数控加工工艺与编程.ppt

数控加工工艺数控加工工艺与编程与编程前言前言本书是由江苏联合职业技术学院统一组织本书是由江苏联合职业技术学院统一组织编写的五年制高职教育机电类专业教材，编写的五年制高职教育机电类专业教材，供五年制高职学生用。也可供相近专业的供五年制高职学生用。也可供相近专业的其它学生及从事相关工作的人员参考学习其它学生及从事相关工作的人员参考学习用。用。本书系统介绍了数控机床加工的工艺及编本书系统介绍了数控机床加工的工艺及编程，其内容丰富，详简得当，并有较强的程，其内容丰富，详简得当，并有较强的实用性。本书内容体系符合五年制高职教实用性。本书内容体系符合五年制高职教学规律，既有系统的理论，又有相关的实学规律，既有系统的理论，又有相关的实例，并配有相对应的思考题例，并配有相对应的思考题。下一页前言前言 本书共分成六章，第一章为数控加工的本书共分成六章，第一章为数控加工的切削基础；第二章为数控加工的工艺基础；切削基础；第二章为数控加工的工艺基础；第三章为数控机床的编程基础；第四章为第三章为数控机床的编程基础；第四章为数控车削加工工艺与编程；第五章为数控数控车削加工工艺与编程；第五章为数控铣削加工工艺与编程；第六章为数控加工铣削加工工艺与编程；第六章为数控加工中心加工工艺与编程。中心加工工艺与编程。返回上一页目录目录第一章第一章 数控加工的切削基础数控加工的切削基础 第二章第二章 数控加工的工艺基础数控加工的工艺基础 第三章第三章 数控机床编程基础数控机床编程基础 第四章第四章 数控车削加工工艺与编程数控车削加工工艺与编程 第五章第五章 数控铣床加工工艺与编程数控铣床加工工艺与编程 第六章第六章 加工中心加工工艺与编程加工中心加工工艺与编程 第一章第一章 数控加工的切削基础数控加工的切削基础 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律 第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 第四节第四节 切削用量的选择切削用量的选择 第五节第五节 夹具的选择夹具的选择 第六节第六节 工件的定位工件的定位 第七节第七节 工件的夹紧工件的夹紧返回第二章第二章 数控加工的工艺基础数控加工的工艺基础 第一节第一节 基本概念基本概念 第二节第二节 机械加工工艺规程的制订机械加工工艺规程的制订 第三节第三节 加工余量的确定加工余量的确定 第四节第四节 工序尺寸及公差的确定工序尺寸及公差的确定 第五节第五节 加工精度及表面质量加工精度及表面质量 返回第三章第三章 数控机床编程基础数控机床编程基础 第一节第一节 程序编制的基本步骤和内容程序编制的基本步骤和内容 第二节第二节 手工编程与自动编程手工编程与自动编程 第三节第三节 程序的结构与格式程序的结构与格式 第四节第四节 数控机床的坐标系数控机床的坐标系 第五节第五节 常用编程指令常用编程指令 第六节第六节 子程序的应用子程序的应用 第七节第七节 宏程序的应用宏程序的应用 返回第四章第四章 数控车削加工工艺与编程数控车削加工工艺与编程 第一节第一节 数控车削的主要加工对象数控车削的主要加工对象 第二节第二节 数控车削加工的工艺特点数控车削加工的工艺特点 第三节第三节 数控车削加工工艺的制定数控车削加工工艺的制定 第四节第四节 数控车床的编程数控车床的编程 第五节第五节 典型零件编程实例典型零件编程实例 返回第五章第五章 数控铣床加工工艺与编程数控铣床加工工艺与编程 第一节第一节 数控铣床及其加工对象数控铣床及其加工对象 第二节第二节 铣削加工及数控铣削工艺分析铣削加工及数控铣削工艺分析 第三节第三节 数控铣削加工工艺装备选用数控铣削加工工艺装备选用 第四节第四节 数控铣削系统简化编程的方法和应数控铣削系统简化编程的方法和应用用 第五节第五节 典型结构的数控铣削加工方法及编典型结构的数控铣削加工方法及编程程 第六节第六节 数控铣削加工综合实例数控铣削加工综合实例 返回第六章第六章 加工中心加工工艺与编程加工中心加工工艺与编程 第一节第一节 加工中心概述加工中心概述 第二节第二节 加工中心的自动换刀及典型换刀程加工中心的自动换刀及典型换刀程序序 第三节第三节 数控铣床、加工中心的孔加工刀具数控铣床、加工中心的孔加工刀具 第四节第四节 孔加工固定循环孔加工固定循环 第五节第五节 典型结构的加工工艺及编程例析典型结构的加工工艺及编程例析 第六节第六节 数控铣床、加工中心对刀方案合理数控铣床、加工中心对刀方案合理性分析性分析 返回第一章第一章 数控加工的切削基础数控加工的切削基础 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律 第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 第四节第四节 切削用量的选择切削用量的选择 第五节第五节 夹具的选择夹具的选择 第六节第六节 工件的定位工件的定位 第七节第七节 工件的夹紧工件的夹紧 第一节第一节 概述概述1.1.1 切削运动和工件上的加工表面切削运动和工件上的加工表面金属切削加工就是用金属切削把工件毛坯上余量（预留的金金属切削加工就是用金属切削把工件毛坯上余量（预留的金属材料）切除，获得图样所要求的零件。