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1、,第五章 切削用量及刀具幾何角度的選擇,教學(xué)要求,掌握刀具結(jié)構(gòu)的作用及各角度選取原則,掌握切削用量的選取原則,切削變形 切削力 切削溫度 刀具磨損 刀具耐用度 生產(chǎn)率 工件成本,切削用量,刀具幾何參數(shù),刀具合理幾何參數(shù)的選擇 刀具幾何參數(shù)包括：刀面形式、刀具角度、切削刃形狀等。 刀具合理的幾何參數(shù)，是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能夠獲得最高刀具耐用度，從而達(dá)到提高切削效率或降低生產(chǎn)成本目的的幾何參數(shù)。,1.正前角平面型 優(yōu)點：形狀簡單、易制造、鋒利； 缺點：刃口強(qiáng)度差，不易斷屑。,前刀面的型式及選擇,5.1 前刀面及前角的選擇,使用場合： 鋼材精加工； 低硬度材料加工； 刃形復(fù)雜的刀具。,2.正

2、前角曲面型 優(yōu)點：刃口強(qiáng)度大、利于卷屑。 缺點：刃磨比平面型前角困難。,使用場合： 單刃刀具； 需要改善卷屑的加工場合。,3.負(fù)前角單面型 優(yōu)點：刃口強(qiáng)度高。 缺點：刃口鈍，對切削層的擠壓嚴(yán)重。,使用場合： 主要用于硬質(zhì)合金車刀和銑刀； 切削高強(qiáng)度、高硬度材料和切削淬火鋼； 當(dāng)磨損主要發(fā)生在后刀面時。,4.正前角正倒棱 使用場合：適用于高速鋼刀具 正倒棱尺寸參數(shù)：,5.正前角負(fù)倒棱 優(yōu)點：可提高刃口強(qiáng)度； 增大了散熱面積； 提高了刀具耐用度。 缺點：刃口較鈍。,適用場合：適用于硬質(zhì)合金刀具切削厚度較大的粗加工。,6.負(fù)前角雙面型 優(yōu)點：減少了前刀面的刃磨面積； 刀具的壽命延長。 適用場合：用于

3、磨損同時發(fā)生在前刀面和后刀 面的場合。,負(fù)前角平面型,7.波形前刀面 主切削刃為波浪形，可改變切屑的形狀，改善切削過程。,主切削刃,散熱好，粗加工時用。,1.前角的作用 影響切削區(qū)的變形程度； 增加前角可減小切削層的塑性變形，從而減小切削力、切削熱和切削功率。 影響刀具耐用度； 增大前角，可減小切削力、切削熱和切削功率，提高刀具耐用度； 前角過大則刀頭強(qiáng)度降低，散熱條件差，從而使刀具耐用度降低。 影響加工表面質(zhì)量； 增加前角可減小塑性變形，從而減少工件表面的加工硬化，并抑制積屑瘤與鱗刺的產(chǎn)生； 增加前角可減小切削中的振動，提高加工質(zhì)量。,前角的作用及選擇,工件材料強(qiáng)度越大，硬度越高，應(yīng)取越小的

4、前角，甚至可取負(fù)值。 加工塑性材料時，為減小切屑變形和刀具磨損，應(yīng)選擇較大的前角； 加工脆性材料時，為保證刀尖的強(qiáng)度，前角應(yīng)小一些。,2.前角的選擇原則,根據(jù)工件材料選擇前角,圖3-2 加工材料不同時的合理前角,ro塑ro脆 ，ro低強(qiáng)度鋼ro高強(qiáng)度鋼,（前角大，刀頭受彎曲應(yīng)力；前角小，刀尖受壓） 高速鋼刀具抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度接近，可采用較大的前角； 硬質(zhì)合金刀具抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小很多，應(yīng)采用較小的前角。,根據(jù)刀具材料選取前角,根據(jù)加工條件選取前角。 塑性材料粗加工時，為保證刀具有足夠的強(qiáng)度和散熱面積，應(yīng)減小前角； 精加工時，為保證加工質(zhì)量，前角應(yīng)取大一些。 粗加工，特別是斷續(xù)切削，應(yīng)適當(dāng)減

