第1单元 金属切削基本知识.ppt

第1金属切削基本知识,1.1切削运动和切削要素,1.1.1切削运动和加工中的工件表面,1.1.1.1切削运动,1主运动,2进给运动,3合成切削运动,4辅助运动,1.1切削运动和切削要素,1.1.1切削运动和加工中的工件表面,1.1.1.1切削运动,图1-1切削运动和工件表面,1.1切削运动和切削要素,1.1.1切削运动和加工中的工件表面,1.1.1.2工件表面,(1)已加工表面。,(2)待加工表面。,(3)过渡表面。,1.1切削运动和切削要素,1.1.2切削要素,1.1.2.1切削用量,切削用量是表示主运动及进给运动参数的数量，是切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap三者的总称。,图1-2切削用量三要素,1.1切削运动和切削要素,1.1.2切削要素,1.1.2.1切削用量,(3)背吃刀量(ap)。,(2)进给量(f)。,(1)切削速度(vc)。,1.1切削运动和切削要素,1.1.2切削要素,1.1.2.2切削层,1切削层参数,图1-3纵车外圆切削层参数,1.1切削运动和切削要素,1.1.2切削要素,1.1.2.2切削层,1切削层参数,1.1切削运动和切削要素,1.1.2切削要素,1.1.2.2切削层,2正切屑和倒切屑,图1-6正切屑和倒切屑,1.1切削运动和切削要素,1.1.2切削要素,1.1.2.2切削层,3材料切除率Q,材料切除率是指在特定瞬间，单位时间内被刀具切除的工件材料的体积。相当于切削层横截面积以vc值沿切削速度方向运动一个单位时间所包含的空间体积(单位；mm3)，它是反映切削效率高低的一个指标。其计算公式为,(1-12),1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.1刀具切削部分的组成,图1-7刀具切削部分的组成,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.1刀具切削部分的组成,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.1刀具切削部分的组成,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.1刀具切削部分的组成,图1-8刀尖类型,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,1度量角度的参考系,(1)刀具静止参考系，是用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时，刀具几何参数的参考系。,(2)刀具工作参考系，是规定刀具进行切削加工时几何参数的参考系。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,2刀具静止参考系,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,2刀具静止参考系,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,2刀具静止参考系,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,2刀具静止参考系,图1-9刀具的静止参考系,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,2刀具静止参考系,图1-10刀具静止参考系及其角度,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,3刀具的标准角度,3)楔角(o)。,1)前角(o)。,2)后角(o)。,(1)在正交平面中测量的角度。,o=90-(o+o),(1-13),1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,3刀具的标准角度,3)刀尖角(r)。,1)主偏角(r)。,2)副偏角(r)。,(2)在基面中测量的角度。,r=180-(r+r),(1-14),1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,3刀具的标准角度,处于最低点时，刀倾角为负值(如图1-10所示的S向视图)。,当刀尖相对车刀刀柄安装面处于最高点时，刃倾角为正值；,(3)在切削平面中测量的角度。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,3刀具的标准角度,(4)法平面参考系中测量的角度。,在法平面内测量的角度有法前角n、法后角n和法楔角n。对于某些大刃倾角刀具，为表明其刀齿强度，常要求标注法平面参考系中的角度。当s=0时，法平面与正交平面重合；当s0时，法平面与正交平面相夹s角。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,3刀具的标准角度,(5)在假定工作平面和背平面参考系中测量的角度。,为了机械刃磨刀具或分析讨论问题的需要，常常要利用在假定工作平面和背平面中测量的角度。在假定工作平面中测量的前角和后角分别称侧前角f和侧后角f，在背平面中测量的前角和后角分别称背前角p和背后角p。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,4几种典型车刀的刀具角度标准,(1)90外圆车刀。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,4几种典型车刀的刀具角度标准,(1)90外圆车刀。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,4几种典型车刀的刀具角度标准,(2)45端面车刀。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,4几种典型车刀的刀具角度标准,(3)切断刀。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.2刀具切削部分的几何角度,4几种典型车刀的刀具角度标准,(4)车孔刀。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.3刀具的工作角度,1刀具工作参考系及工作角度,(1)刀具工作参考系。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.3刀具的工作角度,1刀具工作参考系及工作角度,(2)刀具工作角度。