切削条件的合理选择.pptx

刀具材料刀具材料刀具几何参数刀具几何参数切削用量切削用量切削液切削液2.3 2.3 选择合理的切削条件选择合理的切削条件2.3.1工件工件材料的切削加工性材料的切削加工性1.1.切削加工性的概念和衡量指标切削加工性的概念和衡量指标切削加工性是指工件材料被切削加工的难易程度。2.3.1工件工件材料的切削加工性材料的切削加工性1.1.切削加工性的概念和衡量指标切削加工性的概念和衡量指标标准一标准一 用刀具寿命来衡量用刀具寿命来衡量在相同的切削条件下，使用同一型号（最好是同 一 把）刀 具，在 同 一 磨 钝 标 准（例 如VB=0.3mm）下，切削两种不同的工件材料，刀具寿命高的比寿命低的切削加工性好。2.3.1工件工件材料的切削加工性材料的切削加工性1.1.切削加工性的概念和衡量指标切削加工性的概念和衡量指标标准二标准二 用切削速度来衡量用切削速度来衡量在刀具寿命相同的条件下，允许切削速度高的工件材料，其切削加工性能好。2.3.1工件工件材料的切削加工性材料的切削加工性1.1.切削加工性的概念和衡量指标切削加工性的概念和衡量指标标准二标准二 用切削速度来衡量用切削速度来衡量为统一标准起见，取正火状态下的45钢作基准材料，刀具寿命为60min，这时的切削速度为基准（写作(vc60)j），而将其它材料的(vc60)与其相比，这个比值Kr称为相对加工性：请看表2-8表2-8材料的切削加工性2.3.1工件工件材料的切削加工性材料的切削加工性1.1.切削加工性的概念和衡量指标切削加工性的概念和衡量指标标准三标准三 用已加工表面的表面质量来衡量用已加工表面的表面质量来衡量精加工时，常以已加工表面质量作为衡量切削加工性的指标，容易获得良好已加工表面质量的，其加工性就好，反之就差。(1 1)硬度和强度硬度和强度2 2.工工件件材材料料的的物物理理力力学学性性能能对对切切削削加加工性的影响工性的影响K Kr r VBVBb b、HBHBF Fc c(1 1)硬度硬度和强度和强度(2 2)塑性塑性和和韧性韧性2 2.工工件件材材料料的的物物理理力力学学性性能能对对切切削削加加工性的影响工性的影响h塑性塑性刀具与切屑越容易产生粘结刀具与切屑越容易产生粘结RaRaK Kr rVBVBF Fc c同时同时韧性韧性K Kr rF Fc c(1 1)硬度和强度硬度和强度(2 2)塑性和韧性塑性和韧性(3 3)热导率热导率2 2.工工件件材材料料的的物物理理力力学学性性能能对对切切削削加加工性的影响工性的影响工件材料的热导率工件材料的热导率Q散失散失K Kr rVBVB(1 1)硬度和强度硬度和强度(2 2)塑性和韧性塑性和韧性(3 3)热导率热导率(4)(4)其它物理机械性能其它物理机械性能2 2.工工件件材材料料的的物物理理力力学学性性能能对对切切削削加加工性的影响工性的影响(1 1)热处理方法热处理方法例如：高碳钢 低碳钢 铸铁3 3.改善改善切削加工性的途径切削加工性的途径(1)热处理方法(2)调整材料的化学成分 适当加入：硫S、磷P、铅Pb、钙Ca3 3.改善改善切削加工性的途径切削加工性的途径刀具材料应当具备的基本性能刀具材料应当具备的基本性能(1)高的硬度和耐磨性；(2)足够的强度和韧性；(3)高的耐热性（指高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能)；(4)良好的冷加工工艺性、热加工（热处理、表面处理、锻造、铸造等）工艺性；(5)经济性。2.3.2 2.3.2 刀具刀具材料材料常用的刀具材料有：常用的刀具材料有：碳素工具钢 切削金属的性能较差，切削刃合金工具钢 锋利，可加工木材、橡胶、塑料。高速钢 生产中用的最多、硬质合金 最广。陶瓷 强度低、脆性大，成本高，金刚石 仅用于某些有限的场合。立方氮化硼 2.3.2 2.3.2 刀具刀具材料材料1 1.高速钢高速钢高速钢是一种合金工具钢，具有一定的硬度（63 HRC 70 HRC）和耐磨性，有较高的耐热性，在切削温度高达500600时尚能切削。2.3.2 2.3.2 刀具刀具材料材料高速钢是强度和韧性最好的刀具材料，适于加工从有色金属到高温合金的范围广泛的金属材料。高速钢的冷加工工艺性特别好，在热处理前，高速钢可以像一般中碳钢一样的进行各种加工；热处理后，高速钢刀具可以磨出锋利的切削刃。