1-第六章-铣削原理及刀具PPT课件.ppt

黄冰李胜编 铣工工艺学 1 理解铣刀主要几何参数的意义及作用 掌握合理选择铣刀几何参数的原理 2 理解并掌握铣削用量及其选择原则 3 了解铣削过程中金属变形 切屑形成的基本规律 积屑瘤及已加工表面的冷硬现象 4 了解切削热 切削力等物理现象 5 了解铣刀磨损过程及影响铣刀寿命的因素 第六章铣削原理及刀具 2020 3 25 2 第一节基本定义 一 铣削过程中的辅助平面 图6 1铣刀上的基面和切削平面 2020 3 25 3 1 基面 pr 通过切削刃选定点 并垂直于该点切削速度方向的平面称为基面 2 切削平面 ps 通过切削刃选定点 与切削刃相切 并垂直于基面的平面称为切削平面 3 正交平面 po 通过切削刃选定点 并同时垂直于基面和切削平面的平面称为正交平面 4 法平面 pn 第一节基本定义 2020 3 25 4 通过切削刃选定点 并垂直于切削刃的平面称为法平面 5 假定工作平面 pf 通过切削刃选定点 并垂直于基面及铣刀轴线的平面称为假定工作平面 二 铣刀几何角度1 圆柱铣刀的几何角度由于圆柱铣刀的主偏角 r 90 所以正交平面和假定工作平面与端平面平行或重合 故po和pf实际上就是端平面 第一节基本定义 2020 3 25 5 图6 2圆柱铣刀的角度 第一节基本定义 2020 3 25 6 1 螺旋角 螺旋角是主切削刃的切线与基面之间的夹角 在切削平面中测量 2 前角 o前角是前面与基面间的夹角 在正交平面中测量 tan n tan ocos 6 1 3 后角 o后角是后面与切削平面间的夹角 在正交平面中测量 tan n tan cos 6 2 2 面铣刀的几何角度 第一节基本定义 2020 3 25 7 面铣刀切削刃上各点的基面和切削平面的位置不相同 其角度也不相同 因此以在主切削刃上靠近刀尖处为选定点 面铣刀的几何角度如图6 3所示 图6 3面铣刀的几何参数 第一节基本定义 2020 3 25 8 1 主偏角 r主偏角是在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角 2 副偏角 r副偏角是在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角 3 刃倾角 s刃倾角是在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角 4 刀尖角 r刀尖角是在基面中测量的主切削平面与副切削平面间的夹角 也就是主切削刃与副切削刃在基面上的投影间的夹角 第一节基本定义 2020 3 25 9 第二节铣削过程的基础知识 一 切屑的形成过程1 切削过程的基本规律任何刀具的切削过程都是由切削刃的切割和刀面的推挤两方面的作用 使切削层金属变成切屑脱离加工面 1 切削刃的切割作用当刀具与工件接触 并使作用力逐渐增大时 工件上的应力也逐渐增大 在刃口处应力最大 故此处金属最先破裂而分离 2 前刀面的推挤作用在给刀具以足够的力 并使相对运动连续进行时 被切金属将沿切削刃运动方向分离而形成已加工表面 2020 3 25 10 切削刃锐利 则切削时刃口处的应力更集中 切割作用强 切削省力 分离处整齐 加工的表面粗糙度值也小 3 被切金属的变形区被切金属在刀具的切削刃 前刀面和后刀面的作用下 可分成四个变形区 如图6 4所示 图6 4四个变形区 第二节铣削过程的基础知识 2020 3 25 11 1 基本变形区 基本变形区1是图6 4所示OA和OE两条滑移线之间的区域 2 前刀面摩擦变形区 前刀面摩擦变形区2是在切削层金属变成切屑而沿前刀面流出时 与前刀面发生很大的摩擦 在切应力的作用下 切屑底层在刀具前刀面方向上又一次产生塑性变形 使切屑底层金属沿前刀面方向伸长 这种变形称为前刀面摩擦变形 3 刃前变形区 刃前变形区3是在刃口圆弧处的一个变形区域 第二节铣削过程的基础知识 2020 3 25 12 4 后刀面摩擦变形区 后刀面变形区4的形成 其一是被切金属分离点以下的一薄层金属受刃口圆弧下部挤压 其二是由于后刀面磨损棱面和加工表面的弹性恢复量 使已加工表面与后刀面形成一段接触面 进一步增加了后刀面与已加工表面的挤压与摩擦 上述四个变形区的内应力和变形情况是相互联系 又相互影响的 2 切屑种类及形成条件由于工件材料不同 切削条件不同 切削过程中的变形也不同 因而产生不同的切屑 第二节铣削过程的基础知识 2020 3 25 