精密機(jī)械制造技術(shù)11金屬切削刀具的基本知識(shí)1

1、LOGO 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) *1 * 2 、切削運(yùn)動(dòng)、切削運(yùn)動(dòng) v金屬切削加工金屬切削加工是利用刀具從工件毛坯上切去是利用刀具從工件毛坯上切去 一層多余的金屬，從而使工件達(dá)到規(guī)定的幾何一層多余的金屬，從而使工件達(dá)到規(guī)定的幾何 形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。 v為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)。 v切削運(yùn)動(dòng)可分為切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 如圖如圖21和圖和圖22。 * 3 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)：使工件與刀具產(chǎn)生使工件與刀具產(chǎn)生

2、 相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最基本相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最基本 運(yùn)動(dòng)。其速度最高，消耗功率運(yùn)動(dòng)。其速度最高，消耗功率 最大。切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)只最大。切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)只 有一個(gè)有一個(gè). 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：不斷地把被切削不斷地把被切削 層投入切削，以逐漸切削出整層投入切削，以逐漸切削出整 個(gè)工件表面的運(yùn)動(dòng)，為進(jìn)給運(yùn)個(gè)工件表面的運(yùn)動(dòng)，為進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)。一般速度低，消耗功率小，動(dòng)。一般速度低，消耗功率小， 可由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)組成可由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)組成 * 4 2.切削時(shí)的工件表面切削時(shí)的工件表面 待加工表面待加工表面： 工件上即將工件上即將 被切除的表面被切除的表面 已加工表面已加工表面：工件上經(jīng)刀：工件上經(jīng)

3、刀 具切削后形成的表面具切削后形成的表面 過渡表面（加工表面）過渡表面（加工表面）： 工件上被切削正在切削著的工件上被切削正在切削著的 表面，它總在待加工表面和表面，它總在待加工表面和 與加工表面之間與加工表面之間 * 5 3、 切削用量切削用量 （切削三要素）（切削三要素） 切削速度切削速度: V Vc c=dn/1000dn/1000(m/s)(m/s) 進(jìn)給量進(jìn)給量: f or Vf 背吃刀量背吃刀量: ap =(d w - d m )/2 (mm) 三者的總稱為切削用量三者的總稱為切削用量 * 6 * 7 (1)(1)前刀面（前刀面（前面前面):):刀具上與切屑接觸并相互作用刀具上與切

4、屑接觸并相互作用 的表面。的表面。切屑流過的表面，以，以Ar Ar 表示。表示。 (2)(2)主后刀面（主后刀面（主后面主后面):):刀具上與工件過渡表面接刀具上與工件過渡表面接 觸并相互作用的表面。以觸并相互作用的表面。以A A表示。表示。 * 8 (3)(3)副后刀面（副后刀面（副后面副后面):):刀具上與工件已加工表刀具上與工件已加工表 面接觸并相互作用的表面。面接觸并相互作用的表面。 (4)(4)主切削刃主切削刃: :前刀面與主后刀面的交線，它完成前刀面與主后刀面的交線，它完成 主要的切削工作。主要的切削工作。 * 9 (5)(5)副切削刃副切削刃: :前刀面與副后刀面的交線，它配合前

5、刀面與副后刀面的交線，它配合 主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表 面。面。 (6)(6)刀尖刀尖: :連接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，連接主切削刃和副切削刃的一段刀刃， 它可以是小的直線段或圓弧它可以是小的直線段或圓弧 * 10 * 11 2、定義刀具角度的參考系、定義刀具角度的參考系 v基面基面Pr：通過主切削刃上選通過主切削刃上選 定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方 向的平面。向的平面。 v切削平面切削平面Ps：通過主切削刃通過主切削刃 上選定點(diǎn)，與主切削刃相切，上選定點(diǎn)，與主切削刃相切， 垂直于該點(diǎn)基面的平面。垂直于該點(diǎn)基