1 1.高速钢高速钢正是由于高速钢具有足够的强度、硬度、耐热性和耐磨性，具有特别好的冷加工工艺性、磨削加工工艺性和较好的热加工工艺性。所以，在钻头、丝锥、拉刀、齿轮刀具、成形刀具等复杂刀具制造中，高速钢仍占主导地位。1 1.高速钢高速钢(1)(2)(3 3)粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢(4 4)高速钢涂层高速钢涂层表2-9常用高速钢的物理力学性能2 2.硬质合金硬质合金金属碳化物+金属粘结剂粉末冶金硬质合金硬度、耐磨性、耐热性硬度、耐磨性、耐热性硬质合金的硬度为89 HRA 93 HRA高速钢的硬度为83 HRA 86.6 HRA硬质合金在80010000C时仍能切削高速钢在5006000C时能切削2 2.硬质合金硬质合金切削速度切削速度在刀具寿命相同的条件下，硬质合金的切削速度比高速钢的可提高210倍，可达100m/min以上。2 2.硬质合金硬质合金强度和韧性强度和韧性抗弯强度 冲击韧度硬质合金1500Mpa 30KJ/m2高速钢4000Mpa 350KJ/m2 2 2.硬质合金硬质合金冷加工冷加工性和热加工性和热加工性性硬质合金由于具有高硬度、高耐热性和高耐磨性，加工性能优良，而且生产成本较低，所以，使用极其广泛。主要用于制造如车刀、刨刀、铣刀、深孔钻、铰刀等简单刀具。2 2.硬质合金硬质合金P50 表2-10(1)(1)钨钨钴类钴类硬质合金硬质合金（Wc+Co）国标代号K，原牌号为YG。K类硬质合金具有较高的抗弯强度和韧性，所以适用于加工铸铁，也适用于加工有色金属和非金属材料。此外，K类硬质合金还适用于加工钛合金和不锈钢。2.2.硬质合金硬质合金(2 2)钨钨钛钴类钛钴类硬质合金硬质合金（WCTiC+Co）国标代号P，原牌号为YT。P类硬质合金适用于在中高切削速度下加工钢料。2 2.硬质合金硬质合金(3(3)钨钨钛钽（铌）钴类钛钽（铌）钴类硬质合金硬质合金(WCTiC+TaC(NbC)+Co)国标代号M，原牌号为YW。M类硬质合金兼有K类和P类的优点，具有硬度高、耐热性好和强度高、韧性好的特点，既可加工钢材，也可加工铸铁和有色金属，故被称为通用硬质合金。2 2.硬质合金硬质合金(3(3)钨钨钛钽（铌）钴类钛钽（铌）钴类硬质合金硬质合金M类硬质合金成本高，使用受限。M类硬质合金主要用于耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。2 2.硬质合金硬质合金(4)(4)碳化碳化钛基钛基硬质合金硬质合金TiC（主要成分）+Ni、Mo国标代号P，原牌号为YN。特点：硬度更高。TiC基硬质合金的硬度已经达到93HRA，接近陶瓷的水平。TiC基硬质合金的刀具寿命比WC基硬质合金高。2 2.硬质合金硬质合金(4)(4)碳化钛基碳化钛基硬质合金硬质合金TiC基硬质合金可加工钢，也可加工铸铁。但是，TiC基硬质合金的抗弯强度和韧性不如WC基硬质合金，因此不适于重载荷切削及断续切削，只适用于精加工。2 2.硬质合金硬质合金(5 5)涂层硬质合金涂层硬质合金采用化学气相沉积（CVD）法或物理气相沉积（PVD）法，在高韧性的硬质合金基体表面上涂覆58um的一层耐磨性很高的金属化合物，涂层可采用单涂层，也可采用双涂层或多涂层。2 2.硬质合金硬质合金(5 5)涂层硬质合金涂层硬质合金涂层硬质合金比基体具有更高的硬度和耐磨性，有低的摩擦系数和高的耐热性，切削力和切削温度均比未涂层刀片低，因而刀具寿命可以提高好几倍，涂层刀片可用于加工不同材料，通用性广。涂层硬质合金由于锋利性、抗剥落性和抗崩刃性不及未涂层刀片，故在小进给量切削、高硬度切削和重载荷切削时还不宜采用。2 2.硬质合金硬质合金(1 1)陶瓷陶瓷(2)(2)金刚石金刚石 (3)(3)立方氮化硼立方氮化硼3 3.其他其他刀具材料刀具材料2.3.3 2.3.3 刀具刀具几何参数的合理选择几何参数的合理选择刀刀具具合合理理几几何何参参数数：在保证加工质量的前提下，能获得最高的刀具寿命，从而能达到提高切削效率，降低加工成本目的的几何参数。刀具合理几何参数的选择，主要决定于工件材料、刀具材料、刀具类型以及其它具体的工艺条件。(1 1)前角的功用前角的功用1 1.