切削用量三要素讲解

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提高切削速度,增大进给量和背吃刀量,都能提高金属切除率。但 在这三个因素中,影响刀具耐用度最大的是切削速度,其次是进给量, 影响最小的是背吃刀量。所以,在选择粗加工切削用量时,应优先考虑 采用大的背吃刀量,其次考虑采用大的进给量,最后才能根据刀具耐用 度的要求,选定合理的切削速度。
切削用量及选择
半精加工、精加工时首先要保证加工精度和表面质量, 同时应兼顾必要的刀具耐用度和生产效率,此时的背吃刀量 根据粗加工留下的余量确定。为了减小工艺系统的弹性变形, 减小已加工表面的残留面积,半精加工尤其是精加工,一般 多采用较小的背吃刀量和进给量。为抑制积屑瘤和鳞制的产 生,用硬质合金刀具进行精加工时一般多采用较高的切削速 度;高速钢刀具则一般多采用较低的切削速度。
对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具, 在它们进行工作时,还应规定每一个刀齿的进给量fz,即后 一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量,单位是mm/z(毫米/齿)。
vf=f· n=fz· z· n mm/s或mm/min
切削用量及选择
(3)背吃刀量
ap
对于车削和刨削加工来说,背吃刀量ap为工件上 已加工表面和待加工表面间的垂直距离,单位为mm。 对于外圆车削的深度可用下式计算:
切削用量及选择
THE END
2008.10.18
切削用量
江苏大学机电总厂 2008年7月 培训专用、请勿外传
切削用量及选择
本章内容 一.切削运动与切削用量 二.切削用量与切削过程中的关系 三.合理选择切削用量的原则和方法 四.切削用量制定的步骤 五.提高切削用量的途径
切削用量及选择
1. 切削运动与切削用量 如外圆车削时,工件做旋转运动,刀具作纵向直线运动, 形成了工件的外圆表面。在新的表面的形成过程中,工件上 有三个依次变化的表面(见下图):
提示:在刀具强度,机床刚性保证的情况下,尽可能增加
背吃刀量 ap、进给量 f 、适中的切削速度vc。
切削用量及选择
2.2 对零件精度、表面粗糙度的影响 对零件精度、表面粗糙度,从进给量 f 着手分析,在这 三要素中,吃刀量 ap通常根据加工余量而确定,而进给量 f 的提高,则主要受到表面粗糙度的制约,为提高零件的粗糙 度,进给量必须选择得当。在吃刀量和进给量确定后,在保 证刀具的耐用度的前提下,确定合理的切削速度vc。
(1)切削速度
称之为切削用量三要素。
vc
大多数切削加工的主运动采用回转运动。 回旋体(刀具或工件)上外圆或内孔某一点的 切削速度计算公式如下:
切削用量及选择
(2)进给量
f
1、进给速度vf是单位时间的进给量,单位是mm/s 2、进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动 方向的相对位移,单位是mm/r(毫米/转)。
待加工表面:即将被切去金属层的表面 加工 表 面: 切削刃正在切削着的表面 已加工表面:已经切去一部分金属形 成 的新表面
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1.1 切削运动 金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。 但是,按切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分, 可分为主运动和进给运动。如上图所示。 (1)主运动 主运动是切下金属所必须的最主要的运动。通常它 的速度最高,消耗机床功率最多。 (2)进给运动 使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可以 是连续运动,也可以是间歇运动。
由此可见,选择切削用量的基本原则是首先选取尽可能大 的背吃刀量;其次要在机床动力和刚度允许的范围内,同时又满 足已加工表面粗糙度的要求的情况下,选取尽可能大的进给量, 最后利用《切削用量手册》选取或用公式计算确定最佳切削速度。
切削用量及选择
3.2 切削用量三要素的确定 (1)背吃刀量的选择 背吃刀量根据加工余量确定。
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(3)合成运动与合成切削速度 当主运动与进给运动同时进行时,刀具切削刃上某 一点 相对工件的运动称为合成切削运动,其大小与方向用合成速度 向量ve表示。如下图所示,合成速度向量等于主运动速度与进 给运动速度的向量和。即 :ve=vc+vf
切削用量及选择
1.2 切削用量三要素
vc、f 、 ap
(3)切削速度的确定
根据已选定的背吃刀量ap、进给量f及刀具耐用度T,就可 按公式计算切削速度Vc和机床转速n。
切削用量及选择
① 粗车时,ap 、f均较大,所以Vc较低,精加工时,ap 、f均较小, 所以Vc较高。 ② 工件材料强度、硬度较高时,应选较低的Vc;反之,Vc较高。 材料加工性越差,Vc较低。
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2.3 对刀具耐用度的影响 2.3.1 刀具耐用度 所谓刀具耐用度,是指一把新刀从开始切削直到 磨损量达到磨损标准为止,在这期间所使用的总的切 削时间,用T表示。 2.3.2 切削速度vc与刀具耐用度的关系 工件材料、刀具材料、几何角度选定后,切削速度是影响 刀具耐用度的主要因素。其原因是当提高切削速度时,单位时 间的金属去除率成正比例增加,刀具与工件及切屑间的摩擦加 剧,消耗于金属变形和摩擦的无用功增加,因而产生大量的热。 因此,提高切削速度的结果:摩擦热大量的积聚在切屑底层而 来不及传导出去,从而使切削温度升高。