6、面的平面。 v正交平面正交平面P0：通過主切削刃通過主切削刃 上選定點(diǎn)，垂直于基面和切削上選定點(diǎn)，垂直于基面和切削 平面的平面。平面的平面。 基面、切削平面和正交平面基面、切削平面和正交平面 組成標(biāo)注刀具角度的正交平面組成標(biāo)注刀具角度的正交平面 參考系。常用的參考系還有法參考系。常用的參考系還有法 平面、假定工作平面和背平面平面、假定工作平面和背平面 參考系。參考系。 * 12 (1)前角前角：在正交平面內(nèi)測(cè)量前刀：在正交平面內(nèi)測(cè)量前刀 面與基面之間的夾角，前角表示面與基面之間的夾角，前角表示 前刀面的傾斜程度，前刀面的傾斜程度，前前角角的正負(fù)的正負(fù) 方向按圖示規(guī)定表示。方向按圖示規(guī)定表示。

7、(2)后角后角：在正交平面內(nèi)測(cè)量的主：在正交平面內(nèi)測(cè)量的主 后刀面與切削平面之間的夾角，后刀面與切削平面之間的夾角， 后角表示主后刀面的傾斜程度；后角表示主后刀面的傾斜程度； 后角一般為正值。后角一般為正值。 (3)主偏角主偏角：在基面內(nèi)測(cè)量的主：在基面內(nèi)測(cè)量的主 切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)方向的夾角，主偏角一般為正動(dòng)方向的夾角，主偏角一般為正 值；值； * 13 (4)副偏角副偏角 在基面內(nèi)測(cè)在基面內(nèi)測(cè) 量的副切削刃在基面上量的副切削刃在基面上 的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方 向的夾角，副偏角一般向的夾角，副偏角一般 為正值。為正值。 (5)刃傾角

8、刃傾角 在切削平面在切削平面 內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基 面之間的夾角。面之間的夾角。 * 14 v 前角前角0：在：在正交平面正交平面上度量，前刀面與基面間的夾角，上度量，前刀面與基面間的夾角， 數(shù)值有正、負(fù)。數(shù)值有正、負(fù)。 v 后角后角0 ：在：在正交平面正交平面上度量，主后刀面與切削平面的上度量，主后刀面與切削平面的 夾角；夾角； v 主偏角主偏角r ：在：在基面基面上度量，主切削刃在基面上的投影上度量，主切削刃在基面上的投影 與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。 v 副偏角副偏角r ：在：在基面基面上度量，副切削刃在基面上的投影上度量，副切削刃在基面上的投影 與進(jìn)

9、給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。 v 刃傾角刃傾角s：主刃：主刃基面之間的夾角（切削平面測(cè)量）基面之間的夾角（切削平面測(cè)量） * 15 刀具的主要標(biāo)注角度刀具的主要標(biāo)注角度 * 16 * 17 a)a)刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響 當(dāng)?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時(shí)，刀具的工作 前角和工作后角的變化情況 當(dāng)車刀刀桿的縱向軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，刀具 的工作主偏角和工作副偏角的變化情況 b)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響 * 18 * 19 v刀尖安裝得高于或低于工件軸線時(shí)的工作刀尖安裝得高于或低于工件軸線時(shí)的工作 角度的情況角度的情況 刀尖安裝得高于或低于工件軸

10、線時(shí)的工作角度刀尖安裝得高于或低于工件軸線時(shí)的工作角度 * 20 當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜS線時(shí)：工作前角變小，工作后當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜS線時(shí)：工作前角變小，工作后 角變大。角變大。 * 21 v影響刀具工作角度因素：影響刀具工作角度因素： 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（圖圖2-9）；刀具安裝高低（）；刀具安裝高低（圖圖2- 11） ； 軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（圖（圖2-10）；刀桿中心線偏移；刀桿中心線偏移（圖（圖2- 12） 。 * 22 三三.切削層參數(shù)與切削方切削層參數(shù)與切削方 式式 公稱厚度公稱厚度hD：垂直于過渡表面 測(cè)量的切削層的尺寸,相鄰兩過渡 表面之間的距離。 hDfsinKr (mm)

