第一章-金属切削原理与刀具一-切削运动

第一章金属切削原理与刀具,一.金属切削加工的基本概念1.切削运动：切削时，刀具和工件的相对运动。,1.1切削运动及刀具结构,切削运动,在切削过程中，消耗功率最多，速度最高的运动。,主运动进给运动,使金属层不断投入切削，以加工出整个工件表面的运动,主运动的速度（线速度），就是切削速度。主运动只有一个，切削运动可以有两个以上。,零件不同表面加工时的切削运动,各种切削加工的切削运动都是由一些简单的运动单元组合而成。,主运动进给运动车削工件旋转车刀轴向运动和切入运动钻削钻头旋转钻头轴向运动拉削拉刀直线运动拉刀直线运动磨削砂轮旋转工件旋转及工件与砂轮移动铣削铣刀旋转工件移动刨削刨刀往返运动工件横向运动（牛头刨床）工件往返运动刨刀往返运动（龙门刨床）,2.切削用量（切削用量三要素）（1）切削速度v在单位时间内，工件和刀具沿住运动方向的相对位移（主运动的速度）。单位：m/s或m/min。,主运动为旋转运动：,V=（m/s）,dn,1000,式中：d工件待加工表面或刀具直径（）；n工件或刀具转速（r/s）。,主运动为直线运动：,V=（m/s）,2Lnr,100060,式中：L往复运动行程长度（）；nr主运动每分钟往复次数。,（2）进给量f工件或刀具的运动再一个工作循环（或单位时间）内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移（也称进给速度）。单位：mm/s,mm/r或mm/min。（3）切削深度ap工件上的已加工表面与待加工之间的距离（也称背吃刀量，进刀深）。单位：mm。3.切削时的工件表面：,已加工表面过渡表面（加工表面）待加工表面,4.切削层几何参数切削层：由刀具在切削部位的一个单一动作所切除的工件材料层。切削层几何参数：反映切削层截面几何形状尺寸的数据。,（1）切削层厚度ac:两相邻加工表面间的垂直距离。ac=fSin,（2）切削层长度aw:沿主切削刃度量的切削层尺寸。aw=ap/Sin（3）切削面积AC：切削层在垂直于切削速度截面内的面积。Ac=acaw=fap,（1）刀具材料应具备的性能高硬度（刀具硬度大于HRC60）；高耐磨性；强度高，韧性好；热稳定性、导热性和耐热冲击性好；工艺性能好（包括锻造性能、焊接性能、热处理性能、磨削加工性能等）；经济性好；,二.金属切削刀具的基本知识1.刀具材料金属切削技术的发展，实际上就是刀具材料的发展和由此带来的机床的发展。,工具钢,（2）常用刀具材料,工具钢,碳素工具钢（T8，T等）低合金工具钢（CrWMn,9SiCr等）,高速钢（含W、Mo、Cr、V等元素比较多的高合金工具钢）W18Cr4V经典高速钢W6Mo5Cr4V2通用型高速钢W2Mo9Cr4VCo8高性能高速钢W3Mo2Cr4VSi低合金高速钢,高速钢的性能比较,高速钢的硬度、耐热性比工具钢高得多，允许的切削速度也高得多，突出优点是工艺性好（锻造性能、焊接性能、机械加工性能等）。因此，形状较为复杂的刀具（如：钻头、齿轮滚刀等）基本上是用高速钢制造。,特点硬度高，耐磨性好，化学稳定性和热稳定性好好，耐高温，因而允许使用的切削速度可达100300m/min，大大高于高速钢；抗弯强度低，冲击韧性不好，工艺性能较差；种类,硬质合金（高耐热性和高耐磨性的金属碳化物与金属粘结剂在高温下烧结而成的粉末冶金制品）,硬质合金,钨钴类（代号YG）：YG3，YG6，YG8钨钛钴类（代号YT）：YT5，YT15，YT30钨钛钽（铌）钴类（代号YW）：YW1，YW2碳化钛基类（代号YN）：YN05，YN10,硬质合金的性能与用途比较,特点硬度高（达HRA9195），耐磨，耐高温（1200时，HRA80），化学稳定性好，不易与其他元素发生化学反应。抗弯强度低，冲击韧性差。