切削参数的选择.ppt

1、2.3 切削参数的选择,2.3.1 刀具几何角度 1刀具基本概念： 、刀具切削部分组成： 前刀面A切屑沿其流出的表面。 主后刀面A与过渡表面相对的面。 副后刀面A与已加工表面相对的面。 主切削刃 前刀面与主后刀面相交形成的刀刃。 副切削刃前刀面与副后刀面相交形成的刀刃。,车刀的切削部分,正交平面参考系时各参考面 ：（右图） 基面pr过切削刃选定点平行或垂直刀具安装面（或轴线）的平面。 切削平面ps过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。 正交平面po过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的平面。,正交平面参考系,对于法平面参考系： 则由pr、ps、pn三平面组成，其中： 法平面pn过切削

2、刃选定点并垂直于切削刃的平面。 对于假定工作平面参考系： 则由pr、pf、pp三平面组成， 假定工作平面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。 背平面pp过切削刃选定点和假定工作平面与基面都垂直的平面。,三、刀具的标注角度,刀具的标注角度指刀具工作图上需要 标出的角度，用于刀具的制造、刃磨和测量 。 在主剖面参考系中的标注角度,2、副偏角：在基面内，副刀刃的投影与进给方向的夹角(锐角),1、主偏角：在基面内，主刀刃的投影与进给方向的夹角。,kr,3、刃倾角S:在切削平面Ps内，主刀刃与基面Pr的夹角。当刀尖在 切削刃上为最低点时， S为负值；反之，当刀尖在切削刃上为最高点

3、时， S为正值。,4、前角o：在主剖面Po内，前刀面与基面Pr之间 的夹角 前刀面与切削平面之间的夹角为锐角，前角为正，夹角为钝角，前角为负值,5、后角O ： 在主剖面内，后刀面与切削平面之间的夹角。后刀面与基面之间的夹角为锐角，后角为正，夹角为钝角，后角为负值。,刀具的标注角度,2.3.2 刀具几何参数的合理选择,概念： 刀具几何参数的合理选择：是指在保证加工质量的前提下，选择能提高切削效率，降低生产成本，获得最高刀具耐用度的刀具几何参数。 刀具几何参数内容： 刀具几何角度（如前角、后角、主偏角等）、 刀面形式（如平面前刀面、倒棱前刀面等） 切削刃形状（直线形、圆弧形） 选择刀具考虑的因素：

4、 工件材料、刀具材料、切削用量、工艺系统刚性等工艺条件以及机床功率等。,在一定切削条件下的基本选择方法 ：,1前角和前刀面形状的选择,5刃倾角的选择,3主偏角、副偏角的选择,2后角及形状的选择,4刀尖形状的选择,1前角和前刀面形状的选择 （1） 前角的选择： 在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋利，同时也要兼顾刀刃的强度与耐用度。 刀具前角的合理选择，主要由刀具材料和工件材料的种类与性质决定。,刀具前角的作用,前角对切 削力、切 屑排出、 切削、刀 具耐用度 影响都很 大, 刀具材料 强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。 下图是不同刀具材料韧性的变化 工件材料 加

5、工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前刀面接触长度长，压力与摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般采用选择大的前角。 加工脆性材料时，切屑为碎状，切屑与前刀面接触短，切削力主要集中在切削刃附近，受冲击时易产生崩刃，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。, 加工条件 粗加工时，一般取较小的前角； 精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度； 带有冲击性的断续切削比连续切削前角取得小。, 其它刀具参数 负倒棱（如右图角度o1）的刀具可以取较大的前角。 大前角的刀具常与负刃倾角相匹配以保证切削刃的强度与抗冲击能力。 总之，前角选择的原则是在满足刀具耐用度的前提下，尽量选

