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第一章 基本定义 本章主要介绍国际标准规定的有关“金属切削与工具”的术语、符号及定义。其主要内容是以车刀为代表,它在切削时具有的运动,瞬时切下金属层的形状及测定的尺寸,刀头形状及具有的角度。
本章难点是车刀刀头上不同剖面角度间的关系;刀具工作角度的变化规律。第一章 基本定义第一章 基本定义第一节 车削运动
第二节 车刀角度
第三节 切削方式切削加工几个概念
切削表面、切削层、切削用量、切削层参数、切削力、切削功率、切削分力、切削热、切削时间、材料切除率等
切削加工几个概念
切削表面、切削层、切削用量、切削层参数、切削力、切削功率、切削分力、切削热、切削时间、材料切除率等
切削加工所形成的几个表面:
1、待加工表面 2、过渡表面 3、已加工表面
机床--工件—刀具几个相对运动→形成切削
1、主运动:切下切屑所必需的、也是速度最高、功率(能量)消耗最大的运动。
2、进给运动:工件与刀具的相对运动保持持续切削所需的运动。
null金属切削加工的基本知识金属切削加工——利用刀具切除被加工零件多余的材料,形成已加工表面。
金属切削加工的目的—— 使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。
两个基本条件 ——切削运动
刀具及运动
是机械制造工业中最基本的加工方法,在国民经济中占有重要地位。图中附:车削平面动画-车外圆图中附:车削平面动画-车外圆切削加工几个运动:
为了切除多余的金属,刀具和工件之间必须有相对运动,即切削运动。切削运动可分为主运动和进给运动
。null图1-1 车削运动、形成的表面、切削层和车外圆切削时间的计算
1-待加工表面 2-过渡表面 3-已加工表面null1、主运动刀具与工件之间主要的相对运动。
使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料使被切削层转变为切屑,从而形成工件的新表面。
切削运动中,主运动速度最高,消耗功率最大。
主运动方向——切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。
切削速度vc——切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。null2、进给运动刀具与工件之间附加的相对运动。
配合主运动依次地或连续不断地切除切屑。
可由刀具完成——车削、工件完成——铣削
可以是间歇的——刨削、连续的——车削
进给运动方向——切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。
进给速度vf——切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。null3、合成切削运动主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。各种切削加工的切削运动null切削加工过程中的工件表面切削刃相对于工件的运动过程, 就是表面形成过程。
在这个过程中, 切削刃相对于工件的运动轨迹面就是工件上的加工表面和已加工表面。
有两个要素,一是切削刃, 二是切削运动。
不同的切削运动的组合,即可形成各种工件表面。
车削加工是一种最常见的、典型的切削加工方法,以它为例,车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面。切削加工几个概念
切削加工几个概念
切削用量(车削用量三要素、铣削用量四要素)
切削用量是切削加工过程中:切削速度VC-进给量 f 和背吃刀量ap(也叫切削深度)的总称。
车削外圆时:
1、 切削速度 (m/min或m/s)
2、进给量 f ,或vf =nf (mm/r,mm/s ,mm/min)
3、被吃刀量ap(切削深度) : ap=(dw --dm)/2
null衡量切削运动量的大小。
包括三要素:
【切削速度Vc
进给量f (或进给速度Vf)
背吃刀量(或切削深度)ap 】切削用量null单位:m/min或m/s
指主运动的线速度,以车削为例:(m/min)1、切削速度VCn——工件或刀具的转速,[n]为r/min
d——工件或刀具观察点的旋转直径,[d]为mm一般取dwnull2、进给量 f主运动是回转运动时,进给量指工件或刀具每回转一周,两者沿进给方向的相对位移量,单位为mm/r
当主运动是直线运动时,进给量指刀具或工件每往复直线运动一次,两者沿进给方向的相对位移量,单位为mm/双行程或mm/单行程
对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀),常用每齿进给量fz,单位为mm/z或mm/齿,它与进给量f的关系为 f=zfz——指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量null2、进给量f 进给量是进给运动的单位量。车削时进给量f是取工件每旋转一周的时间内,工件与刀具相对位移量(mm/min)Vf —— 进给运动速度