在切削过程中，刀属材料）切除，获得图样所要求的零件。在切削过程中，刀具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运具和工件之间必须有相对运动，这种相对运动就称为切削运动。切削运动是由金属切削机床通过两种运动单元组合而成动。切削运动是由金属切削机床通过两种运动单元组合而成的，其的，其是产生切削力的运动，其二是保证了切削工作连续是产生切削力的运动，其二是保证了切削工作连续进行的运动，按照它们在切削过程中所起的作用，通常分主进行的运动，按照它们在切削过程中所起的作用，通常分主运动和进给运动。运动和进给运动。下一页1 1）主运动）主运动 主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工主运动是由机床提供的主要运动，它使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具接近工件并切除切削层。件之间产生相对运动，从而使刀具接近工件并切除切削层。2 2）进给运动）进给运动 进给运动是由机床提供的使刀具与工件之间产进给运动是由机床提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除切生附加的相对运动，加上主运动即可不断地或连续地切除切削层，并得出具有所需几何特性的已加工表面。削层，并得出具有所需几何特性的已加工表面。 3 3）合成切削运动）合成切削运动 当主运动和进给运动同时进行时，由主运当主运动和进给运动同时进行时，由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。 下一页上一页第一节第一节 概述概述2 2辅助运动辅助运动除主运动、进给运动以外，机床在数控加工过程中，还需一系列除主运动、进给运动以外，机床在数控加工过程中，还需一系列的其他运动，即辅助运动。的其他运动，即辅助运动。 3 3加工中的工件表面加工中的工件表面在金属切削加工过程中，工件上多余的材料不断地被刀具切除而在金属切削加工过程中，工件上多余的材料不断地被刀具切除而转变为切屑，与此同时，工件在切削过程中形成了三个不断变化转变为切屑，与此同时，工件在切削过程中形成了三个不断变化着的表面（着的表面（图图1-11-1），分别如下：），分别如下：1) 1) 待加工表面待加工表面 工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面。工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面。2) 2) 已加工表面已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。3) 3) 过渡表面过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面。工件上由切削刃形成的那部分表面。下一页上一页第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述1.1.2 1.1.2 切削要素切削要素1 1切削用量三要素切削用量三要素 1 1） 切削速度（切削速度（vcvc） 切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时线速度称为切削速度。回转运动的线速度时线速度称为切削速度。回转运动的线速度vcvc（单位：（单位：m mminmin）的计算公式如下。的计算公式如下。 v vc cd nd n100010002 2） 进给量（进给量（ ） 刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，称为进给量。称为进给量。 3 3） 背吃刀量（背吃刀量（pp） 也叫切深，是已加工表面与待加工表面也叫切深，是已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，称为背吃刀量，其单位为之间的垂直距离，称为背吃刀量，其单位为mmmm。车削外圆时：。车削外圆时：p p（dwdmdwdm）2 2 下一页上一页第一节第一节 概述概述2 2切削层参数切削层参数1 1）切削厚度（）切削厚度（h hD D） 是指在垂直于切削刃方向度量的切削层截面是指在垂直于切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。的尺寸。 