6、取较大前角。 刀具的合理前角参考值见P64表2-1和表2-2所示。,1、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？ 2、加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角。 3、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？ 4、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？,问题？,（2）前刀面形状、刃区形状及其参数的选择 、前刀面形状 A、正前角锋刃平面型 （右图） 特点：刃口较锋利，但强度差， o不能太大，不易折屑 主要用于高速钢刀具，精加工。 B、带倒棱的正前角平面型（右图） 特点：切削刃强度及抗冲击能力强，同样条件下可以采用较大的前角，提高了刀具耐用度。 主要用于硬质合金刀具

7、和陶瓷刀具，加工铸铁等脆性材料。,C、负前角平面型 （右图） 特点：切削刃强度较好， 但刀刃较钝，切削变形大。 主要用于硬脆刀具材料。加工高强度高硬度材料，如淬火钢。 图示类型负前角后部加有正前角，有利于切屑流出。,D、曲面型 （右图） 特点：有利于排屑、卷屑和断屑，而且前角较大，切削变形小，所受切削力也较小。 在钻头、铣刀、拉刀等刀具上都有曲面前面。 E、钝圆切削刃型（右图） 特点：切削刃强度和抗冲击能力增加具有一定的消振作用。 适用于陶瓷等脆性材料。, 刃区形状 倒棱：沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面。 倒棱的优点： A、当倒棱选择合理时，棱面将形成滞留金属三角区。切屑仍沿正前角面流出，切削

8、力增大不明显，而切削刃加强并受到三角区滞留金属的保护，同时散热条件改善，刀具寿命明显提高。 B、对于硬质合金和陶瓷等脆性刀具，粗加工时，效果更显著，可提高刀具耐用度15倍。 C、倒棱也使切削力的方向发生变化，在一定程度上改善刀片的受力状况，减小对切削刃产生的弯曲应力分量，从而提高刀具耐用度。,倒棱参数的最佳值与进给量有密切关系 b1（0.30.8）f 粗加工时取大值，精加工时取小值。 加工低碳钢、灰铸铁、不锈钢时， b1 0.5f ，01- 5o- 10o。 加工硬皮的锻件或铸钢件，机床刚度与功率允许的情况下，倒棱负角可减小到- 30o， 高速钢倒棱前角01 0o5o， 硬质合金刀具01- 5

9、o- 10o 。 冲击比较大，负倒棱宽度可取b1 （1.52）f 。 对于进给量很小（f 0.2mm/r）的精加工刀具，为使切削刃锋利和减小刀刃钝圆半径，一般不磨倒棱。 加工铸铁、铜合金等脆性材料的刀具，一般也不磨倒棱。,倒棱参数,钝圆切削刃,钝圆切削刃：是在负倒棱的基础上进一步修磨而成，或直接钝化处理成。 钝圆切削刃与负倒棱比较： A、切削刃钝圆半径比锋刃增大了一定的值，在切削刃强度方面获得与负倒棱一样的效果； B、比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具获得较高耐用度。 C、刃部钝圆对加工表面有一定的整轧和消振作用，有利于提高加工表面质量。 钝圆半径rn有小型（ rn 0.0250.05）

10、，中型（ rn 0.050.1mm）和大型（ rn 0.10.15）三种。需要根据刀具材料、工件材料和切削条件三方面选择。,刀具材料强度和韧性影响钝圆半径选择。高速钢刀具一般采用正前角锋刃或小型切削刃，陶瓷刀片一般要求负倒棱且带大型钝圆切削刃。WC基硬质合金刀具一般采用中型钝圆刀刃。TiC基硬质合金刀具在中型与大型钝圆刀刃之间。 工件材料的性质也影响钝圆半径的选择。易切削金属的加工，一般采用锋刃或小型钝圆半径；切削灰铸铁和球墨铸铁等材质分布不均而容易产生冲击的加工材料，通常采用中型钝圆半径刀具加工；切削高硬度合金材料，一般采用中型或大型钝圆半径刀具加工。,钝圆半径选择,2后角及形状的选择 （1

