免积分 第二章 数控加工的切削基础3.ppt

2 2金属切削刀具 刀具几何参数的选择3 主偏角的选择主偏角可影响刀具的耐用度 以加工表面粗糙度以及切削力的大小 主偏角小 则刀头强度高 散热条件好 以加工表面残留面积高度小 参加切削的主切削刃长度长 作用在主切削刃上面的平均负荷小 但是背向力大 切小厚度小 断屑效果差 2 2金属切削刀具 刀具几何参数的选择 主偏角的选择a 主偏角的选择与加工过程的关系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 r 10 30度反之 工艺系统的刚性差时取较大的主偏角 一般 r 60o 75o 甚至主偏角 r可以大于90o 以避免加工时工艺系统的振动和弹性变形 2 2金属切削刀具 刀具几何参数的选择 主偏角的选择b 使用硬质合金刀具进行精加工时 应选用较大的主偏角c 单件小批量生产时 为提高刀具的通用性 主偏角因选择45或者90度d 需要从工件中间切入的车刀 以及仿行加工车刀 应适当增大主偏角 e 主偏角的选取有时取决于工件的形状 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 2金属切削刀具 刀具几何参数的选择4 副偏角的选择副偏角的功能在于减少副切削刃与以加工表面的摩擦 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 同时刀尖强度增大 散热面积增大 提高刀具耐用度 但副偏角太小又会使刀具副后刀面与工件的摩擦 使刀具耐用度降低 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 2 2金属切削刀具 刀具几何参数的选择5 刃倾角的选择刃倾角主要是影响切屑流向和刀尖强度 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 2 2金属切削刀具 刀具几何参数的选择5 刃倾角的选择 2 2金属切削刀具 刀具几何参数的选择5 刃倾角的选择精车时 为避免切屑擦伤工件表面 s可采用正值 另外 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 所以 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 2 2金属切削刀具 刀具实效和刀具耐用度1 刀具实效 刀具在使用过程中丧失切削能力的现象 a 刀具破损 刀具选择使用不当及操作失误造成 脆性破损 由冲击振动造成的刀具崩刃 粹断和由变力疲劳而造成的刀面裂纹 剥落现象 塑性破损 高温切削塑性材料或超负荷切削时 因摩擦及高温作用产生固态相变和塑性变形 b 刀具磨损 正常失效形式 可以通过重磨修复 前面磨损 塑性材料加工 后面磨损 脆性材料加工 边界磨损 塑性材料加工中 2 2金属切削刀具 刀具实效和刀具耐用度2 刀具的磨损过程a 初期磨损阶段 磨损较快 磨损量与刀具刃磨质量磨损速度有关 b 正常磨损阶段 磨损速度较慢 磨损量随时间的增加均匀增加 切削稳定 是刀具的有效工作阶段 c 急剧磨损阶段 刀具变钝后继续切削则温度剧增 切削力也增大 故刀具磨损加剧 2 2金属切削刀具 刀具实效和刀具耐用度3 刀具的磨钝标准刀具磨损到一定程度 将不能使用 这个限度称为磨钝标准 一般以刀具表面的磨损量作为衡量刀具磨钝标准 因为刀具后刀面的磨损容易测量 所以国际标准中规定以1 2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准 2 2金属切削刀具 刀具实效和刀具耐用度4 刀具的耐用度从刀具刃磨后开始切削 直到磨损量达到磨钝标准为止 所经过的总的切削时间 注意 切削时间不包括对刀 测量 快回程等非切削时间 2 2金属切削刀具 刀具实效和刀具耐用度4 刀具的耐用度 影响因素a 切削用量 速度 进给量 背吃刀量 b 刀具几何参数 前角 主偏角 c 刀具材料d 工件材料刀具耐用度的确定一般根据生产实践中的经验 2 3金属切削过程 切屑的形成及种类金属切削的过程是切屑形成的过程 1 切削形成的过程弹性变形 塑性变形 挤裂2 切屑的种类 2 3金属切削过程 积屑瘤在中速或者低速时 紧靠切削刃的前刀面上黏结一硬度很高的楔形金属块 并包围切削刃和部分前刀面 这块楔形金属就称为积屑瘤 由于高温 晶格发生畸变 虽然化学成分和被切金属相同 但是硬度却高了2 4倍 2 3金属切削过程 积屑瘤积屑瘤的形成分为两步 积屑瘤核形成 瘤长大 积屑瘤的产生 成长和脱落过程是在短时间完成的 并且周期性的不断出现 2 3金属切削过程 积屑瘤对切削过程的影响 1 实际刀具前角增大刀具前角增大可减小切削力 对切削过程有积极的作用 而且 切削瘤的高度Hb越大 实际刀具前角也越大 切削更容易 2 