削温度升高。5、从导热性能方面来看，水基切削液优于乳化液，油类切削液优于乳化液。对吗？为什么？答：对。切削液的导热性越好，温度越低，则切削温度也越低。2.2.3 刀具磨损与耐用度1.刀具的磨损原因：1、硬质点磨损 2、粘结磨损 3、扩散磨损 4、氧化磨损 5、相变磨损2.在低温区，一般以哪些磨损为主？在高温区又以哪些磨损等为主？答：在低温区，一般以硬质点磨损为主；在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等为主。3.刀具耐用度：从刀具刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀。具磨钝标准所用的总切削时间被称为刀具耐用度，单位为分钟。4.影响刀具耐用度的主要因素：、切削用量：速度与耐用度的对数成反比关系、刀具几何参数：增大前角o，切削力减小，切削温度降低，刀具耐用度提高。不过前角太大，刀具强度变低，散热变差，刀具寿命反而下降。减小主偏角r与增大刀尖圆弧半径r，能增加刀具强度，降低切削温度，从而提高刀具耐用度。、工件材料：工件材料的硬度、强度和韧性越高，刀具在切削过程中的产生的温度也越高，刀具耐用度也越低。、刀具材料：刀具材料红硬性越高，则刀具耐用度就越高。5. 刀具耐用度的选择原则1复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、低精度的、单刃的刀具高。2对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为使切削刃始终处于锋利状态，刀具耐用度可选得低些。3对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多刀加工时，刀具耐用度应选得高些以减少换刀次数，保证整机和整线的可靠工作。4精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得高些。大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度应选得高些。第三章 已加工表面质量1. 表面粗糙度产生原因：（1）几何因素产生的粗糙度主要决定于残留面积的高度。（2）切削过程不稳定因素产生的粗糙度包括积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨。损、刀刃与工件相对位置变动。2.影响表面粗糙度的因素：（1）刀具方面：较小的主偏角kr和副偏角kr 、较大的刀尖圆弧半径r，以得到较小的表面粗糙度。适当的增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低工件加工表面的粗糙度。根据工件材料、加工要求，合理选择刀具材料，有利于减小表面粗糙度。刀具与工件材料间亲和力、摩擦系数、粘结等。刀具磨、破损影响。（2）工件方面：对工件材料进行适当的热处理，以细化晶粒，均匀晶粒组织，可减小表面粗糙度。低碳钢、低合金钢预调质处理，提高硬度，降低塑性。铸铁的切屑是崩碎，粗糙度比钢大，减小石墨颗粒尺寸。（3）切削条件方面：加工塑性材料时，采用较高的切削速度可防止积屑瘤的产生，减小表面粗糙度。选择较小的进给量f，减少表面粗糙度。选择合适的切削液，减小工件材料的变形和摩擦，降低切削区温度，抑制鳞刺和积屑瘤的产生，减小表面粗糙度。3. 加工硬化经过切削加工，会使工件表层的硬度提高的现象称为加工硬化变形程度越高，硬化程度和深度也越高。工件耐磨性越好，脆性越高。加工硬化产生的原因：（1）塑性变形影响。切削过程中，经过几次变形，金属晶格发生扭曲，金属晶粒拉长、破碎，阻碍金属进一步变形，使金属强化，硬度显著提高。（2）切削温度影响。切削温度低于相变点，使金属弱化，硬度降低；切削温度高于相变点，引起相变.（3）已加工表面的硬度是强化、弱化和相变的综合结果。塑性变形主导作用，表面强化；切削温度起主导作用，视相变情况。4.残余应力没有外力作用下，体内自相平衡存留的应力。分类：残余拉应力（+）产生裂纹，疲劳强度；残余压应力（-），疲劳强度原因：热塑性变形，弹性恢复，相变多种因素综合作用的结果表面层残余应力：1）冷态塑变：工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。2）热态塑变：表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力。3）金相组织变化：比容大的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。（密度小，比容大）。5.残余应力产生的原因(1) 机械应力引起的塑性变形（冷态塑变），一般产生残余压应力。(2) 热应力引起的塑性变形（热塑性），一般产生残余拉应力。(3) 表层金属的相变引起的体积变化，表层温度大于相变温度，发生相变。金相体积不同，产生残余应力6. 影响残余应力的因素1. 刀具方面：前角由正值逐渐变为负值，表面残余拉应力逐渐减少，参与应力层深度增大；采用绝对值较大的负前角，可得到已加工表面残余压应力。后刀面磨损，切削温度，已加工表面残余拉应力，硬化层深度2. 工件方面：切削铸铁等脆性材料，加工表面产生残余压应力（后刀面挤压摩擦主导，表面产生拉伸变形），工件材料塑性，残余拉应力。3. 切削条件：切削速度，切削温度主导，表面产生残余拉应力，残余应力层深度（切削力，变形区） 切削温度超过相变温度，参与应力大小与方向取决于表层金相组织变化f, 塑性变形，残余拉应力，硬化深度 ； ap影响较小第四章 数控刀具切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入“三高一专（高效率、高精度、高可靠性和专用化）”的数控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃。根据国际标准ISO分类的硬质合金牌号P、M、K ，分别相当于我国国家标准的哪一类硬质合金？答：P类与我国的钨钛钴类硬质合金相当，M类与我国的钨钛钽（铌）类硬质合金相当，K类与我国的钨钴类硬质合金相当。第五章 平面与成形面加工刀具铣刀的种类很多，常用的有圆柱铣刀、端铣刀、键槽铣刀、立铣刀、模具铣刀、半圆键槽铣刀、三面刃铣刀、角度铣刀、锯片铣刀等。顺铣与逆铣的特点：逆铣有如下特点：切削厚度由薄变厚，即从hd=0到hDmax。切人时，由于刃口钝圆半径太于瞬时切削厚度，刀齿与工件表面进行挤压和摩擦，刀齿较易磨损。尤其当冷硬现象严重时t更加剧刀齿的磨损，并影响已加工表面的质量。刀齿作用于工件上