2 2）切削宽度（）切削宽度（b bD D） 是指沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸是指沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸 3 3）切削面积（）切削面积（A AD D） 是指切削层的横截面积。是指切削层的横截面积。3 3正切屑和倒切屑正切屑和倒切屑 生产中一般由主切削刃担负主要切削工作，此时生产中一般由主切削刃担负主要切削工作，此时h hD Db bD D，即，即sinsinr rp psinsinr r，在这种情况下切下来的切屑称为正切屑。，在这种情况下切下来的切屑称为正切屑。上述切削层中的切削就属这种情况；当采用大进给切削时，常上述切削层中的切削就属这种情况；当采用大进给切削时，常出现出现sinsinr rp psinsinr r的情况，在这种情况下切下的切屑称的情况，在这种情况下切下的切屑称为倒切屑。为倒切屑。 下一页上一页第一节第一节 概述概述4 4材料切除率材料切除率Q Q材料切除率是指在特定瞬间、单位时间里被刀具切除的工件材料切除率是指在特定瞬间、单位时间里被刀具切除的工件材料的体积。相当于切削层横截面积以材料的体积。相当于切削层横截面积以vcvc值沿切削速度方向值沿切削速度方向运动一个单位时间所包含的空间体积运动一个单位时间所包含的空间体积( (单位：单位：mm3)mm3)，它是反映，它是反映切削效率高低的一个指标。其计算公式为切削效率高低的一个指标。其计算公式为Q Q1000v1000vc cp p 返回第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律 1.2.1 1.2.1 金属切削过程中的变形金属切削过程中的变形被切削金属层在刀具前面的挤压力作用下，首先产生弹性变被切削金属层在刀具前面的挤压力作用下，首先产生弹性变形，当最大切应力达到材料的屈服极限时，即沿形，当最大切应力达到材料的屈服极限时，即沿图图1-61-6中的中的0A-OM0A-OM曲线发生剪切滑移，并依次由位置曲线发生剪切滑移，并依次由位置1 1移至位置移至位置2 2，2-2-22之间的距离就是它的滑移量。之间的距离就是它的滑移量。 2 2第二变形区第二变形区 经第一变形区剪切滑移而形成的切屑，在沿刀具前刀面流出经第一变形区剪切滑移而形成的切屑，在沿刀具前刀面流出时，又受到前刀面的挤压而产生摩擦，靠近前刀面处的金属时，又受到前刀面的挤压而产生摩擦，靠近前刀面处的金属再次产生剪切变形，使切屑底层薄薄的一层金属流动滞缓，再次产生剪切变形，使切屑底层薄薄的一层金属流动滞缓，这一层滞缓流动的金属层称为滞流层。滞流层的变形程度比这一层滞缓流动的金属层称为滞流层。滞流层的变形程度比切屑上层大几倍到几十倍。切屑上层大几倍到几十倍。 下一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律3 3第三变形区第三变形区第三变形区是刀具后刀面和工件的接触区，是指工件过渡表面和已加第三变形区是刀具后刀面和工件的接触区，是指工件过渡表面和已加工表面金属层受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹而产工表面金属层受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与回弹而产生塑性变形的区域。生塑性变形的区域。切削变形的大小，主要取决于第一变形区及第二变形区的挤压和摩擦切削变形的大小，主要取决于第一变形区及第二变形区的挤压和摩擦情况，其主要影响因素及规律如下：情况，其主要影响因素及规律如下： 工件材料工件材料 实验证明，工件材料强度和硬度越高，变形系数越小；实验证明，工件材料强度和硬度越高，变形系数越小；而塑性大的金属材料变形大，塑性小的金属材料变形小。而塑性大的金属材料变形大，塑性小的金属材料变形小。 刀具前角刀具前角 刀具前角越大，变形系数越小。这是因为增大刀具前角，刀具前角越大，变形系数越小。这是因为增大刀具前角，可使剪切角增大，从而使切削变形减小。可使剪切角增大，从而使切削变形减小。 切削速度切削速度 切削速度切削速度vcvc与切削变形系数与切削变形系数的实验曲线如的实验曲线如图图1-71-7所示所示 切削厚度切削厚度 由由图图1-71-7可知，当进给量增加（切削厚度增加）时，切可知，当进给量增加（切削厚度增加）时，切削变形系数减小。削变形系数减小。 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律1.2.2 切屑的形成、种类及控制切屑的形成、种类及控制 1 1切削的种类切削的种类 1 1）带状切屑（）带状切屑（图图l-8al-8a） 这种切屑的底层（与前刀面接触的面）这种切屑的底层（与前刀面接触的面）光滑，外表面呈毛茸状，无明显裂纹。