11、公稱寬度公稱寬度bD：沿過渡表面測(cè)量 的切削層尺寸。反應(yīng)了切削刀刃 參加切削的工作長(zhǎng)度。 bDap/sinKr (mm) 公稱橫截面積公稱橫截面積：切削層在切 削層尺寸平面內(nèi)的實(shí)際橫截面積。 ADhDbD fap (mm2) * 23 四、刀具材料四、刀具材料 * 24 1、刀具材料應(yīng)具備的性能、刀具材料應(yīng)具備的性能 * 25 v含有較多鎢、鉬、鉻、釩等元素的高合金工具含有較多鎢、鉬、鉻、釩等元素的高合金工具 鋼；鋼； v具有具有較高的硬度較高的硬度（熱處理硬度達(dá)（熱處理硬度達(dá)HRC6267 ）和）和耐熱性耐熱性（切削溫度可達(dá)（切削溫度可達(dá)550550600600）；）； v切速比碳素工具鋼和

12、合金工具鋼高切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高1 13 3倍倍( (由此由此 得名得名) )，刀具耐用度高，刀具耐用度高10104040倍，甚至更多；倍，甚至更多； v可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的 材料；材料； * 26 v制造工藝簡(jiǎn)單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃制造工藝簡(jiǎn)單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃 ； v在復(fù)雜刀具（鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、在復(fù)雜刀具（鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、 齒輪刀具等）的制造中占有重要地位。齒輪刀具等）的制造中占有重要地位。 v用途分：用途分：通用型高速鋼通用型高速鋼和和高性能高速鋼高性能高速鋼 v制造工藝制造工

13、藝分：分：熔煉高速鋼熔煉高速鋼和和粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼 * 27 v用高耐熱性和高耐磨性的用高耐熱性和高耐磨性的（碳化鎢、（碳化鎢、 碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮等）碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮等）與與（鈷、（鈷、 鎳、鉬等）鎳、鉬等）在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 v硬度：硬度：HRA89-93，能耐，能耐850-1000C的高溫，的高溫， 擁有良好的耐磨性，切速可達(dá)擁有良好的耐磨性，切速可達(dá)100300m/min， 可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料，應(yīng)用非常廣可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料，應(yīng)用非常廣 泛。泛。 * 28 v硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，刃口

14、硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，刃口 不鋒利，較難加工，不易做成形狀復(fù)雜的整不鋒利，較難加工，不易做成形狀復(fù)雜的整 體刀具。體刀具。 v常用的硬質(zhì)合金有常用的硬質(zhì)合金有鎢鈷類鎢鈷類（YG類）、類）、鎢鈦鎢鈦 鈷鈷類（類（YT類）和類）和通用硬質(zhì)合金通用硬質(zhì)合金（YW類）類） 三類。三類。 * 29 v涂層刀具涂層刀具：在韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀在韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀 具的基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬具的基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬 化合物。化合物。 涂層材料有：碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁（剛玉）等。涂層材料有：碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁（剛玉）等。 耐用度至少可提高耐用度

15、至少可提高13倍倍（硬質(zhì)合金刀片），或（硬質(zhì)合金刀片），或 210倍倍（高速鋼）。加工材料的硬度愈高，涂層刀（高速鋼）。加工材料的硬度愈高，涂層刀 具效果愈好具效果愈好。 * 30 v 陶瓷材料陶瓷材料：以氧化鋁為主要成分，經(jīng)壓制成以氧化鋁為主要成分，經(jīng)壓制成 形后燒結(jié)而成形后燒結(jié)而成 硬度可達(dá)硬度可達(dá)HRA9195，在，在1200C時(shí)可保持時(shí)可保持HRA80 的硬度；的硬度； 摩擦系數(shù)小，耐磨性好。摩擦系數(shù)小，耐磨性好。 缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性低。缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性低。 * 31 第七節(jié)第七節(jié) 刀具材料及幾何參數(shù)的選擇刀具材料及幾何參數(shù)的選擇 應(yīng)當(dāng)指出，刀具各角度之間

