刀具切削部分几何参数的选择概要.ppt

项目七刀具选择,子项目1刀具角度选择,问题1：切削力的影响,问题2：切削温度的影响,问题3：刀具寿命的影响,为什么要选择刀具角度因为它影响：切削加工生产率刀具耐用度加工质量加工成本,刀具角度选择的依据？工件材料刀具材料切削用量工艺系统刚性机床功率,1前角及前刀面形状的选择,前角决定切削刃的锋利程度强固程度直接影响切削过程,o1,Pr,o2,正前角：减小切屑被切下时的弹塑性变形减小切屑流出时与前面的摩擦阻力，减小切削力和切削热，切削轻快，提高刀具寿命，提高已加工表面质量。但前角过大时，楔角过小，会削弱切削刃部的强度并降低散热能力，反而会使刀具寿命降低。,负前角：改善刃部受力状况和散热条件，提高切削刃强度提高耐冲击能力,采用负前角：通常在用脆性刀具材料加工高强度高硬度工件材料易产生崩刃,选择时考虑：刀具材料,高速钢的强度高，韧性好；硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃。高速钢刀具的前角硬质合金刀具+510。陶瓷刀具的脆性更大，故前角常取负值(多在415范围)以改善刀具受力时的应力状态，并选负的刃倾角(取010)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。立方氮化硼(CBN)由于脆性更大，都采用负前角高速切削。,选择时考虑：工件材料,塑性材料:切屑呈带状，沿刀具前面流出时和前面接触长度较长，摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般都采用正前角。强度、硬度高:单位切削力大，切削温度容易升高，前角宜取小值。为了提高切削刃强度，增加刀头导热面积和容热体积，,脆性材料时，塑性变形小，切屑呈崩碎状，切削力集中，易崩刃，前角小一些。,如加工灰铸铁取o=515。前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐减小。在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时，宜取负前角。实验证明，用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时，切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。,前角选择：具体加工条件,粗加工时或断续切削时，切削力和冲击较大，为使切削刃有足够强度，宜取较小前角；精加工时，切削刃强度要求较低，为使刀具刀刃锋利，降低切削力，以减小工件变形和减小表面粗糙度值，宜取较大前角。工艺系统刚性较差时，宜取较大前角，以减小切削力和切削功率，减轻振动。,前角选择：其他参数的选择,前角的合理数值与刀面形状及刃区参数以及其他角度有关，特别是和刃倾角有密切关系。带负倒棱的刀具允许采用较大前角；大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度和抗冲击能力。许多先进刀具就是在针对某种加工条件，善于灵活运用这些原则而产生的。,2刃区参数及前刀面形状的选择,（1）刃区参数刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。,锋刃型,倒棱型,钝圆型,常用的前刀面形状及刃区剖面参数,切削刃口较锋利，但强度较差，0不能太大，不易断屑。,各种高速钢刃形复杂刀具及成形刀具，精加工铸铁、青铜等脆性材料的硬质合金刀具。,切削刃强度较好，但刀刃较钝，切削变形大。,硬脆刀具材料、加工高强度、高硬度（如淬火钢）的车刀、铣刀、面铣刀等。,在加工塑性材料时，为使切屑卷成螺旋形或折断成C形，使之易于排出和清理，常在前刀面上制成卷断屑槽。,卷断屑槽可作成直线圆弧型、直线型和全圆弧型三种。,直线圆弧型和直线型断屑槽适用于切削碳素钢、合金结构钢、工具钢等，0515。,全圆弧型适用于切削紫铜、不锈钢等高塑性材料，0可增大至2530。,比平前刀面可取较大前角且改善了卷屑和断屑条件，但刃磨不如平前面简便。,各种高速钢刀具，加工纯铜、铝合金等低强度、低硬度的硬质合金刀具。,加工各种钢材等塑性材料的硬质合金车刀。加工铸铁等脆性材料用的硬质合金、陶瓷刀具。零度倒棱，适用于高速钢刀具。,切削刃强度及抗冲击能力增加，在同样条件下允许采用较大的前角，提高了刀具寿命。,适用于陶瓷等脆性材料刀具。,切削刃强度及抗冲击能力增加，且有一定的减压和消振作用。