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车刀几何角度的选择方法

2012-5-26 19:33| 发布者: 数控编程| 查看: 1508| 评论: 0

摘要: 车刀几何角度是指车刀切削部分各几何要素之间,或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空 间位置。根据“一面二角”理论可知,车刀的独立标注角度有六个,它们分 ...

    车刀几何角度是指车刀切削部分各几何要素之间,或它们与参考平面之间构成的两面角或线、面之间的夹角。它们分别决定着车刀的切削刃和各刀面的空 间位置。根据“一面二角”理论可知,车刀的独立标注角度有六个,它们分别是:确定车刀主切削刃位置的主偏角Kr和刃倾角λs;确定车刀前刀面Ar与后刀面 Aa的前角ro和后角ao;确定副切削刃及副后刀面Aa′的副偏角Kr′和副后角ao′。
    这些几何角度对车削过程影响很大,其中尤其以主偏角Kr、前角ro、后角ao和刃倾角λs的影响更为突出,科学合理地选择车刀的几何角度,对车削工艺的顺 利实施起着决定性作用。下面就从车刀几何角度对切削力、切削热和刀具的耐用度的影响分析着手,本着使切削轻便、质量稳定,延长刀具使用寿命的宗旨,确定科学的车刀几何角度的一般性原则。
一、车刀几何角度对切削力的影响
    在金属切削时,刀具切入工件,将多余材料从工件上切除会产生强烈的力的作用,这些力统称为切削力。切削力主要来源于被加工材料在发生弹性和塑性变形时的抗 力和刀具与切屑及工件表面之间的摩擦作用。根据切削力产生的作用效果的不同,可将切削力分解成三个相互垂直方向的分力。它们分别是:主切削力Fz,进给抗 力Fx和切深抗力Fy,其中Fz是切削总力Fr沿主运动切向分解而得,是计算车刀强度,设计机床零件,确定机床功率的主要依据;Fx也叫轴向力,它是Fr 沿工件轴向的分力,是设计进给机构,计算车刀进给功率所必需的;Fy也叫径向力,它是Fr沿着工件径向的分力,它不消耗机床功率,但是当机床或工艺系统刚 度不足时,易引起振动。
1、前角ro对切削力的影响
    前角ro增大,剪切角Φ随着增大,金属塑性变形减小,变形系数ξ减小,沿前刀面的摩擦力减小,因此切削力减小。但对于脆性材料而言,前角ro的变化则不会 对车削力产生较大的影响,这是因为脆性材料在车削时,切屑变形和加工硬化都很小,变形抗力自然会随之减小。同时,实验还证明,前角ro的增大,对切削分力 Fx、Fy的影响程度也不一样,当主偏角Kr较大时,对Fx的影响较明显,而当主偏角Kr较小时,则对Fy的降低幅度更大些。
2、主偏角Kr对切削力的影响
    主偏角Kr的改变,使得切削面积的形状和切削分力Fxy的作用方向改变,从而使切削力也随之变化。实验证明,主偏角Kr增大,切削厚度也随之增大,切削变 厚,切削层的变形减小,因此主切削力也随之减小,如图3所示。但当Kr增大到60°-75°后,Fz又随着Kr的增大而有所回升,这是因为此时刀尖圆弧所 占的切削工作比例增大,使切屑变形和排屑阻力增大,又使主切削力Fz增大。根据切削力分解公式:Fy=FxycosKr;Fx=FxysinKr可知,主 偏角Kr增大,使Fy减小,Fx增大,这有利于减轻工件的变形和系统的振动。因此,在工程上我们往往采用较大主偏角的车刀切削细长轴类零件,来减小径向分力Fy。
3、刃倾角λs对切削力的影响
   刃倾角λs对主切削力Fz影响很小,但对进给抗力Fx和切深抗力Fy的影响较大。当λs减小时,使刀具受到的正压力的方向发生了变化,从而改变了切削合力 Fr及其分力Fxy的作用方向,使Fy增大,Fx减小。由此可见,从切削力角度分析,切削时不宜选用过大的负刃倾角,否则会增大Fy的作用而产生振动。
二、车刀几何角度对切削热的影响
    车削过程所消耗的能量,除了极少部分用以形成新表面和潜藏能以外,绝大部分都转换为热能,以切削热的形式表现出来,使工艺系统的温度升高。分析可知,车削 时热量主要来源于切屑的变形功和前、后刀面的摩擦功。这些热量产生后又将通过切屑、工件、刀具和周围介质传出,使产热与散热达到动态平衡状态,此时工艺系 统的切削温度就是稳态切削温度。影响切削热与切削温度的因素很多,这里分析车刀几何角度对其产生的影响。
1、前角ro对切削温度的影响
前角增大,使切削力下降,切屑的变形和工艺系统的摩擦减轻,使产生的切削热减少,从而降低了切削温度。事实上,切削温度的高低不仅取决于工艺系统产生热量 的多少,还受工艺系统散热条件的影响。实验证明,当车工的前角增大到16°左右时,由于车刀的楔角减少后使刀具的散热条件变差,切削温度反而有一些回升。
2、主偏角Kr对切削温度的影响
主偏角Kr减小时,使切削宽度增大,切削厚度减小,切削变形和摩擦减轻,同时,切削宽度增大后,散热条件改善,又有利于降低切削温度。因此,当工艺系统刚 性足够时,采用小的主偏角切削,是降低切削温度、提高刀具的耐用度的一个重要措施,尤其是切削难加工材料时效果更显著。


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