機械制造裝備設計第5章金屬切削刀具

1、,機械制造裝備設計,全國本科院校機械類創(chuàng)新型應用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材,第5章 金屬切削刀具,刀具的幾何角度及切削要素,切削基本理論的應用,刀具材料,本章分六個小節(jié)：,各種常用刀具,磨具,數(shù)按刀具及其工具系統(tǒng),5.1 刀具的幾何角度及切削要素,切削運動與切削用量,切削運動與切削層 切削加工時，按工件與刀具的相對運動所起的作用不同，切削運動可分為主運動與進給運動。 （1）主運動 （2）進給運 （3）合成切削運動 （4） 輔助運動,即將被切除的表面,由切削刃正在形成的表面,切削后形成的表面,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,不同切削形式的主運動和進給運動,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,切削用量 切削

2、用量是用來表示切削運動、調整機床參數(shù)的參量，可用它對主運動和進給運動進行定量表述。切削用量包括切削速度、進給量和背吃刀量三要素 （1）切削速度 指切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度，單位為m/s或m/min。 （2）進給量 進給量為刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，可用工件每轉（行程）的位移量來度量，單位為mm/r。 （3）背吃刀量（切削深度） 已加工表面與待加工表面之間的垂直距離，稱為背吃刀量（mm）。,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,刀具的幾何參數(shù),刀具的分類 切削加工時，按工件與刀具的相對運動所起的作用不同，切削運動可分為主運動與進給運動。 1. 根據(jù)工件加工表面的形式不同分類

3、 （1）各種外表面（平面、旋轉體表面、溝槽和臺階等）加工刀具。 （2）孔加工刀具。 （3）螺紋加工刀具。 （4）齒輪加工刀具。 （5）切斷刀具。,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,2. 根據(jù)切削運動方式和相應的刀刃形狀分類 （1）通用刀具。如車刀、刨刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀和鋸等。 （2）成形刀具。如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和螺紋加工刀具等。 （3）展成刀具。如滾刀、插齒刀、剃齒刀等。 3. 根據(jù)使用場合不同分類 （1）標準通用刀具。 （2）標準專用刀具。 （3）專用刀具。,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,刀具的組成 任何刀具通常由刀頭和刀體兩部分組成。 （1）刀頭部分

4、。即切削部分，由于切削時的工作環(huán)境很惡劣，要求根據(jù)實際情況選擇相應的刀具材料，并加工成合理的幾何形狀。 （2）刀體部分。 刀體部分的作用除了 起支撐刀頭部分之外， 還是被夾持和定位的 部位。,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,刀具的切削部分 刀具投入切削工作的僅僅是靠近刀尖的一部分區(qū)域，稱為刀具的切削部分。刀具的切削部分是一個實體，它像六面體的一個角，是由三個面組成的實體。 （1）前面 （2）主后面 （3）副后面 （4）主切削刃 （5）副切削刃 （6）刀尖,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,刀具角度及工作角度,刀具角度 用刀具前面、后面和切削刃相對各基準坐標平面的夾角來表示它們在空間的位置，這

5、些夾角就是刀具切削部分的幾何角度。 用于確定刀具幾何角度的參考系有兩類： 刀具靜止參考系，是用于定義刀具在設計、制造、刃磨和測量時刀具幾何參數(shù)的參考系。 刀具工作參考系，是規(guī)定刀具進行切削加工時幾何參數(shù)的參考系。,5.1 刀具的幾何角度及切削要素,刀具工作角度 切削過程中，由于刀具的安裝位置、刀具與工件間相對運動情況的變化，實際起作用的角度與標注角度有所不同，稱這些角度為工作角度。,圖5.7 刀柄中心線不垂直進給方向 圖5.8 車刀安裝高低對前角、后角的影響,5.2 切削基本理論的應用,工件材料的切削加工性 工件材料切削加工性是指在一定的切削條件下，對工件材料進行切削加工的難易程度。,切削加工