,陶瓷刀具,常用材料有：氧化铝陶瓷（Al2O3）；金属陶瓷（Al2O3+TiC）；氮化硅陶瓷（Al2O3+Si3N4）；,涂层刀具,在高速钢（或韧性较好的硬质合金）的刀具基体上涂敷一层耐磨性好的难熔金属化合物。此类刀具的耐用度比高速钢高210倍，比硬质合金高13倍；加工件硬度越高，涂层刀具的效果越好。,金刚石特点硬度特高，耐磨性特好，刀刃异常锋利，用于超精密加工。与铁的亲和力好，因而不宜加工钢，铸铁等材料，用于加工有色金属，硬质合金。立方氮化硼特点硬度和耐磨性特仅次于金刚石，与铁系元素不易发生化学反应，可加工淬硬钢、淬硬铸铁等。高温时易于水发生化学反应，只能干切削。,超硬材料,车刀切削部分的组成:3个刀面2个刀刃1个刀尖,2.车刀的形状及几何角度（1）刀具切削部分的几何要素,前刀面主后刀面副后刀面,刀尖,主切削刃,副切削刃,车刀切削部分的组成:3个刀面前刀面切屑流过的表面(直接与切屑接触)主后刀面与工件上的过渡表面相对的表面副后刀面与工件上已加工表面相对的表面2个刀刃主切削刃前刀面与主后刀面的交线副切削刃前刀面与副后刀面的交线1个刀尖刀尖主切削刃与副切削刃连接处的那一部分切削刃,三个坐标平面,（2）定义刀具角度的参考系,基面（Pr）切削平面（Ps）主剖面（Po）,通过主切削刃上选定点且垂直于该点切削速度方向的平面,通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切且垂直该点基面的平面,通过主切削刃上选定点，且垂直于基面和切削平面的平面,基面、切削平面和主剖面（也称正交平面）组成了一个空间坐标参考系，即：主剖面参考系，也称正交平面参考系。选择不同平面，就可组成不同参考系（如：法剖面参考系）。,前角0主剖面内测量的前刀面与基面之间的夹角后角0主剖面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角主偏角r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副偏角r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刃倾角s切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角副后角0副剖面内测量的副后刀面与副切削平面之间的夹角,（3）刀具的标注角度,进给运动横向进给：车刀加工端面或切断时，切削平面变为通过切削刃切于（端面内）螺旋面的平面，基面也随之变化，此时，刀具实际的前角和后角为：,（4）刀具的工作角度,刀具在切削过程中，基面、切削平面和主剖面的位置会发生变化，使标注角度参考系变为工作角度参考系，在此参考系中度量的刀具角度即为刀具的工作角度。刀具的进给运动和实际安装位置对刀具工作角度都有影响。,0e=0+；0e=0；（为两平面的变化量）,纵向进给：车刀加工零件的外圆时，切削平面变为通过切削刃切于（圆柱面内）螺旋面的平面，基面也随之变化，此时，刀具实际的前角和后角为：,0e=0+；0e=0；,刀具安装位置,刀尖安装高低（a）刀尖与工件中心线等高，正常。,（b）刀尖高于工件中心线，前角增大，后角减小。0e=0+；0e=0；（c）刀尖低于工件中心线，前角减小，后角增大。0e=0；0e=0+；,刀杆中心线偏斜（a）刀杆中心线垂直于工件轴线，正常。（b）刀杆中心线,朝左偏转，主偏角r减小，副偏角r增大；re=r；re=r+；为偏转角。,（c）刀杆中心线朝右偏转，主偏角r增大，副偏角r减小；re=r+；re=r；为偏转角。,进给运动方向与工件轴线方向不一致与刀杆中心线朝左偏转时类似。re=r；re=r+；,整体式：切削部分与刀体是一整体材料。高速钢车刀多作成整体式，截面为矩形或长方形。焊接