切削用量及刀具几何角度的选择机械制造技术A.ppt

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1、第五章第五章 切削用量及刀具几何角切削用量及刀具几何角度的选择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掌握切削用量的选取原则切削变形切削变形切削力切削力切削温度切削温度刀具磨损刀具磨损刀具耐用度刀具耐用度生产率生产率工件成本工件成本切削用量切削用量刀具几何参数刀具几何参数u刀具合理几何参数的选择刀具合理几何参数的选择 刀具几何参数包括：刀具几何参数包括：刀面形式、刀具角刀面形式、刀具角度、切削刃形状等。度、切削刃形状等。刀具合理的几何参数，是指在刀具合理的几何参数，是指在保证加工保证加工质量质量的前提下，能够获得的前提下，能够获

2、得最高刀具耐用度，最高刀具耐用度，从而达到从而达到提高切削效率提高切削效率或或降低生产成本降低生产成本目的目的的几何参数。的几何参数。前刀面的型式及选择5.1 前刀面及前角的选择前刀面及前角的选择使用场合使用场合：钢材精加工；低硬度材料加工；刃形复杂的刀具。u2.正前角曲面型正前角曲面型优点优点：刃口强度大、利于卷屑。缺缺点：刃磨比平面型前角困难。使用场合使用场合：单刃刀具；需要改善卷屑的加工场合。u3.负前角单面型负前角单面型优点优点：刃口强度高。缺点缺点：刃口钝，对切削层的挤压严重。使用场合使用场合：主要用于硬质合金车刀和铣刀；切削高强度、高硬度材料和切削淬火钢；当磨损主要发生在后刀面时。

3、u4.正前角正倒棱正前角正倒棱使用场合使用场合：适用于高速钢刀具正倒棱尺寸参数：正倒棱尺寸参数：u5.正前角负倒棱正前角负倒棱优点优点：可提高刃口强度；增大了散热面积；提高了刀具耐用度。缺点缺点：刃口较钝。适用场合适用场合：适用于硬质合金刀具切削厚度较大的粗加工。u6.负前角双面型负前角双面型优点优点：减少了前刀面的刃磨面积；刀具的寿命延长。适用场合适用场合：用于磨损同时发生在前刀面和后刀 面的场合。负前角平面型负前角平面型u7.波形前刀面波形前刀面 主切削刃为波浪形，可改变切屑的形状，改善切削过程。主切主切削刃削刃 散热好，粗加工时用。u1.前角的作用前角的作用影响切削区的变形程度；影响切削

4、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。影响刀具耐用度；影响刀具耐用度；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；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。影响加工表面质量；影响加工表面质量；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；增加前角可减小切削中的振动，提高加工质量。前角的作用及选择前角的作用及选择工件材料强度越大，硬度越高，应取越小的前工件材料强度越大，硬度越高，应取越小的前角，甚至可取负值。角，甚至可取负值。加工塑性材料时，为减小切屑变形和刀具磨损，加工塑性材料时，为减小切屑

5、变形和刀具磨损，应选择较大的前角；应选择较大的前角；加工脆性材料时，为保证刀尖的强度，前角应加工脆性材料时，为保证刀尖的强度，前角应小一些。小一些。u2.前角的选择原则前角的选择原则根据工件材料选择前角根据工件材料选择前角（前角大，刀头受弯曲应力；前角小，刀尖受压）（前角大，刀头受弯曲应力；前角小，刀尖受压）高速钢刀具抗拉强度和抗压强度接近，可采用较高速钢刀具抗拉强度和抗压强度接近，可采用较大的前角；大的前角；硬质合金刀具抗拉强度比抗压强度小很多，应采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。用较小的前角。根据刀具材料选取前角根据刀具材料选取前角根据加工条件选取前角。根据加工条件

6、选取前角。塑性材料粗加工时，为保证刀具有足够的强度塑性材料粗加工时，为保证刀具有足够的强度和散热面积，应减小前角；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。精加工时，为保证加工质量，前角应取大一些。粗加工，特别是粗加工，特别是断续切削断续切削，应适当减小前角。，应适当减小前角。当系统的刚性较差时，为减小切削力和振动，前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。角应取大一些。自动机床，一般选较小的前角。自动机床，一般选较小的前角。u1.单面平面型后刀面单面平面型后刀面优点优点：形状简单、易制造、容易获得锋利的刃口。缺点缺点：后角较大时刃口强度差。使用场合使用