13 图6 5切屑的种类a 带状切屑b 节状切屑c 粒状切屑d 崩碎切屑 1 带状切屑带状切屑是在精加工时最常见的一种切屑 2 节状切屑节状切屑是在终滑移面上的滑移变形较充分 而达到破裂的条件下产生的 第二节铣削过程的基础知识 2020 3 25 14 3 粒状切屑当工件材料塑性差 切削速度低 切削层厚度大 刀具前角小时 裂纹贯穿整个切屑层 使之成为梯形的单元分离体 称为粒状切屑 如图6 5c所示 4 崩碎切屑切削脆性金属 如铸铁等 时 由于材料的塑性小 被切削表面层金属在刀具的切割和推挤下产生弹性变形和极小的塑性变形后 便呈脆性破裂而形成崩碎切屑 如图6 5d所示 二 积屑瘤和加工表面冷硬现象1 积屑瘤 第二节铣削过程的基础知识 2020 3 25 15 切削塑性材料时 切屑由刃口沿前刀面流出 这时切屑底层的滞流层 图6 6a 由于受前刀面摩擦力的作用减低了流动速度 图6 6滞流层和积屑瘤a 滞流层b 积屑瘤 第二节铣削过程的基础知识 2020 3 25 16 2 已加工表面的冷硬现象金属经过冷加工之后 强度 硬度提高 而塑性下降 这种现象称为加工硬化 又称为冷硬现象 第二节铣削过程的基础知识 2020 3 25 17 第三节铣削中的影响因素 一 铣削力在铣削过程中 有大小相等方向相反的一对作用力和反作用力 分别作用在铣刀和工件上 1 铣削力的来源及影响铣削力的因素 1 铣削力的来源在铣刀的作用下 使切削层金属产生弹性变形 塑性变形 转变为切屑 因此就有变形抗力作用在铣刀上 2 影响铣削力的因素1 工件材料对铣削力的影响 工件材料的强度 硬度越高 则变形抗力越大 铣削力越大 反之铣削力越小 2020 3 25 18 2 铣削用量对铣削力的影响 背吃刀量ap 侧吃刀量ae和每齿进给量fz增加时 因切削总面积AD 增大 AD aeapfz z d 使铣削力增大 铣削速度v对铣削力没有显著的影响 3 刀具对铣削力的影响 前角 o增大时 刃口更加锐利 可加强切割作用 同时前面推挤金属表层的阻力减小 使切屑变形及与前面的摩擦减小 因此铣削力降低 但在高速铣削时 增大前角对减小铣削力效果不大 所以高速铣削时采用较小的前角甚至负前角 也不致使铣削力明显上升 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 19 刃倾角 s 螺旋角 对铣削力的大小影响不大 但改变刃倾角的方向和大小 能改变铣削力的方向 主偏角 r增大 只能使铣削力稍有下降 但主偏角的大小能改变轴向力的大小 主偏角越大 轴向力越小 铣刀直径D0的大小对铣削力的影响极小 铣刀切削刃磨损对铣削力的影响很大 切削刃变钝后 切削刃圆弧半径显著增大 切割作用大为减弱 另外 切削刃变钝后 后面与加工表面的摩擦剧增 故铣削力会迅速增加 在实际工作中 用锋利的铣刀铣削 会特别轻快 这就是因为铣削力小的缘故 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 20 4 切削液对铣削力的影响 以冷却为主的水溶液 对铣削力影响不大 而润滑作用强的油类切削液 能减小刀具与切屑和工件表面之间摩擦阻力 甚至还能够减小切屑滞留层的变形 从而使铣削力减小 综上所述 影响铣削力大小的主要因素是 平均总切削面积AD 和工件材料的性能 以及铣削时金属材料产生变形的大小和摩擦阻力的大小 2 作用在刀具上的铣削抗力用圆柱铣刀在卧式铣床上铣削时 铣刀和工件的受力情况如图6 7所示 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 21 图6 7圆柱铣刀铣削时的铣削力 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 22 图6 8面铣时的铣削力 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 23 1 切向铣削力 Ft 切向铣削力Ft是总铣削抗力F 沿着铣刀外圆切线方向的分力 又称圆周铣削力 2 径向铣削力 Fr 径向铣削力Fr是铣削抗力F 沿着铣刀半径方向的分力 3 轴向铣削力 Fa 轴向铣削力Fa是铣削抗力F 沿着铣刀轴线方向的分力 其大小 方向与刀齿的螺旋角大小 方向及主偏角的大小有关 3 作用在工件上的铣削力铣刀对工件的作用力F称为总铣削力 1 周边铣削时的铣削分力 