前角前角的选择的选择刀刃锋利刀刃锋利前角前角o o变形抗力变形抗力F Fc cT T 刀刃强度刀刃强度同时同时崩刃崩刃(2)(2)合理前角的选择合理前角的选择1 1.前角前角的选择的选择主要取决于工件材料性质和刀具材料种类。1)塑性材料：宜选择较大的前角；脆性材料：宜选择较小前角。(2)(2)合理前角的选择合理前角的选择1 1.前角前角的选择的选择2)工件材料的强度或硬度较小时，宜选较大前角；工件材料的硬度或强度较高时，宜选较小前角；工件材料的强度或硬度特别大时，甚至可采用负前角。(2)(2)合理前角的选择合理前角的选择1 1.前角前角的选择的选择3)刀具材料的强度和韧性较高时，可选择较大前角。高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些。(2)(2)合理前角的选择合理前角的选择1 1.前角前角的选择的选择4)粗加工时，宜选用较小前角；精加工时，宜选用较大前角。(1)(1)后角的功用后角的功用2 2.后角及副后角的后角及副后角的选择选择摩擦摩擦后角后角T T刀刃强度刀刃强度同时同时崩刃崩刃(2 2)合理后角的选择合理后角的选择2 2.后角后角的选择的选择1)当hD很小时，宜选用较大后角；当hD很大时，后角宜小。2)工件材料强度或硬度较高时，宜取较小后角；工件塑性较大时，宜取较大后角。3)工艺系统刚性差，应适当减小后角。4)对于尺寸精度要求高的刀具，宜取较小后角。(3)(3)副后角的选择副后角的选择2 2.后角后角的选择的选择车刀、刨刀及端铣刀的副后角 通常等于后角 ；切断刀、切槽刀、锯片铣刀受其结构条件限制，只能取很小的值，一般 。3 3.主主偏角的选择偏角的选择(1 1)主偏角功用主偏角功用r rk krQ散热面积散热面积RaRa同时同时振动振动(2 2)主偏角的合理选择主偏角的合理选择3 3.主主偏角的选择偏角的选择取决于工艺系统取决于工艺系统刚度的大小刚度的大小(1 1)刃倾角功用刃倾角功用4 4.刃刃倾角的选择倾角的选择1)控制切屑控制切屑流出的方向流出的方向图2-56 刃倾角对切削刃冲击位置的影响(1 1)刃倾角功用刃倾角功用4 4.刃刃倾角的选择倾角的选择2)影响刀头强度及断续切削时切削刃上影响刀头强度及断续切削时切削刃上受冲击的位置受冲击的位置(1 1)刃倾角功用刃倾角功用4 4.刃刃倾角的选择倾角的选择3)影响刀刃影响刀刃的锋利程度的锋利程度4)影响切削影响切削分力的大小分力的大小刃倾角刃倾角l ls s 对切削力的影响对切削力的影响l ls s背前角背前角g gp p侧前角侧前角g gf f背向力背向力F Fp p进给力进给力F Ff f4 4.刃刃倾角的选择倾角的选择(2 2)刃倾角的合理选择刃倾角的合理选择在加工一般钢料和铸铁时：在无冲击的情况下粗车，s取值为0-5；精车时，s取值为0+5；在有冲击负荷时，s可取为-5-15；冲击特别大时，s可取-30-45。1.1.切削液的作用切削液的作用(1 1)冷却作用冷却作用(2 2)润滑作用润滑作用(3 3)清洗作用清洗作用 2.3.4 2.3.4 切削切削液的作用和选择液的作用和选择1 1)水溶液：水水溶液：水+防锈剂防锈剂+油性剂油性剂2 2)乳化液：乳化油乳化液：乳化油+水（水（90%90%95%95%）3 3)切削油：矿物油（或动、植物油）切削油：矿物油（或动、植物油）2.2.切削液的种类切削液的种类冷却作用冷却作用 润滑作用润滑作用1 1)水溶液水溶液 强强 弱弱2 2)乳化液乳化液3 3)切削油切削油 弱弱 强强2.2.切削液的种类切削液的种类(1)(1)按加工性质按加工性质选用选用1)粗加工时，应选用以冷却为主的水溶液或乳化液。2)精加工时，应选用润滑为主的极压切削油或高浓度的极压乳化液。3)钻削、铰削、拉削和深孔加工时，应选用粘度较小的极压水溶液、极压乳化液和极压切削油，并应加大流量和压力。3 3.切削切削液的选用液的选用(2)(2)按刀具材料按刀具材料选用选用1)高速钢刀具粗加工，用极压水溶液或极压乳化液；高速钢刀具精加工，用极压乳化液或极压切削油，以减小摩擦，提高表面质量和精度，延长刀具寿命。2)硬质合金刀具切削，一般不使用切削液；3)使用立方氮化硼刀具或砂轮时，不宜使用水质切削液。3 3.