7、场合：用于高速钢单刃刀具（如车刀、刨刀）5.2 后刀面及后角的选择后刀面及后角的选择后刀面的型式及选择u2.单面曲面型后刀面单面曲面型后刀面（P2）优点优点：后角相同时，刃口强度比平面型好。缺点缺点：刃磨较复杂。使用场合使用场合：用于对切削部分有特定要求的刀面（麻花钻、铣刀）。u3.双面型双面型刃带刃带后刀面后刀面（后刀面有后角为零度的窄狭刃口）（P166）优点优点：可控制多刃刀具刀齿的径向偏摆，保证刀齿的尺寸精度；增加刀具的重磨次数；加工中可支承、导向、消振、熨平已加工表面。带刃尺寸：u4.双面型消振棱后刀面双面型消振棱后刀面优点：优点：可消除切削中的振动；可提高刀具的耐用度。消振棱尺寸：u

8、5.波形后刀面波形后刀面优点：增大了切屑卷曲方向的刚度，有利于断屑。u1.1.后角的作用后角的作用后角的作用后角的作用增加后角可减少刀具与已加工表面的摩擦，增加后角可减少刀具与已加工表面的摩擦，因此 有利于提高工件表面质量；有利于提高刀具耐用度；在同样磨钝标准在同样磨钝标准VB下，增大后角有利于提高刀具耐下，增大后角有利于提高刀具耐用度；用度；增大后角使切削刃和刀头强度降低，散热体积减小，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。从而使刀具耐用度下降。后角的作用及选择后角的作用及选择u2.后角的选取原则后角的选取原则根据切削厚度选取后角：根据切削厚度选取后角：切削厚度

9、小厚度小时，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；根据工件材料选取后角：根据工件材料选取后角：工件材料的强度和硬度低、塑性和韧性好强度和硬度低、塑性和韧性好时，应选取较大的后角；加工高强度、高硬度材料高强度、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；加工脆性材料脆性材料时，应选用较小的后角。根据加工条件选取后角：根据加工条件选取后角：工艺系统刚性差、振动较大时，应选取较小的后角，工艺系统刚性差、振动较大时，应选取较小的后角，以减少振动。

10、以减少振动。工件尺寸精度较高时，为避免刀具径向磨损影响尺寸的加工精度，也不宜选用太大的后角。3 3、副后角的作用、副后角的作用：减少副后刀面与已加工表面的摩擦。选取原则：选取原则：车刀、刨刀副后角与主后角相等与主后角相等；切断刀、切槽刀、锯片铣刀为保证强度，取较小值。切断刀的标注角度u1.主偏角的作用主偏角的作用影响切削层的形状；影响切削层的形状；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；主偏角减小使散热面积增加，刀具耐用度提高。影响已加工表面的残留高度；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

11、面光洁程度；影响切削分力的比值影响切削分力的比值 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工艺系统的刚性较差时，应选用较大的主偏角）5.3 主偏角、副偏角及其选择主偏角、副偏角及其选择影响断屑影响断屑 增大主偏角，切削厚度增加，切削易折断。影响刀片许可的最大切削深度。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。u2.2.主偏角的选取原则主偏角的选取原则当系统的刚性较差系统的刚性较差时，应选取较大的r，以减小吃刀抗力Fy；硬质合金刀具硬质合金刀具应选用较大的r，以减小加工中的振动；切削高强度、高硬度钢切削高强度、高硬度钢，应选

12、用较小的r，以增加强度，增大散热面积。u副偏角的作用与选择副偏角的作用与选择1.1.副偏角的作用副偏角的作用影响残留面积的高度；影响刀尖强度和散热条件；影响吃刀抗力Fy的大小。9l刀尖刀尖概念概念：主切削刃与副切削刃连接的地方；：主切削刃与副切削刃连接的地方；刀尖是刀具强度和散热刀尖是刀具强度和散热条件都很差的地方条件都很差的地方。切削。切削过程中，刀尖切削温度较过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损，因此高，非常容易磨损，因此增强刀尖，可以提高刀具增强刀尖，可以提高刀具耐用度。刀尖对已加工表耐用度。刀尖对已加工表面粗糙度有很大影响。面粗糙度有很大影响。外圆车刀过渡刃参数：外圆车刀过渡刃参数：

