金屬切削刀具的基本知識1課件

金屬切削刀具的基本知識金屬切削刀具的基本知識1金屬切削刀具的基本知識金屬切削刀具的基本知識2一、金屬切削加工的基本概念1.切削運動一、金屬切削加工的基本概念1.切削運動（1）主運動由機(jī)床或人力提供的刀具與工件之間主要的相對運動,它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料，使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?從而形成工件的新表面。在切削運動中，主運動速度最高、耗功最大，是切下切屑所必須的基本運動。①主運動方向切削刃上選定點相對于工件的瞬時主運動方向。②切削速度vc切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。（1）主運動由機(jī)床或人力提供的刀具與①主運動方向切削刃上刀具與工件之間附加的相對運動,它配合主運動依次地或連續(xù)不斷地切除切屑,從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。進(jìn)給運動可由刀具完成(如車削)，也可由工件完成(如銑削)，可以是間歇的（如刨削）,也可以是連續(xù)的（如車削）。（2）進(jìn)給運動①進(jìn)給運動方向切削刃上選定點相對于工件的瞬時進(jìn)給方向。②進(jìn)給速度vf

切削刃上選定點相對于工件的進(jìn)給運動的瞬時速度。主運動和進(jìn)給運動合成的運動稱為合成切削運動。（3）合成切削運動刀具與工件之間附加（2）進(jìn)給運動①進(jìn)給各種切削加工的切削運動各種切削加工的切削運動切削刃相對于工件的運動過程,就是表面形成過程。在這個過程中,切削刃相對于工件的運動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。有兩個要素，一是切削刃,二是切削運動。不同的切削運動的組合,即可形成各種工件表面。2、切削加工過程中的工件表面切削刃相對于工件的運動過程,就是表面形成過程。2、切削加工車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。車削加工過程中工件上有三個不斷變化著的表面（圖1-1）。（1）待加工表面工件上待切除的表面。（2）已加工表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。（3）過渡表面工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之間的過渡表面。車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。3、切削要素切削要素主要指控制切削過程的切削用量要素和在切削過程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。（1）切削用量要素①切削速度對切削運動定量描述的重要指標(biāo)之一。外圓車削的切削速度為vc=πdwn/1000②進(jìn)給量是指刀具在進(jìn)給運動方向上相對工件的位移量。

當(dāng)主運動是回轉(zhuǎn)運動時，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/r；

當(dāng)主運動是直線運動時，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運動一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/str或mm/單行程；3、切削要素切削要素主要指控制切削過程的切削用量要素和在切削對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量fz，單位為mm/z或mm/齒。它與進(jìn)給量f的關(guān)系為f=zfz車削時進(jìn)給速度vf可由下式計算vf=fn銑削時進(jìn)給速度為vf=fn=zfzn合成切削速度ve可表達(dá)為vc=ve+vf對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。2、六點定位原理應(yīng)用舉例刀具與工件之間附加有利于散熱，提高鉆頭耐用度通過切削刃上的考查點，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。在這個過程中,切削刃相對于工件的運動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。但是逆銑時刀齒是從切削層內(nèi)部開始工作的，當(dāng)工件表面有硬皮時，對刀齒沒有直接影響；切削溫度在500～650°C時仍能進(jìn)行切削。2）刀體強(qiáng)度和剛性較好；（2）副切削刃S'前面與副后面在空間的交線。鎢鈷類（WC+Co）；（2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是正交平面參考系,其它參考系有法平面參考系、假定工作平面參考系等。工件材料強(qiáng)度、硬度較低時，應(yīng)取較大前角，反之應(yīng)取較小的前角。③背吃刀量ap在基面上垂直于進(jìn)給運動方向測量的切削層最大尺寸,外圓車削:ap＝(dw-dm)/2

vc、f、ap

構(gòu)成了普通外圓車削的切削用量三要素。材料切除率，用Qz表示三要素的乘積作為衡量指標(biāo)，單位為mm3/min，Qz=1000vcfap由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜（2）切削層參數(shù)切削層是指在切削過程中，由刀具在切削部分的一個單一動作（或指切削部分切過工件的一個單程，或指只產(chǎn)生一圈過渡表面的動作）所切除的工件材料層（圖1－2）。①切削層公稱厚度hD垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。

hD＝fsinKr②切削層公稱寬度bD平行于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。bD＝ap／sinKr（2）切削層參數(shù)切削層是指在切削過程中，由刀具在切削圖2－3車削時的切削層尺寸圖2－3車削時的切削層尺寸③切削層公稱橫截面積AD在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。AD＝hDbD=apf上述公式中可看出hD、bD均與主偏角有關(guān)，但切削層公稱橫截面積AD只與hD、bD或f、ap有關(guān)。③切削層公稱橫截面積AD在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。上二、刀具角度（一）刀具的構(gòu)成由工作部分和非工作部分構(gòu)成。