切削切削液的选用液的选用(3)(3)按工件材料按工件材料选用选用 要要注意以下几注意以下几点点1)铸铁、黄铜及硬铝等脆性材料，由于切屑碎末会堵塞冷却系统，容易使机床磨损，一般不加切削液。但精加工时为了降低表面粗糙度，可采用粘度较小的煤油或7%10%乳化液。2)切削有色金属和铜合金时，不宜采用含硫的切削液，以免腐蚀工件。3)切削镁合金时，不能用油质切削液，以免燃烧起火。3 3.切削切削液的选液的选用用什么是合理的切削用量？它是指在保证加工质量的前提下，充分利用刀具和机床的性能，能获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。2.3.5 2.3.5 切削切削用量的合理选择用量的合理选择1.1.切削用量选择的原则切削用量选择的原则 在切削过程中，切削用量三要素asp、f、vc对切削生产率、刀具寿命和加工质量有着重大影响。1.1.切削用量选择的原则切削用量选择的原则 (1)asp、f、vc对切削生产率的影响对切削生产率的影响材料切除率Q=1000vcaspf（mm3/min）1.1.切削用量选择的原则切削用量选择的原则 (2)asp、f、vc对表面粗糙度（加工质量）对表面粗糙度（加工质量）的影响的影响表面粗糙度 进给量 f 影响最大f 对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响r=0r很大1.1.切削用量选择的原则切削用量选择的原则 (2)asp、f、vc对表面粗糙度的影响对表面粗糙度的影响表面粗糙度 进给量 f 影响最大切削速度vc次之被吃刀量asp影响最小1.1.切削用量选择的原则切削用量选择的原则 (3 3)asp、f、vc对刀具寿命的影响对刀具寿命的影响刀具寿命：在机床、刀具、工件的强度以及工艺系统刚性允许的条件下：(1)首先选择尽可能大的背吃刀量asp；(2)其次选择在加工条件和加工要求限制下允许的进给量f；(3)最后再按刀具寿命的要求确定一个合适的切削速度vc。切削用量选择的原则切削用量选择的原则 (1 1)刀具的经济寿命刀具的经济寿命T Tc c(min)(min)按工序加工成本最低的原则确定的刀具寿命。2.2.刀具寿命的确定刀具寿命的确定 (2 2)刀具的最高生产率寿命刀具的最高生产率寿命T TP P(min)(min)按工序加工时间最少的原则确定的刀具寿命。2.2.刀具寿命的确定刀具寿命的确定 2 2.刀具刀具寿命的确定寿命的确定刀具寿命高速钢硬质合金陶瓷经济寿命最高生产率寿命tct换刀一次所需要的时间，单位：min；M单位时间内的全厂费用分摊，包括所有人员的工资、厂房与设备的折旧、动力消耗等各项费用，但有关刀具刃磨的费用计入刀具费用Ct中，不计入M，单位：元/min；Ct刀具费用,包括刃磨费用在内的，刀具寿命期间与刀具有关的费用，单位：元。2 2.刀具刀具寿命的确定寿命的确定 表2-13常用刀具寿命的推荐值（单位：min）刀具类型刀具寿命T可转位车刀1015硬质合金车刀2060高速钢车刀3090硬质合金端铣刀120180高速钢钻头80120齿轮刀具200300自动线上的刀具240480在制定工艺规程时，一般情况下，宜采用刀具的经济寿命Tc及其所允许的切削速度，只有在紧急的单件生产、市场紧缺或批量生产中出现薄弱环节时，才采用最高生产率寿命TP及其所允许的较高的切削速度。(3)(3)刀具刀具寿命的合理寿命的合理选择选择2.2.刀具寿命的确定刀具寿命的确定(1)(1)背吃刀量背吃刀量asp和走刀次数的选择和走刀次数的选择1)粗加工时，首先应将精加工的和半精加工的余量留下来，剩下的余量尽可能在一次走刀下切除。3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订表2-14加工余量和背吃刀量asp（单位：mm）加工类型表面粗糙度Ra/m加工余量背吃刀量asp粗加工8020810半精加工1050.32.0精加工2.51.250.050.8(1)(1)背吃刀量背吃刀量asp和走刀次数的选择和走刀次数的选择3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订在下列情况下，粗车一般要分两次或几次走刀，且每次走刀的背吃刀量应逐渐递减：加工余量太大，一次走刀会使切削力过大，导致机床功率不足或刀具强度不够；工艺系统刚性不足，或加工余量极不均匀，一次走刀会引起系统较大的振动；断续切削，刀具受到很大冲击，以至容易造成打刀。