6、性評定的主要指標 工件材料切削加工性可以從多方面進行評定。不同加工情況，可采用不同的指標衡量。 粗加工時，通常采用刀具耐用度指標； 精加工時，通常采用加工表面質量指標。,5.2 切削基本理論的應用,在刀具耐用度指標中以相對加工性（用Kr表示）使用最為方便。,5.2 切削基本理論的應用,其他指標有加工表面質量指標、切屑控制難易指標、切削溫度、切削力、切削功率指標。 加工表面質量指標是在相同加工條件下，比較加工后的表面質量（如表面粗糙度等）來判定切削加工性的好壞。加工表面質量越好，加工性越好。 切屑控制難易指標是從切屑形狀及斷屑難易與否來判斷材料加工性的好壞。 切削溫度、切削力、切削功率指標是根據(jù)

7、切削加工時產(chǎn)生的切削溫度的高低、切削力的大小、功率消耗的多少來評判材料加工性，這些數(shù)值越大，說明材料加工性越差。,5.2 切削基本理論的應用,改善材料切削加工性的措施,調整化學成分 在不影響工件材料性能的條件下，適當調整化學成分，以改善其切削加工性。 材料加工前進行合適的熱處理 同樣成分的材料，金相組織不同時，其切削加工性就不同。 選擇加工性好的材料狀態(tài) 低碳鋼經(jīng)冷拉后，塑性大為下降，加工性好；鍛造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改為熱軋后加工性得以改善 其他 采用合適的刀具材料，選擇合理的刀具幾何參數(shù)，合理地制訂切削用量與選用切削液等。,5.2 切削基本理論的應用,切削液的選用 合理選

8、用切削液能有效地減小切削力、降低切削溫度、減小加工系統(tǒng)熱變形、延長刀具壽命和改善已加工表面質量，此外，選用高性能切削液也是改善難加工材料切削性能的一個重要措施。,切削液的作用 （1）冷卻作用 （2）潤滑作用 （3）排屑和洗滌作用 （4）防銹作用,5.2 切削基本理論的應用,切削液的選用 切削液的性能外，還與刀具材料、加工要求、工件材料、加工方法等因素有關。 （1）依據(jù)刀具材料、加工要求選用 （2）依據(jù)工件材料選用 （3）依據(jù)加工工種選用,刀具幾何參數(shù)的選擇 在保證加工質量的前提下，盡可能提高刀具的切削生產(chǎn)率必須選擇合理的刀具幾何參數(shù)。 （1）前角的選擇 （2）后角的選擇 （3）主偏角、副偏角的

9、選擇 （4）刃傾角的選擇,5.2 切削基本理論的應用,切削用量的選擇 （1）切削用量的選擇原則 1） 粗加工時切削用量的選擇原則 首先，選取盡可能大的背吃刀量；其次，要根據(jù)機床動力和剛性的限制條件等，選擇盡可能大的進給量；最后，根據(jù)刀具耐用度確定最佳切削速度。 2）精加工時切削用量的選擇原則 首先，根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量；其次，根據(jù)已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進給量；最后，在保證刀具壽命的前提下，盡可能選取較高的切削速度。,5.2 切削基本理論的應用,切削用量的選擇 （1）切削用量的選擇方法,5.3 刀具材料,刀具材料是指刀具切削部分的 材料使刀具具有良好的性能，必須 合理選用刀

10、具材料。,5.3 刀具材料,刀具材料就具備的性能,高的硬度和耐磨性,足夠的強度和韌性,高的耐熱性(熱穩(wěn)定性),良好的工藝性,良好的經(jīng)濟性,5.3 刀具材料,常用的刀具材料 刀具材料種類很多，主要有工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等幾種類型。目前，生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質合金居多。,高速鋼 高速鋼是一種加入較多的鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼，有較高的熱穩(wěn)定性；有較高的強度、韌性，具有一定的硬度和耐磨性；其制造工藝簡單，可鍛造，對于形狀復雜的工具，如鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等尤為重要，是制造這些刀

