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1、*,第,1,章金屬切削加工基礎(chǔ)知識(shí),本章要點(diǎn),切削運(yùn)動(dòng)與切削要素,金屬切削機(jī)床,刀具,金屬切削過(guò)程,1,刀具是直接進(jìn)行切削加工的工具。切削過(guò)程中，切削力的大小，切削溫度的高低，切屑的連續(xù)與碎斷，刀具耐用度的高低，加工質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的高低，都與刀具幾何參數(shù)的選擇有很大關(guān)系。,刀具幾何參數(shù),包括,刀具幾何角度,、,切削刃的刃口形式,、,切削刃形狀,和,刀面形式,等內(nèi)容。,合理的刀具幾何參數(shù)可保證工件加工質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具壽命，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,2,前角的功用,前角影響切削變形和摩擦，從而影響切削力、切削熱和切削功率。,前角影響刀具的鋒利性，同時(shí)影

2、響切削刃和刀頭的強(qiáng)度及刀頭散熱條件。,1,）增大前角能減小切屑的變形，減少切削力，降低切削溫度和動(dòng)力消耗。,2,）增大前角能改善切屑對(duì)前刀面的摩擦，減少刀具磨損，提高刀具耐用度。,1.6.1,前角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,一、前角的選擇,3,o1,P,r,o2,0,4,前角的作用,前角越大，刀越鋒利、切削輕快，,強(qiáng)度下降、不利散熱,5,前角的功用,3,）增大前角能改善加工表面質(zhì)量，抑制積屑瘤的產(chǎn)生，減少切削振動(dòng)。,4,）前角過(guò)大，將削弱刃口強(qiáng)度，減少散熱體積，導(dǎo)致熱應(yīng)力集中，切削區(qū)局部溫度升高，容易造成刀具破損和磨損。,5,）由于減小了切削變形，也不利于斷屑。,0,變形程度,F,

3、Q,T,振動(dòng)質(zhì)量,刀刃和刀頭強(qiáng)度散熱面積容熱體積斷屑困難,在一定的條件下，存在一個(gè)合理值,1.6.1,前角的合理選擇,一、前角的選擇,6,合理前角的概念,在一定的條件下，,前角應(yīng)存在一個(gè)合理,的數(shù)值。對(duì)應(yīng)最大,耐用度的前角稱為,合理前角,。,1.6.1,前角的合理選擇,一、前角的選擇,7,硬質(zhì)合金車刀合理前角參考值,工件材料種類,合理前角參考范圍（單位：度）,粗車,精車,低碳鋼,20,25,25,30,中碳鋼,10,15,15,20,合金鋼,10,15,15,20,淬火鋼,-15,-5,不銹鋼,15,20,20,25,灰鑄鐵,10,15,5,10,銅或銅合金,10,15,5,10,鋁或鋁合金,

4、30,35,35,40,鈦合金,5,10,高速鋼車刀的前角一般比表中大,5,- 10,。,8,前角的選擇原則,根據(jù)工件材料選,對(duì)不同材料的工件，在切削時(shí)用的前角不同。,加工塑性材料前角較大；,脆性材料應(yīng)較??；,切削鋼的合理前角比切削鑄鐵大；,切削中硬鋼的合理前角比切削軟鋼??；,加工高強(qiáng)度鋼、淬火鋼、高速鋼時(shí)，應(yīng)選用小前角。,1.6.1,前角的合理選擇,一、前角的選擇,9,前角的選擇原則,根據(jù)刀具材料選,對(duì)于不同的刀具材料，在切削時(shí)用的前角不同。,硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度較低，抗沖擊韌度差，所以合理前角應(yīng)取較小；,高速鋼刀具抗彎強(qiáng)度較高，所以合理前角應(yīng)取較大。,根據(jù)加工要求選,粗加工、斷續(xù)切削或切削特