車刀的工作部分比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。二、刀具角度（一）刀具的構(gòu)成由工作部分和非工作部分構(gòu)成。（1)前刀面Aγ切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀面Aα與工件正在被切削加工的表面（過渡表面）相對的刀面。（3)副后刀面Aα‘與工件已切削加工的表面相對的刀面。刀具切削部分的基本定義圖2－4（1)前刀面Aγ切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀高速鋼的主要物理力學(xué)性能見表2-1(p15)。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。（2）副切削刃S'前面與副后面在空間的交線。由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料。成(如銑削)，可以是間歇的參考系可分為刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設(shè)計、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響依次地或連續(xù)不斷地切除1）刀齒數(shù)多（6～12個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；是指刀具在進(jìn)給運動方向上相對工件的位移量。習(xí)題:2-7、2-8。銑削鑄鐵件：γo=5°～15°可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。起傳動作用，不起定位作用可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。缺點是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。用于對已鉆孔的進(jìn)一步加工，IT10~IT11級；圖2－4車刀的構(gòu)成高速鋼的主要物理力學(xué)性能見表2-1(p15)。圖2－4車2.刀刃（1）主切削刃S前面與主后面在空間的交線。（2）副切削刃S'前面與副后面在空間的交線。3．刀尖三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。在實際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。2.刀刃（1）主切削刃S前面與主后面在空間的交線。（2刀具角度是為刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量時所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面稱為參考系;參考系可分為刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類。（三）定義刀具角度的參考系刀具角度是為刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量時所使用的幾何參數(shù)，它在設(shè)計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系稱為刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系。1．刀具靜止參考系在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是正交平面參考系,其它參考系有法平面參考系、假定工作平面參考系等。在設(shè)計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何1．刀具靜止參考2.正交平面參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。圖2－6(1)基面pr通過切削刃上選定點，垂直于該點切削速度方向的平面。通常平行于車刀的安裝面（底面）。(2)切削平面ps通過切削刃上選定點，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。(3)正交平面po通過切削刃上選定點，同時與基面和切削平面垂直的平面。2.正交平面參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。圖2-6正交平面參考系圖2-6正交平面參考系（三）刀具的標(biāo)注角度（1）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr

主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動速度vf

方向之間的夾角。2）副偏角κr′副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動速度vf反方向之間的夾角。3）刀尖角εr

主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，它是派生角度。εr=180°-(κr＋κr′)εr是標(biāo)注角度是否正確的驗證公式之一。4）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數(shù)將改變刀尖的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑rε描述，當(dāng)rε=0時為尖角過渡，rε＞0時為圓角過渡，直線過渡時用κε

和bε參數(shù)描述(圖1-6)p10。（三）刀具的標(biāo)注角度（1）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr（2）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角λs主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或測量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行時λs=0°；當(dāng)?shù)都恻c相對基面處于主切削刃上的最高點時λs＞0°；反之λs≤0°。

（2）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角λs指兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角。的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑rε描述，當(dāng)rε=0時為(1)工作基面pre在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。工件材料越軟、塑性越大，后角越大；因此，大大提高了切削效率和加工質(zhì)量。習(xí)題:2-7、2-8。三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。軸向進(jìn)給車外圓時，合成切削運動產(chǎn)生的加工軌跡是阿基米德螺旋線，從而使工作前角γoe增大、工作后角αoe減小(圖2-10)。（4）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，制造、維修要方便。工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。2）端銑刀的幾何角度2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響當(dāng)主運動是回轉(zhuǎn)運動時，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/r；鎢鈷類（WC+Co）；硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀在這個過程中,切削刃相對于工件的運動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。圖2-6正交平面參考系由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料。同時，工件表面受到較大的擠壓應(yīng)力，冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，更加劇刀齒磨損，并影響已加工表面質(zhì)量。（3）正交平面中測量的刀具角度1)前角γO

