第一章刀具几何角度及切削要素介绍.ppt

第一章刀具几何角度及切削要素 主要内容一 切削运动与切削用量二 刀具切削部分的基本定义三 刀具角度的换算四 刀具角度的一面二角分析法五 刀具的工作角度六 切削层与切削方式 第一章刀具几何角度及切削要素 第一节切削运动与切削用量在金属切削加工过程中 用刀具切除工件材料 刀具和工件之间必须要有一定的相对运动 这种相对运动称为切削运动 依其作用的不同 切削运动可分为主运动与进给运动 一 切削运动与切削层1 切削运动 1 主运动 主运动是切削时最主要的运动 速度最高 消耗功率最大的运动 95 在切削加工中 主运动只有且必须有一个 它是刀具与工件之间产生的主要的相对运动 主运动 若主运动为往复运动时 其平均速度为 式中nr 主运动每秒钟往复次数 str min l 往复运动行程长度 mm 当主运动为旋转运动时 刀具或工件以最大直径处的切削速度来计算 如下式 式中n 主运动转速 r s min d 刀具或工件的最大直径 mm 2 进给运动进给运动是刀具与工件之间产生的附加运动 以保持切削连续地进行 进给运动的速度较低 消耗功率较小 2 车削中的工件表面和切削层 1 工件表面1 待加工表面 加工时即将切除的工件表面 2 已加工表面 已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面 3 加工表面 或称切削表面 过渡表面 加工时由切削刃在工件上正在形成的那部分表面 它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面 2 切削层 切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层 公称横截面积 实际横截面积 残留面积 二 切削用量 切削时间与材料切除率1 切削用量三要素 1 切削速度vc指切削刃选定点相对工件主运动的瞬时速度 单位为m s或m min 车削时 1 1 2 进给量进给量为刀具在进给运动方向上相对工件的位移量 可用工件每转 行程 的位移量来度量 单位为mm r 进给量又可用进给速度vf表示 指切削刃选定点相对工件进给运动的瞬时速度 单位为mm s或m min 车削时进给运动速度 1 2 3 背吃刀量 切削深度 指垂直于进给速度方向测量的切削层最大尺寸 单位为mm 车外圆时 1 3 2 切削时间 机动时间 指切削时直接改变工件尺寸 形状等工艺过程所需的时间 单位为min 它是反映切削效率高低的一个指标 由式 1 5 知 提高切削用量中任一要素均可降低切削时间 1 5 1 4 3 材料切除率Q它是单位时间内所切除材料的体积 是衡量切削效率高低的另一个指标 单位为mm3 min 1 6 三 合成切削运动与合成切削速度主运动与进给运动合成的运动称合成切削运动 切削刃选定点相对工件合成切削运动的瞬时速度称合成切削速度 第二节刀具切削部分的基本定义 金属切削加工的刀具种类繁多 尽管有的刀具的结构相差很大 但刀具切削部分却具有相同的几何特征 其中较典型 较简单的是车刀 其他刀具的切削部分可以看成是以车刀为基本形态演变而来的刀具 如图所示 图几种刀具切削部分的形状 一 刀具的组成车刀由刀头和刀杆组成 刀杆用于夹持刀具 又称夹持部分 刀头用于切削 又称切削部分 切削部分由三个面 两条切削刃和一个刀尖组成 第二节刀具切削部分的基本定义 前刀面 是切削过程中切屑流出所经过的刀具表面 主后刀面 是切削过程中与工件上过渡表面相对的刀具表面 副后刀面 是切削过程中与工件上已加工表面相对的刀具表面 主切削刃 s 是前刀面与后刀面的交线 它担负着主要的切削工作 副切削刃 s 是前刀面与副后刀面的交线 它配合主切削刃完成切削工作 刀尖是主切削刃和副切削刃的交点 为了改善刀尖的切削性能 常将刀尖磨成直线或圆弧形过渡刃 下一页 返回 三面 一刀尖 3 刀尖 刀尖参数有 1 刀尖圆弧半径2 倒角刀尖长度3 刀尖倒角偏角 第二节刀具切削部分的基本定义 思考题 刀尖的作用 1便于刃磨2减小应力集中3提高刀尖强度4便于散热5影响加工硬化 