光滑，外表面呈毛茸状，无明显裂纹。 2 2）节状切屑（）节状切屑（图图l-8bl-8b） 又称挤裂切屑。这种切屑的底面有时又称挤裂切屑。这种切屑的底面有时出现裂纹，上表面呈明显的锯齿状。出现裂纹，上表面呈明显的锯齿状。 3 3）粒状切屑（）粒状切屑（图图1-8c1-8c） 又称单元切屑。又称单元切屑。 4 4）崩碎切屑（）崩碎切屑（图图1-8d1-8d） 在切削脆性金属（铸铁、青铜等）时，在切削脆性金属（铸铁、青铜等）时，由于材料的塑性很小，抗拉强度很低，在切削时切削层内靠由于材料的塑性很小，抗拉强度很低，在切削时切削层内靠近切削刃和前刀面的局部金属未经明显的塑性变形就被挤裂，近切削刃和前刀面的局部金属未经明显的塑性变形就被挤裂，形成不规则状的碎块切屑，这就是崩碎切屑。形成不规则状的碎块切屑，这就是崩碎切屑。 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律2 2切屑的流向和卷曲切屑的流向和卷曲1 1）切屑的流向）切屑的流向 如如图图1-91-9所示，在直角自由切削时，切屑沿所示，在直角自由切削时，切屑沿正交平面方向流出。正交平面方向流出。 2 2）切屑的卷曲形式）切屑的卷曲形式 在金属切削加工中，不利的屑形将严重在金属切削加工中，不利的屑形将严重影响操作安全、加工质量、刀具寿命、机床精度和生产率。影响操作安全、加工质量、刀具寿命、机床精度和生产率。 3 3影响断屑的因素影响断屑的因素1 1）卷屑槽的尺寸参数）卷屑槽的尺寸参数 卷屑槽的槽型有折线型、直线圆弧型卷屑槽的槽型有折线型、直线圆弧型和全圆弧型三种，如和全圆弧型三种，如图图1-111-11所示。所示。 2 2）刀具角度）刀具角度 主偏角和刃倾角对断屑影响最明显主偏角和刃倾角对断屑影响最明显 3 3）切削用量）切削用量 切削速度提高，易形成长带状屑，不易断屑切削速度提高，易形成长带状屑，不易断屑 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律1.2.3 金属材料的切削加工性金属材料的切削加工性1 1金属材料切削加工性的概念金属材料切削加工性的概念金属材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。金属金属材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。金属材料的性能不同，切削加工的难易程度也不同。材料的性能不同，切削加工的难易程度也不同。 2 2衡量金属材料切削加工性的指标衡量金属材料切削加工性的指标衡量金属材料切削加工性的指标较多，最常用的是切削速度衡量金属材料切削加工性的指标较多，最常用的是切削速度v vcTcT和相对加工性和相对加工性K Kr r。1 1）切削速度）切削速度v vcTcT 其含义是当刀具耐用度为其含义是当刀具耐用度为T T时，切削某种材时，切削某种材料允许达到的切削速度。料允许达到的切削速度。 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律2 2）相对加工性）相对加工性Kr Kr 以正火状态以正火状态4545钢的钢的v vc60c60为基准，记作（为基准，记作（v vc60c60）j j。其它材料的。其它材料的v vc60c60与（与（v vc60c60）j j的比值的比值K Kr r称为该材料的相对加称为该材料的相对加工性，即工性，即 K Kr rv vc60c60（v vc60c60）j j 3 3改善金属材料切削加工性的途径改善金属材料切削加工性的途径1 1）热处理方法）热处理方法 采用热处理方法是改善金属材料切削加工性采用热处理方法是改善金属材料切削加工性的重要途径之一。的重要途径之一。 2 2）调整材料的化学成分）调整材料的化学成分 例如在钢中加入适量的硫、磷等元例如在钢中加入适量的硫、磷等元素使之成为易切钢，可减小切削力，容易断屑，提高刀具耐素使之成为易切钢，可减小切削力，容易断屑，提高刀具耐用度，并可获得较好的表面加工质量。用度，并可获得较好的表面加工质量。下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律1.2.4 1.2.4 积屑瘤与鳞刺积屑瘤与鳞刺1 1积屑瘤积屑瘤1 1）积屑瘤及其特征）积屑瘤及其特征 在切削塑性金属材料时，常在切削刃口在切削塑性金属材料时，常在切削刃口附近粘结一硬度很高（通常为工件材料硬度的附近粘结一硬度很高（通常为工件材料硬度的2 23.53.5倍）的倍）的楔状金属块，它包围着切削刃且覆盖部分前刀面楔状金属块，它包围着切削刃且覆盖部分前刀面. .2 2）积屑瘤的形成及抑制措施）积屑瘤的形成及抑制措施 在切削过程中，由于刀在切削过程中，由于刀屑的屑的摩擦而导致的冷焊是积屑瘤的成因。摩擦而导致的冷焊是积屑瘤的成因。 