(1)(1)背吃刀量背吃刀量asp和走刀次数的选择和走刀次数的选择3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订最常用的是两次走刀，第一次走刀切去余量的2/33/4 ，第二次走刀切去剩下余量的1/31/4。(1)(1)背吃刀量背吃刀量asp和走刀次数的选择和走刀次数的选择2)精加工时的最小背吃刀量的确定，取决于刀具刃口的锋利程度，对于刃口较锋利的高速钢刀具不应小于0.005mm；对于刃口不太锋利的硬质合金刀具，背吃刀量要略大一点。aspminrn rn 钝圆半径3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订(2)(2)进给量进给量 f 的选择的选择1)1)粗加工时，主要考虑工艺系统的承受能力。粗加工时，主要考虑工艺系统的承受能力。选择进给量的限制条件有：机床进给机构的强度；车刀刀杆强度、刚度；刀片强度；工件装夹刚度等。每个限制条件给出一个允许的进给量，在这几个允许的进给量中选取最小的一个。3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订(2)(2)进给量进给量 f 的选择的选择2)2)半半精精加加工工和和精精加加工工时时，最最大大进进给给量量主主要要受受加工精度和表面粗糙度的限制。加工精度和表面粗糙度的限制。当车刀的刀尖圆弧半径r较大或车刀具有副偏角很小的修光刃，且切削速度较高时，进给量可以选得大一些。3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订(2)(2)进给量进给量f 的选择的选择3)3)在在生生产产中中，进进给给量量常常常常是是按按实实际际经经验验确确定定的。的。3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订(3)(3)切削速度切削速度vc的选择的选择1)首先，应该根据已确定的背吃刀量asp、进给量 f以及刀具寿命T，再按刀具寿命与切削用量关系式计算，得出计算值vc初。3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订注意：所选定的这个刀具寿命T，一般都在刀具的经济寿命Tc和最高生产率寿命Tp之间。(3)(3)切削速度切削速度vc的选择的选择2)计算vc初后，转速n初n0vc3 3.切削切削用量的用量的合理制订合理制订通常要求实际的切削速度vc尽量接近（一般为略小于）初始计算值vc初。3)校验机床功率及扭矩。切削功率Pc（kW）：机床的有效功率（kW）：若则机床主电机功率效验合格。(3)(3)切削速度切削速度vc的的选择选择3)校验机床功率及扭矩。切削扭矩Mc（单位：Nm）：机床主轴输出扭矩（单位：Nm）：若 ，则机床主轴输出扭矩校验合格。(3)切削速度切削速度vc的的选择选择(1)(1)车削加工中常用的切削用量车削加工中常用的切削用量4.4.选择选择切削用量切削用量时应注意的问题时应注意的问题(1)(1)车削加工中常用的切削用量车削加工中常用的切削用量4.4.选择选择切削用量切削用量时应注意的问题时应注意的问题车削加工中常用的切削用量见表2-18。由表可以看出：1)粗车时，背吃刀量和进给量都比较大，所以切削速度较低；反之，精车的背吃刀量和进给量都比较小，切削速度较高。2)工件材料的强度、硬度越高，切削速度应越低；而工件材料的强度、硬度越低，则应该选择较高的切削速度。3)刀具的切削性能愈好，切削速度就愈高。4)可转位车刀的切削速度比焊接式车刀的高，一般可提高15%到30%，因此，可转位车刀能有效地提高切削生产率。(2)选择切削速度时应该注意的要点1)精加工时应采用高的切削速度，避开积屑瘤发生区域；2)断续切削时，应适当降低切削速度，避免切削力冲击和切削热冲击；3)在易发生振动的情况下，所确定的切削速度应避开自激振动的临界区域；4)加工大件、细长件和薄壁件时，所确定的切削速度应适当降低；5)加工带有铸造或锻造外皮的工件时，切削速度应适当降低。4.4.选择选择切削切削用量时应注意的问题用量时应注意的问题