22.切削原理
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(2) 进给运动
刀具与工件之间附加 的相对运动, 它配合主运动 依次地或连续不断地切除 切屑, 从而形成具有所需几 何特性的已加工表面。 进给运动 (feed movement)可由刀 具完成(如车削),也可由工 件完成(如铣削),可以是间 歇的(如刨削), 也可以是 连续的(如车削)。 进给运动可以是1个或多个
(3)合成切削运动
主运动和进给运动 合成的运动称为合 成切削运动。
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各种切削加工的切削运动
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二: 车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面
待加工表面 过渡表面 已加工表面
进给 运动
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三、切削用量三要素
切削用量是指: vc 、f、ap
(1)切削速度vc:指在单位时间内工件和刀具沿主 运动方向的位移
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(2)进给量 f: 指工件或刀具每回转一周时,两者
沿进给运动方向上的相对位移
单位: mm/r
v f = fn / 60 = nf z Z / 60 v f 进给速度(mm / s或mm/min); n 刀具每分钟转数(r/min); Z 刀具的齿数; f z 每齿进给量(mm/z)
★ 3个变形区产生的弹、塑性变形抗力 ★ 切屑、工件与刀具间摩擦力
切削力分解
Fc Ff · p f 吃刀抗力 Fp
v
κr
Ff Fp Ff · p
F
Ff 进给抗力
Ff · p
Fc 主切削力 F 切削合力
图3-15 切削力的分解
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影响切削力因素
工件材料
强度高 加工硬化倾向大 切削力大
切削用量
◆切削深度与切削 力近似成正比; ◆进给量增加,切 削力增加,但不成 正比; ◆切削速度对切削 力影响复杂(图316)
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(一)切削运动
1.零件表面的形成
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(1)主运动
由机床或人力提供的刀具与 工件之间主要的相对运动, 它使刀具切削刃及其邻近的 刀具表面切入工件材料,使 被切削层转变为切屑, 从而 形成工件的新表面。 在切削运动中,主运动 (primary motion)速度最高、 耗功最大。 主运动只有一个。
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机床
《金属切削机床》
刀具角度及合理角度的选择 刀具材料
金 属 切 削 加 工 工 艺 系 统
刀具磨损、破损与使用寿命 各种切削刀具 刀具 金属切削变形 《金属切削 原理与刀具》 工件 切削力 切削热和切削温度 切削液 工件材料的切削加工性 已加工表面质量 夹具 《机械制造工艺》 磨削
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切削原理
金属切削的基本定义的认识
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(2)进给量
进给量是指单位时间内刀具和工件在 进给运动方向上相对位移。 当主运动是回转运动时,进给量 指工件或刀具每回转一周,两者沿进 给方向的相对位移量,单位为mm/r; 当主运动是直线运动时,进给量 指刀具或工件每往复直线运动一次, 两者沿进给方向的相对位移量,单位 为mm/str或mm/单行程; 对于多齿的旋转刀具(如铣 刀、切齿刀),常用每齿进给量 fz, 单位为mm/z或mm/齿。它与进给量f的 关系为f=zfz 进给速度为 vf=fn=zfzn
加工塑性材料, 切削速度较高, 进给量较小, 刀具前角较大
切削过程平稳, 表面粗糙度小, 妨碍切削工作, 应设法断屑
加工塑性材料, 切削速度较低, 进给量较大, 刀具前角较小
切削过程欠平稳, 表面粗糙度欠佳
工件材料硬度较 高,韧性较低, 切削速度较低
影响
切削力波动较大, 切削力波动大,有 切削过程不平稳, 冲击,表面粗糙度 表面粗糙度不佳 恶劣,易崩刀
1)切削平面——切于主切削刃某一选定点并垂直于刀杆底平面的平面。
2)基面——过主切削刃的某一选定点并平行于刀杆底面的平面。 3)正交平面——垂直于切削平面又垂直于基面的平面。
可见这三个坐标平面相互垂直,构成一个空间直角坐标系。
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三个坐标平面相互垂直,构成一个空间直角坐标系。
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车刀的主要几何角度 1)前角(γ0 ) 前角是在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。前 角的正负方向按图示规定表示,即刀具前刀面在基面之下时为正前角,刀具 前刀面在基面之上时为负前角。前角一般在-5°~ 25°之间选取。