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律实际生产中、可采取下列措施抑制积屑瘤的生成。实际生产中、可采取下列措施抑制积屑瘤的生成。 控制切削速度控制切削速度 降低进给量降低进给量 增大刀具前角增大刀具前角 使用切削液使用切削液 2 2鳞刺鳞刺鳞刺是在已加工表面上出现的鳞片状反刺，如鳞刺是在已加工表面上出现的鳞片状反刺，如图图1-13a1-13a所示。所示。1.2.5 1.2.5 切削力切削力 1 1切削力的来源及分解切削力的来源及分解切削力来源于三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形切削力来源于三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力，以及切屑、工件与刀具间的摩擦力。抗力，以及切屑、工件与刀具间的摩擦力。 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律 1 1）主切削力）主切削力F Fc c 是总切削力是总切削力F Fr r在主运动方向上的分力，垂直于在主运动方向上的分力，垂直于基面，与切削速度方向一致。基面，与切削速度方向一致。 2 2）背向力）背向力F Fp p是总切削力是总切削力FrFr在切深方向（在切深方向（x x方向）的分力，是验方向）的分力，是验算工艺系统刚度的主要依据。算工艺系统刚度的主要依据。 3 3）进给抗力）进给抗力F Ff f是总切削力是总切削力FrFr在进给方向（在进给方向（Z Z方向）的分力，是方向）的分力，是机床进给机构强度和刚度设计、校验的主要依据。机床进给机构强度和刚度设计、校验的主要依据。2 2切削功率切削功率在切削过程中，三个分力消耗的功率之和，通常用主切削力在切削过程中，三个分力消耗的功率之和，通常用主切削力FcFc消耗的功率消耗的功率P Pc c（单位：（单位：kwkw）来表示。）来表示。 PcPcFcvcFcvc1010-3-360 60 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律3 3影响切削力的主要因素影响切削力的主要因素 1 1）工件材料的影响）工件材料的影响 2 2）切削用量的影响）切削用量的影响 背吃刀量和进给量背吃刀量和进给量 切削速度切削速度 刀具几何角度的影响刀具几何角度的影响 刀具磨损的影响刀具磨损的影响 切削液的影响切削液的影响 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律1.2.6 切削热与切削温度切削热与切削温度1 1切削热的产生与传散切削热的产生与传散 1 1）切削热的产生）切削热的产生 切削层发生的弹、塑性变形和刀具与切切削层发生的弹、塑性变形和刀具与切屑、工件之间的摩擦所消耗的功，均可转变为切削热。屑、工件之间的摩擦所消耗的功，均可转变为切削热。 2 2）切削热的传散）切削热的传散 通过切屑、工件、刀具和周围介质传出通过切屑、工件、刀具和周围介质传出的热量分别用的热量分别用Q Qchch、Q Qw w、Q Qc c和和Q Qf f表示。表示。 2 2切削温度的分布切削温度的分布 刀刀屑界面温度比切屑的平均温度高得多屑界面温度比切屑的平均温度高得多 沿剪切平面各点温度几乎相同沿剪切平面各点温度几乎相同 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律 切屑沿前刀面流出时，在垂直前刀面方向上温度变化较切屑沿前刀面流出时，在垂直前刀面方向上温度变化较大，说明切屑在沿前刀面流出时被摩擦发热。大，说明切屑在沿前刀面流出时被摩擦发热。 工件材料的热导率越低（如钛合金比碳钢热导率低），刀工件材料的热导率越低（如钛合金比碳钢热导率低），刀具前、后刀面的温度越高；具前、后刀面的温度越高； 工件材料的塑性越低，脆性越大，前刀面上最高温度处越工件材料的塑性越低，脆性越大，前刀面上最高温度处越靠近切削刃，同时沿切屑流出方向的温度变化越大。靠近切削刃，同时沿切屑流出方向的温度变化越大。 3 3影响切削温度的因素及变化规律影响切削温度的因素及变化规律 切削用量对切削温度的影响切削用量对切削温度的影响 刀具几何参数对切削温度的影响刀具几何参数对切削温度的影响 下一页上一页第二节第二节 金属切削过程的一般规律金属切削过程的一般规律 工件材料对切削温度的影响工件材料对切削温度的影响 工件材料强度和硬度越高，工件材料强度和硬度越高，切削时消耗的功率越大，切削温度越高。切削时消耗的功率越大，切削温度越高。 刀具磨损对切削温度的影响刀具磨损对切削温度的影响 刀具磨钝后，一方面，刃区刀具磨钝后，一方面，刃区前方挤压作用增大，切削区的金属塑性变形增加；另一方面，前方挤压作用增大，切削区的金属塑性变形增加；另一方面，刀具后角基本为零，使工件和刀具的摩擦加大，两者均使切刀具后角基本为零，使工件和刀具的摩擦加大，两者均使切削温度升高。