多齿刀具有每齿进给量null3、背吃刀量apdw――待加工表面直径
dm――已加工表面直径工件待加工表面与已加工表面之间的垂直距离
在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的吃刀量
一般称为切削深度,单位为mm;
各种切削加工的切削用量null 切削要素——切削过程的切削用量和在切削过程中由余量变成切屑的切削层参数。车刀有关方面的几个概念车刀有关方面的几个概念以一把外圆车刀为例
1、车刀的组成方面:刀体刀杆-刀头、前刀面-后刀面-副后刀面、主切削刃-副切削刃-过渡刃或刀尖。
2、车刀的角度方面:几何角度-工作角度-角度标注
3、五个主要几何角度:前角-后角-主偏角-副偏角-刃倾角;派生角度:刀尖角-楔角等
车刀有关方面的几个概念车刀有关方面的几个概念4、正交平面参考系、工作平面参考系
基面-切削平面-正交平面(角度设计-度量-制造-检验)null 图 1-2 车刀的组成null 图1-3 刃口圆弧半径rεnull 图 1-4 车刀的刀尖null刀 面前刀面
切屑流过的表面,以Aγ表示。主后刀面
与工件上过渡表面相对的表面,以Aα表示。副后刀面
与工件上已加工表面相对的表面,以A'α表示。null切削刃主切削刃
前刀面与主后刀面的交线,记为S。
它承担主要的切削工作。副切削刃
前刀面与副后刀面的交线,记为S´。
它协同主切削刃完成切削工作,并最终形成已加工表面。null刀 尖三个刀面在空间的交点,也可理解为主、副切削刃二条刀刃汇交的一小段切削刃。在实际应用中,为增加刀尖的强度与耐磨性,一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。其他各类刀具,如刨刀、钻头、铣刀等,都可以看成是车刀的演变和组合。null 刀具标注角度 刀具要从工件上切下金属,必须具有一定的角度,也正是由于切削角度才决定了刀具切削部分各表面的空间位置。要确定和测量刀具角度,必须引入一个空间坐标参考系。null 工作坐标系--动态参考系--工作角度
它是确定刀具切削运动中角度的基准。
标注坐标系--静态参考系—标注角度
它是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测量角度时的基准。它是在假定条件下的工作角度。null(1)假定运动条件:给出刀具假定主运动方向和假定进给方向,而不考虑进给运动的大小(快慢)。
(2)假定安装条件:刀具安装基准面垂直于主运动方向( VC ),刀杆的中心线与进给运动方向垂直,刀具刀尖高与工件中心轴线等高。确定刀具标注角度参考系时要做的
“二个假定”null基面Pr
通过主切削刃上选定点,垂直于该点切削速度方向的平面。切削平面Ps
通过主切削刃上选定点,与主切削刃相切,且垂直于该点基面的平面。正交平面Po
通过主切削刃上选定点,垂直于基面和切削平面的平面。刀具标注角度的参考系平面正交平面参考系Pr-Ps-Po 最常用的刀具标注角度参考系。null 图 1-5 基面、切削平面和正交平面(组成假想的正交平面参考系)null 图 1-6 正交平面参考系主、副切削刃上的坐标平面null法平面Pn
通过主切削刃上选定点,垂直于切削刃的平面。法平面参考系Pr-Ps-Pn假定工作平面Pf、Pp
Pf:通过主切削刃上选定点,平行于假定进给运动方向,并垂直于该点基面的平面。
Pp:通过切削刃上选定点同时垂直于Pr和Pf的平面。假定工作平面参考系Pr-Pf-Ppnull 图 1-7 法平面参考系和正交平面参考系null 图 1-8 假定工作平面参考系的坐标平面null刀具标注角度1)基面Pr中测量的刀具角度主偏角κr
主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角
主偏角一般为正值。副偏角κ'r
副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。
副偏角一般为正值。null 主切削刃和副切削刃之间的过渡刃参数将改变刀尖的几何形状,用刀尖圆弧半径r描述,当r=0时为尖角过渡,r>0时为圆角过渡,直线过渡时用κ 和b参数描述。刀尖角εr
主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角,它是派生角度。
εr=180°-(κr +κr′)
εr是标注角度是否正确的验证公式之一。刀具标注角度null2)切削平面Ps中测量的刀具角度 刃倾角有正负之分,它影响切屑流向
当主切削刃呈水平时,λs=0;
刀尖为主切刃上最高点时,λs>0;
刀尖为主切刃上最低点时,λs<0。刃倾角λs 主切削刃与基面间的夹角。刀具标注角度null3)正交平面Po中测量的刀具角度前角γo
在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。
