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1、金属切削刀具 Cutting tools 第一节 概 述 本节内容 一 切削运动与切削要素 二 刀具切削部分的几何参数 三 金属切削基本理论 四 刀具分类 五 刀具材料 六 刀具发展 金属切削加工金属切削加工 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 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 机械制造行业所经历的技术变迁机械制造行业所经历的技术变迁 工业革命前 生产加工是低效的手工劳作方式 1785 瓦特 蒸汽机在纺织工厂使用 机器代 替手工劳动的
2、序幕 机械化生产的基础 机器 生产机器 1797 发明第一台滑动刀架车床 1873 第一台凸轮控制的自动车床 1910 1920 福特汽车公司 泰勒按节拍生产的理论 首先建立了流水线生产方式 创造了平均每分钟生产一 辆T型车的记录 1952 美国首先研制成功数控 Numerical Control NC 机床及自动编程 CAM的开端 1953 同一台机床上通过自动换刀实现铣 钻 镗 锪 铰 磨及攻丝等多种工艺的数控加工中心 Machining Center MIT美国麻省理工学院 1962 美国第一台工业机器人 Industrial Robot 1967 英 美FMS Flexible Man
3、ufacturing system 柔性制造系统 解决十批量 离散形生 产自动化 60年代末 CAPP Computer Aided Process Plann ing 计算机进行加工工艺路线和工序内容的设计及机 床切削用量 时间定额等的选择与制定 1954 美国通用电器公司 GE 首次用计算机计 算职工工资 1961 物料需求计划 MRPI Material Requirements Planning 1979 制造资源计划 MRPII Manufacturing Resources planning 管理信息系统 MIS Management Information System 目前 P
4、DM 生产数据管理系统 零件在车间中停留时间示意图零件在车间中停留时间示意图 机床上 5 运送和等待时间95 切削 30 装卸 测量 等待 70 由此看出机械制造业的发展趋势 CIMSCIMS Computer Integrated Manufacturing System 计算机集成制造系统 以制造技术 计算 机技术 柔性制造技术 自动化技术和现 代管理科学为基础 将制造业 工厂经营 活动所需的各种自动化系统 通过新的生 产管理模式 工艺理论和计算机网络有机 地集成 使任何复杂的产品从设计到加工 以及管理的工作量减少到最低限量 我国金属切削方面的发展我国金属切削方面的发展 公元前2000多年
5、 青铜器时代 青铜 刀 锯锉 磨石 春秋中晚期 考工记 金工知识 唐代 原始的车床 1668 畜力铣磨机畜力铣磨机 脚踏刃磨机脚踏刃磨机 1915 第一台国产车床 1947 20000多台 碳素工具钢刀具 V 10m min 直径2丈 6 7米 加工天文仪器上 的铜环 或磨石 切削方式的发展离不开刀具材料 刀具结构的发展 刀具材料 高速钢 硬质合金 陶 瓷 超硬材料 刀具结构 整体式 焊接式 机类 式 可转位式 特殊的金属切削加工方式 特殊的金属切削加工方式 超声波加工 振动切削 特种加工 电火花加工 电脉冲 电解光加工 激光加工 本本章章内容与要求内容与要求 金属切削原理与刀具是研究金属切
6、削过程基本规律与刀具设计 使用 的一门科学 是机械制造专业的重 要课程 其中切削原理又是本课及其它专业 课的基础 刀具材料的性能选用 刀具切削部分几何参数 切削过程现象与变化规律 被切削材料的加工性 提高加工表面质量与经济效益的方法 钻削 铣削 磨削过程特点等 一 金属切削原理研究的主要内容 一 金属切削原理研究的主要内容 1 几何问题 刀具几何角度 参 数及其相互关系 2 规律问题 切削变形 切削力 切削温度 刀削温度 刀具磨损等规 律 这些内容又可以归纳为 两个方面的问题 认识金属切削过程的一般现象及基本规 律 能按具体加工条件选择合理的刀具 材料 切削部分几何参数及切削用量 计算切削力和
7、功率 并能运用所学知识 分析及解决生产中的一些问题 达到的要求 金属切削刀具是切削加工中重要工具 影 响生产率 加工质量与成本 刀具变化灵活 改革简便 收效显著 正确设计刀具 合理使用刀具 改进刀具 二 金属切削刀具 二 金属切削刀具 学习要求 学习要求 了解一些常用的标准通用刀具 标准专 用刀具的类型 结构特点 工作原理 应用范围和如何正确的使用 初步掌握一些常用刀专用刀具的设计计 算方法 常用加工手段 方法 的特点 刀具种类繁多 例如有单刃刀具 多刃刀具 成形刀具 有整体高速刀具 镶片硬质合金刀具 机夹 可转位式刀具等 在各种类型的刀具中 又可分为如下两类 对 它们的教学方法也有所不同 1
8、 1 标准刀具 标准刀具 指专业工厂按国际或部标生产的刀具 如可转位车刀 麻花钻 铰 铣刀 丝锥 板牙 插齿刀 齿轮滚刀等 重点掌握结构 工作原理 选择与使用方法 了解机夹 可转位车 铣刀结构分析 刀片 槽型的选择 以及麻花钻的修磨与群钻 为 使用面广的通用刀具打下初步基础 2 2 非标准刀具 非标准刀具 指需专门设计制造的刀具 如成形车刀与铣刀 拉刀 蜗轮滚 刀等 主要了解其设计原理与计算方法 金属切削原理与刀具是与生产实践紧密联系的 涉及知识面较广 掌握基本理论 熟悉有关手册 样本 特别要重视生产实际 参加生产劳动与工作实践 理论联系实际 逐步提高解决实际问题的工作 能力 一 切削运动与切
