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项目七 刀具选择,子项目1 刀具角度选择,问题1:切削力的影响,问题2:切削温度的影响,问题3:刀具寿命的影响,为什么要选择刀具角度 因为它影响:切削加工生产率 刀具耐用度 加工质量 加工成本,刀具角度选择的依据? 工件材料 刀具材料 切削用量 工艺系统刚性 机床功率,1 前角及前刀面形状的选择,前角决定 切削刃的锋利程度 强固程度 直接影响切削过程,o1,Pr,o2,正前角:减小切屑被切下时的弹塑性变形 减小切屑流出时与前面的摩擦阻力, 减小切削力和切削热, 切削轻快, 提高刀具寿命, 提高已加工表面质量。 但前角过大时,楔角过小,会削弱切削刃部的强度并降低散热能力,反而会使刀具寿命降低。,负前角:改善刃部受力状况和散热条件, 提高切削刃强度 提高耐冲击能力,采用负前角:通常在用脆性刀具材料 加工高强度高硬度工件材料 易产生崩刃,选择时考虑:刀具材料,高速钢的强度高,韧性好;硬质合金脆性大,怕冲击,易崩刃。 高速钢刀具的前角 硬质合金刀具+510。 陶瓷刀具的脆性更大,故前角常取负值(多在415范围)以改善刀具受力时的应力状态,并选负的刃倾角(取010)与之配合以改善切入时承受冲击的能力。 立方氮化硼(CBN)由于脆性更大,都采用负前角高速切削。,选择时考虑:工件材料,塑性材料:切屑呈带状,沿刀具前面流出时和前面接触长度较 长,摩擦较大,为减小变形和摩擦,一般都采用正前角。 强度、硬度高:单位切削力大,切削温度容易升高,前角宜取小值。为了提高切削刃强度,增加刀头导热面积和容热体积,,脆性材料时,塑性变形小,切屑呈崩碎状,切削力集中,易崩刃,前角小一些。,如加工灰铸铁取o=515。 前角数值随脆性材料强度和硬度的增大而逐渐减小。 在加工淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料时,宜取负前角。 实验证明,用正前角硬质合金车刀加工高硬度淬火钢时,切削刃几乎一开始切削就会发生崩刃。,前角选择:具体加工条件,粗加工时或断续切削时,切削力和冲击较大,为使切削刃有足够强度,宜取较小前角; 精加工时,切削刃强度要求较低,为使刀具刀刃锋利,降低切削力,以减小工件变形和减小表面粗糙度值,宜取较大前角。 工艺系统刚性较差时,宜取较大前角,以减小切削力和切削功率,减轻振动。,前角选择:其他参数的选择,前角的合理数值与刀面形状及刃区参数以及其他角度有关,特别是和刃倾角有密切关系。 带负倒棱的刀具允许采用较大前角; 大前角刀具常与负刃倾角相匹配来保证切削刃强度和抗冲击能力。 许多先进刀具就是在针对某种加工条件,善于灵活运用这些原则而产生的。,2 刃区参数及前刀面形状的选择,(1)刃区参数 刃区剖面型式有锋刃型、倒棱型和钝圆切削刃型三种。,锋刃型,倒棱型,钝圆型,常用的前刀面形状及刃区剖面参数,切削刃口较锋利,但强度较差,0不能太大,不易断屑。,各种高速钢刃形复杂刀具及成形刀具,精加工铸铁、青铜等脆性材料的硬质合金刀具。,切削刃强度较好,但刀刃较钝,切削变形大。,硬脆刀具材料、加工高强度、高硬度(如淬火钢)的车刀、铣刀、面铣刀等。,在加工塑性材料时,为使切屑卷成螺旋形或折断成C形,使之易于排出和清理,常在前刀面上制成卷断屑槽。,卷断屑槽可作成直线圆弧型、直线型和全圆弧型三种。,直线圆弧型和直线型断屑槽适用于切削碳素钢、合金结构钢、工具钢等,0515。,全圆弧型适用于切削紫铜、不锈钢等高塑性材料,0可增大至25 30。,比平前刀面可取较大前角且改善了卷屑和断屑条件,但刃磨不如平前面简便。,各种高速钢刀具,加工纯铜、铝合金等低强度、低硬度的硬质合金刀具。,加工各种钢材等塑性材料的硬质合金车刀。 加工铸铁等脆性材料用的硬质合金、陶瓷刀具。 零度倒棱,适用于高速钢刀具。