前面與基面之間的夾角。2)后角αo

后面與切削平面之間的夾角。3)楔角βo

前面與后面之間的夾角，它是個派生角。它與前角、后角有如下的關(guān)系：βo＝90°－(γO＋αo)βo也是判斷標(biāo)注是否正確的驗證式之一。說明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運動的影響等條件下確定的。指兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角。（3）正交平面

圖2－7車刀的主要角度圖2－7車刀的主要角度（四）刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設(shè)計、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。1．刀具工作參考系的建立與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點就在于它以合成切削運動υe或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre。由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面pse的變化，從而導(dǎo)致工作前角γoe、工作后角αoe

的變化。（四）刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角刀具工作參考系(1)工作基面pre通過切削刃上的考查點，垂直于合成切削運動速度方向的平面。(2)工作切削平面pse通過切削刃上的考查點，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。(3)工作正交平面poe通過切削刃上的考查點，同時垂直于工作基面、工作切削平面的平面。刀具工作參考系(1)工作基面pre通過切削刃上的考查點，垂2．刀具工作角度的分析在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度(γoe、αoe、κre、κ’re、α’oe、λse)的變化，對刀具角度設(shè)計補(bǔ)償量以及對切削加工過程的影響情況。在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。2．刀具工作角度的分析在工作正交平面參1）橫向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響（1）進(jìn)給運動對工作前、后角的影響1）橫向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響（1）進(jìn)給運動對工作前、2）軸向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響軸向進(jìn)給車外圓時，合成切削運動產(chǎn)生的加工軌跡是阿基米德螺旋線，從而使工作前角γoe增大、工作后角αoe減小(圖2-10)

。2）軸向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響軸向進(jìn)給車外圓時圖2－10軸向進(jìn)給運動對工作角度的影響圖2－10軸向進(jìn)給運動對工作角度的影響用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。若切削刃低于工件中心，則工作角度的變化情況正好相反。加工內(nèi)表面時，情況與加工外表面相反。如圖2-11所示。（3）刀具安裝位置對刀具工作角度的影響1)刀尖安裝高低對工作前、后角的影響圖2－11用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心圖2－11刀尖安裝高低對工作角度的影響圖2－11刀尖安裝高低對工作角度的影響當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。如圖1-12所示。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏圖2－12車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響圖2－12車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響三、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對工件要有良好的切削性能。刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評估的三要素。三、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)1.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌性（3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性（4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性（5）導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，延長刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價格低廉。1.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的2.常用刀具材料工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷超硬刀具材料推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。高速鋼和硬質(zhì)合金的主要物理力學(xué)性能見表2-1、2(p15)。2.常用刀具材料工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼1．高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)62～66HRC,抗彎強(qiáng)度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進(jìn)行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。1．高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為:鎢系和鉬系。

（1）高速鋼的分類

按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。（1）高速鋼的分類（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用。高性能高速鋼高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)67～70HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號有M42、5O1。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮氣霧化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。高速鋼的主要物理力學(xué)性能見表2-1(p15)。（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr4硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89～93HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)800～1000°C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍。

2．硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀鎢鈷類（WC+Co）；鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）；添加稀有金屬碳化物類（WC+TiC+TaC+（NbC）+Co）；碳化鈦基類（TiC+WC+Ni+Mo）。（1）硬質(zhì)合金的分類