11、具的主要材料。,5.3 刀具材料,高速鋼按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。,5.3 刀具材料,硬質合金 硬質合金是由高硬度、難熔的金屬碳化物（如WC、TiC）的粉末，用Co、Mo、Ni等作粘接劑，按一定比例混合，壓制成形，在高溫下燒結而成的粉末冶金制品。 硬質合金按其化學成分與使用性能可分為4類： （1）鎢鈷類YG（WC+Co） （2）鎢鈦鈷類YT（WC+Ti+Co） （3）添加稀有金屬碳化物類YW（WC+TiC+TaC/NbC+Co） （4）碳化鈦基類等。,5.3 刀具材料,涂層刀具材料 涂層刀具是在韌性較好的硬質合金體，或者高速鋼基體上，涂

12、覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物而獲得的。這是解決硬質合金硬度與沖擊韌性之間的矛盾比較經(jīng)濟的辦法，使用效果很好，近年發(fā)展很快。,其他刀具材料 （1） 陶瓷 有純Al2O3陶瓷及Al2O3-TiC混合陶瓷兩種，以其微粉在高溫下燒結而成。,5.3 刀具材料,其他刀具材料 （2）金剛石 金剛石是一種碳的同素異形體，是目前自然界中最硬的材料，天然金剛石價格昂貴，使用很少。 （3）立方氮化硼 立方氮化硼是由軟的六方氮化硼（俗稱白石墨）在高溫高壓下加入催化劑轉變而成。,5.4 各種常用刀具,概述,刀具的作用 金屬切削加工是現(xiàn)代機械制造工業(yè)中應用最廣泛的一種加工方法，一般占機械制造總工作量的50%以上。 金屬

13、切削刀具直接參與切削過程，是從工件上切除多余金屬層的重要工具。無論是普通車床，還是先進的數(shù)控機床或是加工中心，以至柔性制造系統(tǒng)，都必須依靠刀具才能完成各種切削過程。,5.4 各種常用刀具,刀具的分類 較能反映刀具共同特征的是按刀具用途和加工方法分類： （1）切刀 切刀是金屬切削加工中應用最廣的一類基本刀具，其特點是結構比較簡單，只有一條連續(xù)的直線刀刃或曲線刀刃，它屬于單刃刀具。切刀包括車刀、刨刀、鏜刀、成形車刀及自動機床和專用機床用的切刀，而車刀最有代表性。 （2）孔加工刀具 孔加工刀具包括從實體材料上加工出孔的刀具，如鉆頭，以及對已有孔進行加工的刀具，如擴孔鉆、鉸刀等。,5.4 各種常用刀具

14、,刀具的分類 （3）拉刀 拉刀是一種高生產(chǎn)率的多齒刀具，它可用于加工各種形狀的通孔，各種直槽或螺旋槽的內表面，也能加工各種平的或曲線的外表面。 （4）銑刀 銑刀可用于各種銑床上加工各種平面，臺肩、溝槽，進行切斷以及成形表面，銑刀屬于多刃刀具，它同時參加切削的刀刃總長度較長，生產(chǎn)效率較高。 （5）齒輪刀具 齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。,5.4 各種常用刀具,刀具的分類 （6）螺紋刀具 螺紋刀具用于加工內、外螺紋。它有兩類：一類是利用切削加工方法來加工螺紋的刀具，如螺紋車刀、絲錐、板牙和螺紋切頭等；另一類是利用金屬塑性變形方法來加工螺紋的刀具，如滾絲輪、搓絲扳等。 （7）磨具 磨具是磨削加工