,切削刃强度及抗冲击能力增加,在同样条件下允许采用较大的前角,提高了刀具寿命。,适用于陶瓷等脆性材料刀具。,切削刃强度及抗冲击能力增加,且有一定的减压和消振作用。,后角及后面形状的选择,后角的作用主要 1) 减小主后刀面与工件之间的摩擦,提高已加工表 面质量和延长刀具寿命; 2) 配合前角调整切削刃和刀头部分锋利程度、强度和散热条件; 3) 小后角车刀在特定的条件下可抑制切削时的振动。,影响刀具耐用度和加工表面质量。,合理后角的选择,当hD(或进给量f)很小时(精加工),磨损主要发生在后刀面上,为减小磨损和增加切削刃的锋利程度,宜取较大的后角。 当切削厚度很大时,前刀面上月牙洼磨损显著,这时取较小后角可以增强切削刃和加大散热体积。,例如:高速钢立铣刀,由于每齿进给量很小,后角取到16,而圆片铣刀当每齿进给量为0.01mm时,后角取30。车刀后角的变动范围比前角要小。粗车时,因hD较大,为保证切削刃强度取较小后角(4 8);而精车时,hD较小为保证已加工表面质量,取较大后角812。切断刀的进给量较小,且考虑进给运动对工作后角的影响宜取较大后角1012。,刀具后角:切削条件,工件材料的强度、硬度较高时,为加强切削刃,宜取较小后角(0=57)。 工件材料塑性较大,加工硬化严重时,为减小后刀面摩擦,应取较大后角(10 12)。 当采用负前角刀具加工高硬度高强度材料时,宜采用较大后角(12 15), 工艺系统刚性较差时,为避免振动,应适当减小后角。,后角归纳为 尽量小, 粗加工:o , 精加工:o 塑性材料:o 脆性材料:o , 硬度高:o,强度高o 工艺系统:刚度高o ,归纳总结,前角大, 刀锋利,强度差。适于精加工。 前角小,强度好。散热佳,适于粗加工。 后角大,刀锋利,摩擦小。适于精加工。 后角小,强度好。散热佳,适于粗加工。,车刀的副后角一般取其等于主后角。 切断刀及切槽刀的副后角,由于受其结构强度的限制,只能取得很小,0=12。,车刀的副后角,二、后刀面形状及选择,为减少刃磨后面的劳动量,提高刃磨质量,常把后面作成双重后面,b1取l3mm。,它可以增加后刀面与加工表面的接触面积,在切削时能产生同振动位移方向相反的摩擦阻力,不仅可以减小振动,也可对工件表面起一定的熨压作用,从而提高加工表面质量。,沿着后刀面磨出负后角倒棱面,倒棱角01=-5-10,倒棱面宽b10.10.3mm。,消振棱,这是车削细长轴和镗孔时常采取的消振措施之一。,主偏角的功用 影响已加工表面残留面积的高度 影响各切削分力的比例 影响刀尖的强度和刀具耐用度 影响断屑,主、副偏角及刀尖形状的选择,主、副偏角及刀尖形状的选择,一、主偏角对切削加工的影响,1.对刀具耐用度影响很大。随着主偏角减小,刀具耐用度提高。这是因为:,当背吃刀量ap和进给量f相同时,主偏角的变化将改变切削层形状,使切削层参数发生变化,从而影响切削刃上的负荷。,当主偏角Kr减小时,由于切削层公称宽度bD(ap/sinKr)增加,切削层公称厚度hD(=fsinKr)减小,使作用在主切削刃单位长度上的负荷减轻。,主偏角减小,则刀尖角r增大,使刀尖强度提高,散热体积增大。 主偏角较小的刀具在切入时,最先与工件接触处是远离刀尖的地方,因而可减少因切入冲击造成的刀尖损坏。,Kr1,Kr,Kr2,Fp,Ff,2影响切削分力比值及切削层单位面积切削力,当Kr减小时,由于hD减小,变形系数增大,使切削层单位面积切削力有所增大;在ap和f相同时,使切削功率有所增加。但更主要的是会使背向力Fp增大,容易引起工艺系统振动。当工艺系统刚度不足时,会使刀具寿命降低。,3影响已加工表面质量,减小Kr进可以使工件表面残留面积高度减小,从而使已加工表面粗糙度值减小。,4影响断屑效果、排屑方向,增大Kr会使hD增厚,bD减小,有利于切屑折断,有利于孔加工刀具使切屑沿轴向顺利流出。,硬质合金车刀一般选用较大的主偏角(Kr6075),以利于减少振动、断屑和采用较大的切削深度。 