削温度升高。 切削液对切削温度的影响切削液对切削温度的影响 切削液能降低切削区的温度，切削液能降低切削区的温度，改善切削过程中的摩擦状况，提高刀具耐用度。改善切削过程中的摩擦状况，提高刀具耐用度。返回第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择1.3.1 刀具简介刀具简介1 1刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成刀具种类繁多，结构各异，但仔细观察它的切削部分，其剖刀具种类繁多，结构各异，但仔细观察它的切削部分，其剖面的基本形状都是刀楔形，切削部分的几何形状和参数都有面的基本形状都是刀楔形，切削部分的几何形状和参数都有共性。共性。 2 2刀具切削部分的几何角度刀具切削部分的几何角度 1 1）正交平面参考系）正交平面参考系 基面基面PrPr基面就是通过切削刃上一个选定点而垂直于主运动基面就是通过切削刃上一个选定点而垂直于主运动方向的平面。方向的平面。 切削平面切削平面PsPs切削平面就是通过切削刃选定点与切削刃相切切削平面就是通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面并垂直于基面的平面。 下一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 正交平面正交平面Po Po 正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于正交平面是指通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。基面和切削平面的平面。 2 2）刀具的标注角度）刀具的标注角度 在正交平面中测量的角度在正交平面中测量的角度 前角前角o o是前刀面是前刀面A A与基准面与基准面PrPr间的夹角，其大小对刀具的间的夹角，其大小对刀具的切削性能有很大影响。切削性能有很大影响。 后角后角o o是后刀面是后刀面A A与切削平面与切削平面P Ps s间的夹角，其作用是减小后间的夹角，其作用是减小后刀面与过渡表面之间的摩擦。刀面与过渡表面之间的摩擦。 楔角楔角o o是前刀面是前刀面A A与后刀面与后刀面A A间的夹角，反映刀体强度和间的夹角，反映刀体强度和散热能力的大小。散热能力的大小。 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 在基面中测量的角度在基面中测量的角度 主偏角主偏角r r是主切削平面是主切削平面PsPs与假定进给运动方向间的夹与假定进给运动方向间的夹角，角，r r总为正值。总为正值。 副偏角副偏角rr是副切削平面是副切削平面PsPs与假定进给运动反方向与假定进给运动反方向间的夹角。间的夹角。 刀尖角刀尖角r r是主切削平面是主切削平面PsPs与副切削平面与副切削平面PsPs间的夹角，间的夹角，它是由主偏角它是由主偏角r r和副偏角（和副偏角（rr）得到的派生角度。）得到的派生角度。 在切削平面中测量的角度在切削平面中测量的角度 在切削平面中测量的角度有在切削平面中测量的角度有刃倾角刃倾角s s，它是主切削刃与基面，它是主切削刃与基面PrPr间的夹角。间的夹角。 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 在假定工作平面和背平面参考系中测量的角度在假定工作平面和背平面参考系中测量的角度 为了机械为了机械刃磨刀具或分析讨论问题的需要，常常要利用在假定工作平刃磨刀具或分析讨论问题的需要，常常要利用在假定工作平面和背平面中测量的角度。面和背平面中测量的角度。 3 3）典型车刀的刀具角度标注）典型车刀的刀具角度标注 90 90外圆车刀外圆车刀 该车刀刀具角度标注如该车刀刀具角度标注如图图122122所示。所示。 45 45端面车刀端面车刀 它和它和4545外圆车刀的画法基本相同，区别外圆车刀的画法基本相同，区别在于假定进给方向不同，主切削刃和副切削刃的位置不同，在于假定进给方向不同，主切削刃和副切削刃的位置不同，如如图图1-231-23所示。所示。 切断刀切断刀 切断刀有一条公共的主切削刃、两条副切削刃和切断刀有一条公共的主切削刃、两条副切削刃和左右两个刀尖，可以看成是两把端面车刀的组合，同时车削左右两个刀尖，可以看成是两把端面车刀的组合，同时车削左右两个端面（左右两个端面（图图1-241-24）。）。 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 镗孔刀镗孔刀 图图1-251-25所示为镗孔刀车通孔时刀具角度，其切削部所示为镗孔刀车通孔时刀具角度，其切削部分的几何形状基本与外圆车刀相似。分的几何形状基本与外圆车刀相似。 