5、小前角。 當(dāng)系統(tǒng)的剛性較差時，為減小切削力和振動，前角應(yīng)取大一些。 自動機(jī)床，一般選較小的前角。,1.單面平面型后刀面 優(yōu)點：形狀簡單、易制造、容易獲得鋒利的刃口。 缺點：后角較大時刃口強(qiáng)度差。 使用場合：用于高速鋼單刃刀具（如車刀、刨刀）,5.2 后刀面及后角的選擇,后刀面的型式及選擇,2.單面曲面型后刀面（P2） 優(yōu)點：后角相同時，刃口強(qiáng)度比平面型好。 缺點：刃磨較復(fù)雜。 使用場合：用于對切削部分有特定要求的刀面（麻花鉆、銑刀）。,3.雙面型刃帶后刀面（后刀面有后角為零度的窄狹刃口）（P166） 優(yōu)點：可控制多刃刀具刀齒的徑向偏擺，保證刀齒的尺寸精度； 增加刀具的重磨次數(shù)； 加工中可支承、

6、導(dǎo)向、消振、熨平已加工表面。 帶刃尺寸：,4.雙面型消振棱后刀面 優(yōu)點：可消除切削中的振動； 可提高刀具的耐用度。 消振棱尺寸：,5.波形后刀面 優(yōu)點：增大了切屑卷曲方向的剛度，有利于斷屑。,1.后角的作用 增加后角可減少刀具與已加工表面的摩擦，因此 有利于提高工件表面質(zhì)量； 有利于提高刀具耐用度； 在同樣磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB下，增大后角有利于提高刀具耐用度； 增大后角使切削刃和刀頭強(qiáng)度降低，散熱體積減小，從而使刀具耐用度下降。,后角的作用及選擇,2.后角的選取原則 根據(jù)切削厚度選取后角： 切削厚度小時，為減小切削刃的鈍圓半徑對切削層的擠壓，應(yīng)選取較大的后角；切削厚度大時，為保證刃口強(qiáng)度和改善散熱條件

7、，應(yīng)選取較小的后角； 根據(jù)工件材料選取后角： 工件材料的強(qiáng)度和硬度低、塑性和韌性好時，應(yīng)選取較大的后角； 加工高強(qiáng)度、高硬度材料時，一般情況下選用較小的后角；在前角很小或為負(fù)角的情況下，為便于切入，可選用較大的后角； 加工脆性材料時，應(yīng)選用較小的后角。,根據(jù)加工條件選取后角： 工藝系統(tǒng)剛性差、振動較大時，應(yīng)選取較小的后角，以減少振動。 工件尺寸精度較高時，為避免刀具徑向磨損影響尺寸的加工精度，也不宜選用太大的后角。,3、副后角的作用： 減少副后刀面與已加工表面的摩擦。 選取原則： 車刀、刨刀副后角與主后角相等； 切斷刀、切槽刀、鋸片銑刀為保證強(qiáng)度，取較小值。,切斷刀的標(biāo)注角度,1.主偏角的作用

8、 影響切削層的形狀； 當(dāng)切削深度與進(jìn)給量不變時，主偏角減小，切削厚度減小，切削寬度增加，從而使單位切削刃長度的負(fù)荷減輕； 主偏角減小使散熱面積增加，刀具耐用度提高。 影響已加工表面的殘留高度； 減小主偏角可以減低工件加工表面的殘留面積高度，提高工件的表面光潔程度； 影響切削分力的比值 增大主偏角，吃刀抗力Fy減小，走刀抗力Fx增大。 （工藝系統(tǒng)的剛性較差時，應(yīng)選用較大的主偏角）,5.3 主偏角、副偏角及其選擇,影響斷屑 增大主偏角，切削厚度增加，切削易折斷。 影響刀片許可的最大切削深度。 主偏角大，刀片許可的最大切削深度大。,2.主偏角的選取原則 當(dāng)系統(tǒng)的剛性較差時，應(yīng)選取較大的r，以減小吃刀

