金属切削原理与刀具(3)

2.3切削参数的选择2.3.1刀具几何角度1．刀具基本概念：①、刀具切削部分组成：前刀面Aγ——切屑沿其流出的表面。主后刀面Aα——与过渡表面相对的面。副后刀面Aαˊ——与已加工表面相对的面。主切削刃——前刀面与主后刀面相交形成的刀刃。副切削刃——前刀面与副后刀面相交形成的刀刃。车刀的切削部分正交平面参考系时各参考面：（右图）基面pr——过切削刃选定点平行或垂直刀具安装面（或轴线）的平面。切削平面ps——过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。正交平面po——过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的平面。正交平面参考系对于法平面参考系：则由pr、ps、pn三平面组成，其中：法平面pn——过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。对于假定工作平面参考系：则由pr、pf、pp三平面组成，假定工作平面pf——过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面。背平面pp——过切削刃选定点和假定工作平面与基面都垂直的平面。3.刀具的标注角度①、车刀各标注角度：前角γo——在主切削刃选定点的正交平面po内，前刀面与基面之间的夹角。后角αo——在正交平面po内，主后刀面与切削平面之间的夹角。主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。刃倾角λs——在切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角。以及还有：副前角γoˊ、副后角αoˊ、副偏角κrˊ、副倾角λsˊ车削刀具几何角度课堂问题？1．请解释刀具基本概念：前刀面Aγ、主后刀面Aα、副后刀面Aαˊ、主切削刃、副切削刃①、刀具切削部分组成：前刀面Aγ——切屑沿其流出的表面。主后刀面Aα——与过渡表面相对的面。副后刀面Aαˊ——与已加工表面相对的面。主切削刃——前刀面与主后刀面相交形成的刀刃。副切削刃——前刀面与副后刀面相交形成的刀刃。课堂问题？2、正交平面参考系各参考面的概念？基面pr、切削平面ps、正交平面po正交平面参考系时各参考面：基面pr——过切削刃选定点平行或垂直刀具安装面（或轴线）的平面。切削平面ps——过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。正交平面po——过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的平面。课堂问题？3、车刀各刀具角度的概念？前角γo、后角αo、主偏角κr、副偏角κrˊ、刃倾角λs前角γo——在主切削刃选定点的正交平面po内，前刀面与基面之间的夹角。后角αo——在正交平面po内，主后刀面与切削平面之间的夹角。主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。刃倾角λs——在切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角。刀具角度的正负前角γo：前刀面与切削平面之间的夹角为锐角，前角为正，夹角为钝角，前角为负值。后角αo：后刀面与基面之间的夹角为锐角，后角为正，夹角为钝角，后角为负值。刃倾角λs：刀尖是主切削刃上最高点时刃倾角为正，刀尖位于主切削刃上最低点时刃倾角为负，主切削刃与基面平行时时刃倾角为零。刀尖：主后刀面A副后刀面'A主切削刃S前刀面A副切削刃'S刀体刀头一尖二刃三刀面（2）副偏角'r（1）主偏角r（3）前角o（4）后角o（5）刃倾角s要完全确定车刀切削部分所有表面的空间位置，还需标注副后角，副后角确定副后刀面的空间位置。o图（5）刃倾角S圆柱形铣刀几何角度圆柱形铣刀基面pr：为过切削刃选定点和刀具轴线的平面，即与主切削速度垂直的平面。切削平面ps：过该切削刃选定点与切削刃相切并与基面垂直平面。②、铣刀各标注角度测试题？解释车刀各刀具角度的概念？前角γo、后角αo、主偏角κr、副偏角κrˊ、刃倾角λs并用图示表示。4．刀具的工作角度概念:刀具在工作状态下的切削角度称为刀具的工作角度工作正交参考系下的参考平面:工作基面pre——过切削刃选定点与合成切削速度ve垂直的平面。