15、的主要工具，它包括砂輪、砂帶、油石等。 （8）銼刀 銼刀是鉗工用的主要工具。,5.4 各種常用刀具,車刀 按照用途分類： 有外圓車刀、 車槽車刀、 螺紋車刀、 內孔車刀。,5.4 各種常用刀具,車刀 按結構分類： 有整體車刀、 焊接車刀、 焊接裝配式車刀、 機夾車刀、 可轉位車刀。,5.4 各種常用刀具,成形車刀 成型車刀是一種專用刀具，它的輪廓形狀需要根據(jù)加工零件的廓形設計。成型車刀主要用在各類普通車床、自動車床上加工回轉體零件的內外成型表面。 成型車刀與普通車刀相比有下列特點： （1）加工精度穩(wěn)定 （2）生產(chǎn)效率高 （3）刀具使用壽命長 （4）刃磨簡單 （5）成型車刀的制造比較麻煩，成本較

16、高，故一般只用于成批或大量生產(chǎn)中。,5.4 各種常用刀具,成形車刀 徑向成型車刀按其結構和形狀又可分為三大類。 平體成型車刀、棱形成型車刀、圓形成型車刀,圖5.16 平體成型車刀 圖5.17 棱形成型車刀 圖5.18 圓形成型車刀,5.4 各種常用刀具,孔加工刀具 金屬切削中，孔加工占有很大比重?？准庸さ毒叩姆N類很多，按其用途可分為兩大類。一類是把實心材料加工出孔的刀具，如麻花鉆、扁鉆、深孔鉆等；另一類是對工件已有孔進行再加工的刀具，如擴孔鉆、鏜刀、鉸刀等。,麻花鉆 麻花鉆是應用最廣泛 的孔加工刀具，一般用 于加工精度較低的孔， 或用于加工較高精度孔 的預制孔。,5.4 各種常用刀具,（1）麻

17、花鉆的結構 標準麻花鉆由柄部、頸部及工作部分組成。,圖5.20 麻花鉆的構成 1前面 2、8副切削刃（棱邊） 3、7主切削刃 4、6后面 5橫刃 9副后面,5.4 各種常用刀具,擴孔鉆 擴孔鉆是用于擴大徑孔、提高孔質量的刀具。它用于孔的最終加工或鉸孔、磨孔前的預加工。擴孔鉆的加工精度為IT9IT10，表面粗糙度Ra為3.26.3。,5.4 各種常用刀具,锪鉆 锪鉆是對孔的端面進行平面、 柱面、錐面及其他型面加工。在 已加工出的孔上加工圓柱形沉頭 孔、錐形沉頭孔和端面凸臺時， 都使用锪鉆。 锪鉆分柱形锪鉆、錐形锪鉆、端面锪鉆三種。,（a）帶導柱平底锪鉆 （b）帶導柱90錐面锪鉆 （c）不帶導柱錐

18、面锪鉆 （d）端面锪鉆,5.4 各種常用刀具,鏜刀 鏜刀旋轉做主運動，工件或鏜刀作進給運動的切削加工方法稱為鏜削加工。 鏜刀的種類很多，一般可分為單刃鏜刀及多刃鏜刀兩大類。,5.4 各種常用刀具,鉸刀 根據(jù)使用方式可分為手用鉸刀 和機用鉸刀兩種；根據(jù)鉸刀的結 構可分為整體式鉸刀、套式鉸刀 和可調節(jié)式鉸刀三種；根據(jù)制造 材料可分為高速鋼鉸刀和硬質合 金鉸刀；根據(jù)鉸刀的用途可分為 圓柱鉸刀和錐度鉸刀。,5.4 各種常用刀具,拉刀 以圓拉刀為例，圓孔拉刀由工作部分和非工作部分組成。 （1）工作部分 1）切削部分 2）校準部分 （2）非工作部分,5.4 各種常用刀具,銑刀 銑刀是一種應用很廣泛的多齒多

