第二章 金屬切削刀具

1、2 2 金屬切削刀具金屬切削刀具第一講第一講 內(nèi)容提要內(nèi)容提要2.12.1刀具角度換算刀具角度換算2.22.2車刀車刀 重點與難點重點與難點刀具角度換算刀具角度換算 作業(yè)2.1刀具角度換算刀具角度換算【意義】刀具在設(shè)計、制造、刃磨、測量時所用的參考坐標(biāo)系通常是不同的，因此必須建立不同參考坐標(biāo)系之間的刀具角度換算?！痉椒ā繋缀畏?.1.1 法平面與正交平面內(nèi)前、后角的關(guān)系2.1.2 垂直于基面的任意剖面與正交平面內(nèi)的前、后角關(guān)系2.1.3 最大前角與最小后角2.1.1 2.1.1 法平面與正交平面內(nèi)前、后角的關(guān)系法平面與正交平面內(nèi)前、后角的關(guān)系【法平面Pn】 過主切削刃上一選定點，并且垂直于主切

2、削刃（或其切線）的平面?！颈称矫鍼p】 通過主切削刃上選定點，平行于刀桿軸線并且垂直于基面的平面?！炯俣üぷ髌矫鍼f】 通過主切削刃上選定點，同時垂直于刀桿軸線及基面的平面。 PrPpPf正交平面參考系法平面和正交平面間前角關(guān)系 AOB:Ps AOC:Po BOC:Pr ABC:是Ar的一部分 AB:S A:刀尖 AC:是Ar與Po的交線 EDQ:Pn證明sonsonSSoncoscosPr,QDQD/OCPntgtgFQEQQDFDtgQDEQtgEQFABOBOFQBCOABOFDQABQEABEDQFDQPoFDQPsFDQPoFDQEDQABODQEEODABEODES為作過根據(jù)定義為

3、則作上任點過法平面和正交平面間后角關(guān)系 AOB:Ps AOC:Po BOC:Pr ABC:是Aa的一部分 AB:S A:刀尖 AC:是Aa與Po的交線 EDQ:Pn證明sonsnoSnOScoscosQD/OCPntgtgFQEQEQQDtgFQQDtgABOQEDQFDABODQEEODABEODESABOABC根據(jù)定義為則作上任點過為后刀面，其他同前，假設(shè)結(jié)論1sonsoncoscostgtgtgtg角之間的換算關(guān)系為法平面與正交平面內(nèi)后角之間的換算關(guān)系為法平面與正交平面內(nèi)前2.1.2 2.1.2 垂直于基面的任意剖面與正交平面內(nèi)垂直于基面的任意剖面與正交平面內(nèi)的前、后角關(guān)系的前、后角關(guān)系

4、 假設(shè)垂直于基面的任意剖面Pi與Ps的夾角為i任意剖面前角isioisiiooitgtgtgGIHOFDHGtgDIGIDODIODFDtgDFEFtgHGAHDOHOAHDOAOtgcossincossin任意剖面后角isioiioiositgctgctgEFGOFOEGDOFOctgFDEFODFDctgDFEFtgEGAGDOGOAGDOAOctgcossincossin結(jié)論2iiiitgctgctgtgtgtgcossincossinsoisoi角之間的換算關(guān)系為法平面與正交平面內(nèi)后的換算關(guān)系為與正交平面內(nèi)前角之間垂直于基面的任意剖面2.1.3 2.1.3 最大前角與最小后角最大前角與

5、最小后角pfngiiiiiistg22sosoitantantan,tantantansintancotan00d,最大，記做此時的則可以令前式取極大值為了求得最大前角，對osbtantancot此時，pfb22cotcottan角為同理，可以求出最小后 2.2車刀車刀車刀是研究銑刀，鉆頭，刨刀等其他刀具的基礎(chǔ)。車刀是一種單刃刀具?？梢约庸ね鈭A、端平面、螺紋、內(nèi)孔，切槽和切斷等。典型車削工序145彎頭車刀；290外圓車刀；3外螺紋車刀；475外圓車刀；5成形車刀；690外圓車刀；7切斷刀；8內(nèi)圓切槽刀；9內(nèi)螺紋車刀；10盲孔鏜刀； 11通孔鏜刀2.2.12.2.1車刀的種類、用途和結(jié)構(gòu)車刀的種