鎢鈷類（WC+Co）；（1）硬質(zhì)合金的分類第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面稱為參考系;確定夾緊力作用方向的原則圖2－12車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響鎢鈷類硬質(zhì)合金代號為YG，屬K類。它是待加工表面和已加工表面之間的過渡表面。3）夾緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向為改善切削條件，并能與切削刃上變化的前角相適應(yīng)，而使各點的楔角大致相等，麻花鉆的后角刃磨時應(yīng)由外緣向中心逐漸增大。不同的切削運動的組合,即可形成各種工件表面。（2）擴(kuò)孔鉆與麻花鉆的比較是在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面間的夾角。硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是正交平面參考系,其它參考系有法平面參考系、假定工作平面參考系等。（2）擴(kuò)孔鉆與麻花鉆的比較圖2－20橫刃切削角度點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形（圖）。刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。工件上切削刃正在切削的表面。（2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能鎢鈷類硬質(zhì)合金代號為YG，屬K類。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)類硬質(zhì)合金，有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，適合于加工產(chǎn)生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金代號為YT，屬P類。它以WC為基體,添加TiC，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金代號為YW，屬M類。它在YT(P)類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，這樣可提高抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。常用硬質(zhì)合金的牌號與性能見表2-2（p18)。第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。（2）常用硬質(zhì)合金3．涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al203及其復(fù)合材料等,涂層厚度隨刀具材料不同而異。（1）TiC涂層硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。（2）TiN涂層在高溫時能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。3．涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難（3）TiC—TiN復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。（4）TiC-Al203復(fù)合涂層第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用TiC-TiN復(fù)合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復(fù)合涂層。（3）TiC—TiN復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不4．其它刀具材料以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。其優(yōu)點是硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力強(qiáng)；其缺點是脆性大、抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制；可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。（1）陶瓷刀具材料（2）金剛石刀具材料

碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅硬物質(zhì)。由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料。也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。缺點是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。4．其它刀具材料以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高（3）立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。它有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在1300℃時不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)低。因此可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的加工。（3）立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具

應(yīng)當(dāng)指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速鋼及硬質(zhì)合金，只有在加工難加工材料時，才考慮選用新牌號合金或高性能高速鋼，在加工高硬度材料或精密加工時，才考慮選用超硬材料。

習(xí)題:2-7、2-8。應(yīng)當(dāng)指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速鋼及硬四、刀具角度的選擇1.前角γO

（1）功用γO

刀刃鋒利，切屑變形切削力和切削功率刀刃和刀尖強(qiáng)度，散熱體積刀具壽命四、刀具角度的選擇1.前角γO（1）功用γOγo1Prγo2γo1Prγo2（2）選擇前角大小取決于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料強(qiáng)度、硬度較低時，應(yīng)取較大前角，反之應(yīng)取較小的前角。加工塑性材料時，應(yīng)取較大前角，加工脆性材料時，應(yīng)取較小的前角。刀具材料韌性好（高速鋼），取較大前角，反之（硬質(zhì)合金）取較小前角。粗加工時，取較小前角，精加工時，取較大前角。

（2）選擇前角大小取決于：工件材料、工件材料強(qiáng)度、硬度較低時2.后角αo

（1）功用αo

后刀面與工件的摩擦后刀面的磨損率（2）選擇后角大小取決于：切削厚度、工件材料及工藝系統(tǒng)剛度。切削厚度越大，后角越小；工件材料越軟、塑性越大，后角越大；工藝系統(tǒng)剛度較差時，適當(dāng)減小后角；

2.后角αo（1）功用αo后刀面與工件的摩擦后刀面的磨損率3.主偏角κr

和副偏角κr′

（1）功用κr和κr′

刀刃強(qiáng)度表面粗糙度背向力Fp殘留面積高度，散熱條件刀具壽命，進(jìn)給力Ff3.主偏角κr和副偏角κr′（1）功用κr和κr′刀刃kr1Kr’kr2FpFfkr1Kr’kr2FpFf（2）選擇工藝系統(tǒng)剛性較好時，主偏角取較小值；反之取較大值。副偏角大小取決于表面粗糙度（5°?15°)，粗加工時取大值，精加工取小值。（2）選擇工藝系統(tǒng)剛性較好時，主偏角取較小值；反之取較大值。推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。切削厚度越大，后角越?。沪耾也是判斷標(biāo)注是否正確的驗證式之一。鎢鈷類（WC+Co）；工藝系統(tǒng)剛度較差時，適當(dāng)減小后角；金屬切削刀具的基本知識在高溫時能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。銑削鋼件：γo=10°～20°切削溫度在500～650°C時仍能進(jìn)行切削。垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。成(如銑削)，可以是間歇的2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響（2）常用高速鋼的牌號與性能③背吃刀量ap圖2－16可轉(zhuǎn)位式車刀的組成也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。2）刀體強(qiáng)度和剛性較好（容屑槽淺，芯部直徑大）；1)前角γO前面與基面之間的夾角?？捎糜阡摗㈣T鐵類零件的車削、銑削加工。4.刃傾角λs