9、削要素 一 切削运动 1 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 2 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 刨削 刨削 主运动
10、刨刀的直线运动 进给运动 工件移动 钻削 钻削 主运动主运动 钻头旋转钻头旋转 进给运动进给运动 钻头轴向移动钻头轴向移动 插齿 主运动插齿 主运动 插齿刀上下运动插齿刀上下运动 进给运动进给运动 工件分度运动等工件分度运动等 车外圆 主运动车外圆 主运动 工件高速旋转工件高速旋转 进给运动 车刀轴向运动 磨外圆 磨外圆 主运动 砂轮旋转 进给运动 工件转动 砂轮轴向移动 铣平面 铣平面 主运动 铣刀旋转 进给运动 工件移动 镗孔 镗孔 主运动 刀具旋转 绕工件轴线 进给运动 刀具径向移动 3 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 二 切削加工过程中的工件表面 车削加工是
11、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 1 待加工表面 工件上 有待切除的表面 2 已加工表面 经刀具 切削后产生的新表面 3 过渡表面 或称切削表 面 切削刃正在切削 的表面 它是待加工表面和已加工 表面之间的过渡表面 三 切削要素 切削过程的切削用量要素和在切削过 程中由余量变成切屑的切削层参数 切削层切削层 1 切削用量要素 切削速度切削速度 进给量进给量 背吃刀量 1 1 切削速度切削速度 VCVC m min 指主运动的线速度 以车削为例 n 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dw
12、 m min 2 2 进给量进给量 f f 指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量 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 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 3 3 背吃刀量ap 工件待加
13、工表面与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 dw 待加工表面直径 dm 已加工表面直径 4 4 切削时间切削时间t t m m 切削时间切削时间是反映切削效率高低的一种指标是反映切削效率高低的一种指标 车外圆时切削时间车外圆时切削时间tmtm可由下式计算可由下式计算 L L 刀具行程长度刀具行程长度 A A 半长方向加工余量半长方向加工余量 提高切削用理提高切削用理a a p p f f V V f f 中任中任 何一个要素 都可缩短切削何一个要素 都可缩短切削 时间 提高生产效率 时间 提高生产效率 5 5 金属切除率金
14、属切除率Q Q Z Z 在金属切削过程中 切削用量三要素选配在金属切削过程中 切削用量三要素选配 的大小 将影响切削效率的高低 通常用三的大小 将影响切削效率的高低 通常用三 要素的乘积作为衡量指标 称为材料切除率要素的乘积作为衡量指标 称为材料切除率 每分钟切下工件材料的体积每分钟切下工件材料的体积 是衡量切削效率高低的另一种指标是衡量切削效率高低的另一种指标 mm3 min 2 切削层参数 切削层是指工件上正被刀具切削刃切 削着的一层金属 切削层参数 基面中测量的切削层 长度 宽度和面积 它们与切削用量f ap 有关 1 切削层公称厚度hD 垂直于正在加 工的表面 过渡表面 度量的切削层参
15、数 2 切削层公称宽度bD 平行于正在加 工的表面 过渡表面 度量的切削层参数 3 切削层公称横截面积A D 在切削 层参数平面内度量的横截面积 二 刀具切削部分的几何参数 一 刀具的组成组成 部分 刀面 刀头 切削部分 刀刃 刀尖 刀杆 用于装夹 1 刀刀 面面 前刀面Ar 切屑流出时经过的刀面 后刀面Aa 与加工表面相对的刀面 副后刀面A a 与已加工表面相对 的刀面 2 切削刃 主切削刃S Ar与Aa的交线 副切削刃S Ar与Aa 的交线 3 刀尖 主 副切削刃汇交的一小段切削刃 称刀尖 实际使用的刀具切削部分放大形状 二 刀具角度 标注坐标系 静态参考系 刀具角度 它是刀具设计计算 绘
16、图标注 刃磨测量 角度时基准 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 1 主剖面标注系坐标平面 刀具标注系坐标平面标注系坐标平面是以刀具结构为基础 以刀具的安装定位面及假定的切削运动方向 建立起来的坐标平面坐标平面 1 基面Pr 刃磨测量的定位基准 通过切削刃某选定点 平行于车刀底面的 平面 或为通过切削刃某选定点 包含刀具轴 线的平面 2 切削平面PS 通过切削刃某选定点 与切削刃相切 且 垂直于基面的平面 3 主剖面PO 主剖面是通过切削刃某选定点 同时垂直 于基面与切削平面的平面 四个基本角度基本角度 主偏角 基面中测量的主切削刃 与进给运动方向间夹角 刃倾角 切削平面中测量的切削 刃与基面间夹角 前角 主剖面中测量的前刀面与 切削平面间的夹角 后角 主剖面中测量的后刀面与 切削平面间的夹角 二 二 刀具角度刀具角度定义定义 三个刀面 两条刀刃 六个独立角度 副偏角 副刃后角 派生角度 由以上角度推算 副刃倾角 副刃前角 楔角 刀尖角 三 三 前角 后角 刃倾角正负的规定前角 后角 刃倾角正负的规定 三 金属切削基本理论 金属切削过程是指 通过切削运动