5、硬材料時(shí)，為保證切削刃強(qiáng)度，應(yīng)取較小 的前角，甚至負(fù)前角；,精加工時(shí)，選大前角；,工藝系統(tǒng)剛性不夠易引起振動(dòng)時(shí)，應(yīng)選用較小的前角。,1.6.1,前角的合理選擇,一、前角的選擇,10,倒棱,倒棱有兩個(gè)參數(shù),:,倒棱前角,和,倒棱寬度,。,倒棱前角,它的大小與刀具材料有關(guān)，高速鋼刀具一般取,0,，硬質(zhì)合金刀具一般取,-15,-5,。,倒棱寬度,與加工性質(zhì)、進(jìn)給量有關(guān)。粗加工、進(jìn)給量較大時(shí)，取較大值；精加工、進(jìn)給量較小時(shí)，一般,b,1,= 0.2,1 mm,。,二、前刀面的形式及選擇,倒棱,指沿著切削刃在前刀面上磨出負(fù)前角的小棱面，,倒棱可以提高刀刃強(qiáng)度、增強(qiáng)散熱能力，從而提高了刀具耐用度。,1.6

6、.1,前角的合理選擇,11,12,正前角平面型：,正前角平面型式的特點(diǎn)為：制造簡(jiǎn)單能獲得較鋒利的刃口，但強(qiáng)度低，傳熱能力差。一般用于,精加工刀具,、,成形刀具,、,銑刀,和,脆性材料,的加工。,前刀面的形式,1.6.1,前角的合理選擇,13,正前角平面帶倒棱型：,此時(shí)，切屑仍沿前刀面而不沿倒棱流出。在切削塑性材料時(shí)，可按,b,1,=,（,0.5,1.0,）,f,、,ol,=-15,-5,選取。用于,粗切鑄鍛件,或,斷續(xù)表面,的加工。,前刀面的形式,1.6.1,前角的合理選擇,14,正前角曲面帶倒棱型：,這種型式是在正前角平面帶倒棱的基礎(chǔ)上，為了卷屑和增大前角，在前刀面上磨出一定的曲面而形成的，

7、常用于,粗加工,或,精加工塑性材料,的刀具,前刀面的形式,卷屑槽的參數(shù)約為,l,Bn =,（,6,8,）,f,，,r,Bn =,（,0.7,0.8,）,l,Bn,。,1.6.1,前角的合理選擇,15,負(fù)前角單面型：,當(dāng),磨損主要發(fā)生在后刀面,時(shí)，可制成負(fù)前角單面型。此時(shí)刀片承受壓應(yīng)力，具有好的刀刃強(qiáng)度。因此，常用于,切削高硬度（強(qiáng)度）材料,和淬火鋼材料。但負(fù)前角會(huì)增大切削力,前刀面的形式,1.6.1,前角的合理選擇,16,負(fù)前角雙面型：,當(dāng),磨損同時(shí)發(fā)生在前、后兩個(gè)刀面,時(shí)制成負(fù)前角雙面型，可使刀片的重磨次數(shù)增多。此時(shí)負(fù)前角的棱面應(yīng) 有足夠的寬度，以保證切屑沿該棱面流出。,前刀面的形式,1.6

8、.1,前角的合理選擇,17,后角的功用,后角的主要作用是減小后刀面與加工表面間的摩擦，降低刀具磨損，提高工件表面質(zhì)量。,配合前角工作，后角越大，切削刃鈍圓半徑越小，切削刃越鋒利。,影響切削刃和刀頭的強(qiáng)度及散熱體積。,一、后角的選擇,0,0,1.6.2,后角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,18,減小主后刀面與加工表面的摩擦,后角的功用,19,增大后角能減少后刀面與工件加工表面之間的摩擦。從而減少刀具的磨損，提高加工表面質(zhì)量和刀具耐用度。并可減少刃口鈍圓半徑,rn,使刃口鋒利，這樣就使摩擦進(jìn)一步減少，降低磨損，從而可提高刀具耐用度。改善加工表面質(zhì)量。,后角的功用,一、后角的選擇,1.6.2

9、,后角的合理選擇,20,增大后角，在同樣的磨鈍標(biāo)準(zhǔn),VB,條件下，刀具由新刃磨用到磨鈍，允許磨去的金屬體積較大因而有利于提高刀具耐用度。但后角越大，在同樣的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)條件下，刀具的徑向磨損值,NB,增大，因此一些精加工刀具，當(dāng)尺寸精度要求高時(shí)，就不宜按一般原則采用大的后角。,后角的功用,一、后角的選擇,1.6.2,后角的合理選擇,21,增大后角，刀具磨鈍后，重新刃磨，磨去的體積增大。為降低重磨費(fèi)用，對(duì)于重磨刀具宜適當(dāng)減小后角,后角的功用,一、后角的選擇,1.6.2,后角的合理選擇,22,后角的功用,一、后角的選擇,0,r,n,鋒利、,摩擦,F,質(zhì)量,VB,一定，磨損體積,T,但,NB,刀頭強(qiáng)度散