6、類、用途和結(jié)構(gòu)車刀分為整體車刀、焊接式車刀和機(jī)械夾固刀片的車刀?！靖咚黉撥嚨丁?整體式【硬質(zhì)合金車刀】 焊接式 機(jī)夾式普通機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位式 GB2078-80規(guī)定有正三角形，正方形，正五邊形，菱形，和圓形等。 上壓式 偏心式 綜合式1.1. 硬質(zhì)合金焊接式車刀硬質(zhì)合金焊接式車刀 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，抗振性能好，制造方便使用靈活。但刀片易產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋。2. 2. 硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀 避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀桿可重復(fù)使用,利用率較高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂紋。3.3.機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀 不需刃磨，刀片材料能較好地保持原

7、有力學(xué)性能、切削性能、硬度和抗彎強(qiáng)度。 減少了刃磨、換刀、調(diào)刀所需的輔助時間，提高了生產(chǎn)效率。可使用涂層刀片，提高刀具耐用度?？赊D(zhuǎn)位式車刀的組成可轉(zhuǎn)位式車刀的組成可轉(zhuǎn)位車刀的刀具角度 可轉(zhuǎn)位車刀的幾何角度不是刃磨出來的，而是由刀片幾何參數(shù)和刀桿上的刀槽幾何參數(shù)綜合結(jié)果而得到的。其中，刀片幾何參數(shù)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB207680規(guī)定由專業(yè)廠制造，刀桿上的刀槽幾何參數(shù)是根據(jù)車刀參數(shù)和刀片的參數(shù)來確定的。 可轉(zhuǎn)位車刀的設(shè)計，是在已知車刀角度和刀片角度的前提下求刀槽的角度。 常用的可轉(zhuǎn)位車刀刀片為=0,0,s=02.2.22.2.2車刀幾何參數(shù)的選擇車刀幾何參數(shù)的選擇2.2.2.1切削角度的選擇前角，后角，

8、主偏角，副偏角，刃傾角等選擇見前面內(nèi)容2.2.2.2其他幾何參數(shù)的選擇(1)過渡刃及其參數(shù)值 主、副切削刃之間的刀尖部分通常制成圓弧或直線過渡刃。(1)過渡刃及其參數(shù)值這兩種過渡刃的參數(shù)選用如下： 圓弧過渡刃： 高速鋼車刀，取r=13mm； 硬質(zhì)合金車刀，取r=0515mm。 直線過渡刃： 過渡刃長度，取b=0.5-2mm或 (0.20.25)ap 切斷刀過渡刃，b0.2bD，bD為切削寬度。(2)切削刃鈍圓半徑 前、后刀面刃磨所形成的車刀切削刃不是一條絕對銳利的直線，而是一個半徑為rn的小圓柱面，稱為切削刃鈍圓半徑。 一般高速鋼車刀比硬質(zhì)合金車刀鋒利。切削刃區(qū)表面有微觀不平度，車刀使用后，初

9、期磨損較快，使rn值迅速增大，然后穩(wěn)定在某一平均值附近。為了減小rn因初期磨損而迅速增大的程度，可對切削刃區(qū)進(jìn)行精磨或研磨，以減小其表面粗糙度值和減小rn值。(3)負(fù)倒棱及其參數(shù)值 負(fù)倒棱是沿著切削刃磨制出帶負(fù)前角的窄棱面，其主要作用是增強(qiáng)切削刃和提高車刀耐用度，負(fù)倒棱不能太寬，否則就成為具有負(fù)前角的前刀面了。 在一般加工條件下，用硬質(zhì)合金切削碳鋼或合金鋼時，可取負(fù)倒棱為br1=(0.30.8)f，01=-10-15；粗加工鑄鋼、鍛鋼件或斷續(xù)切削時，在機(jī)床功率和剛度足夠的情況下，可取br1=(1.52)f, 01=-10-15。2.3孔加工刀具孔加工刀具 重要性：切削加工過程中孔的加工量約40