9、抗力Fy ； 硬質(zhì)合金刀具應(yīng)選用較大的r ，以減小加工中的振動； 切削高強(qiáng)度、高硬度鋼，應(yīng)選用較小的r ，以增加強(qiáng)度，增大散熱面積。,副偏角的作用與選擇 1.副偏角的作用 影響殘留面積的高度； 影響刀尖強(qiáng)度和散熱條件； 影響吃刀抗力Fy的大小。,9,刀尖概念：主切削刃與副切削刃連接的地方；,刀尖是刀具強(qiáng)度和散熱條件都很差的地方。切削過程中，刀尖切削溫度較高，非常容易磨損，因此增強(qiáng)刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖對已加工表面粗糙度有很大影響。,外圓車刀過渡刃參數(shù)： 過渡刃偏角 過渡刃長度 bs=0.52mm,5.4 過渡刃與修光刃參數(shù)的選擇,一、過渡刃及其參數(shù)選擇,切斷刀過渡刃參數(shù) 過渡刃偏角 r

10、s=45 過渡刃長度 bs=（0.200.25）ap,3）圓弧過渡刃 高速鋼車刀 硬質(zhì)合金車刀 精車時取大值，粗車時取小值。,修光刃：在負(fù)切削刃靠近刀尖處磨出的一段 的刀刃。 修光刃長度 （1.21.5）f 不能太長，否則易引起振動。,二、修光刃及其參數(shù)選擇,1、斜角切削的概念 直角切削：刀具主切削刃與切削速度相垂直，及刃傾角s=0時的切削； 斜角切削（斜刃切削）：刀具主切削刃與切削速度不相垂直，即刀具刃傾角s0時的切削。,5.5 斜角切削及刃傾角的選擇,一、斜角切削,流屑角的定義： 在刀具前刀面上,切屑流出的方向與切削刃法線間的夾角稱為流屑角。,2.流屑角和實際切削角度,（1）用測定切屑寬度

11、bc的方法求流屑角：,主切削刃,主切削刃法線,實際切削角 流屑剖面：包含切屑流出方向和切削速度的剖面P。 實際切削角：在流屑剖面內(nèi)測量的角度 實際切削前角 實際切削后角,結(jié)論：(表5-10）,實際切削刃鈍圓半徑：,流屑剖面,法剖面,刃傾角的作用： 影響切屑的流出方向； 影響實際切削前角和切削刃的鋒利性；,二、刃傾角的作用及其選擇,影響各切削分力的比值及切削過程的平穩(wěn)性。 車外圓時，當(dāng)刃傾角由正變負(fù)時，吃刀抗力Fy增大； 刃傾角越大，參加工作的切削刃越長，使切削平穩(wěn)。,影響刀尖強(qiáng)度和刀尖散熱條件；,1）粗加工S 0（使Fy小些）,刃傾角的選擇原則：P74,2）斷續(xù)切削：S 0（保護(hù)刀尖）,3）工

12、件b、HB大：S 0（保護(hù)刀尖）,4）系統(tǒng)剛性差：S 0（使Fy小些）,5）微量切削：S取大值(使刀具實際刃口半徑),5.6 切削用量的選擇,選擇的目的是要在保證加工質(zhì)量和刀具耐用度的前提下，使切削時間最短，即切削效率最高。,一、選擇切削用量應(yīng)考慮以下問題： 1.切削用量對加工質(zhì)量的影響 切削深度ap的影響： ap增大時，切削力成倍增加，使工藝系統(tǒng)的彈性變形增加，并易引起振動，從而增高工件表面粗糙度和降低工件精度； 進(jìn)給量的影響： 增大時,切削力和表面殘留面積增加,使工件表面粗糙度增高,使工件精度下降； 切削速度v的影響： v增加時，切削變形和切削力減小，且當(dāng)速度到一定值時，積屑瘤消失，有利于