（1）功用（2）選擇主要影響刀頭的強(qiáng)度和切屑的流動方向。加工一般鋼料和鑄鐵，無沖擊時：粗車λs

＝0°?－5°，精車λs

＝0°?+5°；有沖擊時：λs

＝－5°?－15°；特別大時：λs

＝－30°?－45°。切削加工高強(qiáng)度鋼、冷硬鋼時：λs

＝－30°?－45°。推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。4.第二節(jié)常用金屬切削刀具一、車刀1.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。車刀是金屬切削加工中使用最廣泛的刀具，它可以在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床、立式車床、自動與半自動車床上，完成工件的外圓、端面、切槽或切斷等不同的加工工序。（圖2－13）

圖2－13第二節(jié)常用金屬切削刀具一、車刀1.硬質(zhì)合金焊接圖2-13幾種常用的車刀1－45°彎頭車刀；2－90°外圓車刀；3－外螺紋車刀；4－75°外圓車刀；5－成形車刀；6－90°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－通孔鏜刀圖2-13幾種常用的車刀1－45°彎頭車刀；2－90

2.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.機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀

1.不需刃磨，刀片材料能較好地保持原有力學(xué)性能、切削性能、硬度和抗彎強(qiáng)度。2.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。3.可使用涂層刀片，提高刀具耐用度。2.硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀避免焊接圖2－16可轉(zhuǎn)位式車刀的組成圖2－16可轉(zhuǎn)位式車刀的組成二、孔加工刀具

1.麻花鉆主要用于孔的粗加工，IT11級以下；表面粗糙度Ra25μm~6.3μm。1）麻花鉆的構(gòu)造圖2－182）麻花鉆的主要幾何參數(shù)（1）螺旋角β

指鉆頭最外緣處螺旋線的切線與鉆頭軸線的夾角。二、孔加工刀具1.麻花鉆主要用于孔圖2－18麻花鉆的組成和切削部分圖2－18麻花鉆的組成和切削部分

螺旋角對切削過程的影響β

γf軸向力和扭矩切削輕快切削刃強(qiáng)度和散熱條件刀具壽命螺旋角的大小不僅影響排屑情況，而且它就是鉆頭的軸向前角。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的螺旋角β=18°~

30°。黃銅、軟青銅：β=10°~

17°

輕合金、紫銅：

β=35°~40°

高強(qiáng)度鋼、鑄鐵:圖β=10°~

15°2－13螺旋角對切削過程的影響βγf軸向力和扭矩切削輕快切削刃強(qiáng)度（2）頂角2φ

指兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角。（圖2－18b）螺旋角對切削過程的影響2φ

主切削刃長度單位切削刃上的負(fù)荷及軸向力鉆尖強(qiáng)度有利于散熱，提高鉆頭耐用度而扭矩（2）頂角2φ指兩主切削刃在與它們平行的平（3）前角γo

是在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面間的夾角。（圖2－19）由于鉆頭的前刀面是螺旋面，且各點處的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各處的前角也是不相同的，由外緣向中心逐漸減小。在圖樣上，鉆頭的前角不予標(biāo)注，而用螺旋角表示。（3）前角γo是在正交平面內(nèi)測量的前刀面與圖2－19麻花鉆的幾何角度圖2－19麻花鉆的幾何角度鎢鈷類硬質(zhì)合金代號為YG，屬K類。由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面pse的變化，從而導(dǎo)致工作前角γoe、工作后角αoe的變化。圖2－23鉸刀的結(jié)構(gòu)確定夾緊力作用點的原則同時作用于工件上的進(jìn)給力Ff與其進(jìn)給方向相反，使銑床工作臺進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的絲杠螺母始終保持良好的右側(cè)面接觸，因此進(jìn)給速度比較平穩(wěn)。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響單位切削刃上的負(fù)荷及軸向力在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。（2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能通用型高速鋼W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。圖2-6正交平面參考系（圖2－28）硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。車刀是金屬切削加工中使用最廣泛的刀具，它可以在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床、立式車床、自動與半自動車床上，完成工件的外圓、端面、切槽或切斷等不同的加工工序。（2）擴(kuò)孔鉆與麻花鉆的比較2、六點定位原理應(yīng)用舉例（4）后角αf

是在假定工作平面內(nèi)測量的切削平面與主后刀面之間的夾角。（圖2－19）為改善切削條件，并能與切削刃上變化的前角相適應(yīng)，而使各點的楔角大致相等，麻花鉆的后角刃磨時應(yīng)由外緣向中心逐漸增大。鎢鈷類硬質(zhì)合金代號為YG，屬K類。（4）后角αf（5）橫刃角度