19、刃刀具，其每一個刀齒都相當于將一把單刃刀具固定在銑刀的回轉表面上。銑削加工時，銑刀繞其軸線轉動(主運動)，而工件則做進給運動。,5.4 各種常用刀具,分類及應用,（a）圓柱銑刀；（b）硬質合金面銑刀；（c）錯齒三面刃銑刀；（d）立銑刀； （e）鍵槽銑刀；（f）半圓鍵槽銑刀；（g）鋸片銑刀；（h）角度銑刀；（i）成形銑刀,5.4 各種常用刀具,銑削的工藝特點及應用 （1）銑刀是多齒刀具，銑削過程中多個刀齒同時參加切削，無空行程。硬質合金銑刀可以實現(xiàn)高速切削，所以通常情況下生產(chǎn)率高于刨削。 （2）銑削加工范圍很廣?？杉庸づ傧鳠o法加工或難加工的表面。例如可銑削周圍封閉的內凹平面、圓弧形溝槽、具有分度

20、要求的小平面或溝槽等。 （3）銑削力變動較大，易產(chǎn)生振動，切削不平穩(wěn)。 （4）銑床、銑刀比刨床、刨刀結構復雜，且銑刀的制造與刃磨比刨刀困難，所以銑削成本比刨削高。 （5）銑削與刨削的加工質量大致相當，經(jīng)粗、精加工后都可達到中等精度。,5.4 各種常用刀具,銑削方式 （1）圓柱銑刀銑削 圓柱銑刀銑削時，工件的進給方向與銑刀轉動方向一致的稱為順銑。方向相反的則稱為逆銑。,5.4 各種常用刀具,銑削方式 （2）對稱銑削與不對稱銑削 1）對稱銑削 2）不對稱逆銑 3）不對稱順銑,5.4 各種常用刀具,螺紋車刀 車螺紋是螺紋加工的基本方法。 安裝螺紋車刀時，應使刀尖與工件軸線等高，否則會影響螺紋的截面形

21、狀， 并且刀尖的平分線要與工 件軸線垂直。如果車刀裝 得左右歪斜，車出來的牙 形就會偏左或偏右。為了 使車刀安裝正確，可采用 樣板對刀。,5.4 各種常用刀具,螺紋車刀 車螺紋前要做好準備工作，首先把工件的螺紋外圓直徑按要求車好，然后用刀尖在工件上的螺紋終止處刻一條微可見線，以它作為車螺紋的退刀標記，最后將端面處倒角，裝夾好螺紋車刀后，就可以按下圖所示的方法與步驟進行車削：,5.5 磨具,磨削是用帶有磨粒的工具（砂輪、砂帶、油石等）對工件進行加工的方法。磨具分砂輪、油石、磨頭、砂瓦、砂布、砂紙、砂帶、研磨膏等幾類。 砂輪 砂輪是由細小而堅 硬的磨料加結合劑用 燒結的方法制成的疏 松的多孔體。,

22、5.5 磨具,（1）磨料 磨料是制造磨具的主要原料，直接擔負著切削工作。 （2）粒度 粒度是指磨料顆粒的尺寸，其大小用粒度號表示。 （3）結合劑 結合劑的作用是將磨料粘合成具有一定強度和形狀的砂輪。 （4）硬度 磨具的硬度是指磨具在外力作用下磨粒脫落的難易程度（又稱結合度）。 （5）組織 磨具的組織指磨具中磨粒、結合劑、氣孔三者體積的比例關系，以磨粒率（磨粒占磨具體積的百分率）表示磨具的組織號。,5.5 磨具,（6）形狀與尺寸及代號 根據(jù)機床類型和加工需要，將磨具制成各種標準的形狀和尺寸。常用的幾種砂輪的形狀、代號和用途如下表所列。,磨削過程 磨削也是一種切削加工。砂輪表面上的每個磨粒相當于一個微小刀齒，磨粒上的每個棱角都相當于一個微小的切削刃， 整個砂輪就相