10、熱體積重磨體積,在一定的條件下，存在一個(gè)合理值,1.6.2,后角的合理選擇,23,后角選擇的原則,一、后角的選擇,粗加工時(shí)，強(qiáng)力切削及承受沖擊載荷的刀具，為增加其刀具強(qiáng)度，后角應(yīng)選取小些,;,精加工時(shí)，增大后角可提高刀具耐用度和加工表面的質(zhì)量。,工件材料的硬度與強(qiáng)度高時(shí)，取較小的后角，以保證刀頭強(qiáng)度,;,工件材料的硬度與強(qiáng)度低，塑性大時(shí)，后角應(yīng)適當(dāng)加大。,加工脆性材料時(shí)，切削力集中在刃口附近，宜取較小的后角。,1.6.2,后角的合理選擇,24,后角選擇的原則,一、后角的選擇,采用負(fù)前角時(shí)，取較大的后角，以保證切削刃相對(duì)鋒利。,定尺寸刀具取較小的后角，以防止重磨后刀具,尺寸的變化。,為降低重磨費(fèi)

11、用，對(duì)于重磨刀具宜適當(dāng)減小后角,1.6.2,后角的合理選擇,25,后刀面選擇,雙重后刀面,為了保證刃口強(qiáng)度，減小刃磨后刀面的工作量，常在車刀后刀面上磨出,雙重后角,。,二、后刀面的選擇,1.6.2,后角的合理選擇,26,后刀面選擇,刃帶,在后刀面上磨出,后角為零度的小棱面,，起穩(wěn)定、導(dǎo)向、消振、強(qiáng)化切削刃的作用。刃帶寬度不宜過(guò)寬，否則會(huì)增大摩擦作用。,二、后刀面的選擇,1.6.2,后角的合理選擇,27,后刀面選擇,消振棱,指沿著切削刃在后刀面上磨出,負(fù)后角的小棱面,，有強(qiáng)化切削刃、減緩刀具磨損和消振作用。,它有兩個(gè)參數(shù),:,消振棱后角,消振棱寬度,二、后刀面的選擇,1.6.2,后角的合理選擇,

12、28,負(fù)倒棱 消振棱,刃帶,29,副后角的功用及選擇：,減少副后刀面與工件已加工表面之間的摩擦。,一般與主后角相同，對(duì)于切斷刀、割槽刀等，取較小值,o,= 1,3,。,二、后刀面的選擇,1.6.2,后角的合理選擇,30,主偏角對(duì)切削過(guò)程的影響,主偏角,r,的變化，影響各切削分力的大小比值與產(chǎn)生振動(dòng)的可能性。,減小主偏角,r,，則背向力,F,p,增大，進(jìn)給力,F,f,減小。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛度較差時(shí)，若過(guò)于減小,r,，,F,p,顯著增大，就可能引起振動(dòng)，造成損壞刀具，頂彎工件。,主偏角,r,的變化，影響切削截面的形狀。,在切削深度和進(jìn)給量一定的情況下，隨著,r,角的減小，切削厚度將減小，切削寬度增加，

13、切削刃參加工作的長(zhǎng)度增加，切削刃單位長(zhǎng)度的負(fù)荷減輕，刀尖角增大，這就會(huì)提高刀尖強(qiáng)度，改善散熱條件，因而可提高刀具耐用度。,一、主偏角的選擇,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,31,k,r1,K,r,k,r2,F,p,F,f,n,f,d,w,d,m,kr,kr,a,p,32,33,主偏角對(duì)切削過(guò)程的影響,主偏角,r,影響工件表面形狀,當(dāng)車削階梯軸時(shí)，應(yīng)選用,r,=90,，而當(dāng)車削外圓端面及倒角時(shí)，則可選,r,=45,。,主偏角,r,的大小，還影響斷屑的效果。,r,越大時(shí)，切削厚度越大，切削寬度越小，越容易斷屑。,主偏角,r,的大小，還可能影響殘留面積的高度,當(dāng)主切削刃