4 4）工作角度）工作角度 以上讨论的刀具角度是刀具在静止参考系中定义以上讨论的刀具角度是刀具在静止参考系中定义的角度，其功用是在设计和制造时用以确定刀具切削部分的的角度，其功用是在设计和制造时用以确定刀具切削部分的几何形状以及切削刃和刀面相对于刀具安装基准的空间位置，几何形状以及切削刃和刀面相对于刀具安装基准的空间位置，故又称为刀具的标注角度。故又称为刀具的标注角度。 刀具工作参考系及工作角度刀具工作参考系及工作角度 刀具工作参考系刀具工作参考系 刀具工作角度刀具工作角度 进给运动对刀具工作角度的影响进给运动对刀具工作角度的影响 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 横车外圆对工作角度的影响横车外圆对工作角度的影响 纵车外圆对工作角度的影响纵车外圆对工作角度的影响 纵车外圆时，由于进给量不纵车外圆时，由于进给量不大，大，值一般为值一般为30403040，工作角度和标注角度的差别不大。，工作角度和标注角度的差别不大。 刀尖安装高低对工作角度的影响车削外圆时，刀尖安装刀尖安装高低对工作角度的影响车削外圆时，刀尖安装位置高低对工作角度的影响如位置高低对工作角度的影响如图图1-281-28所示。所示。3 3刀具材料刀具材料1 1）刀具材料应具备的性能）刀具材料应具备的性能 刀具材料主要指刀具切削部分的刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具材料必须具备以下性能。材料。刀具材料必须具备以下性能。 高的硬度高的硬度 高的耐磨性高的耐磨性 足够的强度与韧性足够的强度与韧性 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 高的耐热性高的耐热性 良好的导热性良好的导热性 良好的工艺性和经济性良好的工艺性和经济性 2 2）刀具材料的种类及其选用）刀具材料的种类及其选用 在金属切削领域，金属切削机在金属切削领域，金属切削机床的发展和刀具材料的开发是相辅相成的。床的发展和刀具材料的开发是相辅相成的。 高速钢（高速钢（High Speed SteelHigh Speed Steel，HSSHSS） 高速钢是一种含钨高速钢是一种含钨（W W）、钼（）、钼（MoMo）、铬（）、铬（CrCr）、钒（）、钒（V V）等合金元素较多的工）等合金元素较多的工具钢，它具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以承受较具钢，它具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以承受较大的切削力和冲击。大的切削力和冲击。 普通高速钢普通高速钢 高性能高速钢高性能高速钢 粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 硬质合金（硬质合金（Cemented CarbideCemented Carbide） 它是用高硬度、难熔的它是用高硬度、难熔的金属化合物（金属化合物（WcWc、TicTic等）微米数量级的粉末与等）微米数量级的粉末与CoCo、MoMo、NiNi等等金属粘接剂烧结而成的粉末冶金制品。金属粘接剂烧结而成的粉末冶金制品。 普通硬质合金普通硬质合金 新型硬质合金新型硬质合金 其它刀具材料其它刀具材料涂层刀具材料涂层刀具材料 这种材料是在硬质合金或其他材料刀具基这种材料是在硬质合金或其他材料刀具基体上，采用化学气相沉积（体上，采用化学气相沉积（CVDCVD）或物理气相沉积（）或物理气相沉积（PVDPVD）法）法涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属（或非金属）化合物而得到涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属（或非金属）化合物而得到的刀具材料。的刀具材料。 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 常用的陶瓷刀具材料是以常用的陶瓷刀具材料是以A12O3A12O3或或Si3N4Si3N4为为基体成分，在高温下烧结而成的。基体成分，在高温下烧结而成的。 超硬刀具材料超硬刀具材料 它是有特殊功能的材料，是金刚石和立方它是有特殊功能的材料，是金刚石和立方氮化硼的统称，用于超精加工及硬脆材料加工。氮化硼的统称，用于超精加工及硬脆材料加工。 4 4刀具的磨损与耐用度刀具的磨损与耐用度 1 1）刀具磨损形式）刀具磨损形式 刀具磨损的形式有正常磨损和非正常磨损刀具磨损的形式有正常磨损和非正常磨损两大类。正常磨损的形式如两大类。正常磨损的形式如图图l-30l-30所示。所示。 