10、左右 特點：結(jié)構(gòu)尺寸受待加工孔的限制 決定了刀具的結(jié)構(gòu)尺寸不能大于孔徑尺寸 對于小孔徑或深孔，存在刀具強(qiáng)度、剛度問題 對于封閉條件工作的麻花鉆，排屑、導(dǎo)向、冷卻、潤滑困難，導(dǎo)致一系列工藝問題 對于深孔鉆，鉆頭導(dǎo)向問題十分突出 對于孔二次加工的刀具，條件有所改善2.3.1孔加工刀具的種類和用途2.3.2麻花鉆2.3.1孔加工刀具的種類和用途孔加工刀具一般可分為兩大類： 從實體材料上加工出孔 扁鉆:結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小、剛性好以及刃磨方便；導(dǎo)向性差、排屑不暢、重磨次數(shù)少。 整體式=12 裝配式， 較大 麻花鉆: 最大 優(yōu)點：工件硬皮對刀齒沒有直接影響，進(jìn)給絲杠螺母始終保持良好的右側(cè)面接觸，進(jìn)給速度

11、比較均勻 缺點 切厚0時，刀齒在工件表面上擠壓摩擦，刀齒易磨損 工件的表面受到擠壓，冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重 工作時有挑起工件的趨勢，增加了裝夾的要求順銑銑刀切入工件方向與工件進(jìn)給方向一致特點：切削厚度由最大0優(yōu)點：容易切下切削層，刀齒磨損較少，已加工表面質(zhì)量高缺點： 進(jìn)給力與進(jìn)給方向相同，容易引起進(jìn)給速度波動，影響表面粗糙度，有時甚至因為進(jìn)給量突然增加很多，損壞刀齒 工件的表面硬皮對銑刀的磨損影響很大對稱銑與不對稱銑 端銑時，根據(jù)銑刀與工件相對位置的不同，可分為對稱銑削、不對稱逆銑和不對稱順銑三種。 對稱銑削 刀齒切入和切出工件時的切削厚度相等 一般端銑時常用這種方式 不對稱銑削 刀齒切入和切出工件時的

12、切削厚度不相等 采用不對稱銑削可以調(diào)節(jié)切削厚度，以提高刀具耐用度 數(shù)控銑削 數(shù)控銑床可以用軟件通過數(shù)控系統(tǒng)控制幾個軸按一定關(guān)系聯(lián)動，銑出復(fù)雜曲面來，這時一般采用球頭銑刀。 數(shù)控銑床對加工葉輪機(jī)械的葉片、模具的模芯和型腔等形狀復(fù)雜的工件，具有特別重要的意義。a)a)對稱銑削對稱銑削b)b)不對稱逆銑不對稱逆銑c)c)不對稱順銑不對稱順銑2.5拉刀拉刀 拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中，可加工各種內(nèi)、外表面。 拉刀按所加工工件表面的不同，可分為各種內(nèi)拉刀和外拉刀兩類。 拉削工藝范圍2.5.1拉刀的種類和用途 拉削用途和特點 生產(chǎn)率高、工件精度和表面質(zhì)量高 拉刀

13、耐用度高 拉削運動簡單，拉削只有主運動 拉刀制造復(fù)雜，制造成本高，主要用于大批量生產(chǎn) 拉刀的種類和應(yīng)用范圍 內(nèi)拉刀 圓孔拉刀、花鍵拉刀、方孔拉刀、鍵槽拉刀、 齒輪拉刀 外拉刀 平面拉刀 成形表面拉刀 推刀常見拉刀拉削圓孔拉削鍵槽2.5.22.5.2拉刀的結(jié)構(gòu)拉刀的結(jié)構(gòu) 普通圓孔拉刀結(jié)構(gòu)八要素 頭部（柄部）：拉刀夾持部分，用于傳導(dǎo)動力 頸部：連接頭部與過渡錐部，打標(biāo)記，其長度要使拉刀第一刀齒未進(jìn)入工件孔前，拉床的夾頭可以夾住柄部 過渡錐部：使前導(dǎo)部容易進(jìn)入工件孔，對準(zhǔn)中心 前導(dǎo)部：引導(dǎo)工件進(jìn)入切削部，防止拉刀進(jìn)入工件孔后發(fā)生歪斜，檢查拉前孔徑尺寸是否符合要求 切削部：擔(dān)負(fù)切削工作 校準(zhǔn)部：切除彈