14、的直線部分參與形成殘留面積時(shí)，減小,r,，可提高加工表面光潔度,主偏角,r,大小，影響切入條件，從而影響切削沖擊,一、主偏角的選擇,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,34,主偏角對(duì)切削過(guò)程的影響,殘留面積,指刀具副偏角不為零時(shí),刀具經(jīng)過(guò)切削后,殘留在已加工表面上的不平部分剖面面積,。,一、主偏角的選擇,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,35,36,主偏角對(duì)切削過(guò)程的影響,一、主偏角的選擇,r,h,d,d,d,單位刃長(zhǎng)負(fù)荷,T,刀尖強(qiáng)度,散熱體積,，,Ra,F,p,變形加工精度，易振動(dòng),Ra,，,T,在一定的條件下，存在一個(gè)合理值,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,1

15、.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,37,主偏角的選擇原則,根據(jù)工件形狀或工藝加工要求進(jìn)行合理選擇。,當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性不足時(shí)，應(yīng)選取較大主偏角,當(dāng)工件材料強(qiáng)度大、硬度高時(shí)，為減輕單位切削刃上的負(fù)荷，增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，改善散熱條件，以提高刀具耐用度就要取較小的主偏角,r,=10-30,。,在高速?gòu)?qiáng)力切削時(shí)，為防止振動(dòng)應(yīng)選用較大的主偏角，一般,r,15,。,一、主偏角的選擇,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,38,負(fù)偏角對(duì)切削過(guò)程的影響,減小副偏角,r,，可增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，改善散熱條件。,減小副偏角,r,，則可以顯著減少切削后的殘留面積，提高表面光潔度。,但,r,太小就會(huì)增加負(fù)切削刃的工

16、作長(zhǎng)度，增大副后刀面同已加工表面之間的摩擦，易引起系統(tǒng)振動(dòng)，反而增大表面粗糙度值。,二、副偏角的選擇,副偏角,Ra,刀尖強(qiáng)度散熱體積,副刃工作長(zhǎng)度,摩擦,F,p,易振動(dòng),Ra,，,T,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,39,副偏角對(duì)殘留面積的影響,40,負(fù)偏角的選擇原則,根據(jù)工件加工表面光潔度和具體的加工情況而定的。,在不引起振動(dòng)的前提下，副偏角通常取小值。一般情況下選取,r,= 10,15,； 特殊情況，例如切斷刀，為了保證刀頭強(qiáng)度，可以選取,r,= 1,2,。,二、副偏角的選擇,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,41,直線過(guò)渡刃,過(guò)渡

17、刃的偏角,r,r,/2,、長(zhǎng)度,b,（,1/4,1/5,）,a,p,，這種過(guò)渡刃多用于,粗加工,或,強(qiáng)力切削的車刀,上。,三、刀尖的形式,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,42,圓弧過(guò)渡刃,過(guò)渡刃也可磨成圓弧形。它的參數(shù)就是刀尖圓弧半徑,r,。刀尖圓弧半徑增大時(shí)，使刀尖處的平均主偏角減小，可以減小表面粗糙度數(shù)值，且能提高刀具耐用度。但會(huì)增大背向力和容易產(chǎn)生振動(dòng)，所以刀尖圓弧半徑不能過(guò)大。通常高速鋼車刀,r,=0.5,5mm,，硬質(zhì)合金車刀,r,=0.5,2mm,。,三、刀尖的形式,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,43,水平修光刃,修光刃是在副切削刃靠近刀尖處磨出一小段,r,=0,o,的平行刀

18、刃。其長(zhǎng)度,b,（,1.2,1.5,）,f,。能降低表面粗糙度值，但,b,過(guò)大易引起振動(dòng)。,三、刀尖的形式,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,44,大圓弧刃,大圓弧刃是把過(guò)渡刃磨成非常大的圓弧形，它的作用相當(dāng)于水平修光刃。,三、刀尖的形式,1.6.3,主、副偏角的合理選擇,45,刃傾角的功用,影響排屑方向,當(dāng),s,為負(fù)值時(shí)，切屑向已加工表面流出；當(dāng),s,為正值時(shí)，切屑向待加工表面流出；當(dāng)刃傾角,s,= 0,時(shí)，切屑垂直于切削刃流出。,影響切削刃鋒利性,s,0e ,、,r,n, ,鋒利性,1.6.4,刃傾角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,46,刃傾角對(duì)流屑方向的影響,47,48,49,5