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 24 1 在卧式铣床上作周铣时 铣削分力见图6 7 2 在立式铣床上用立铣刀作周铣时 垂向铣削力Fv与轴向铣削力大小相等方向相反 纵向铣削力和横向铣削力的大小和方向随铣削情况的不同而改变 2 面铣削时的铣削分力在立式铣床上作面铣削时 工件上的受力情况见图6 8所示 二 切削热和切削温度切削热和切削温度对切削过程有不利和有利影响两方面 1 切削热的来源和传出 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 25 切削过程中所消耗的功 绝大部分都转变成切削热 在刀具的作用下 切削层金属发生弹性变形和塑性变形 这是切削热的一个来源 2 切削温度在铣削过程中 产生的热量越多 热量传导出去的条件越差 则温度越高 若产生的热量越少 热量传导条件越好 切削液浇注充分 则温度越低 1 铣削用量对切削温度的影响 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 26 1 铣削速度对切削温度的影响 铣削速度对切削温度的影响十分明显 实验证明 随着铣削速度的逐渐提高 切削温度也不断升高 2 进给量对切削温度的影响 当进给量增大时 金属切除量增多 切削功和由此转化成的热量增大 3 背吃刀量对切削温度的影响 背吃刀量增加 切削层金属的变形功和摩擦功虽成倍增加 但由于切削刃长度也成倍增加 散热条件好 故切削温度升高较小 铣削用量中 对切削温度影响最大的是切削速度 影响最小的是背吃刀量 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 27 2 铣刀几何参数对切削温度的影响1 前角对切削温度的影响 适当增大前角 在切削塑性材料时 对降低切削温度有着明显的影响 2 主偏角对切削温度的影响 主偏角增大时 切削温度有所上升 3 刀具磨损对切削温度的影响 随着刀具的磨损 切削温度会不断地上升 3 工件材料对切削温度的影响工件材料对切削温度的影响较大 材料的硬度 强度越高 消耗的切削功和由此产生的热量就越多 所以切削温度也就越高 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 28 4 切削液对切削温度的影响切削液对切削温度的影响也很大 采用切削液进行冷却 能带走大量的热 而使切削温度显著降低 另外由于切削液的润滑作用而使摩擦产生的切削热减少 第三节铣削中的影响因素 2020 3 25 29 第四节铣刀的磨损和寿命 一 铣刀的磨损在铣削过程中 铣刀在切除切屑的同时 本身也将被磨损而钝化 1 铣刀磨损的原因 1 磨粒磨损磨粒磨损又称机械磨损 2 热磨损铣削时的高温使刀具材料产生相变而降低硬度 刀具材料与切屑和工件相互粘结而被粘附带走 刀具和工件中的化学元素相互扩散 使切削刃附近的组织发生变化 硬度和强度降低 前 后刀面在热应力作用下产生裂纹及高温氧化等 2020 3 25 30 2 铣刀的磨损过程铣刀的磨损过程大致可分为三个阶段 如图6 9所示 图6 9铣刀的磨损过程 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 31 1 初期磨损阶段 图中AB段 这一阶段磨损较快 因为铣刀刃磨后 表面有砂轮磨痕产生的凸峰和切削刃处存在毛刺 这些凸峰和毛刺会被很快地磨平 2 正常磨损阶段 图中BC段 这一阶段的磨损比较缓慢 磨损量随时间均匀地增加 并且比较稳定 是刀具的有效工作期 3 急剧磨损阶段 图中CD段 当切削刃及其附近磨损到一定程度后 切削刃变钝 切削条件变差 3 铣刀的磨钝标准 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 32 铣刀的磨钝标准以后刀面上的磨损量来制订 磨钝标准是指后刀面平均磨损量允许达到的最大值 用符号VB表示 二 铣刀的寿命与总寿命一把新刃磨好的铣刀 从开始铣削至磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间称为铣刀寿命 用符号t表示 单位为min 1 影响铣刀寿命的因素 1 铣削用量铣削用量中对铣刀寿命影响最大的是铣削速度 其次是进给量 铣削接触弧深度和吃刀量影响较小 其中吃刀量几乎没有影响 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 