,后角及后面形状的选择,后角的作用主要1)减小主后刀面与工件之间的摩擦，提高已加工表面质量和延长刀具寿命；2)配合前角调整切削刃和刀头部分锋利程度、强度和散热条件；3)小后角车刀在特定的条件下可抑制切削时的振动。,影响刀具耐用度和加工表面质量。,合理后角的选择,当hD(或进给量f)很小时(精加工)，磨损主要发生在后刀面上，为减小磨损和增加切削刃的锋利程度，宜取较大的后角。当切削厚度很大时，前刀面上月牙洼磨损显著，这时取较小后角可以增强切削刃和加大散热体积。,例如：高速钢立铣刀，由于每齿进给量很小，后角取到16，而圆片铣刀当每齿进给量为0.01mm时，后角取30。车刀后角的变动范围比前角要小。粗车时，因hD较大，为保证切削刃强度取较小后角(48)；而精车时，hD较小为保证已加工表面质量，取较大后角812。切断刀的进给量较小，且考虑进给运动对工作后角的影响宜取较大后角1012。,刀具后角：切削条件,工件材料的强度、硬度较高时，为加强切削刃，宜取较小后角(0=57)。工件材料塑性较大，加工硬化严重时，为减小后刀面摩擦，应取较大后角(1012)。当采用负前角刀具加工高硬度高强度材料时，宜采用较大后角(1215)，工艺系统刚性较差时，为避免振动，应适当减小后角。,后角归纳为尽量小,粗加工：o,精加工：o塑性材料:o脆性材料:o,硬度高:o,强度高o工艺系统：刚度高o,归纳总结,前角大,刀锋利，强度差。适于精加工。前角小，强度好。散热佳，适于粗加工。后角大，刀锋利，摩擦小。适于精加工。后角小，强度好。散热佳，适于粗加工。,车刀的副后角一般取其等于主后角。切断刀及切槽刀的副后角，由于受其结构强度的限制，只能取得很小，0=12。,车刀的副后角,二、后刀面形状及选择,为减少刃磨后面的劳动量，提高刃磨质量，常把后面作成双重后面，b1取l3mm。,它可以增加后刀面与加工表面的接触面积，在切削时能产生同振动位移方向相反的摩擦阻力，不仅可以减小振动，也可对工件表面起一定的熨压作用，从而提高加工表面质量。,沿着后刀面磨出负后角倒棱面，倒棱角01=-5-10，倒棱面宽b10.10.3mm。,消振棱,这是车削细长轴和镗孔时常采取的消振措施之一。,主偏角的功用影响已加工表面残留面积的高度影响各切削分力的比例影响刀尖的强度和刀具耐用度影响断屑,主、副偏角及刀尖形状的选择,主、副偏角及刀尖形状的选择,一、主偏角对切削加工的影响,1.对刀具耐用度影响很大。随着主偏角减小，刀具耐用度提高。这是因为：,当背吃刀量ap和进给量f相同时，主偏角的变化将改变切削层形状，使切削层参数发生变化，从而影响切削刃上的负荷。,当主偏角Kr减小时，由于切削层公称宽度bD(ap/sinKr)增加，切削层公称厚度hD(=fsinKr)减小，使作用在主切削刃单位长度上的负荷减轻。,主偏角减小，则刀尖角r增大，使刀尖强度提高，散热体积增大。主偏角较小的刀具在切入时，最先与工件接触处是远离刀尖的地方，因而可减少因切入冲击造成的刀尖损坏。,Kr1,Kr,Kr2,Fp,Ff,2影响切削分力比值及切削层单位面积切削力,当Kr减小时，由于hD减小，变形系数增大，使切削层单位面积切削力有所增大；在ap和f相同时，使切削功率有所增加。但更主要的是会使背向力Fp增大，容易引起工艺系统振动。当工艺系统刚度不足时，会使刀具寿命降低。,3影响已加工表面质量,减小Kr进可以使工件表面残留面积高度减小，从而使已加工表面粗糙度值减小。,4影响断屑效果、排屑方向,增大Kr会使hD增厚，bD减小，有利于切屑折断，有利于孔加工刀具使切屑沿轴向顺利流出。,硬质合金车刀一般选用较大的主偏角(Kr6075)，以利于减少振动、断屑和采用较大的切削深度。加工硬度高的材料，如冷硬铸铁和淬硬钢时，在系统刚性好，切削深度不大时取较小的主偏角(Kr1030)，以利于提高刀具耐用度。,二、合理主偏角的选择原则,粗加工时，,工艺系统刚性较好时，取较小的主偏角可提高刀具耐用度；刚性不足，加车削细长轴时，应取大的主偏角，可取Kr9093，以减小背向力ap，减少振动。需要从中间切入及仿形加工的车刀，应取较大主偏角；车阶梯轴则需用Kr90的偏刀；要用一把刀加工外圆、端面和倒角时可取Kr45。,主偏角选择总结,系统刚度：刚度好，Kr取小值，刚度差，Kr取大值工件形状：Kr按工件阶梯的角度选工件材料：工件很硬时，Kr取小值散热条件：需要时加强散热时，Kr取小值产量条件：需要刀具通用性好时，取Kr90、Kr45,副偏角Kr的大小主要影响刀具耐用度和已加工表面质量。,三、副偏角的作用及选择,1.副偏角Kr的作用,减小副切削刃及副后面与已加工表面之间的摩擦。