13、过渡刃偏角 过渡刃长度 bs=0.52mm 5.4 过渡刃与修光刃参数的选择过渡刃与修光刃参数的选择一、过渡刃及其参数选择一、过渡刃及其参数选择一、过渡刃及其参数选择一、过渡刃及其参数选择切断刀过渡刃参数切断刀过渡刃参数 过渡刃偏角 rs=45 过渡刃长度 bs=（0.200.25）ap 3）圆弧过渡刃圆弧过渡刃高速钢车刀硬质合金车刀精车时取大值，粗车时取小值。精车时取大值，粗车时取小值。修光刃修光刃：在负切削刃靠近刀尖处磨出的一段 的刀刃。修光刃长度 （1.21.5）f不能太长，否则易引起振动。二、修光刃及其参数选择二、修光刃及其参数选择二、修光刃及其参数选择二、修光刃及其参数选择1、斜角切

14、削斜角切削的概念直角切削直角切削：刀具主切削刃与切削速度相垂直，及刃倾角s=0时的切削；斜角切削斜角切削（斜刃切削）：刀具主切削刃与切削速度不相垂直，即刀具刃倾角s0时的切削。5.5 5.5 斜角切削及刃倾角的选择斜角切削及刃倾角的选择一、斜角切削u流屑角的定义：流屑角的定义：在刀具前刀面上在刀具前刀面上,切屑流出的方向与切削刃法线切屑流出的方向与切削刃法线间的夹角间的夹角称为称为流屑角流屑角。2.流屑角和实际切削角度流屑角和实际切削角度主切削刃主切削刃主切削刃法线主切削刃法线u实际切削角实际切削角流屑剖面流屑剖面：包含切屑流出方向和切削速度的剖面P。实际切削角：在流屑剖面内测量的角度实际切削

15、前角实际切削后角结论结论结论结论：(表表表表5-105-10）实际切削刃钝圆半径：实际切削刃钝圆半径：流屑剖面法剖面刃倾角的作用：刃倾角的作用：影响切屑的流出方向；影响切屑的流出方向；影响实际切削前角和切削刃的锋利性；影响实际切削前角和切削刃的锋利性；二、刃倾角的作用及其选择影响各切削分力的比值及切削过程的平稳性影响各切削分力的比值及切削过程的平稳性。车外圆时，当刃倾角由正变负时，吃刀抗力Fy增大；刃倾角越大，参加工作的切削刃越长，使切削平稳。影响刀尖强度和刀尖散热条件；影响刀尖强度和刀尖散热条件；1）粗加工）粗加工S 0（使（使Fy小小些）些）刃倾角的选择原则刃倾角的选择原则：P74 2）断

16、续切削：）断续切削：S 0（保护刀尖）（保护刀尖）3）工件）工件b、HB大：大：S 0（使（使Fy小些）小些）5）微量切削：）微量切削：S取大值取大值(使刀具实际刃口半径使刀具实际刃口半径)5.6 切削用量的选择切削用量的选择 选择的目的是要在保证加工质量和保证加工质量和刀具耐用度刀具耐用度的前提下，使切削时间最短，即切削效率最高切削效率最高。一、选择切削用量应考虑以下问题：1.切削用量对加工质量的影响切削用量对加工质量的影响切削深度ap的影响：ap增大时，切削力成倍增加，使工艺系统的弹性变形增加，并增大时，切削力成倍增加，使工艺系统的弹性变形增加，并易引起振动，从而增高工件表面粗糙度和降低工

17、件精度易引起振动，从而增高工件表面粗糙度和降低工件精度；进给量的影响：增大时增大时,切削力和表面残留面积增加切削力和表面残留面积增加,使工件表面粗糙度增高使工件表面粗糙度增高,使工件精度下降；使工件精度下降；切削速度v的影响：v增加时，切削变形和切削力减小，且当速度到一定值时，积增加时，切削变形和切削力减小，且当速度到一定值时，积屑瘤消失，有利于减低表面粗糙度的数值屑瘤消失，有利于减低表面粗糙度的数值。5.6 切削用量的选择切削用量的选择2.切削用量对刀具耐用度的影响切削用量对刀具耐用度的影响 可见可见可见可见v v 的影响最显著；的影响最显著；的影响最显著；的影响最显著；f f 次之；次之；