前刀面磨损前刀面磨损 后刀面磨损后刀面磨损 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 前刀面和主后刀面同时磨损前刀面和主后刀面同时磨损 在中等切削速度和进给量的在中等切削速度和进给量的情况下，切削塑性金属材料时，经常发生前、后刀面同时磨情况下，切削塑性金属材料时，经常发生前、后刀面同时磨损的形式。损的形式。 2 2）刀具磨损过程与磨钝标准）刀具磨损过程与磨钝标准 刀具磨损过程刀具磨损过程 如如图图1-311-31所示，刀具磨损过程可分为以下所示，刀具磨损过程可分为以下三个阶段：三个阶段： 初期磨损阶段初期磨损阶段OA OA 正常磨损阶段正常磨损阶段AB AB 急剧磨损阶段急剧磨损阶段BC BC 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准 根据加工要求规定的主后刀面中间部根据加工要求规定的主后刀面中间部分的平均磨损量分的平均磨损量VBVB作为磨钝标准。一般情况下，车刀磨钝标作为磨钝标准。一般情况下，车刀磨钝标准的推荐值见准的推荐值见表表1-21-2。3 3）刀具耐用度）刀具耐用度 刀具耐用度的概念刀具耐用度的概念 刀具的耐用度是指刀具从刃磨后开始刀具的耐用度是指刀具从刃磨后开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间T T，单位为单位为minmin。刀具耐用度。刀具耐用度T T不包括对刀、测量、快进、回程等不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间。非切削时间。 影响刀具耐用度的因素影响刀具耐用度的因素 切削用量切削用量 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 切削用量切削用量 刀具几何参数刀具几何参数 刀具材料刀具材料 工件材料工件材料 刀具耐用度的确定刀具耐用度的确定 刀具耐用度的确定原则是提高生产效刀具耐用度的确定原则是提高生产效率和降低加工成本。不合理的刀具耐用度，都会导致生产效率和降低加工成本。不合理的刀具耐用度，都会导致生产效率降低，加工成本增加。率降低，加工成本增加。 选择刀具耐用度时，还应该考虑以下几点：选择刀具耐用度时，还应该考虑以下几点： 复杂、高精度、多刃刀具的耐用度应比简单、低精度、单复杂、高精度、多刃刀具的耐用度应比简单、低精度、单刃刀具高；刃刀具高；下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择 可转位刀具换刃、换刀片快捷方便，为保持刀刃锋利，刀可转位刀具换刃、换刀片快捷方便，为保持刀刃锋利，刀具耐用度可选得低一些；具耐用度可选得低一些； 精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应选得比粗加工刀具精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应选得比粗加工刀具高一些；高一些； 精加工大件时，为避免中途换刀，刀具耐用度应选得高一精加工大件时，为避免中途换刀，刀具耐用度应选得高一些；些； 数控加工中的刀具耐用度应大于一个工作班，或大于一个数控加工中的刀具耐用度应大于一个工作班，或大于一个零件的切削时间零件的切削时间 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择1.3.2 刀具几何参数的选择刀具几何参数的选择 1 1刀具前角的选择刀具前角的选择1 1）前角的功用）前角的功用 刀具的前角主要影响切屑变形和切削力的大刀具的前角主要影响切屑变形和切削力的大小及刀具耐用度和加工表面质量的高低。小及刀具耐用度和加工表面质量的高低。 2 2）合理前角的选择原则）合理前角的选择原则 在一定切削条件下，用某刀具加工在一定切削条件下，用某刀具加工某材料工件时，总有一个使刀具获得最高寿命的前角值，这某材料工件时，总有一个使刀具获得最高寿命的前角值，这个前角就称为合理前角。个前角就称为合理前角。 前角的合理数值主要根据以下原则前角的合理数值主要根据以下原则选取。选取。 加工材料加工材料 刀具材料刀具材料 加工性质加工性质 下一页上一页第三节第三节 刀具及参数的选择刀具及参数的选择2 2刀具后角及后刀面形状的选择刀具后角及后刀面形状的选择1 1）后角的功用）后角的功用 后角的主要功用是减小刀具后刀面与过渡表后角的主要功用是减小刀具后刀面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦；后角减小，后面与工件表面间面和已加工表面之间的摩擦；后角减小，后面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差；后角增大，摩擦减小，但刀刃强度和散热情况变差。质量差；后角增大，摩擦减小，但刀刃强度和散热情况变差。 2 2）合理后角的选择原则）合理后角的