第二节刀具切削部分的基本定义 二 刀具的标注角度刀具要从工件上切除材料 就必须具有一定的切削角度 切削角度决定了刀具切削部分各表面之间的相对位置 定义刀具的几何角度需要建立参考系 上一页 下一页 返回 第二节刀具切削部分的基本定义 基面Pr切削平面Ps正交平面Po 是指过主切削刃上的选定点 与主切削刃相切 并垂直于该点基面的平面 与工件过渡表面相切的面 是指过主切削刃上的选定点 并垂直于该点切削速度方向的平面 是指过主切削刃上的选定点 同时垂直于该点基面和切削平面的平面 正交平面参考系 三 刀具的标注角度 刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的 并在刀具设计图上予以标注的角度 刀具的标注角度主要有五个 派生二个角度 以车刀为例 表示了几个角度的定义 前角 在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角 前角表示前刀面的倾斜程度 有正 负和零值之分 其符号规定如图所示 图2 8正交平面参考系标注角度 后角 在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角 后角表示主后刀面的倾斜程度 一般为正值 后角的主要作用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦 楔角 o 前 后刀面的夹角 三者都是在正交平面内度量的 三者之间的关系 主偏角 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角 主偏角一般为正值 副偏角 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角 副偏角一般为正值 刀尖角是指主切削平面与副切削平面间的夹角 主偏角 副偏角和刀尖角都是在基面内度量的 三者之间的关系为 刃倾角 s 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角 当主切削刃呈水平时 s 0 刀尖为主切削刃最低点时 s 0 刀尖为主切削刃上最高点是 s 0 如图示 图2 9刃倾角 当 s 0 时 主切削刃与切削速度垂直 称之为直角切削或正切削 而 s 0 的切削称为斜角切削或斜切削 s的正或负会改变切屑流出的方向 s为正时流向待加工表面 s为负时流向已加工表面 图2 10刃倾角对切屑流出方向的影响 二 刀具角度参考系1 刀具参考系的概念 1 刀具静止参考系它是刀具设计时标注 刃磨和测量的基准 用此定义的刀具角度称刀具标注角度 2 刀具工作参考系它是确定刀具切削工作时角度的基准 用此定义的刀具角度称刀具工作角度 2 参考系1正交平面参考系 基面Pr通过切削刃上某一选定点 垂直于切削速度的平面切削平面Ps过主切削刃选定点 与切削刃相切并垂直与基面正交平面Po通过切削刃上选定点同时垂直于切削平面与基面的平面 2法平面参考系由Pr Ps Pn三个平面组成法平面 Pn 过切削刃上选定点并垂直于切削刃或其切线的平面 3假定工作平面参考系由Pr Pf Pp三个平面组成假定进给平面Pf过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面假定切深平面 背平面 Pp过切削刃选定点既垂直假定进给平面又垂直于基面的平面 参考平面录像 1 7 1 8 5 派生角度1 楔角 o正交平面中测量的前面与后面间夹角 1 9 2 刀尖角 r 基面投影中 主 副切削刃间的夹角 1 10 2 其它参考系刀具角度1 在法平面中 2 在假定进给平面 背平面中 3 刀具角度正负的规定 四 不同参考系角度小结 刀具角度 第三节刀具角度的换算 一 正交平面 法平面系前 后角换算 1 11 1 12 二 垂直于基面的任一剖面与正交平面的前 后角换算 1 13 1 15 1 14 1 16 1 17 在前面的图中若假想图中的前面为刀具的后面 则上面推导的公式中的角度可以用代替 则公式 1 13 变为 