刀尖为主切刃上最高点,所以λS >0°
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问题延伸——无论切削刀具如何变化,其原理都与车刀相同。
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车刀的主要几何角度的选择 1)前角(γ0 ) 选择的原则:前角的大小主要解 决刀头的坚固性与锋利性的矛盾。因此首先要根 据加工材料的硬度来选择前角。加工材料的硬度
高,前角取小值,反之取大值。其次要根据加工
进给方向
Kr
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车刀的主要几何角度 4)副偏角( Kr’ ) 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运 动反方向的夹角。副偏角一般为正值。
进给方向
Kr
Kr’
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K 向
车刀的主要几何角度
5)刃倾角(λS ) 在切削平面内测 K 向
λS 基面ຫໍສະໝຸດ Baidu
量的主切削刃与基面间的夹角。当主切 削刃呈水平时, λS =0°;刀尖为主切刃 上最高点时, λS >0°;刀尖为主切削 刃上最低点时, λS <0°。刃倾角一般 在-10°~5°之间选取。
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切削加工 : 使用切削工具 ( 包括刀具、磨具和磨 料 ) ,在工具和工件的相对运动中,把工件上多 余的材料层切除,使工件获得规定的几何参数 (尺寸、形状、位置)和表面质量的加工方法。 切削加工的重要性:切削加工能获得较高的精度 和表面质量,对被加工材料、工件几何形状及生 产批量具有广泛的适应性,在机械制造业中占有 十分重要的地位。
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切屑类型与变形系数
切屑控制
为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量,应使切 屑卷曲和折断。 切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加 变形的结果(图3-7)
断屑是对已变形的切屑再附加一次变形(常需有断屑装置, 图3-8)
图3-7 切屑的卷曲
图3-8 断屑的产生
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切屑类型
带状切屑的特点
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切屑类型与变形系数
表3-1 切屑类型及形成条件
名称 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
简图
形态 变形 形成 条件
带状,底面光滑 ,背面呈毛茸状 剪切滑移尚未达 到断裂程度
节状,底面光滑有裂 纹,背面呈锯齿状
粒状
不规则块状颗粒
未经塑性变形即 被挤裂 加工硬脆材料, 刀具前角较小
局部剪切应力达到断 剪切应力完全达 到断裂强度 裂强度
☆降低切削抗力,延长刀具寿命。
由操作者刃磨出排屑槽
排屑槽
γ0
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车刀的主要几何角度的选择 2)后角(α0 ) 选择的原则:首先考虑 加工性质。精加工时,后角取大值,粗加 工时,后角取小值。其次考虑加工材料的 硬度,加工材料硬度高,主后角取小值, 以增强刀头的坚固性;反之,后角应取小 值。后角不能为零度或负值,一般在 6°~12°之间选取。
主切削力Fc(N)
981 784 588 5 19 28 35 55 100 切削速度 v(m/min) 130
图3-16 切削速度对切削力的影响
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4.2.3 影响切削力因素
刀具几何角度影响
◆ 前角γ0 增大,切削力减小(图3-17) ◆ 主偏角κr 对主切削力影响不大,对吃刀抗力和进给抗 力影响显著( κr ↑—— Fp↓,Ff↑,图3-18)
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(3)切削深度ap :指待加工表面与已加工表面
的垂直距离(单位mm)。
dw dm 车外圆时:a p = 2 dm 钻孔是:a p = 2
dm 已加工表面的直径( mm) 。
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vc、f、a p — 称为切削用量三要素。
4.刀具的几何参数 (1)切削刀具结构
由工作部分和非工作部分构成。
车刀(turning tools)的工作部分比较简单, 只由切削部分构成,非工作部分就是车刀 的柄部(或刀杆)。
线称为主切削刃。
(5) 副切削刃 刀具的前刀面与副后刀面的交 线称为副切削刃。 (6) 刀尖 主切削刃与副切削刃的交点称为刀 尖。刀尖实际是一小段曲线或直线,称修圆 刀尖和倒角刀尖。
科普一下—— 刃磨车刀时绝对不要戴手套或裹
毛巾等,如果你不想残废的话!