18、次之；次之；a ap p 影响最小影响最小影响最小影响最小 。选择顺序：选择顺序：选择顺序：选择顺序：先选大的切削深度，然后选大的进给量，最后先选大的切削深度，然后选大的进给量，最后先选大的切削深度，然后选大的进给量，最后先选大的切削深度，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。按耐用度标准选取合理的切削速度。按耐用度标准选取合理的切削速度。按耐用度标准选取合理的切削速度。刀具耐用度与切削用量的关系刀具耐用度与切削用量的关系刀具耐用度与切削用量的关系刀具耐用度与切削用量的关系用硬质合金刀具切削碳钢时有：实验公式：实验公式：3.切削用量对切削加工生产率的影响切削用量对切削加工生产率

19、的影响切削机动时间：提高v，刀具耐用度下降，辅助时间增加，效率降低；减小ap，走刀次数增加，效率降低。因此，应先取大的切削深度，然后选取合理的切削速度。应先取大的切削深度，然后选取合理的切削速度。应先取大的切削深度，然后选取合理的切削速度。应先取大的切削深度，然后选取合理的切削速度。机动时间：刀具耐用度：二、选取切削用量的原则二、选取切削用量的原则1.切削深度切削深度ap的选取原则的选取原则 切削深度应尽可能大，尽量减少走刀次数。2.进给量进给量f 的选取原则的选取原则粗加工粗加工时，在工艺系统刚度和强度允许时，尽量选较大值；精加工、半精加工精加工、半精加工一般选较小值。3.切削速度切削速度v

20、 的选取原则的选取原则（1）粗加工粗加工时，应选较低的切削速度，时，应选较低的切削速度，精加工精加工时选择较时选择较高的切削速度；高的切削速度；（2）加工材料强度硬度加工材料强度硬度较高时，选较低的切削速度，反较高时，选较低的切削速度，反之取较高切削速度之取较高切削速度；（3）刀具材料刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。的切削性能越好，切削速度越高。三、提高切削用量的途径三、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。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

21、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。Thank you for your listening!测试1：1、积屑瘤在粗、精加工中各起什么作用？当其有害、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？时怎样抑制它？2、影响积屑瘤大小的因素、影响积屑瘤大小的因素?精加工外圆时怎样抑制它精加工外圆时怎样抑制它?为什么为什么?3、试推导变形系数、试推导变形系数与剪切角与剪切角之间的关系。之间的关系。4、单位切削力的定义、单位切削力的定义?5、切削用量三

22、要素对切削力的影响与对刀具耐用度、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。分析，并提出降低切削力和提高刀具耐用度的措施。6、试推导出相对滑移（剪应变）、试推导出相对滑移（剪应变）与剪切角与剪切角之间的之间的关系。关系。7、在车床上车削加工细长轴时，工艺系统刚性不足，、在车床上车削加工细长轴时，工艺系统刚性不足，这时刀具主偏角和后角应如何选择，为什么这时刀具主偏角和后角应如何选择，为什么?8、当用硬质合金车刀车削有冲击的工件时（如把四方形的、当用硬质合金车刀车削

23、有冲击的工件时（如把四方形的Q235材质的材料车成圆形），前角和后角应如何选择？材质的材料车成圆形），前角和后角应如何选择？为什么？为什么？9、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？加工塑性材料时，一般选择大的性大的刀具又如何选择？加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角？加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料还是小的前角？加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？如何选择？10、画出如图所示镗刀的主偏角、副偏角、前角、后角、刃、画出如图所示镗刀的主偏角、副偏角、前角、后角、刃倾角、法前角、法后角。倾角、法前角、法后角。1、8、应选择负前角，以使合金刀片受压而不受弯，选较小的后角（即选取楔角大一些），以使刀头刚性好，散热好，切削刃强度好，不易崩刀。9、强度和韧性大的刀具材料选择大前角，、强度和韧性大的刀具材料选择大前角，而脆性大的刀具选择小前角；加工塑性材而脆性大的刀具选择小前角；加工塑性材料时，一般选择大前角；加工脆性材料时，料时，一般选择大前角；加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料选择小前角？刀具前角相对塑性材料选择小前角？