11、）后角的选择 、后角的作用 ： A、减小刀具后刀面与加工表面的摩擦； B、当前角固定时，后角的增大与减小能增大和减小刀刃的锋利程度，改变刀刃的散热，从而影响刀具的耐用度。,刀具后角的作用,、后角的选择考虑因素 ： A、切削厚度 当切削厚度hD（和进给量f）较小时，切削刃要求锋利，因而后角o应取大些。 如高速钢立铣刀，每齿进给量很小，后角取到16o。车刀后角的变化范围比前角小； 粗车时，切削厚度hD较大，为保证切削刃强度，取较小后角， o 4o8o； 精车时，为保证加工表面质量，o 8o12o。 车刀合理后角在f 0.25/r时，可选o10o12o；在f 0.25/r时， o 5o8o。,B、工

12、件材料 工件材料强度或硬度较高时，为加强切削刃，一般采用较小后角。 对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取较大后角。如加工高温合金时，o10o15o。 、选择后角的原则： 在不产生摩擦的条件下，应适当减小后角。,（2）后刀面形状的选择 双重后面：为减少刃磨后面的工作量，提高刃磨质量，在硬质合金刀具和陶瓷刀具上通常把后面做成双重后面； 刃带：沿主切削刃和副切削刃磨出的窄棱面被称为刃带。 刃带的作用： A、对定尺寸刀具磨出刃带的作用是为制造、刃磨刀具时有利于控制和保持尺寸精度， B、在切削时提高切削的平稳性和减小振动。,刃带宽度的选择,一

13、般刃带宽在ba10.10.3范围，超过一定值将增大摩擦，降低表面加工质量。 当工艺系统刚性较差，容易出现振动时，可以在车刀后面磨出ba1 0.10.3，o- 5o- 10o的消振棱，如图2-29(b)。,3主偏角、副偏角的选择 （1）主偏角的选择 A、主偏角r的增大或减小对切削加工有利的一面 在背吃刀量ap与进给量f 不变时，主偏角r减小将使切削厚度hD减小，切削宽度bD增加，参加切削的切削刃长度也相应增加，切削刃单位长度上的受力减小，散热条件也得到改善。 主偏角r减小时，刀尖角增大，刀尖强度提高，刀尖散热体积增大。 所以，主偏角r减小，能提高刀具耐用度。,主偏角的作用,余偏角等于 90减主偏

14、 角，其作用 是缓和冲击 力，对进给 力，背向力， 切削厚度都 有影响,B、主偏角r的增大或减小对切削加工不利的一面 主偏角的减小也会产生不良影响。因为根据切削力分析可以得知，主偏角r减小，将使背向力Fp增大，从而使切削时产生的挠度增大，降低加工精度。同时背向力的增大将引起振动。 因此主偏角的减小对刀具耐用度和加工精度产生不利影响。,综合考虑选择原则 ： 、工艺系统刚性较好时（工件长径比lw/dw 6） ，主偏角r可以取小值。 如当在刚度好的机床上加工冷硬铸铁等高硬度高强度材料时，为减轻刀刃负荷，增加刀尖强度，提高刀具耐用度，一般取比较小的值，r10o30o。,、工艺系统刚性较差时 （工件长径

15、比lw/dw = 6-12） ，或带有冲击性的切削，主偏角r可以取大值，一般r60o75o，甚至主偏角r可以大于90o，以避免加工时振动。 硬质合金刀具车刀的主偏角多为60o75o 。 、根据工件加工要求选择。 当车阶梯轴时， r 90o；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时， r 45o。,（2）副偏角的选择 副偏角r的大小对刀具耐用度和加工表面粗糙度的影响： A、副偏角的减小，将可降低残留物面积的高度，提高理论表面粗糙度值， B、副偏角减小刀尖强度增大，散热面积增大，提高刀具耐用度。 C、副偏角太小会使刀具副后刀面与工件的摩擦，使刀具耐用度降低，另外引起加工中振动。,副偏角的选择考虑的各种综合