加工硬度高的材料,如冷硬铸铁和淬硬钢时,在系统刚性好,切削深度不大时取较小的主偏角(Kr1030),以利于提高刀具耐用度。,二、合理主偏角的选择原则,粗加工时,,工艺系统刚性较好时,取较小的主偏角可提高刀具耐用度;刚性不足,加车削细长轴时,应取大的主偏角,可取Kr9093,以减小背向力ap,减少振动。 需要从中间切入及仿形加工的车刀,应取较大主偏角; 车阶梯轴则需用Kr90的偏刀; 要用一把刀加工外圆、端面和倒角时可取Kr45。,主偏角选择总结, 系统刚度:刚度好,Kr取小值,刚度差,Kr取大值 工件形状:Kr按工件阶梯的角度选 工件材料:工件很硬时,Kr取小值 散热条件:需要时加强散热时,Kr取小值 产量条件:需要刀具通用性好时,取Kr90、Kr45,副偏角Kr的大小主要影响刀具耐用度和已加工表面质量。,三、副偏角的作用及选择,1. 副偏角Kr的作用,减小副切削刃及副后面与已加工表面之间的摩擦。,副偏角太小或太大刀具耐用度都不高,其存在着一个合理值,Kr 对刀具耐用度的影响,这是因为: 副偏角过小会增加参加切削工作的刀刃长度,增大副后刀面与已加工表面间的摩擦,同时也易引起振动; 而副偏角过大致使刀尖强度降低和散热条件恶化,结果会使刀具耐用度降低。,在副偏角较小时,加工表面粗糙度值较小。,Kr 对加工表面质量的影响,这是因为: 减小副偏角可减小残留面积高度,降低理论表面粗糙度值。,2. 合理副偏角Kr的选择,一般刀具的副偏角,在工艺系统刚性较好,不产生振动的情况下,可选取较小的数值,如取Kr=510。,精加工刀具的副偏角应取得更小一点,必要时,可磨出一段Kr=0的修光刃,车刀的修光刃长度取为b(1.21.3)f,硬质合金端铣刀的b(46)f。,考虑对Ra的影响一般尽量取小值,切断刀和切槽刀由于结构强度的限制,只能取很小的副偏角,Kr=13。,刃倾角的功用,1.控制切屑流出方向。,外圆车刀刃倾角s对排屑方向的影响,可见,在精车时,希望取正刃倾角(+s),以使切屑流向待加工表面,防止缠绕和划伤已加工表面。,刃倾角小于0时,刃倾角等于0时,刃倾角大于0时,2.影响切削刃的锋利程度。,当s0的斜角切削时,由于切屑在前刀面上流向的改变,使实际前角增大;同时,刃倾角增大还可减小刀刃的钝圆半径,使切削刃变得锋利。如切下极薄切屑的精车刀、精刨刀多采用4575的大刃倾角。,3.影响切削分力的大小。,当负刃倾角绝对值增大时,背向力Fp显著增大,将导致工件变形及引起振动。,刃倾角对刀具耐用度的影响如下图所示。,在不同的加工条件下,也存在着一个合理数值。,二、合理刃倾角的选择原则,1.加工一般钢料和灰铸铁,粗车取s05,精车时取s=0+5;有冲击负荷时, s=-5-15;当冲击特别大时,可取 s=-30-45。 2.加工高强度钢、高锰钢、淬硬钢时,可取 s=-5-15或负数的绝对值更大一些。 3.工艺系统刚性不足时,尽量不采用负刃倾角。,1)粗加工S 0 (使FP小些) 2)断续切削:S 0(使FP小些) 5)微量切削:S取大值(使刀具实际刃口 半径),注意:刀具各角度之间是互相联系互相影响的。孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。,例如:改变前角将使刀具的合理后角发生变化。,在加工硬度较高的材料时,为增加刀刃强度,一般取较小的后角。,但在加工特别硬的材料,如淬硬钢时,通常采用负前角,这时楔角已较大,如适当增加后角,不仅使切削刃易于切入工件,而且还可提高刀具耐用度。,刀具前角和刃倾角的选择也常常是互相影响的。 强力切削时,切削面积大,切削力也大,为强化刀刃,前角适宜取小一些。但此时如采用太小前角会导致切屑变形太大。可以采用较大前角,而同时采用负的刃倾角及负倒棱来强固刀刃;采用过渡刃来强化
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