根据前刀面和基面的相对位置不同分别规定正前角、零度前角和负前角。后角αo
在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角。
后角一般为正值。刀具标注角度null说明:以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向,以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。楔角βo
前面与后面之间的夹角,它是个派生角。 βo=90°-(γO+αo)
βo也是判断标注是否正确的验证式之一。刀具标注角度null图 1-9 正交平面参考系中的车刀标注角度(附动画标注)null 图 1-10 车刀前、后角和刃倾角正、负的规定
a) 前、后角 b)刃倾角null 图 1-11 车外圆时偏刀的标注角度null 图 1-12 切断刀的标注角度null法平面参考系刀具标注角度法平面参考系刀具标注角度,在基面Pr和切削平面Ps内表示的角度κr、κr′、εr和λs与正交平面参考系是相同的。
将γO 、αo、βo改为在法平面Pn内的法向前角γn、法向后角αn 、和法向楔角βn 。null 图 1-13 正交平面参考系前角γ0、后角α0与法平面参考系前角γn 、后角αn的换算
a)γ0、γn 的换算 b)α0、αn的换算null刀具角度的换算(自学) 在设计和制造刀具时,需要对不同参考系的标注角度进行换算.也就是正交平面、法平面、假定工作平面之间的角度换算。例如:在刀具设计、制造、刃磨和检验中,常常需要知道主刀刃在法平面内的角度;许多斜角切削刀具,特别是大刃倾角刀具,必须标注法平面角度。null1)法向前角γn、法向后角αn的计算法向前角法向后角null2)任意剖面P内前角γ 、后角α的计算null求极值得最大前角:最大前角所在剖面同主切削刃在基面上投影之间的夹角:null求极值得最小后角:同理求出任意剖面P内的后角αnull当主副切削刃在同一平面型公共前刀面上时,副前角 和副切削刃刃倾角null刀具工作角度的参考系平面 与静态系统中正交平面参考系建立的定义和程序相似,不同点就在于它以合成切削运动υe或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基面pre。
由于工作基面的变化,将带来切削平面pse的变化,从而导致工作前角γoe、工作后角αoe 的变化。刀具的工作角度null假定工作平面参考系刀具标注角度假定工作平面参考系刀具标注角度,只有在基面Pr内表示的角度κr、κr′、εr与正交平面参考系是相同的。
Pf中标注:进给前角γf、进给后角αf 、进给楔角βf 。
Pp中标注:切深前角γp、切深后角αp 、切深楔角βp 。null图 1-14 假定工作平面参考系pf中γf、αf与背平面参考系pp中γp、αpnull 图 1-15 刀具工作参考系null工作基面Pre
通过主切削刃上选定点,垂直于该点合成切削速度方向的平面。工作切削平面Pse
通过主切削刃上选定点,与主切削刃相切,且垂直于该点工作基面的平面。工作正交平面Poe
通过主切削刃上选定点,垂直于工作基面和工作切削平面的平面。刀具实际工作角度的几种影响情况刀具实际工作角度的几种影响情况根据刀具实际安装、进给、切削工作条件
有以下四种情况:(分别介绍如下)
横向进给
轴向进给
装刀高低
装刀歪斜null1)横向进给运动对工作角度的影响 为保证刀具有合理的切削条件,这时应根据刀具的工作角度来换算出刀具的标注角度。当进给量f增大,则值增大;
当瞬时直径d减小,值也增大。
因此,车削至接近工件中心时,值增长的很快,工作后角将由正变负,致使工件最后被挤断。null 图 1-18 横向进给运动对工作角度的影响null进给量f越大,工件直径dw越小,则工作角度值的变化就越大。
在车削大螺距螺纹或蜗杆时,进给量f很大,故0值较大,此时就必须考虑它对刀具工作角度的影响。2)轴向进给运动对工作角度的影响null3)刀具安装高低对工作角度的影响 车削外圆时,车刀的刀尖一般与工件轴心是等高的。如果刀尖高于或低于工件轴线,则此时的切削速度方向发生变化,引起基面和切削平面的位置改变,从而使车刀的实际切削角度发生变化。刀尖高于工件轴线时null 图 1-16 切断刀安装高低对工作角度的影响null式中,G——进给方向的垂线与刀杆中心线的夹角。4)刀杆中心线偏斜对工作角度的影响 当车刀刀杆的中心线与进给方向不垂直时,车刀的主偏角kr和副偏角k´r将发生变化。null图 1-17 车刀刀杆轴线与进给方向不垂直对工作角度的影响null 图 1-19 车削方牙螺纹时螺纹车刀的工作角度null 图 1-20 正切削和倒切削
a)正切削 b)倒切削null 图1-21 斜角切削本章重点小结本章重点小结1、车刀的几个主要几何角度:前角、后角、
主偏角、副偏角、刃倾角;
2、标注角度的平面参考系:正交平面、法平面、工作平面等参考系;
3、在正交平面参考系中:画图标注车刀的几个几何角度;
4、刀具安装高低、歪斜:等影响刀具的实际工作角度,分析与计算等。