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.3刀具的工作角度,2进给运动对刀具工作角度的影响,(1)横车外圆对工作角度的影响。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.3刀具的工作角度,2进给运动对刀具工作角度的影响,(2)纵车外圆对工作角度的影响。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.3刀具的工作角度,2进给运动对刀具工作角度的影响,(2)纵车外圆对工作角度的影响。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.1刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.1.3刀具的工作角度,2进给运动对刀具工作角度的影响,(2)纵车外圆对工作角度的影响。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.2刀具材料,1.2.2.1刀具材料应具备的性能,(5)经济性。,(1)高硬度和耐磨性。,(2)足够的强度和韧性。,(3)良好的耐热性和导热性。,(4)良好的工艺性。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.2刀具材料,1.2.2.2刀具材料的种类与选用,1高速钢,(3)粉末冶金高速钢。,(2)高性能高速钢。,(1)通用型高速钢。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.2刀具材料,1.2.2.2刀具材料的种类与选用,2硬质合金,国际标准化组织(ANSI/ISO5132005)规定，将切削加工用硬质合金分为三大类，分别用K、P、M表示。,K类适用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，相当我国的YG类硬质合金，外包装用红色标志。,P类适用于加工长切屑的黑色金属，相当于我国的YT类硬质合金，外包装用蓝色标志。,M类适用于加工长、短切屑的黑色金属和有色金属，相当于我国的YW类硬质合金，外包装用黄色标志。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.2刀具材料,1.2.2.2刀具材料的种类与选用,3其他刀具材料,(3)立方氮化硼(CBN)。,(2)金刚石。,(1)陶瓷材料。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.2刀具材料,1.2.2.2刀具材料的种类与选用,4刀具材料的表面涂层,表面涂层可以提高刀具的硬度，降低摩擦因数，使刀具磨损显著降低，可提高切削速度30%50%。表面经涂层的刀片广泛用于对各种钢料、铸铁的精加工和半精加工上或负荷较轻的粗加工上。,1.2刀具角度及刀具材料选用,1.2.2刀具材料,1.2.2.2刀具材料的种类与选用,5刀具材料,刀体是刀具的夹持部位，承受着弯矩和扭矩的作用，因此，应具备足够的强度和刚度。通常选用普通碳钢或合金钢制作。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.1切削过程中的变形,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.1切削过程中的变形,1.3.1.1第变形区的剪切变形,图1-20第变形区金属的剪切滑移,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.1切削过程中的变形,1.3.1.2第变形区的挤压摩擦和变形,经第变形区剪切滑移而形成的切屑在沿前面流出过程中，靠近前面处的金属受到前面的挤压而产生剧烈摩擦，再次产生剪切变形，使切屑底层薄薄的一层金属流动滞缓。这一层滞缓流动的金属切削层称为滞流层。滞流层的变形程度比切屑上层大几倍到几十倍。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.1切削过程中的变形,1.3.1.3第变形区的变形,第变形区的变形是指工件过渡表面和已加工表面金属层受到切削刃钝圆部分和后面的挤压、摩擦而产生塑性变形的区域，它形成表层金属的纤维化和加工硬化，并产生一定的残余应力。第变形区的金属变形将影响工件的表面质量和使用性能。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.2积屑瘤与鳞刺,1.3.2.1积屑瘤,图1-21积屑瘤,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.2积屑瘤与鳞刺,1.3.2.1积屑瘤,5)切削液。,1)工件材料。,2)切削速度。,3)进给量。,4)前角。,影响积屑瘤的因素,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.2积屑瘤与鳞刺,1.3.2.2鳞刺,图1-22鳞刺现象,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.3影响切削变形的因素,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.1切削力的来源及分解,切屑、工件与刀具之间的摩擦力,塑性变形抗力,3个变形区内产生的弹性变形抗力,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.1切削力的来源及分解,图1-24作用在刀具上的力,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.1切削力的来源及分解,图1-25外圆车削时切削合力与分力,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.1切削力的来源及分解,(3)进给抗力Ff。,(2)背向力Fp。,(1)主切削力Fc。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.2切削力的经验公式,(1)指数公式。,(1-22),1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.2切削力的经验公式,(2)用单位切削力计算切削力的公式。