实际切削厚度增大 3 加工后表面粗糙度增大 4 切削刀具的耐用度降低切削稳定时保护刀具 但是不稳定时 切屑瘤的破裂可能使刀具颗粒剥落 加剧磨损 2 3金属切削过程 积屑瘤的防止 1 控制切削速度从而控制切削温度 2 适当降低进给量 减少刀与屑的接触长度 3 增大前角 减小前刀面上的摩擦 4 采用润滑性能良好的切削液 5 提高工件材料的硬度 降低塑性 2 3金属切削过程 切削力 刀具在切削过程中克服加工阻力所需的力切削力主要由以下几个方面产生 克服被加工材料对弹性变形的抗力 克服被加工材料对塑性变形的抗力 克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面和已加工表面间的摩擦力 2 3金属切削过程 切削热与切削温度1 切削热切削过程中的功耗都转化为切削热 金属的切削加工中将会产生大量切削热 切削热又影响到刀具前刀面的摩擦系数 积屑瘤的形成与消退 加工精度与加工表面质量 刀具寿命等切削热通过切屑 刀具 工件和周围的介质传散 切削速度越高 切削厚度越大 则切削带走的热量热多 2 3金属切削过程 2 切削温度切削温度是指切削区的平均温度 即切屑 工件和刀具接触区的平均温度 切削温度的影响因素 a 切削用量 速度 进给量 背吃刀量 b 刀具几何角度 前角 o与主偏角 r c 工件材料 强度 硬度和导热系数 d 切削液 导热性能 比热 流量 浇注方式以及本身的温度 2 4金属材料的切削加工性 切削加工工艺性的概念和指标金属材料的切削加工工艺性是指工件材料进行切削加工的难易程度 也称可加工性 常用指标有 a 刀具耐用度或一定耐用度下所允许的切削速度VTb 精加工中的表面质量和表面粗糙度c 切削力或者切削功率d 断屑能力 2 4金属材料的切削加工性 影响切削加工性的因素 材料本身的物理力学性能1 硬度材料的硬度越高 切削温度增加 磨损加剧 工件材料的高温硬度高时 刀具材料与工件材料的硬度比下降 可切削性降低 材料的可加工性差 工件材料中含硬质点 对刀具的擦伤性大 可加工性差 2 强度强度越高 切削温度增大 刀具磨损增大 可加工性差 2 4金属材料的切削加工性 3 塑性与韧性材料的塑性大 切削变形大 温度高 已黏结 加剧刀具磨损 加工表面质量差 可切削性降低 塑性过低 刀与屑接触长度短 切削力与热集中在刀尖 加剧刀具磨损 可切削性也低 韧性越大 断屑越困难 可加工性差 4 导热性材料的导热率越小 切削热不易传出 温度高 道具磨损加剧 可切削性降低 2 4金属材料的切削加工性 改善金属材料切削加工性的途径1 热处理 降低硬度或者降低可塑性 得到加工性较好的晶相组织 2 选择合适的毛坯成型方式 3 选择合适的刀具材料和角度 4 确定合理的切削用量 5 安排适当的加工工艺过程 2 5切削用量及切削液的选择 切削用量的选择切削用量是切削加工过程中切削速度 进给量和背吃刀量的总称 切削用量的选择 对加工效率 加工成本和加工质量都有重大的影响 1 切削用量选用原则粗加工时 首先选择背吃刀量大 再选择大的进给量 最后根据刀具耐用度确定最佳切削速度 精加工时 根据余量选择较小的背吃刀量 其次根据粗糙度选择较小的进给量 最后根据刀具耐用度选择较高的切削速度 切削用量的选择 2 背吃刀量的选择背吃刀量的选择根据加工余量确定 切削加工一般分为粗加工 半精加工和精加工几道工序 各工序有不同的选择方法 粗加工时 表面粗糙度Ra50 12 5 m 在允许的条件下 尽量一次切除该工序的全部余量 中等功率机床 背吃刀量可达8 10 可以采用多次走刀 半精加工时 表面粗糙度Ra6 3 3 2 m 背吃刀量一般为0 5 2 精加工时 表面粗糙度Ra1 6 0 8 m 背吃刀量为0 1 0 4 2 5切削用量及切削液的选择 切削用量的选择3 进给量的选择粗加工时 进给量主要考虑工艺系统所能承受的最大进给量 如机床进给机构的强度 刀具强度与刚度 工件的装夹刚度等 精加工和半精加工时 最大进给量主要考虑加工精度和表面粗糙度 另外还要考虑工件材料 刀尖圆弧半径 切削速度等 如当刀尖圆弧半径增大 切削速度提高时 可以选择较大的进给量 在生产实际中 进给量常根据经验选取 2 5切削用量及切削液的选择 切削用量的选择4 切削速度的选择切削速度的选取原则是 粗车时 因背吃刀量和进给量都较大 应选较低的切削速度 精加工时选择较高的切削速度 加工材料强度硬度较高时 选较低的切削速度 反之取较高切削速度 刀具材料的切削性能越好 切削速度越高 注意 尽量避开积屑瘤产生的区域 断续切削时 要降低切削速度 切削速度要避开自激振动的临界速度 加工易变形件和带外皮的工件时选择较低的切削速度 2 5切削用量及切削液的选择 切削液的选择1 切削液的作用冷却作用润滑作用清洗作用防锈作用2 切削液的种类水溶液 导热性和冷却效果好的水 添加剂 乳化剂 乳化油用水稀释后加入添加剂 切削油