14、性恢復(fù)量，校準(zhǔn)修光 后導(dǎo)部：保證拉刀離開工件時的準(zhǔn)確位置，防止工件下垂碰傷已加工表面和刀齒 尾部（支托部）：防止重而長的拉刀自重下垂影響已加工表面和損壞刀齒拉刀切削部分幾何參數(shù) 使用拉刀加工時，除了要根據(jù)工件材料選擇刀齒的前角、后角，根據(jù)工件加工表面的尺寸（如圓孔直徑）確定拉刀尺寸外，還需要確定兩個參數(shù)： （1）齒升量fz即前后兩刀齒（或齒組）的半徑或高度之差； （2）齒距p即相鄰兩刀齒之間的軸向距離。齒升量作業(yè)P9613第四講第四講2.6齒輪刀具齒輪刀具 齒輪是一類非常重要的傳動零件，在各種機(jī)械儀表中應(yīng)用十分廣泛，以致于齒輪一度成為工業(yè)的代表 齒輪齒形的加工方法依然主要采取切削加工和磨削的方

15、法來實現(xiàn) 齒輪刀具是加工齒輪齒形的刀具 2.6.1齒輪刀具的主要類型 2.6.2滾刀2.6.1齒輪刀具的主要類型 按照被加工齒輪的類型分三類 圓柱齒輪刀具 漸開線圓柱齒輪刀具：盤形齒輪銑刀，指形齒輪銑刀，齒輪拉刀，齒輪滾刀，插齒刀，梳齒刀，剃齒刀 非漸開線圓柱齒輪刀具：圓弧齒輪滾刀，擺線齒輪滾刀，花鍵滾刀 蝸輪刀具：蝸輪滾刀，蝸輪飛刀，蝸輪剃齒刀 錐齒輪刀具 直齒錐齒輪刀具：成對刨刀，成對盤銑刀 曲線齒齒輪刀具：弧齒錐齒輪銑刀盤，擺線齒錐齒輪銑刀盤齒輪刀具分類 按照工作原理分二類 成形齒輪刀具 展成齒輪刀具成形齒輪刀具 刀具的切削刃刃廓形與被加工的直齒齒輪端面內(nèi)的槽形相同盤形齒輪銑刀指形齒輪銑

16、刀齒輪拉刀展成齒輪刀具 刀具齒形和工件齒形不同，切齒時刀具和工件有嚙合運動，工件齒形是由刀具的齒形運動軌跡包絡(luò)而成的。齒輪滾刀、插齒刀、梳齒刀、剃齒刀加工非漸開線齒輪的各種滾刀蝸輪刀具和錐齒輪刀具插齒原理展成齒輪刀具的優(yōu)點 能夠加工出成形齒輪刀具難以實現(xiàn)的復(fù)雜形狀的齒面 工作效率高，加工精度高（因為大多無分齒運動） 可以利用一些簡單的曲面（平面，錐面，螺旋面）作為刀具齒形表面，有利于刀具的精密加工及測量 刀具的通用性好，一把刀具可以加工相同模數(shù)、相同壓力角的不同齒數(shù)，不同變位系數(shù)的齒輪 用展成齒輪刀具加工的齒形不僅取決于刀具的刃形，而且與它們之間的展成運動密切相關(guān)2.6.2滾刀 2.6.2.1

