《机械制造工程学》课件第二章.ppt

从图2-6中可以看出,刀具磨损可分为初期磨损、正常磨损、急剧磨损三个阶段。初期磨损较快,这是因为刀刃较为锋利、局部压强较大所致；初期磨损阶段之后进入正常磨损阶段；当切削时间超过一定阶段之后,刀具的磨损会恶化切削条件,使切削温度急剧上升,导致刀具磨损加剧,因此形成急剧磨损阶段。正常情况下,刀具切削时间应在急剧磨损阶段之前，

通常会确定一个合适的时间T,称为刀具耐用度。刀具在达到预定的磨损标准时应保证切削时间T。刀具的磨钝标准通常是:对高速钢、陶瓷刀具和硬质合金,后刀面磨损量VB=0.3mm,如后刀面磨损不均匀,可取VBmax=0.6mm;对硬质合金刀具，还可以以前刀面磨损kT=0.06+0.3f为标准,其中f为进给量。刀具的磨损和切削温度紧密相关,也就是与切削速度及背吃刀量和进给量有关。确定刀具磨钝标准之后可以用试验方法求出各种切削条件下刀具耐用度与切削参数之间的经验公式:(2-9)式中,K、n、n1和n2都是与切削条件有关的系数和指数,具体数值可以查相关手册(如本章参考文献［3］)。耐用度T就是刀具达到磨损标准时刀具的切削时间。耐用度的选择是设定切削参数的重要环节。耐用度有多种选用原则,如考虑较高的生产率,则可按下述方法来确定耐用度。单件工序的工时为(2-10)式中,TT是单件的生产时间,Tac是实际切削时间,TL是工件装夹和拆卸的时间,TC是进给时间(含实际切削时间和空运行的时间),TR是换刀时间。在切削过程中,TC可近似为(2-11)式中,μ是转换系数,D是工件的直径,v是切削速度,l是加工长度,f是进给量。考虑到影响刀具磨钝的主要因素是切削温度,而切削参数中主要是切削速度v影响切削温度,因此式(2-9)可简化成(2-12)将式(2-12)代入式(2-10),可以求导解出最大生产率时的刀具耐用度为(2-13)式中,n由刀具与工件材料和其他切削条件确定,具体可查阅本章参考文献［3］;TR和机床设备的换刀机构有关,现代加工中心都有快速自动换刀机构,使TR尽量短,以提高生产效率。一般加工中,通常选定耐用度T为60min。对精密、复杂的刀具,可选定T为200~400min;对于机夹可转位刀具,因为换刀时间很短,所以可选定耐用度T=15~30min。2.2金属切削基本规律的应用

2.2.1切削用量的优化

把式(2-9)和式(2-11)代入式(2-10),可得(2-14)这是需要优化的目标函数的最基本形式,这个公式表明了TT、v和f之间的关系。每个零件的平均成本CT可由式(2-14)和式(2-9)得到:(2-15)式中,x是劳动和管理的成本，y是刀具每个刀刃的成本。这里有很多技术约束,比如机床自身的约束条件、进给速度或进给量的极限范围约束着TT的选择,零件表面粗糙度的要求也制约着切削参数。

在CNC机床上，v和f的可选范围为

vmin(=πDnmin)≤v≤vmax(=πDnmax)(2-16)fmin≤f≤fmax(2-17)实际上切削速度对切削力的影响远小于进给量和背吃刀量，因此描述切削力的公式(2-6)可以简化,这个约束表达式可以变为

Fp=Efαaβp≤Fpmax(2-18)

式中,Fp是切削力，E、α和β均为经验公式的系数(注意：这里用α、β、E代替了式(2-6)中的y、x、c、v、z,

Fp代替了Fz)。

由此，受切削力约束的最大进给量为(2-19)同理，可以解出对于切削参数的约束条件，如机床功率的约束、工件表面粗糙度对于进给量的约束等，都可以得出如式(2-19)所示的约束条件。这些条件可以画到图2-7中。图2-7切削参数优化时的约束2.2.2刀具材料

1.碳素工具钢和合金工具钢

碳素工具钢和合金工具钢现在只用于手动切割工具,如手工锯条、丝锥、板牙等，常见牌号有T10A、T8A、CrWMn等。这些材料相对硬度较低,耐热性也差,但工艺性能相当好。2.高速钢

高速钢就是含钨、铬、钼、钒的高合金钢。其允许的切削速度大大超过高速钢发明之前应用的其他工具钢,可以承受300℃以上的切削温度。常见的通用型高速钢牌号为W6Mo5Cr4V2(又称M2),其机械性能和工艺性良好,常用来制造钻头和其他