数控加工的切削基础.ppt

1、1.1 数控加工工艺系统概述,数控加工的切削基础,以数控机床加工中的工艺问题为研究对象的一门综合基础技术课程，它以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床高精度、高效率和高柔性等特点，综合应用多方面的知识，解决数控加工中的工艺问题。,数控加工工艺,数控机床完成零件数控加工的过程,零件工艺分析确定零件的加工要素,编写零件的加工程序,加工零件,换刀装置,程序输送到NC机床,向MCU输入 零件的加工程序,NC机床,显示刀具路径,机床控制单元（MCU）,数控加工的主要内容包括, 根据零件加工图样进行工艺分析 用规定的程序代码或用编程软件 CAD/CAM 程序的输入或传输。 进行试运行、刀具路径模拟

2、等 运行程序，完成零件的加工。,数控加工工艺系统的构成及相互关系,图1-2 数控加工工艺系统,1.2 刀具几何角度及切削要素,1.2.1 切削运动和切削用量,（1）切削运动, 主运动 进给运动 合成切削运动 辅助运动,图1-3 切削运动和工件表面,切削加工过程中，形成了三个不断变化着的表面：,（2）工件表面, 已加工表面 待加工表面 过渡表面, 切削速度（vC）: vC=dn/1000 ; 进给量（f） : vf=nf ; vf=nZfZ ; 背吃刀量（aP） : aP=（dwdm）/2;,（3）切削用量,1.2.2 刀具切削部分的几何形状和角度,1.2.2.1 刀具切削部分的组成 前刀面（A

3、）: 切屑流过的表面； 主后刀面（A）: 与过渡表面相对的表面； 副后刀面（A） :与已加工表面相对的表面； 主切削刃（S）: 前刀面与主后刀面的交线，担负主要切削 工作； 副切削刃（S）: 前刀面与副后刀面相交得到的刃边； 刀尖: 主、副切削刃的连接处的一小部分切削刃;,刀具切削部分的组成,1.2.3 切削层,（1）切削层参数 切削厚度（hD） 切削宽度（bD） 切削面积（AD）,图1-17 纵车外圆切削层参数,1.3 金属切削过程的基本理论及规律,1.3.1 切削过程中的变形 （1）第一变形区的剪切滑移变形 （2）第二变形区的挤压摩擦和变形 （3）第三变形区的变形,三个变形区的划分,在剪切

4、面OM附近的切削层金属，在刀具的作用下，在OA到OM之间由许多切应力曲面构成的剪切滑移区，其宽度很窄，只有0.0202mm。 当前刀面以切削速度挤压切削层时，其中某一质点P便进入剪切滑移区，由位置1移至位置2，22之间的距离就是它的滑移量。此后，P点的滑移依次为33、44，滑移量也相应依次增加，切应力应变也逐渐增大。当P点移至OM面（终剪切面）上，切应力达到屈服点时，滑移变形基本结束，切削层变形为切屑且沿前刀面流出。,第一变形区,切屑沿前刀面流出时，受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前面处的金属再次产生剪切变形，使其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层称为滞流层。滞流层的变形程度

5、比切屑上层大几倍到几十倍。,第二变形区,刀具后刀面和工件的接触区。切屑底层和前刀面之间的挤压摩擦，使切屑底层的金属晶粒纤维化而拉长，在带有钝圆半径的切削刃口处被分为两部分：一部分随切屑沿前刀面流出；另一部分沿后刀面流出，形成已加工表面，它受到切削刃钝圆半径和后刀面的挤压、摩擦与回弹，造成已加工表面金属的纤维化和加工硬化，并产生一定的残余应力。第三变形区的金属变形，将影响到工件的表面质量及使用性能。,第三变形区,1.3.2 积屑瘤,（）积屑瘤的现象 在中速或较低切削速度范围内，切削一般钢料或其它塑性金属材料，而又能形成带状切屑时，常在切削刃口附近粘结一硬度很高（通常为工件材料硬度的23.5倍）的

6、楔状金属块，它包围着切削刃且覆盖部分前刀面，这种楔状金属块称为积屑瘤。,（二）积屑瘤的形成过程 在切削过程中，由于刀-屑间的摩擦，使前刀面和切屑底层一样都是刚形成的新鲜表面，它们之间的粘附能力较强。因此在一定的切削条件（压力和温度）下，切屑底层与前刀面接触处发生粘结，使与前刀面接触的切屑底层金属流动较慢，而上层金属流动较快。流动较慢的切屑底层，称为滞流层。如果温度与压力适当，滞流层金属就与前刀面粘结成一体。随后，新的滞流层在此基础上逐层积聚、粘合，最后长成积屑瘤。长大后的积屑瘤受外力作用或振动影响会发生局部断裂或脱落。积屑瘤的产生、成长、脱落过程是在短时间内进行的，并在切削过程中周期性地不断出