,(1-23),(1-24),1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.3切削功率,切削过程中分别消耗的3个功率之和，通常用主切削力Fc消耗的功率Pc(单位：kW)来表示，即：,(1-25),机床电动机功率消耗,：,(1-26),式中机床传动效率，一般取0.750.85。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.4切削力,1.3.4.4影响切削力的主要因素,：,工件材料的影响。,切削用量的影响。,刀具几何角度的影响。,刀具磨损的影响。,4,1,2,3,切削液的影响。,5,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.5切削热与切削温度,1.3.5.1切削热的产生与传散,：,(1)切削热的产生。,(1-27),式中剪切区金属变形功转变的热；切屑与前面的摩擦功转变的热；已加工表面与后面的摩擦功转变的热。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.5切削热与切削温度,1.3.5.1切削热的产生与传散,：,(1)切削热的产生。,图1-27切削热的来源与传散,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.5切削热与切削温度,1.3.5.1切削热的产生与传散,：,(2)切削热的传散。,(1-28),切削热传出的大致比例为：,1)车削加工时，(50%86%)，(40%10%)，(9%3%)，(1%)；2)钻削加工时，(28%)，(14.5%)，(52.5%)，(5%)。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.5切削热与切削温度,1.3.5.2切削温度的分布,：,图1-28切削温度的分布,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.5切削热与切削温度,1.3.5.3影响切削温度的因素和变化规律,：,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.1刀具磨损形式,：,1前面磨损,2后面磨损,3前面和后面同时磨损,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.1刀具磨损形式,：,图1-29刀具的正常磨损形式,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.2刀具磨损过程与磨钝标准,：,(1)初期磨损阶段(OA)。,(2)正常磨损阶段(AB)。,(3)急剧磨损阶段(BC)。,1刀具磨损过程,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.2刀具磨损过程与磨钝标准,：,图1-30刀具磨损的典型曲线,1刀具磨损过程,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.2刀具磨损过程与磨钝标准,：,表1-4车刀的磨钝标准,2刀具的磨钝标准,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.3刀具耐用度,：,1刀具耐用度概念,刀具从刃磨后开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间T称为刀具的耐用度，单位为min。,注意：刀具耐用度T不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.3刀具耐用度,：,2影响刀具耐用度的因素,(1)切削用量。,(2)刀具几何参数。,(3)刀具材料。,(4)工件材料。,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.3刀具耐用度,：,3刀具耐用度的确定,(1)复杂、高精度、多刃刀具耐用度应比简单、低精度、单刃刀具耐用度高；,(2)可转位刀具换刃、换刀片快捷方便，为保持刀刃锋利，刀具耐用度可选得低一些；,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.3刀具耐用度,：,3刀具耐用度的确定,(3)精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具耐用度高一些；,(4)精加工大件时，为避免中途换刀，T应高一些；,1.3金属切削过程中的基本理论及规律,1.3.6刀具磨损和耐用度,1.3.6.3刀具耐用度,：,3刀具耐用度的确定,(5)数控加工中的刀具耐用度应大于一个工作班，至少应大于一个零件的切削时间。,1.4金属切削条件合理选择,1.4.1切屑的种类及其控制,1.4.1.1切屑的种类,：,图1-31切屑类形,1.4金属切削条件合理选择,1.4.1切屑的种类及其控制,1.4.1.1切屑的种类,：,1带状切屑,3粒状切屑,2节状切屑,4崩碎切屑,1.4金属切削条件合理选择,1.4.1切屑的种类及其控制,1.4.1.2切屑的流向、卷曲和折断,：,1切屑的流向,图1-32切屑的流向,1.4金属切削条件合理选择,1.4.1切屑的种类及其控制,1.4.1.2切屑的流向、卷曲和折断,：,2切屑的卷曲,图1-33对切屑流向的影响,1.4金属切削条件合理选择,1.4.1切屑的种类及其控制,1.4.1.2切屑的流向、卷曲和折断,：,2切屑的卷曲,图1-34切屑的卷曲,1.4金属切削条件合理选择,1.4.1切屑的种类及其控制,1.4.1.3影响断屑的因素,：,1卷屑槽的尺寸参数,2刀具角度,3切削用量,1.4金属切削条件合理选择,1.4.2金属材料的切削加工性,1.4.2.1金属材料切削加工性的概念,：,金属材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。良好的金属切削加工性能是指刀具耐用度较高或在一定耐用度下的切削速度vc较高。切削力较小、切削温度较低，容易获得较好的表面质量和切屑形状容易控制或容易断屑。研究金属材料切削加工性的目的是为了寻找改善技术材料切削加工性的用途。,1.4金属切削条件合理选择,1.4.2金属材料的切削加工性,1.4.2.2衡量金属材料切削加工性的指标,：,切削速度指标,01,相对加工性指标Kr,02,1.4金属切削条件合理选择,1.4.2金属材料的切削加工性,1.4.2.3改善金属材料切削加工性的途径,：,(2)调整材料的化学成分。,(1)热处理方法。,1.4金属切削条件合理选择,1.4.3切削用量与切削液的合理选择,1.4.3.1切削用量的选择,：,(1)切削用量的选择原则。,1.4金属切削条