切削用量及选择
3. 合理选择切削用量的原则与方法 3.1制订切削用量的原则 正确地选择切削用量,对于保证加工质量、降低加工成本和 提高劳动生产率都具有重要意义。所谓合理的切削用量,是 指充分利用刀具的切削性能和机床性能(功率、扭矩等), 在保证加工质量的前提下,获得高的生产率和低的加工成本 的切削用量。 对于粗加工来说,要尽可能保证较高的金属切除率和必要 的刀具耐用度。
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2.3.3 进给量f与刀具耐用度的关系 当增大进给量后,切屑厚度增大,由切屑带着走的热 量增多,同时切屑与前刀面的接触长度增加,散热面积增 大。通过测试得知,切削温度随进给量的增加而升高,但 温度的升高幅度不及切削速度显著。 2.3.4 背吃刀量ap与刀具耐用度的关系 背吃刀量对切削温度的影响很小。这是因为背吃刀量增 大后,切削区产生的热量虽然成正比增加,但因为切削刃参 加切削工作的长度也成正比增加,从而改善了散热条件,因 此切削温度上升甚微。 综上所述,凡是影响切削温度的因素,都影响刀 具磨损,因而也影响刀具耐用度。
③ 刀具材料的切削性能愈好,Vc也选得愈高。
此外,在选择Vc时,还应考虑以下几点: ① 精加工时,应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域。 ② 断续切Hale Waihona Puke Baidu时,为减小冲击和热应力,宜适当降低Vc。 ③ 在易发生振动情况下,Vc应避开自激振动的临界速度。 ④ 加工大件、细长件、薄壁件以及带外皮的工件时,应选用较低的Vc。
ap=(dw-dm)/ 2 mm
对于钻孔工作: ap=dm/ 2 上两式中
mm
dw—— 待加工表面直径(mm) dm——已加工表面直径(mm)
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2. 切削用量与切削过程的关系 2.1 对劳动生产率的影响
切削用量三要素vc、f 、 ap 虽然对加工质量、刀具耐用 度和生产效率均有直接的影响,但影响程度却不同,且它们又是相 互联系,相互制约,不可能都选择的很大,因此,就存在着一从不 同角度出发,去优先选择三者之中的某一个切削要素。 为提高生产效率,可以适当增加背吃刀量ap,减少走刀的数, 但是当加工余量太大、加工余量不均匀或工艺系统刚性不足时,为 避免振动可分两次或多次走刀完成。
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3 )切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等冷硬较严重的材料时, 应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度,以防刀刃过早磨损或破损。 4)在半精加工时,ap=0.5~2 mm 。 5)在精加工时,ap=0.1~0.4 mm 。
(2)进给量的选择
粗加工时,对工件表面质量没有太高要求,这时切削力往往很大, 合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。这一进给量要受 到下列一些因素的限制:机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚 度、硬质合金或陶瓷刀片的强度及工件的装夹刚度等。
1) 在粗加工时,一次走刀应尽可能切去全部加工余量,在中等功率机床上, ap可达8~10mm. 2) 下列情况可分几次走刀: ① 加工余量太大,一次走刀切削力太大,会产生机床功率不足或 刀具 强度不够时; ② 工艺系统刚性不足,或加工余量极不均匀,以致引起很大振动时, 如加工细长轴或薄壁工件; ③ 断续切削,刀具受到很大的冲击而造成打刀时。 在上述情况下,如分二次走刀,第一次的ap也应比第二次大, 第二次的ap可取加工余量的1/3~1/4左右。
切削用量及选择
精加工时,最大进给量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。
工厂生产中,进给量常常根据经验选取。粗加工时,根据加工材料、 车刀刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量从《切削用量手册》中查 取进给量。 在半精加工和精加工时,则按粗糙度要求,根据工件材料、刀尖圆弧 半径、切削速度从《切削用量手册》中查得进给量。 然而,按经验确定的粗车进给量在一些特殊情况下,如切削力很大、 工件长径比很大、刀杆伸出长度很大时,有时还需对选定的进给量校验。
切削用量及选择
切削用量及选择
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4. 切削用量制定的步骤 背吃刀量的选择 切削速度的确定 5. 提高切削用量的途径 ① ② ③ ④ 采用切削性能更好的新型刀具材料; 在保证工件机械性能的前提下,改善工件材料加工性; 改善冷却润滑条件; 改进刀具结构,提高刀具制造质量。 进给量的选择 校验机床功率
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