16、因素 ： 、工艺系统刚性好时，加工高强度高硬度材料，一般r5o10o；加工外圆及端面，能中间切入，r45o。 、工艺系统刚度较差时，粗加工、强力切削时，r10o15o；车台阶轴、细长轴、薄壁件，r5o10o。 、切断切槽，r1o2o。 副偏角的选择原则是：在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角。,副偏角的作用,副偏角具有减少 已加工表面与刀 具摩擦的功能。 一般为515,4刀尖形状的选择 刀尖概念：主切削刃与副切削刃连接的地方 刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方。切削过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损，因此增强刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖对已加工表面粗糙度有很大影响。,(a)倒

17、角刃 (b)圆弧刃 (c)修光刃,刀尖圆弧半径的作用,刀尖圆弧半径 对刀尖的强度 及加工表面粗 糙度影响很大，一般适宜值选 进给量的23 倍,倒角刀尖的优点： 主偏角r和副偏角r的减小，都可以增强刀尖强度，但同时也增大了背向力Fp，使得工件变形增大并引起振动。但如在主、副切削刃之间磨出倒角刀尖。则既可增大刀尖角，又不会使背向力Fp增加多少。如图2-30(a)所示。,(a)倒角刃,倒角刀尖的取值： 倒角刀尖的偏角一般取r r， b（ ）ap。,(a)倒角刃,圆弧状刀尖的圆弧半径取值： （如图2-30(b)所示） 增大 ，刀具的磨损和破损都可减小，不过，此时背向力Fp也会增大，容易引起振动。考虑到

18、脆性大的刀具对振动敏感因素，一般硬质合金刀具和陶瓷刀具的刀尖圆弧半径值较小； 硬质合金车刀和陶瓷车刀，一般0.51.5， 高速钢刀具， 13。 精加工选取比粗加工小。,修光刃,精加工时，还可修磨出r0o，宽度b（1.21.5）f 与进给方向平行的修光刃，切除掉残留面积，如图2-30(c)所示。 这种修光刃能在进给量较大时，还能获得较高的表面加工质量。 如用阶梯端铣刀精铣平面时，采用12个带修光刃的刀齿，既简化刀齿调整，又提高加工效率和加工表面质量。,问题？,1、工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小还是较大的后角？ 2、对于塑性较大材料，一般取较小还是较大的后角？,1、工件材料强度或硬度较高时

19、，为加强切削刃，一般采用较小后角。 2、对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取较大后角。,3、工艺系统刚性较好时，主偏角r如何选择？ 4、当车阶梯轴时， r ？；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时， r ？。 5、副偏角r 的大小对表面粗糙度如何影响？,3、工艺系统刚性较好时（工件长径比lw/dw 6） ，主偏角r可以取小值。 4、当车阶梯轴时， r 90o；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时， r 45o。 5、副偏角的减小，将可降低残留物面积的高度，提高理论表面粗糙度值，,5刃倾角的选择 刃倾角s是在主切削平面ps内，主切削刃与基面p

20、r的夹角。 当s为负值时，切屑将流向已加工表面，并形成长螺卷屑，容易损害加工表面。但切屑流向机床尾座，不会对操作者产生大的影响，如图2-31(a)所示。粗车时采用负值的s 。 当s为正值，切屑将流向机床床头箱，影响操作者工作，并容易缠绕机床的转动部件，影响机床的正常运行，如图2-31(b)所示。精车时采用正值的s 。,刃倾角对切屑流向的影响,刃倾角的作用,刃倾角是前刀面 倾斜的角度。重 切削时，切削开 始点的刀尖上要 承受很大的冲击 力，为防止刀尖 受此力而发生脆 性损伤，故需有 刃倾角。推荐车 削时为35； 铣削时1015,刃倾角s的变化能影响刀尖的强度和抗冲击性能。 当s取负值时，刀尖在切削刃最低点，切削刃切入工件时，切入点在切削刃或前刀面，保护刀尖免受冲击，增强刀尖强度。 一般大前角刀具通常选用负的刃倾角，既可以增强刀尖强度，又避免刀尖切入时产生的冲击。,刃倾角对刀尖的影响,车削