工作切削平面pse——过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于工作基面的平面。工作正交平面poe——过切削刃选定点并与工作基面和工作正交面都垂直的平面。其它参考系下定义的相应的参考平面:法平面参考系下的pre、pse、pne；定义了与标注角度相对应的工作角度:γoe、αoe、κre、工作平面参考系下的pre、pfe、ppe。定义了与标注角度相对应的工作角度:λse、γfe、αfe等。（1）刀具安装位置对刀具工作角度影响①、刀刃安装高低对工作前、后角的影响：图中：当切削点高于工件中心时，此时工作基面与工作切削面与正常位置相应的平面成θ角则：Sinθ＝2h/d刀尖低于工件中心，则工作角度变化与之相反。内孔镗削时与加工外表面情况相反。刀刃安装高低的影响arctan2hdoeooeo如果刀尖安装低于工件中心，则工作角度的变化情况恰好相反。②、导杆中心与进给方向不垂直对工作主、副偏角的影响：图中：刀杆中心与正常位置偏θ角时，刀具标注工作角度的假定工作平面与现工作平面pfe成θ角则：κre＝κr±θκreˊ＝κr-+θ刀杆中心偏斜的影响（2）进给运动对刀具工作角度的影响正常切削外圆时，刀具切削平面ps与基面pr位置如图所示，当车螺纹时，工作切削平面pse与螺纹切削点相切，与刀具切削平面ps成μf角在正交平面内，刀具的工作角度为：γoe＝γo＋μoαoe＝αo－μotgμf＝f/πdwtgμo＝tgμfsinκr＝fsinκr/πdw式中，f纵向进给量，对单头螺纹f为螺距；dw工件直径即螺纹外径。在一般的外圆车削中，因进给量小，常不考虑其对工作角度的影响。进给运动对刀具角度影响3．刀具的工作角度（1）横向进给运动对工作角度的影响oeooeoarctanarctanfcfvvd切刀具沿纵向进给时，进给量的取值较大时（例如车螺纹），进给运动对工作角度的影响也不可忽视。2.3.2刀具几何参数的合理选择概念：刀具几何参数的合理选择：是指在保证加工质量的前提下，选择能提高切削效率，降低生产成本，获得最高刀具耐用度的刀具几何参数。刀具几何参数内容：刀具几何角度（如前角、后角、主偏角等）、刀面形式（如平面前刀面、倒棱前刀面等）切削刃形状（直线形、圆弧形）选择刀具考虑的因素：工件材料、刀具材料、切削用量、工艺系统刚性等工艺条件以及机床功率等。在一定切削条件下的基本选择方法：1．前角和前刀面形状的选择5．刃倾角的选择3．主偏角、副偏角的选择2．后角及形状的选择4．刀尖形状的选择1．前角和前刀面形状的选择（1）前角的选择：在选择刀具前角时首先应保证刀刃锋利，同时也要兼顾刀刃的强度与耐用度。刀具前角的合理选择，主要由刀具材料和工件材料的种类与性质决定。①刀具材料强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。下图是不同刀具材料韧性的变化②工件材料加工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前刀面接触长度长，压力与摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般采用选择大的前角。加工脆性材料时，切屑为碎状，切屑与前刀面接触短，切削力主要集中在切削刃附近，受冲击时易产生崩刃，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。立方氮化硼刀具陶瓷刀具硬质合金刀具高速钢刀具刀具韧性增强，前角取大③加工条件粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；带有冲击性的断续切削比连续切削前角取得小。④其它刀具参数负倒棱（如右图角度γo1）的刀具可以取较大的前角。大前角的刀具常与负刃倾角相匹配以保证切削刃的强度与抗冲击能力。总之，前角选择的原则是在满足刀具耐用度的前提下，尽量选取较大前角。刀具的合理前角参考值见P64表2-1和表2-2所示。1、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？2、加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角。