,副偏角太小或太大刀具耐用度都不高，其存在着一个合理值,Kr对刀具耐用度的影响,这是因为：副偏角过小会增加参加切削工作的刀刃长度，增大副后刀面与已加工表面间的摩擦，同时也易引起振动；而副偏角过大致使刀尖强度降低和散热条件恶化，结果会使刀具耐用度降低。,在副偏角较小时，加工表面粗糙度值较小。,Kr对加工表面质量的影响,这是因为：减小副偏角可减小残留面积高度，降低理论表面粗糙度值。,2.合理副偏角Kr的选择,一般刀具的副偏角，在工艺系统刚性较好，不产生振动的情况下，可选取较小的数值，如取Kr=510。,精加工刀具的副偏角应取得更小一点，必要时，可磨出一段Kr=0的修光刃，车刀的修光刃长度取为b(1.21.3)f，硬质合金端铣刀的b(46)f。,考虑对Ra的影响一般尽量取小值,切断刀和切槽刀由于结构强度的限制，只能取很小的副偏角，Kr=13。,刃倾角的功用,1.控制切屑流出方向。,外圆车刀刃倾角s对排屑方向的影响,可见，在精车时，希望取正刃倾角(+s)，以使切屑流向待加工表面，防止缠绕和划伤已加工表面。,刃倾角小于0时,刃倾角等于0时,刃倾角大于0时,2.影响切削刃的锋利程度。,当s0的斜角切削时，由于切屑在前刀面上流向的改变，使实际前角增大；同时，刃倾角增大还可减小刀刃的钝圆半径，使切削刃变得锋利。如切下极薄切屑的精车刀、精刨刀多采用4575的大刃倾角。,3.影响切削分力的大小。,当负刃倾角绝对值增大时，背向力Fp显著增大，将导致工件变形及引起振动。,刃倾角对刀具耐用度的影响如下图所示。,在不同的加工条件下，也存在着一个合理数值。,二、合理刃倾角的选择原则,1.加工一般钢料和灰铸铁，粗车取s05，精车时取s=0+5；有冲击负荷时，s=-5-15；当冲击特别大时，可取s=-30-45。2.加工高强度钢、高锰钢、淬硬钢时，可取s=-5-15或负数的绝对值更大一些。3.工艺系统刚性不足时，尽量不采用负刃倾角。,1）粗加工S0（使FP小些）2）断续切削：S0（使FP小些）5）微量切削：S取大值(使刀具实际刃口半径),注意：刀具各角度之间是互相联系互相影响的。孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。,例如：改变前角将使刀具的合理后角发生变化。,在加工硬度较高的材料时，为增加刀刃强度，一般取较小的后角。,但在加工特别硬的材料，如淬硬钢时，通常采用负前角，这时楔角已较大，如适当增加后角，不仅使切削刃易于切入工件，而且还可提高刀具耐用度。,刀具前角和刃倾角的选择也常常是互相影响的。强力切削时，切削面积大，切削力也大，为强化刀刃，前角适宜取小一些。但此时如采用太小前角会导致切屑变形太大。可以采用较大前角，而同时采用负的刃倾角及负倒棱来强固刀刃；采用过渡刃来强化刀尖，从而达到满意的效果。,由此可见，任何一个刀具合理几何参数，都应该在多因素的相互联系中确定。,硬质合金车刀合理前角参考值,Answer,应选择负前角，以使合金刀片受压而不受弯，选较小的后角（即选取楔角大一些），以使刀头刚性好，散热好，切削刃强度好，不易崩刀。,子项目2切削用量选择,7.10.2选择刀具耐用度,(1)根据刀具的复杂程度和制造、重磨的费用来选择。结构简单、成本不高的刀具，刀具耐用度应选得低些，结构复杂和精度高的刀具应选得高些。(2)对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具耐用度应选得高些，尤应保证刀具的可靠性。一般为通用机床上同类刀具的24倍。(3)对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具耐用度可选得低些，大致为30min。(4)若某工序的生产率限制了整个车间生产率的提高，该工序的刀具耐用度要选得低些；若某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大，刀具耐用度也应选得低些。(5)大件精加工时，为避免切削时中途换刀，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度来确定，一般为中小件加工时的23倍。,7.10.3切削用量的选择,要提高生产率，必须取尽可能大的ap、f和Vc.事实上ap、f和Vc的提高受到来自机床、工艺系统、刀具和加工质量要求等诸多因素的限制。因此，应重点考虑以下限制因素来选择切削用量。,制定合理的切削用量，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本,(1)切削用量对生产率的影响。在粗加工时，毛坯的余量较大，加工精度和表面粗糙度值要求均不高，在制定切削用量时，要在保证刀具耐用度的前提下，尽可能地以提高生产率和降低加工成本为目标。