13、減低表面粗糙度的數(shù)值。,5.6 切削用量的選擇,2.切削用量對刀具耐用度的影響,可見v 的影響最顯著；f 次之；ap 影響最小 。 選擇順序：先選大的切削深度，然后選大的進(jìn)給量，最后按耐用度標(biāo)準(zhǔn)選取合理的切削速度。,實驗公式：,3.切削用量對切削加工生產(chǎn)率的影響,切削機(jī)動時間：,提高v，刀具耐用度下降，輔助時間增加，效率降低； 減小ap ，走刀次數(shù)增加，效率降低。 因此，應(yīng)先取大的切削深度，然后選取合理的切削速度。,機(jī)動時間：,刀具耐用度：,二、選取切削用量的原則 1.切削深度ap的選取原則 切削深度應(yīng)盡可能大，盡量減少走刀次數(shù)。,2.進(jìn)給量f 的選取原則 粗加工時，在工藝系統(tǒng)剛度和強(qiáng)度允許時

14、，盡量選較大值； 精加工、半精加工一般選較小值。,3.切削速度v 的選取原則 （1）粗加工時，應(yīng)選較低的切削速度，精加工時選擇較高的切削速度； （2）加工材料強(qiáng)度硬度較高時，選較低的切削速度，反之取較高切削速度； （3）刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。,半精加工和精加工時，切削速度c ，主要受刀具耐用度和已加工表面質(zhì)量限制，在選取切削速度c 時，要盡可能避開積屑瘤的速度范圍。 粗車時，應(yīng)選較低的切削速度，精加工時選擇較高的切削速度； 加工材料強(qiáng)度硬度較高時，選較低的切削速度，反之取較高切削速度； 刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。,3.切削速度v 的選取原則,三、提高切削用量的途徑

15、凡能提高刀具耐用度、降低表面粗糙度以及減少機(jī)床動力消耗的因素，都能提高切削用量。,1.正確選用現(xiàn)有刀具材料，發(fā)展耐熱性和耐磨性更好的刀具材料； 2.改善刀具結(jié)構(gòu)，簡化切削加工中刀具的裝夾和調(diào)整； 3.采用合理的刀具幾何參數(shù)，提高刀具的刃磨質(zhì)量，使刀具有鋒利的切削刃和低粗糙度表面； 4.采用性能良好的切削液。,Thank you for your listening!,本 章 結(jié) 束,測試1：,1、積屑瘤在粗、精加工中各起什么作用？當(dāng)其有害時怎樣抑制它？ 2、影響積屑瘤大小的因素?精加工外圓時怎樣抑制它?為什么? 3、試推導(dǎo)變形系數(shù)與剪切角之間的關(guān)系。 4、單位切削力的定義? 5、切削用量三要素

16、對切削力的影響與對刀具耐用度的影響有什么不同？請利用指數(shù)公式對該問題進(jìn)行分析，并提出降低切削力和提高刀具耐用度的措施。 6、試推導(dǎo)出相對滑移（剪應(yīng)變）與剪切角之間的關(guān)系。 7、在車床上車削加工細(xì)長軸時，工藝系統(tǒng)剛性不足，這時刀具主偏角和后角應(yīng)如何選擇，為什么?,8、當(dāng)用硬質(zhì)合金車刀車削有沖擊的工件時（如把四方形的Q235材質(zhì)的材料車成圓形），前角和后角應(yīng)如何選擇？為什么？ 9、強(qiáng)度和韌性大的刀具材料選擇大的還是小的前角，而脆性大的刀具又如何選擇？加工塑性材料時，一般選擇大的還是小的前角？加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料如何選擇？ 10、畫出如圖所示鏜刀的主偏角、副偏角、前角、后角、刃傾角、法前角、法后角。,1、,8、應(yīng)選擇負(fù)前角，以使合金刀片受壓而不受彎，選較小的后角（即選取楔角大一些），以使刀頭剛性好，散熱好，切削刃強(qiáng)度好，不易崩刀。 9、強(qiáng)度和韌性大的刀具材料選擇大前角，而脆性大的刀具選擇小前角；加工塑性材料時，一般選擇大前角；加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料選擇小前角？,