3、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？4、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？问题？强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。加工钢件等塑性材料时，一般采用选择大的前角。加工脆性材料时，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。粗加工时，一般取较小的前角；精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；解答1、当切削点高于工件中心时，对工作前角、后角有何影响？2、导杆中心与进给方向不垂直，当刀杆中心与正常位置逆时针偏θ角时，如何影响刀具的工作角度？3、车削右螺纹时，刀具工作前角、后角如何变化？问题？解答3．刀具的工作角度测试题用γp=5o，αp=12o的切断刀切断直径为50mm的棒料。若刀刃安装时高于中心0.2mm，试计算切断后工件端面留下的剪断心柱直径。提示：在切断过程中，工作后角减小到0o时，刀刃无切削作用。刀具安装位置对工作角度的影响解答αpe＝αp-θpαpe＝0oαp=12oθp＝12osinθp＝2h/dd=2h/sinθpd=2*0.2/sin12od=1.92mm（2）前刀面形状、刃区形状及其参数的选择①、前刀面形状A、正前角锋刃平面型（右图）特点：刃口较锋利，但强度差，γo不能太大，不易折屑主要用于高速钢刀具，精加工。B、带倒棱的正前角平面型（右图）特点：切削刃强度及抗冲击能力强，同样条件下可以采用较大的前角，提高了刀具耐用度。主要用于硬质合金刀具和陶瓷刀具，加工铸铁等脆性材料。C、负前角平面型（右图）特点：切削刃强度较好，但刀刃较钝，切削变形大。主要用于硬脆刀具材料。加工高强度高硬度材料，如淬火钢。图示类型负前角后部加有正前角，有利于切屑流出。D、曲面型（右图）特点：有利于排屑、卷屑和断屑，而且前角较大，切削变形小，所受切削力也较小。在钻头、铣刀、拉刀等刀具上都有曲面前面。E、钝圆切削刃型（右图）特点：切削刃强度和抗冲击能力增加具有一定的消振作用。适用于陶瓷等脆性材料。②刃区形状倒棱：沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面。倒棱的优点：A、当倒棱选择合理时，棱面将形成滞留金属三角区。切屑仍沿正前角面流出，切削力增大不明显，而切削刃加强并受到三角区滞留金属的保护，同时散热条件改善，刀具寿命明显提高。B、对于硬质合金和陶瓷等脆性刀具，粗加工时，效果更显著，可提高刀具耐用度1～5倍。C、倒棱也使切削力的方向发生变化，在一定程度上改善刀片的受力状况，减小对切削刃产生的弯曲应力分量，从而提高刀具耐用度。倒棱参数的最佳值与进给量有密切关系bγ1＝（0.3～0.8）f粗加工时取大值，精加工时取小值。加工低碳钢、灰铸铁、不锈钢时，bγ1≤0.5f，γ01＝-5o～-10o。加工硬皮的锻件或铸钢件，机床刚度与功率允许的情况下，倒棱负角可减小到-30o，高速钢倒棱前角γ01＝0o～5o，硬质合金刀具γ01＝-5o～-10o。冲击比较大，负倒棱宽度可取bγ1＝（1.5～2）f。对于进给量很小（f≤0.2mm/r）的精加工刀具，为使切削刃锋利和减小刀刃钝圆半径，一般不磨倒棱。加工铸铁、铜合金等脆性材料的刀具，一般也不磨倒棱。倒棱参数钝圆切削刃钝圆切削刃：是在负倒棱的基础上进一步修磨而成，或直接钝化处理成。钝圆切削刃与负倒棱比较：A、切削刃钝圆半径比锋刃增大了一定的值，在切削刃强度方面获得与负倒棱一样的效果；B、比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具获得较高耐用度。C、刃部钝圆对加工表面有一定的整轧和消振作用，有利于提高加工表面质量。钝圆半径rn有小型（rn＝0.025～0.05㎜），中型（rn＝0.05～0.1mm）和大型（rn＝0.1～0.15㎜）三种。需要根据刀具材料、工件材料和切削条件三方面选择。刀具材料强度和韧性影响钝圆半径选择。高速钢刀具一般采用正前角锋刃或小型切削刃，陶瓷刀片一般要求负倒棱且带大型钝圆切削刃。WC基硬质合金刀具一般采用中型钝圆刀刃。TiC基硬质合金刀具在中型与大型钝圆刀刃之间。工件材