19、0,影響刀頭強(qiáng)度和散熱條件,負(fù)刃傾角可增強(qiáng)刀尖的強(qiáng),度。切入時(shí)，刀尖較遠(yuǎn),部分的切削刃首先接觸,工件，而不是從刀尖開始,，進(jìn)而改善了散熱條件，,提高了刀具的耐用度,刃傾角的功用,1.6.4,刃傾角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,51,控制背向力與進(jìn)給力之比，影響工件加工質(zhì)量,負(fù)刃傾角,F,p,變形，易振動(dòng),Ra,。,控制切削刃在切入與切出時(shí)的平穩(wěn)性,若刃傾角不等于零，則切削刃上各點(diǎn)逐漸切入工件和逐漸切離工件，故切削過(guò)程平穩(wěn)。,刃傾角的功用,1.6.4,刃傾角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,52,53,刃傾角選擇的原則,刃傾角選擇的原則主要根據(jù),刀具強(qiáng)度、排屑方向和加工條件,而定

20、。,粗加工時(shí)，為保證刀具的強(qiáng)度，通常刃傾角選取較小值，,s,= -5,0,。,精加工時(shí)，為了提高工件的表面質(zhì)量，不讓切屑流向已加工的表面，一般刃傾角應(yīng)選取較大值，,s,=0,5,。,有沖擊載荷時(shí)，,s,= -15,-5,。,1.6.4,刃傾角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,54,刃傾角選擇的原則,車削淬硬鋼時(shí)，,s,= -12,-5,。,微量精車外圓、精車孔和精刨平面時(shí)，,s,= 45,75,。,強(qiáng)力切削刨刀時(shí)，,s,= -20,-10,。,工藝系統(tǒng)剛性差，切削時(shí)不宜選用負(fù)刃傾角。,1.6.4,刃傾角的合理選擇,1.6,刀具幾何參數(shù)的選擇,55,二、積屑瘤,積屑瘤,是在一定切削速度范圍

21、內(nèi)，加工鋼材、有色,金屬等塑性材料時(shí)，,由于前刀面上擠壓和摩擦的作,用，使切屑底層中的一部分金屬停滯和堆積在刃口,附近，這樣,在切削刃附近的前刀面上會(huì)出現(xiàn)一塊高,硬度的楔狀金屬，它包圍著切削刃，且覆蓋著部分,前刀面，可代替切削刃對(duì)工件進(jìn)行切削加工，這塊,硬度很高（約為工件材料的,2,3,倍）的金屬稱為,積,屑瘤,。,56,57,1,、積屑瘤的生長(zhǎng)過(guò)程,切削時(shí)，切屑沿前刀面流出，切屑與前刀面接觸處發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，使靠近前刀面的切屑底層流動(dòng)速度減慢。,當(dāng)接觸面達(dá)到一定溫度和壓力時(shí)，切屑底層中剪應(yīng)力超過(guò)材料的剪切屈服強(qiáng)度且流動(dòng)速度接近零的那部分金屬就被剪切斷裂，被切材料會(huì)粘結(jié),(,冷焊,),在前刀面上

22、。粘結(jié)在前刀面的金屬由于經(jīng)受了強(qiáng)烈的剪切滑移變形，產(chǎn)生了加工硬化，可代替切削刃繼續(xù)切削較軟的金屬。,連續(xù)流動(dòng)的切屑從粘在前刀面上的底層金屬上流過(guò)時(shí)，如果溫度與壓力適當(dāng)，切屑底部材料也會(huì)被阻滯在已經(jīng)“粘結(jié)”在前刀面上的金屬層上，粘成一體，使粘結(jié)層逐步長(zhǎng)大，形成積屑瘤。,58,積屑瘤不斷生成的過(guò)程，也是積屑瘤不斷破碎、,脫落和消失的過(guò)程。積屑瘤產(chǎn)生、長(zhǎng)大和脫落是周,期性的動(dòng)態(tài)過(guò)程。,切削底層與前刀面發(fā)生,粘結(jié),和,加工硬化,是積屑瘤,產(chǎn)生的,必要條件,。,切削溫度,是積屑瘤產(chǎn)生的,決定因素,。在切削溫度,很低和很高時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤。在中溫區(qū)，產(chǎn)生,的積屑瘤達(dá)到很大高度值。,此外，刀具與切屑接觸面間的壓力、前刀面粗糙,度、粘結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的大小有關(guān)。,59,