第五章 切削用量及刀具几何角度的选择(机械制造技术A)

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测试1：
1、积屑瘤在粗、精加工中各起什么作用？当其有害 时怎样抑制它？
2、影响积屑瘤大小的因素?精加工外圆时怎样抑制它? 为什么?
3、试推导变形系数ξ与剪切角Φ之间的关系。
4、单位切削力的定义?
5、切削用量三要素对切削力的影响与对刀具耐用度 的影响有什么不同？请利用指数公式对该问题进行 分析，并提出降低切削力和提高刀具耐用度的措施。
5.4 过渡刃与修光刃参数的选择
一、过渡刃及其参数选择 ⑴外圆车刀过渡刃参数：
过渡刃偏角
rs
1 2
r
过渡刃长度
bs=0.5~2mm
⑵切断刀过渡刃参数 过渡刃偏角 κrs=45° 过渡刃长度 bs=（0.20～0.25）ap
Κ'r
Κr
3）圆弧过渡刃
⑴高速钢车刀 r 0.5 ~ 5mm ⑵硬质合金车刀 r 0.5 ~ 2mm
3.负前角单面型 优点：刃口强度高。 缺点：刃口钝，对切削层的挤压严重。
使用场合： ⑴主要用于硬质合金车刀和铣刀； ⑵切削高强度、高硬度材料和切削淬火钢； ⑶当磨损主要发生在后刀面时。
4.正前角正倒棱 使用场合：适用于高速钢刀具 正倒棱尺寸参数：
br1 (0.5 ~ 1) f ; 01 0 ~ 5
在刀具前刀面上,切屑流出的方向与切削刃法线 间的夹角Ψλ称为流屑角。
主切削刃法线 主切削刃
（1）用测定切屑宽度bc的方法求流屑角：
cos
bc b
cos s
⑵实际切削角 ①流屑剖面：包含切屑流出方向和切削速度的剖面Pλ。 ②实际切削角：在流屑剖面内测量的角度 实际切削前角
sin oe cos sin n cos s sin sin s sin oe sin2 s cos2 s sin n
5.正前角负倒棱
优点：⑴可提高刃口强度； ⑵增大了散热面积； ⑶提高了刀具耐用度。
缺点：刃口较钝。
适用场合：适用于硬质合金刀具切削厚度较大的 粗加工。
负前角平面型
6.负前角双面型 优点：⑴减少了前刀面的刃磨面积；
⑵刀具的寿命延长。 适用场合：用于磨损同时发生在前刀面和后刀
面的场合。
主切 削刃
7.波形前刀面 主切削刃为波浪形，可改变切屑的形状，
⑵根据刀具材料选取前角
（前角大，刀头受弯曲应力；前角小，刀尖受压） ①高速钢刀具抗拉强度和抗压强度接近，可采用较 大的前角； ②硬质合金刀具抗拉强度比抗压强度小很多，应采 用较小的前角。
⑶根据加工条件选取前角。
①塑性材料粗加工时，为保证刀具有足够的强度 和散热面积，应减小前角；
精加工时，为保证加工质量，前角应取大一些。 粗加工，特别是断续切削，应适当减小前角。 ②当系统的刚性较差时，为减小切削力和振动， 前角应取大一些。 ③自动机床，一般选较小的前角。
ba1 0.1 ~ 0.3mm; a01 0 ~ 5
5.波形后刀面 优点：增大了切屑卷曲方向的刚度，有利于断屑。
后角的作用及选择
1.后角的作用 ⑴增加后角可减少刀具与已加工表面的摩擦，因此
①有利于提高工件表面质量； ②有利于提高刀具耐用度； ⑵在同样磨钝标准VB下，增大后角有利于提高刀具耐 用度； ⑶增大后角使切削刃和刀头强度降低，散热体积减小， 从而使刀具耐用度下降。
改善切削过程。 散热好，粗加工时用。
前角的作用及选择 1.前角的作用 ⑴影响切削区的变形程度；
增加前角可减小切削层的塑性变形，从而减小切削 力、切削热和切削功率。
⑵影响刀具耐用度；
①增大前角，可减小切削力、切削热和切削功率， 提高刀具耐用度；
②前角过大则刀头强度降低，散热条件差，从而使 刀具耐用度降低。
反之取较高切削速度；
（3）刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。
三、提高切削用量的途径
凡能提高刀具耐用度、降低表面粗糙度以及减少机床动力 消耗的因素，都能提高切削用量。
1.正确选用现有刀具材料，发展耐热性和耐磨性更好 的刀具材料； 2.改善刀具结构，简化切削加工中刀具的装夹和调整； 3.采用合理的刀具几何参数，提高刀具的刃磨质量， 使刀具有锋利的切削刃和低粗糙度表面； 4.采用性能良好的切削液。
实际切削后角
tg0e tgn cos s
结论：(表5-10） s
oe
s
oe
实际切削刃钝圆半径：
rne rn cos s
二、刃倾角的作用及其选择
刃倾角的作用：
⑴影响切屑的流出方向； ⑵影响实际切削前角和切削刃的锋利性；
s
oe
rne rn cos s
⑶影响刀尖强度和刀尖散热条件；
⑶影响加工表面质量；
①增加前角可减小塑性变形，从而减少工件表面的 加工硬化，并抑制积屑瘤与鳞刺的产生；
