第七章 平面及成形面 加工刀具 金属切削原理与刀具.doc

第七章 平面与成形面加工刀具 【内容提要】 ????本章主要介绍平面与成形面加工刀具的类型、结构和工作原理，如铣刀、成形车刀、成形铣刀。 【目的要求】 ????1．明确平面与成形面加工刀具的类型； ????2．掌握铣刀的结构特点、切削参数及应用场合；会根据具体加工工艺情况选择铣刀的类型。 ????3．了解成形刀具的结构及性能。 【本章内容】 第一次课 §7-1 铣 刀 在金属切削加工中，铣刀是最常用的平面加工刀具。铣刀不但能完成简单平面的加工，而且还能完成不同方位平面的加工，或由多个简单平面构成的表面的加工。 铣刀的种类很多，常用的有圆柱铣刀、端铣刀、键槽铣刀、立铣刀、模具铣刀、半圆键槽铣刀、三面刃铣刀、角度铣刀、锯片铣刀等。 本节以圆柱铣刀和硬质合金端铣刀为代表，来讲述铣刀切削部分的几何角度、铣削要素、铣削方式和铣削特点等，并简介其它常用铣刀的结构特点与应用等。 一、铣削运动 铣削的主运动是铣刀的旋转运动。进给运动一般有纵向、横向和垂直进给。 二、铣刀的几何角度 1．圆柱铣刀 圆柱铣刀有直齿和螺旋齿之分，前者切削刃与铣刀轴线平行；后者切削刃与铣刀轴线成一螺旋角Wc，。对于直齿圆柱铣刀，其前、后角在主剖面中表示，由于进给剖面与主剖面重合，故有： 对于螺旋齿圆柱铣刀，为了制造与测量的方便，一般标注法前角γn。法前角γn与前角γo的关系由前述可知，tanγn=tanγocosλs，而后角在主剖面Po内测量，即αo。 铣刀的刃倾角λs，即为铣刀的螺旋角ω。对于直齿圆柱铣刀，λs=0°对于螺旋齿圆柱铣刀，λs=ω。 螺旋齿圆柱铣刀，因螺旋角ω的缘故，铣削时切削刃是逐渐切入、切出工件金属层的，再加上同时工作齿数多，故铣削较直齿平稳，排屑也比较顺利；又因λs=ω，也具有斜角切削的特点，因此实际切削前角γoe比γn大很多，这就大大改善了切削条件。 2．端铣刀 由于端铣刀每一个刀齿即为一把车刀，因此，端铣刀的几何角度与车刀相似。 通过对车刀、钻头和铣刀几何角度的分析可知，尽管它们的结构与形状不同，但以切削刃为单元，则分析它们几何角度的方法和所得的结果是相同的。 3．铣刀几何角度的选择 铣刀几何角度的选择，除遵循第四章刀具几何参数的选择原则外，还必须考虑铣削的自身特点，如铣削过程的断续切削和切削厚度随时变化等。对于硬质合金端铣刀为避免刀齿受冲击后而崩刃，一般将前角与刃倾角均选成负值。 三、铣削要素 (一)铣削用量 如图所示，铣削用量的计算如下。 1．铣削速度 式中do——铣刀的直径，mm； n——铣刀转速，r／rain。 2．进给量f 铣削进给量有每齿、每转和每分钟三种表示法。 (1)每齿进给量fz 指铣刀每转过一个刀齿时，铣刀与工件的相对位移，单位为mm／z。 (2)每转进给量f 指铣刀每转一转时，铣刀与工件的相对位移，即 式中z——铣刀的齿数。 (3)每分钟进给量νf 指铣刀相对于工件每分钟的位移量，即 3．铣削深度ap 指基面内平行于铣刀轴线度量的切削层尺寸。 4。铣削宽度ae 指在垂直于铣刀轴线的平面内度量的切削层尺寸。它是铣削时特有的一个参数，其大小取决于同时工作齿数的多少。 (二)切削层参数 1．圆柱铣刀 (1)切削厚度hD 指铣刀相邻两齿所形成的加工表面问的垂直距离，即 式中 ψ——瞬时接触角， 通常以ψ=δ/2处的切削厚度为平均切削厚度，于是有 式中hDav——铣削时的平均切削厚度，mm。 (2)切削宽度bD 根据定义，切削宽度是在基面内沿加工表面所度量的切削层尺寸。但为研究问题方便起见，常采用实际切削宽度bDs，即铣刀切削刃与工件切削层的实际接触长度。对于直齿圆柱铣刀铣削时，bD=ap=常数，由于每一个刀齿突然切入与切出，故铣削力波动大；对于螺旋齿圆柱铣刀铣削时，由于螺旋角ω的作用，bDs是变化的，刀齿刚切入工件时，bDs很小，以后逐渐增大，切离时又逐渐减小，因而铣削过程较直齿平稳。 (3)平均切削总面积ADav 铣削时的切削总面积为各刀齿切削面积之和。但因铣削时每齿的切削厚度hD是变化的，螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度也是变化的，并且同时工作齿数ze也在变化，所以直齿、螺旋齿圆柱铣刀铣削时的切削总面积是变化的，故常用平均切削总面积计算： 式中 Qz——单位时间内的金属切除量； z——铣刀的齿数。 2．端铣刀 (1)切削厚度hD 在端铣时刀齿切入、切出时的切削厚度为最小，在铣刀中心移动的轨迹位置时切削厚度为最大。其任意一点的切削厚度为： 式中 ψ——瞬时接触角，是由铣刀中心移动轨迹分别向切入或切出位置两侧度量的角度。 根据数学推导，平均切削厚度为： 式中δ——切入角(δ1为切出