16、是相互應(yīng)當(dāng)指出，刀具各角度之間是相互 聯(lián)系，相互影響的，孤立地選擇某一角聯(lián)系，相互影響的，孤立地選擇某一角 度并不能得到所希望的合理值。度并不能得到所希望的合理值。 * 32 u前角對(duì)切削的難易程度影響很大前角對(duì)切削的難易程度影響很大 優(yōu)點(diǎn)：增大前角，使刀刃變得鋒利，使切削更輕快，優(yōu)點(diǎn)：增大前角，使刀刃變得鋒利，使切削更輕快， 切屑變形減小，切削力和切削功率減?。磺行甲冃螠p小，切削力和切削功率減?。?缺點(diǎn)：增大前角，刀刃和刀尖強(qiáng)度降低缺點(diǎn)：增大前角，刀刃和刀尖強(qiáng)度降低 ，散熱體，散熱體 積變小積變小 ，影響刀具壽命。對(duì)表面粗糙度，排、斷，影響刀具壽命。對(duì)表面粗糙度，排、斷 屑等有一定的影響。屑

17、等有一定的影響。 * 33 u前角的合理選擇前角的合理選擇： 主要取決于主要取決于工件材料、刀具材料及加工要求工件材料、刀具材料及加工要求。 n 工件材料強(qiáng)度、硬度較低時(shí)，取較大的前角，反之取較小的前角；工件材料強(qiáng)度、硬度較低時(shí)，取較大的前角，反之取較小的前角； 加工塑性材料（如鋼）選較大的前角，脆性材料（如鑄鐵）選較加工塑性材料（如鋼）選較大的前角，脆性材料（如鑄鐵）選較 小的前角。刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反小的前角。刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反 之（如硬質(zhì)合金）則前角應(yīng)選得小一些。粗加工時(shí)，特別是斷續(xù)之（如硬質(zhì)合金）則前角應(yīng)選得小一些。粗加工時(shí)，特別是

18、斷續(xù) 切削時(shí)，應(yīng)選用較小的前角，精加工時(shí)應(yīng)選用較大前角。切削時(shí)，應(yīng)選用較小的前角，精加工時(shí)應(yīng)選用較大前角。 n 硬質(zhì)合金車刀的前角硬質(zhì)合金車刀的前角g0在在520范圍內(nèi)選，高速鋼刀具范圍內(nèi)選，高速鋼刀具 的前角應(yīng)比硬質(zhì)合金刀具大的前角應(yīng)比硬質(zhì)合金刀具大510，而陶瓷刀具的前角一般，而陶瓷刀具的前角一般 取取515。 * 34 2.選擇后角選擇后角 u后角的主要功用是后角的主要功用是減小后刀面與工件的摩擦和后刀面的減小后刀面與工件的摩擦和后刀面的 磨損磨損，其大小對(duì)，其大小對(duì)刀具耐用度刀具耐用度和和加工表面質(zhì)量加工表面質(zhì)量都有很大影都有很大影 響。響。 u合理后角的大小主要取決于：合理后角的大小主要取決于：切削厚度（或進(jìn)給量）切削厚度（或進(jìn)給量）、 也與也與工件材料工件材料、工藝系統(tǒng)的剛性工藝系統(tǒng)的剛性有關(guān)：有關(guān)： 切削厚度越大，刀具后角越?。磺邢骱穸仍酱?，刀具后角越??； 工件材料越軟，塑性越大，后角越大；工件材料越軟，塑性越大，后角越大； 工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，適當(dāng)減小后角；工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，適當(dāng)減小后角； 刀具尺寸精度要求較高的刀具，后角宜取小值。刀具尺寸精度要求較高的刀具，后角宜取小值。 l切削一般鋼和鑄鐵時(shí)，車刀后角常選用切削一般鋼和鑄鐵時(shí)，車刀后角常選用46。 * 35 3.主偏角和副偏角主偏角和副偏