②增加前角可减小切削中的振动，提高加工质量。
2.前角的选择原则
⑴根据工件材料选择前角
①工件材料强度越大，硬度越高，应取越小的前 角，甚至可取负值。 ②加工塑性材料时，为减小切屑变形和刀具磨损， 应选择较大的前角； ③加工脆性材料时，为保证刀尖的强度，前角应 小一些。
增大主偏角，吃刀抗力Fy减小，走刀抗力Fx增大。
（工艺系统的刚性较差时，应选用较大的主偏角）
⑷影响断屑 增大主偏角，切削厚度增加，切削易折断。
⑸影响刀片许可的最大切削深度。 主偏角大，刀片许可的最大切削深度大。
2.主偏角的选取原则
⑴当系统的刚性较差时，应选取较大的κr，以减小 吃刀抗力Fy ；
⑵硬质合金刀具应选用较大的κr ，以减小加工中的 振动；
切断刀的标注角度
n
rn
5.3 主偏角、副偏角及其选择
1.主偏角的作用 ⑴影响切削层的形状；
①当切削深度与进给量不变时，主偏角减小，切削厚 度减小，切削宽度增加，从而使单位切削刃长度的 负荷减轻；
②主偏角减小使散热面积增加，刀具耐用度提高。 ⑵影响已加工表面的残留高度；
减小主偏角可以减低工件加工表面的残留面积高度， 提高工件的表面光洁程度； ⑶影响切削分力的比值
第五章 切削用量及刀具几何角 度的选择
教学要求
掌握刀具结构的作用及各角度选取原则 掌握切削用量的选取原则
刀具几何参数 切削用量
切削变形 切削力 切削温度 刀具磨损
刀具耐用度 生产率 工件成本
刀具合理几何参数的选择
刀具几何参数包括：刀面形式、刀具角 度、切削刃形状等。
刀具合理的几何参数，是指在保证加工 质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度， 从而达到提高切削效率或降低生产成本目的 的几何参数。
⑶切削高强度、高硬度钢，应选用较小的κr ，以增 加强度，增大散热面积。
副偏角的作用与选择
1.副偏角的作用 ⑴影响残留面积的高度； ⑵影响刀尖强度和散热条件； ⑶影响吃刀抗力Fy的大小。
9
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。
n —— 指数， 2.5 ~ 5； p —— 指数， 1.2 ~ 1.8； q —— 指数， 0.6 ~ 0.8；
可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。 选择顺序：先选大的切削深度，然后选大的进给量，最后 按耐用度标准选取合理的切削速度。
3.切削用量对切削加工生产率的影响
切削机动时间：
二、选取切削用量的原则 1.切削深度ap的选取原则
切削深度应尽可能大，尽量减少走刀次数。
2.进给量f 的选取原则 ⑴粗加工时，在工艺系统刚度和强度允许时，尽量选 较大值； ⑵精加工、半精加工一般选较小值。
3.切削速度v 的选取原则 （1）粗加工时，应选较低的切削速度，精加工时选择 较高的切削速度； （2）加工材料强度硬度较高时，选较低的切削速度，
2.后角的选取原则
⑴根据切削厚度选取后角：
切削厚度小时，为减小切削刃的钝圆半径对切 削层的挤压，应选取较大的后角；切削厚度大 时，为保证刃口强度和改善散热条件，应选取 较小的后角；
⑵根据工件材料选取后角：
①工件材料的强度和硬度低、塑性和韧性好时， 应选取较大的后角；
②加工高强度、高硬度材料时，一般情况下选用 较小的后角；在前角很小或为负角的情况下， 为便于切入，可选用较大的后角；
精车时取大值，粗车时取小值。
圆弧过渡刃
高速钢：rε=0.5～5mm 硬质合金：rε=0.5～2mm
Κr Κr
二、修光刃及其参数选择
修光刃：在负切削刃靠近刀尖 处磨出的一段 r 0 的刀刃。
修光刃长度 b ≈（1.2～1.5）f 不能太长，否则易引起振动。
Κ'r
ε
Κ'r=0
圆弧过渡刃
高速钢：rε=0.5～5mm 硬质合金：rε=0.5～2mm
3.双面型刃带后刀面（后刀面有后角为零度的
窄狭刃口）（P166）
优点：⑴可控制多刃刀具刀齿的径向偏摆，保证刀齿 的尺寸精度；
⑵增加刀具的重磨次数；
⑶加工中可支承、导向、消振、熨平已加工表 面。
带刃尺寸： ba1 0.02 ~ 0.03mm
4.双面型消振棱后刀面 优点：⑴可消除切削中的振动；
⑵可提高刀具的耐用度。 消振棱尺寸：
5.1 前刀面及前角的选择
前刀面的型式及选择
1.正前角平面型 优点：形状简单、易制造、锋利； 缺点：刃口强度差，不易断屑。
使用场合： ⑴钢材精加工； ⑵低硬度材料加工； ⑶刃形复杂的刀具。
2.正前角曲面型 优点：刃口强度大、利于卷屑。 缺点：刃磨比平面型前角困难。
使用场合： ⑴单刃刀具； ⑵需要改善卷屑的加工场合。
5.2 后刀面及后角的选择 后刀面的型式及选择
1.单面平面型后刀面