7、现。,（三）积屑瘤在切削过程中的作用 1、增大前角 积屑瘤粘附在前刀面上，它增大了刀具的实际前角，当积屑瘤最高时，刀具有30左右的前角，因而可减少切屑变形，降低切削力。,2、增大切削厚度 积屑瘤前端伸出于切削刃外，伸出量为D（见图15），使切削厚度增大了hD，因而影响了加工尺寸。,3、增大已加工表面粗糙度 积屑瘤的产生、成长与脱落是一个带有一定周期性的动态过程（每秒钟几十至几百次），使切削厚度不断变化，以及有可能由此而引起振动；积屑瘤的底部相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分粘附于切屑底部而排出，一部分留在已加工表面上，形成鳞片状毛刺；积屑瘤粘附在切削刃上，使实际切削刃呈一不规则的曲

8、线，导致在已加工表面上沿着主运动方向刻出一些深浅和宽窄不同的纵向沟纹。,4影响刀具耐用度 积屑瘤包围着切削刃，同时覆盖着一部分前刀面。积屑瘤一旦形成，它便代替切削刃和前刀面进行切削。于是，切削刃和前刀面都得到积屑瘤的保护，从而减少了刀具磨损。但在积屑瘤不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂可能使硬质合金刀具颗粒剥落，使刀具磨损加剧。,（四）影响积屑瘤的主要因素及防止方法 1、切削速度 实验研究表明，切削速度是通过切削温度对前刀面的最大摩擦系数和工件材料性质的影响而影响积屑瘤的。所以控制切削速度使切削温度控制在300以下或380以上，就可以减少积屑瘤的生成。,2、进给量 进给量增大，则切

9、削厚度增大。切削厚度越大，刀一屑的接触长度越长，从而形成积屑瘤的生成基础。若适当降低进给量，则可削弱积屑瘤的生成基础。,3、前角 若增大刀具前角，切屑变形减小，则切削力减小，从而使前刀面上的摩擦减小，减小了积屑瘤的生成基础。实践证明，前角增大到35时，一般不产生积屑瘤。,4、切削液 采用润滑性能良好的切削液可以减少或消除积屑瘤的产生。,1.3.3切削力,1.3.4切削热与切削液,1.3.5 刀具磨损和耐用度,（1）刀具磨损形式 前刀面磨损 后刀面磨损 前刀面和主后刀面同时磨损,图1-29 刀具的正常磨损形式,（2）刀具磨损的原囡,1、磨料磨损 2、黏结磨损 3、扩散磨损 4、氧化磨损 5、热电

10、磨损,（3）刀具磨损过程与磨钝标准 刀具磨损过程 a.初期磨损阶段（OA） b. 正常磨损阶段（AB） c. 急剧磨损阶段（BC）,粗车,灰铁、可锻铸铁,耐热钢、不锈钢,粗车, 刀具的磨钝标准: 根据加工要求规定的主后刀面中间部分的平均磨损量VB作为磨钝标准。一般情况下，车刀磨钝标准的推荐值如表1-1所示。,（4）刀具耐用度, 刀具耐用度的概念 影响刀具耐用度的因素 a.切削用量； b.刀具几何参数； c.刀具材料； d.工件材料。 刀具耐用度的确定 合理刀具耐用度的确定原则是提高生产效率和降低加工成本。,生产中常用刀具耐用度参考值见表1-2。,选择刀具耐用度时，还应该考虑以下几点： a. 复

11、杂、高精度、多刃刀具耐用度应比简单、低精度、单刃刀具高； b. 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； c . 精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应选得比粗加工刀具高一些； d. 精加工大件时，为避免中途换刀，T 应选得高一些； e. 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金属材料的切削加工性,（1）金属材料切削加工性的概念 （2）衡量金属材料切削加工性的指标 切削速度指标v 相对加工性指标 Krv60/(v60)j,5-5-5铜铅合金、9-4铝铜合金、铝镁合金,常用材料的相对加工性分为八级,（3）改善金属材料切削加工性

12、的途径, 热处理方法 调整材料的化学成分,1.4.3 切削用量的合理选择,1.4.3.1 切削用量的选择 （1）切削用量的选择原则 粗加工时切削用量的选择原则 精加工时切削用量的选择原则,（2）切削用量的选择方法,背吃刀量的选择ap (mm)的选择 进给量f（mm/r）、每齿进给量fz（mm/z）和进给速度（mm/min）的选择,3. 切削速度vC（m/min）的选择,4.机床功率的校核,1.5 刀具几何参数的合理选择,1.5.1 前角及前面形状的选择 （1）前角的功用 （2）合理前角的选择原则 （3）前面形状及刃区参数的选择 （表1-5）,图1-37 刀具的合理前角,（1）后角的功用 （2）合理后角的选择原则 （3）后面形状及选择,1.5.2 后角及后面形状的选择,图1-38 后面形状,1.5.3 主偏角及副偏角的选择,（1）主偏角的功用及其选择原则 主偏角的功用 合理主偏角的选择原则 （2）副偏角的功用及其选择原则 副偏角的功用 合理副偏角的选择原则,表1-7是在不同加工条件时，主要从工艺系统刚度考虑的合理主偏角、副偏角参考值。,1.5.4 刃倾角的功用及其选择,（1）刃倾角的功用 刃倾角主要影响切屑的流向和刀尖的强度。如图1-39所示,图1-39 刃倾角对刀尖强