17、滾刀基本蝸桿 2.6.2.2齒輪滾刀的結(jié)構(gòu)和類型 2.6.2.3齒輪滾刀的合理使用2.6.2.1滾刀基本蝸桿 滾刀是一個開出容屑槽和切削刃的單頭（多頭）螺旋齒輪，即蝸桿，通常稱其為基本蝸桿（或滾刀產(chǎn)形蝸桿） 該蝸桿的法向模數(shù)和壓力角分別等于被切齒輪的模數(shù)和壓力角。 有兩種基本蝸桿： 漸開線基本蝸桿 阿基米德基本蝸桿基本蝸桿 漸開線基本蝸桿 根據(jù)齒輪嚙合原理，基本蝸桿端面為漸開線齒形，這種基本蝸桿的造形誤差為0。 制造比較困難。漸開線螺旋面在任意端剖面中的截形都是同一個基圓的漸開線 漸開螺旋面的發(fā)生母線是與基圓柱相切平面上的一條斜直線 阿基米德基本蝸桿 過軸線的直線作螺旋運動形成阿基米德螺旋面

18、軸向截面是直線，制造很容易，存在造形誤差2.6.2.2齒輪滾刀的結(jié)構(gòu)和類型u結(jié)構(gòu) 齒輪滾刀按照空間交錯軸螺旋齒輪嚙合原理進(jìn)行齒輪的輪齒加工。滾刀的軸線與被切齒輪的軸線不平行，不相交。 為了使得基本蝸桿能夠進(jìn)行切削，開出容屑槽（直槽或螺旋槽）后，自然形成了滾刀的前刀面。制造中還要在這個蝸桿上鏟出側(cè)后刀面和頂后刀面，從而使得滾刀每一刀齒的具有“四面、三刃、兩尖”的幾何結(jié)構(gòu)。 為了保證正確加工，滾刀的三個切削刃都必須位于基本蝸桿上。 基本蝸桿多為右旋的，也有左旋的。分類1、整體齒輪滾刀滾刀的容屑槽形成了前刀面，目前生產(chǎn)中常用的為零前角。頂刃和側(cè)刃均經(jīng)鏟磨后形成后刀面和后角。頂刃后角一般取1012度，

19、側(cè)刃后角大約為3度。2、鑲齒齒輪滾刀3、硬質(zhì)合金齒輪滾刀2.6.2.3齒輪滾刀的合理使用 容屑槽直槽（槽/滾刀軸線）：適用于小螺旋升角滾刀螺旋槽（槽滾刀螺旋線）適用于大螺旋升角滾刀 滾刀直徑d0d0- 0 -滾刀的造形誤差d0太大-相同速度下轉(zhuǎn)速n-生產(chǎn)率制造困難，成本 頭數(shù)雙頭比單頭生產(chǎn)率提高3040，三頭比單頭生產(chǎn)率提高50頭數(shù)， 0，造形誤差，Ra齒輪齒距精度 滾刀的磨損和竄刀：標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的長度為滾刀導(dǎo)程的45倍 螺旋方向:10時一般做成右旋；10時，滾刀旋向與齒輪相同 刃磨和校驗：重磨前刀面2.6.2.4蝸輪滾刀蝸輪滾刀加工蝸輪的過程是模擬蝸輪與蝸桿嚙合的過程。蝸輪滾刀相當(dāng)于原工件蝸

20、桿，只是在齒面上做出切削刃，這些切削刃都應(yīng)在原工作蝸桿的螺旋面上。蝸輪滾刀的基本蝸桿必須和原工作蝸桿保持一致，而不能用漸開線或其他蝸桿。蝸輪滾刀是按原蝸桿設(shè)計的專用刀具，生產(chǎn)中阿基米德蝸桿用得較多。2.7砂輪砂輪 磨削是一種非常重要的加工方法 磨削是機(jī)械加工中使用最廣泛的精加工方法 加工精度：IT6-IT4,Ra1.25-0.01，甚至可達(dá)0.008m 磨削對各種工件材料和多種幾何表面具有廣泛的適應(yīng)性 各種表面：內(nèi)孔，外圓，平面，螺紋，齒輪，花鍵，導(dǎo)軌，成形面，等 一般金屬材料：鋼材，鑄鐵，銅鋁，等 難切削超硬材料:淬火鋼，硬質(zhì)合金，等 非金屬材料：木材，橡膠，塑料，玻璃，陶瓷，石材，等 現(xiàn)代