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测量车刀切削角度的辅助平面
为了确定和测量车刀的几何角度,需要选取三个辅助平面作为基准, 这三个辅助平面是切削平面、基面和正交平面,如图所示。
知识点 切削运动 切削形成的加工表面 切削用量 刀具的几何角度 切削力与热等
认识切削运动、加工表面、切削用量等相关概念
认识刀具的几何角度
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金属切削加工就是在机床上利用切削工具 从工件上切除多余金属,使之成为具有一定几 何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。在 切削加工过程中,除了要有一定切削性能的切 削刀具外,还要有机床提供工件与切削刀具间 所必需的相对运动,而且这种相对运动还要与 工件各种表面的形成规律和几何特征相适应。 本课题主要学习切削运动和切削用量、刀具的 组成及其几何参数、车刀的工作角度等内容。
进给方向
Kr’
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5. 切屑的形成
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切屑类型与变形系数
切屑类型
带状切屑
Real
挤裂切屑
Real
节状切屑
Real
崩碎切屑
Real
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图3-6 切屑形态照片
金属切削过程的变形
三个变形区分析
第Ⅰ变形区:即剪切变形区 ,金属剪切滑移,成为切屑。 金属切削过程的塑性变形主要 集中于此区域。
Ⅱ
Ⅰ
Ⅲ
第Ⅱ变形区:靠近前刀面处 图3-5 切削部位三个变形区 ,切屑排出时受前刀面挤压与 摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的 主要原因。 第Ⅲ变形区:已加工面受到后刀面挤压与摩擦,产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
性质来考虑前角的大小,粗加工时前角要取小值, 基面 精加工时前角应取大值。前角一般在-5°~ 25° γ0
之间选取。
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通常,制作车刀时并没有预先制出前角(γ0) ,而是靠在车刀上刃磨
出排屑槽来获得前角的。排屑槽也叫断屑槽,它的作用大了去了—— ☆折断切屑,不产生缠绕;
☆控制切屑的流出方向,保持已加工表面的精度;
A—A
α0
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车刀的主要几何角度的选择 3)主偏角( Kr ) 的选用原则:首先考虑车床、夹具和刀具组成的车削 工艺系统的刚性,如系统刚性好,主偏角应取小值,这样有利于提高车刀 使用寿命、改善散热条件及表面粗造度。其次要考虑加工工件的几何形状,
当加工台阶时,主偏角应取90°,加工中间切入的工件,主偏角一般取60
不论刀具结构如何复杂,就其单刀齿切削部 分,都可以看成由外圆车刀的切削部分演变 而来,本节以外圆车刀为例来介绍其几何参 数。
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车刀切削部分的组成
(三面二刃一刀尖 ) 车刀切削部分由前刀面、主后刀面、副
后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖组成。
(1) 前刀面 刀具上切屑流过的表面。 (2) 主后刀面 刀具上与工件上的加工表面相 对着并且相互作用的表面,称为主后刀面。 (3) 副后刀面 刀具上与工件上的已加工表面 相对着并且相互作用的表面,称为副后刀面。 (4) 主切削刃 刀具的前刀面与主后刀面的交
基面
γ0
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车刀的主要几何角度 2)后角(α0 ) 在正交平面内测量的主后刀面 与切削平面间的夹角。后角不能为零度或负值, 一般在6°~12°之间选取。
A—A
γ0
α0
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车刀的主要几何角度 3)主偏角( Kr ) 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动 方向的夹角。主偏角一般在30°~ 90°之间。
单位: m/s 或 m/min
车削等回转运动:v = c
d w np (m / s) × 1000 60 d w np (m / min) 或vc = 1000
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切削用量
(1)切削速度
切削用量三要素 切削速度Vc 进给量Vf 背吃刀量ap。
切削速度 是单位时间内 刀具和工件在主运动方向 上的相对位移。 主运动为旋转运动(车削、 铣削), VC为最大线速 度,VC =πdwn/1000 主运动为往复直线运动 (刨削、插削), VC为 平均速度,VC =2Lnr/ 1000
优点: 表示切削力平稳,对刀具与工件变形破坏小 缺点:太长不利于排屑也不利于安全,又破坏已加工表面 质量,影响粗糙度等
解决方法
刀具磨断屑槽或 使用压块式断屑器
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机械制造技术基础
第3章 切削原理 Cutting Theory
3.2 切削力
Cutting Force
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切削力的来源与分解
切削力来源
°。主偏角一般在30°~ 90°之间,最常用的是45 °、75 °、90 °。
进给方向
Kr
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车刀的主要几何角度的选择 4)副偏角( Kr’ )的选择原则:首先考虑车刀、工件和夹具有足够的刚性, 才能减小副偏角;反之,应取大值;其次,考虑加工性质,精加工时,副偏 角可取10°~15°,粗加工时,副偏角可取5°左右。