1 18 若令 1 18 中的则可得到假定进给平面和背平面的后角换算公式 1 19 1 20 第四节刀具角度的一面二角分析法 表示空间任意一个平面方位的定向角度只需两个 所以判断刀具切削部分需要标注的独立角度数量可用一面二角分析法确定 1 直头外圆车刀三面六角前面定向角 o s后面定向角 o r副后面定向角 o r 2 45o弯头车刀 四面八角主切削刃12前面定向角 o s 主切削刃12后面定向角 o r 副切削刃23副后面定向角 o r 副切削刃14副后面定向角 o r 3 切断刀四面八角习惯上标注左切削刃上的角为主角 右刃为派生角度前面定向角 o sL后面定向角 o rL左副后面定向角 oL rL 右副后面定向角 oR rR 4 倒角刀尖 倒棱的参数一面二角倒角刀尖刃 倒角切削刃后角 o 偏角 r 倒棱刃 倒棱刃前角 o1倒棱刃倾角 s1 s倒棱刃宽度b 1 第五节刀具的工作角度 一 刀具工作参考系及工作角度在实际的切削加工中 由于刀具安装位置和进给运动的影响 上述标注角度会发生一定的变化 角度变化的根本原因是切削平面 基面和正交平面位置的改变 以切削过程中实际的切削平面 基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度 又称实际角度 因此研究切削过程中的刀具角度 必须以刀具与工件的相对位置 相对运动为基础建立参考系 这种参考系称工作参考系 用工作参考系定义的刀具角度称工作角度 工作正交平面poe通过切削刃选定点 同时垂直于工作切削平面与工作基面的平面 1 刀具工作参考系工作正交平面参考系 工作基面pre通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面 工作切削平面pse通过切削刃选定点与切削刃相切 且垂直于工作基面的平面 该平面包含合成切削速度方向 2 刀具工作角度刀具工作角度的定义与标注角度类似 它是前 后面与工作参考系平面的夹角 工作角度的标注符号分别是 oe oe re kre 二 刀具安装对工作角度的影响1 刀柄偏斜对工作主 副偏角的影响 kre kr 2 切削刃安装高低对工作前 后角的影响 三 进给运动对工作角度的影响1 进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工作主 副偏角的影响 2 纵向进给运动对工作前 后角的影响 1 22 而在进给剖面 平行于进给方向且垂直于基面的平面 中 根据螺旋线展开后的关系 可得 将其换算到正交平面内得到 进给运动对工作角度的影响 值不仅与进给量f有关 也与加工直径dw有关 在车削螺纹或蜗杆 尤其是导程大的多头螺纹时 f值很大 为此 对于右旋工件应将螺纹刀左切削刃的后角磨得大一些 而右切削刃的后角磨得小一些 进给运动对工作角度的影响 横向进给对刀具工作角度的影响 值随着切削刃趋近工件中心而增大 当直径很小时 值会急剧变大 可能使工作后角变为负值 此时工件常常被挤断 由图可知 进给运动对工作角度的影响 第六节切削层与切削方式 一 切削层参数1 切削层在各种切削加工中 刀具相对于工件沿进给运动方向每移动f mm r 之后 由一个刀齿正在切的金属层称为切削层 切削层的尺寸称为切削参数 切削层为切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料 切削层的形状 尺寸直接影响切削过程的变形 刀具负荷和刀具磨损 2 切削公称厚度hD垂直于过渡表面来度量的切削层尺寸 也称为切削厚度 hD的大小反映了切削刃单位长度上的工作负荷 1 24 3 切削公称宽度bD平行于过渡表面度量的切削层尺寸 也称为切削宽度 bD的大小反映了切削刃参加切削的长度 1 25 4 切削层公称横截积AD在切削层尺寸平面里度量的横截面积 也称为切削层横截面积 实际切削横截面积 1 23 二 切削方式1 自由切削与非自由切削自由切削 只有一个主切削刃参加切削非自由切削 主 副切削刃同时参加切削2 正交切削 直角切削 与非正交切削 斜角切削 正交切削 切削刃与切削速度