(2)切削用量对刀具耐用度的影响。在切削用量三要素中，vc对刀具耐用度的影响最大，f的影响次之，ap影响最小。因此，从保证合理的刀具耐用度来考虑时，应首先选择尽可能大的ap；其次按工艺和技术条件的要求选择较大的f；最后根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法确定v。,(3)切削用量对加工质量的影响,在切削用量三要素中，切削速度v增大时，切屑变形和切削力有所减小，已加工表面粗糙度值减小；进给量f增大，切削力将增大，且表面粗糙度值会显著增大；ap增大，切削力Fz成比例增大，使工艺系统弹性变形增大，并可能引起振动，因而会降低加工精度，使已加工表面粗糙度值增大。因此，在精加工和半精加工时，常常采用较小的背吃刀量ap和进给量f。为了提高表面质量，硬质合金车刀常采用较高的切削速度(一般v=80m/min100m/min)，高速钢车刀则采用较低的切削速度(如宽刃精车刀v=3m/min8m/min)。,选择原则,粗加工，以提高生产率为主，兼顾加工成本，应选ap尽量大，较大f，最后在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择合理。精加工时，以提高加工质量为主，兼顾生产率和生产成本。故按加工余量，按表面质量要求选择合理的ap、f，在保证刀具耐用度和加工质量的前提下选择尽量大的。,（一）粗加工切削用量的选择方法,1、在保留半精加工余量的前提下，尽量将粗加工余量一次切削完。若余量过大或工艺系统刚性过差时，可分二次切除余量（一般最多分成二次切除）2、综合考虑机床进给机构强度、加工工件刚度和刀片强度等情况下，选取一个最大的进给量。3、根据规定达到的刀具耐用度T，确定切削速度，4、校验机床功率,1.背吃刀量的选择,切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。粗加工(Ra=12.5m50m)时，应尽量用一次走刀就切除全部加工余量。在中等功率机床上，ap8mm10mm。半精加工(Ra=3.2m6.3m)时，ap0.5mm2mm。精加工(Ra=0.8m1.6m)时，ap0.1mm0.4mm。,粗加工时，当加工余量太大、工艺系统刚性不足、或者加工余量极不均匀，以致引起很大振动时，可分几次走刀，若二次走刀或多次走刀时，应将第一次走刀的背吃刀量取大些，一般为总加工余量的2/33/4。而且最后一次走刀的背吃刀量取的要小一点。在加工铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的材料时，应尽量使背吃刀量大于硬皮层或冷硬层的厚度，以保护刀尖，避免过早磨损。精加工时，背吃刀量的选取应该根据表面质量的要求来选择。在用硬质合金刀具、陶瓷刀具、金刚石和立方氮化硼刀具精细车削和镗孔时，背吃刀量可取为ap=0.05mm0.2mm，f=0.01mm0.1mm，v=240m/min900m/min,2.进给量的选择,粗加工时，由于工件的表面质量要求不高，进给量的选择主要受切削力的限制。在机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度以及工件的装夹刚度等工艺系统强度良好，硬质合金或陶瓷刀片等刀具的强度较大的情况下，可选用较大的进给量值。当断续切削时，为减小冲击，要适当减小进给量。在半精加工和精加工时，因背吃刀量较小，切削力不大，进给量的选择主要考虑加工质量和已加工表面粗糙度值，一般取的值较小。在实际生产中，进给量常常根据经验或查表法确定。,3.切削速度的选择,(1)粗加工时，ap和f均较大，故选择较低的css精加工时，ap和f均较小，故选择较高的c(2)加工材料的强度及硬度较高时，材料的加工性越差时应选较低的c。(3)在断续切削或者是加工锻、铸件等带有硬皮的工件时，为了减小冲击和热应力，要适当降低c。(4)加工大件、细长轴和薄壁工件时，要选用较低的切削速度。,切削用量选择实例,已知：工件材料45钢，b=0.598GPa锻件。加工要求:车外圆至48mm，表面粗糙度值Ra=3.2m，尺寸精度IT8。机床:CA6140D型卧式车床。刀具:焊接式YT15硬质合金外圆车刀，刀杆尺寸为16mm25mm150mm，几何参数为o=15,o=7,r=75,r=15,s=0求：车削外圆的切削用量。,解：由于被加工表面有一定的粗糙度值和尺寸精度要求，所以分粗车和半精车两道工序完成。1.粗车(1)确定背吃刀量ap。由图知，单边余量为3.5mm。