33 表6 1各种铣刀的磨钝标准 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 34 表6 1各种铣刀的磨钝标准 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 35 2 硬质合金铣刀 表6 1各种铣刀的磨钝标准 在动力较小 5 6kW 的机床上 fz 0 22mm时 VB 1mm 2 铣刀几何参数铣刀的前角和主偏角对铣刀寿命影响较明显 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 36 3 工件材料工件材料的硬度 强度和韧性越高 热导率越小 加工硬化越严重和热强度越高 铣刀越容易磨损 铣刀寿命就短 4 刀具材料刀具材料的热硬性 硬度和耐磨性越好 磨损越慢 寿命越长 5 切削液合理选用切削液并充分浇注 能降低切削温度和减小摩擦阻力 减慢铣刀磨损速度 从而延长铣刀寿命 2 各种铣刀的合理寿命 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 37 表6 2各种铣刀寿命t的参考数值 单位 min 第四节铣刀的磨损和寿命 2020 3 25 38 第五节铣刀几何参数的选择原则 一 铣刀直径和齿数的选择原则1 铣刀直径的选择原则铣刀直径大 散热条件好 刀杆刚性好 所允许的铣削速度和切削量大 表6 3粗铣时圆柱形铣刀直径的选择 单位 mm 2 铣刀齿数的选择原则 2020 3 25 39 铣刀有粗齿和细齿之分 粗齿铣刀的刀齿强度高 容屑空间大 但同时参加工作的齿数少 工作平稳性差 振动较大 适宜作粗加工 细齿铣刀 同时参加切削的齿数多 每齿进给量小 铣削平稳 适宜作精加工 二 前角的选择原则1 前角的作用合理地增大前角 可减小被前刀面挤压的切削层的塑性变形 减小切屑变形 并且容易减小切削刃圆弧半径 使切削刃锋利 切割作用强 2 选择原则 第五节铣刀几何参数的选择原则 2020 3 25 40 铣刀的前角主要根据刀具材料 加工条件和加工材料来选择 1 高速钢刀具抗弯强度和抗冲击韧度较好 可取较大的前角 而硬质合金刀具抗弯强度和冲击韧度较差 应取较小的前角 2 粗加工时 为了保证切削刃有较好的强度和散热条件 前角选小一些 精加工时 为了保证加工表面质量 应取较大的前角 3 工件材料的强度 硬度高 前角应选小一些 第五节铣刀几何参数的选择原则 2020 3 25 41 表6 4铣刀前角 的数值 单位 三 后角的选择原则1 后角的作用后角的作用主要是减小后刀面与工件过渡表面之间的摩擦 增大后角还能使刃口锋利 2 选择原则1 高速钢刀具的后角可比硬质合金刀具的后角大 因为高速钢强度高 第五节铣刀几何参数的选择原则 2020 3 25 42 2 粗加工时 刀具所承受的切削力较大 3 加工塑性好 弹性变形大的材料时 为了减小后刀面的摩擦 应取较大的后角 表6 5铣刀后角 的数值 单位 四 刃倾角和螺旋角的选择原则1 刃倾角和螺旋角的作用刃倾角和螺旋角在铣削过程中 能起斜角切割作用 2 选择原则 第五节铣刀几何参数的选择原则 2020 3 25 43 1 高速钢铣刀强度较高 一般采用正刃倾角 s 5 15 硬质合金铣刀在切削量较大时 往往采用负刃倾角 s 5 20 冲击特别大时 s 20 45 2 粗加工时 为了增强刀尖的抗冲击能力 宜取负刃倾角 精加工时 切屑较薄 铣削层深度小 取正刃倾角 3 粗齿圆柱铣刀的螺旋角 45 60 细齿圆柱铣刀的螺旋角 25 30 4 铣削硬度高的钢料时 可选取绝对值较大的负刃倾角 五 主偏角的选择原则1 主偏角的作用 第五节铣刀几何参数的选择原则 2020 3 25 44 如图6 10所示 减小主偏角 则刀尖强度增加 参加切削的切削刃长度也增加 从而使切削厚度a减小 刀具寿命增加 表面粗糙度值减小 图6 10主偏角与切削厚度的关系 第五节铣刀几何参数的选择原则 2020 3 25 45 2 选择原则面铣刀的主偏角一般为75 为了获得90 台阶时 则选择 r 90 1 当工艺系统刚性足够时 取较小的主偏角 以提高生产率和铣刀寿命 2 精加工时采用较小的主偏角 以减小表面粗糙度值 3 加工高硬度 高强度材料时 为了增加刀尖强度和改善散热条件 应取较小的主偏角 六 副偏角的选择原则1 副偏角的作用 第五节铣刀几何参数的选择原则 2020 3 25 46