21、加工中，開始把磨削擴(kuò)大到粗加工領(lǐng)域，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量 砂輪是磨削加工中使用最廣泛的磨具常見磨削形式2.7.1砂輪參數(shù)及其選擇 砂輪是一種用結(jié)合劑把磨料顆粒粘結(jié)在一起后經(jīng)過焙燒而成，具有很多氣孔，用磨料進(jìn)行切削的刀具。由六大要素組成 磨料 粒度 結(jié)合劑 組織 硬度 形狀磨料 磨料是砂輪的主要成分，它直接擔(dān)負(fù)著切削工作，因此它應(yīng)具有鋒利的形狀、很高的硬度和熱硬性、適當(dāng)?shù)膱皂g性，以便磨下工件材料并承受磨削力和磨削熱的作用。 制造普通砂輪的磨料主要有氧化物系和碳化物系兩大類 氧化物系（剛玉系A(chǔ)l2O3）適于磨鋼材 棕剛玉：A(棕褐色）韌性好，磨削碳素鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵、硬青銅 白剛玉：WA(白色

22、)硬度高韌性較低，磨削淬火鋼、高速鋼、高碳鋼 鉻剛玉：PA（玫瑰紅色）硬度稍低韌性比白剛玉好，磨削高速鋼不銹鋼 碳化物系SiC，適于磨脆性材料 黑色碳化硅：C(黑色）磨鑄鐵、黃銅、鋁、耐火材料及非金屬材料 綠色碳化硅：GC(綠色)磨硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、玻璃粒度【定義】表示磨料顆粒的尺寸大小，以磨粒剛好能夠通過的篩網(wǎng)的網(wǎng)號表示（篩網(wǎng)號指每英寸長度上孔眼的數(shù)目） 粒度號越大，顆粒越細(xì)，eg.46# 當(dāng)磨粒的直徑小于40微米時，粒度號為顆粒最大尺寸的微米數(shù)，在粒度號前加W，eg.W20，粒度號越小，顆粒越細(xì)。【選用準(zhǔn)則】 粗磨：粗粒度（3046） 精磨：細(xì)粒度（60120） 材料軟、塑性大、磨削面

23、積大時,為避免堵塞砂輪用粗粒度結(jié)合劑【定義】 將磨粒粘結(jié)在一起，使砂輪具有必要的形狀和強(qiáng)度的材料?！痉诸悺?陶瓷V：由黏土、長石、滑石、硼玻璃、硅石等陶瓷材料配成，穩(wěn)定、耐水、耐酸、耐熱、價廉、性脆，廣泛使用 樹脂B：主要成份為酚醛樹脂，也可用環(huán)氧樹脂。強(qiáng)度高、彈性好，可以做得很薄，用于高速磨削、切斷、切槽 橡膠R(X)：合成或天然像膠，結(jié)合強(qiáng)度高，彈性、自銳性好，適于無心磨的導(dǎo)輪、拋光輪及薄片砂輪 金屬J：強(qiáng)度高，成形性好，有一定韌性，自銳性差，用于制作各種金剛石砂輪組織【定義】砂輪中磨料、結(jié)合劑和氣孔三者之間的體積比例關(guān)系。常用氣孔所占百分比例表示。 氣孔率：砂輪中氣孔數(shù)量的大小 磨粒率：

24、磨料在砂輪中所占的百分比，它間接地反映了砂輪的疏密程度 磨料所占比例越大，砂輪的組織越緊密，反之，組織疏松?！痉诸悺?高密度(緊密)（0-20）：重壓力下的磨削 中等密度（20-40）：一般磨削 疏松密度（40-60）：平面磨、內(nèi)圓磨 砂輪未表明組織號者為中等密度組織類別緊密中等疏松組織號01234567891011 12磨粒占砂輪體積(%)62 605856 545250 4846444240 38硬度【定義】砂輪工作時在磨削作用下磨料脫落的難易程度。易脫落則硬度低，反之硬度高。主要取決于結(jié)合劑的粘結(jié)能力及其所占比例，而與磨料本身硬度無關(guān)。新國標(biāo)分16級。【選擇原則】工件材料硬度： 硬材料：軟砂輪 軟材料：硬砂輪材料導(dǎo)熱性差時選軟砂輪與工件接觸面積大，接觸時間長時用軟砂輪