橫刃角度包括橫刃斜角ψ、橫刃前角γoψ、和橫刃后角α

oψ。（圖2－20）由于橫刃前角為負(fù)值，因此橫刃的切削條件很差，切削時因產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓而產(chǎn)生很大的軸向力。對于直徑較大的麻花鉆，一般都需要修磨橫刃。（5）橫刃角度橫刃角度包括橫刃斜角ψ、橫刃圖2－20橫刃切削角度圖2－20橫刃切削角度

2.擴(kuò)孔鉆用于對已鉆孔的進(jìn)一步加工，IT10~IT11級；表面粗糙度6.3

~3.2μm。（1）擴(kuò)孔鉆的類型

（2）擴(kuò)孔鉆與麻花鉆的比較

圖2－211）刀齒數(shù)多（3～4個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；2）刀體強(qiáng)度和剛性較好；3）沒有橫刃，改善了切削條件。因此，大大提高了切削效率和加工質(zhì)量。2.擴(kuò)孔鉆用于對已鉆孔的進(jìn)一步加工金屬切削刀具的基本知識1課件

3.鉸刀用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，IT6~IT8級；表面粗糙度1.6

~0.4μm。（1）鉸刀的類型

（2）鉸刀與擴(kuò)孔鉆的比較

圖2－221）刀齒數(shù)多（6～12個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；2）刀體強(qiáng)度和剛性較好（容屑槽淺，芯部直徑大）；因此，鉸孔的加工質(zhì)量更好。3.鉸刀用于中、小尺寸孔的半精加圖2－22鉸刀的類型（a）直柄機(jī)用鉸刀（b）錐柄機(jī)用鉸刀c）硬質(zhì)合金錐柄機(jī)用鉸刀（d）手用鉸刀（e）可調(diào)節(jié)手用鉸刀（f）套式機(jī)用鉸刀（g）直柄莫式圓錐鉸刀（h）手用1:50錐度鉸刀圖2－22圖2－23鉸刀的結(jié)構(gòu)圖2－23鉸刀的結(jié)構(gòu)三、銑刀

1.銑刀的幾何角度主要用于平面、臺階、溝槽和各種成形面的加工。（圖）1）圓柱銑刀的幾何角度

圖2－24

前角為了便于制造，規(guī)定圓柱銑刀的前角用法平面前角γn表示。銑削鋼件：γo=10°～20°銑削鑄鐵件：γo=5°～15°三、銑刀1.銑刀的幾何角度主要用圖銑刀種類圖銑刀種類圖2－24圓柱銑刀的幾何角度圖2－24圓柱銑刀的幾何角度

后角圓柱銑刀的后角是用正交平面后角αo表示。（圖）粗加工：αo＝12°精加工：αo＝16°

螺旋角圓柱銑刀的螺旋角β就是其刃傾角λ它能使切削刃逐漸切入和切離工件，而且同時工作齒數(shù)較多，故能提高銑削過程的平穩(wěn)性。粗齒銑刀：β＝40°～60°細(xì)齒銑刀：β＝

30°～35°后角圓柱銑刀的后角是用正交平面后角αo表2）端銑刀的幾何角度

端銑刀的每個刀齒類似車刀，有主、副切削刃和過渡刃。在正交平面系內(nèi)端銑刀的標(biāo)注角度有：γo、αo、kr、k’r和λs。圖2－25

2.硬質(zhì)合金端銑刀2）端銑刀的幾何角度端銑刀的每個刀齒類似車圖2－25端銑刀的幾何角度圖2－25端銑刀的幾何角度

3.銑削方式及合理選用銑削方式是指銑削時銑刀相對于工件的運動和位置關(guān)系。不同的銑削方式對刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、銑削過程的平穩(wěn)性及切削加工的生產(chǎn)率等都有很大的影響。（1）圓周銑削法（周銑法）

周銑法有兩種銑削方式：逆銑法和順銑法。3.銑削方式及合理選用銑削方式是1）逆銑逆銑時，刀齒的切削厚度從ac=0至acmax。當(dāng)ac=0時，刀齒在工件表面上擠壓和摩擦，刀齒較易磨損。同時，工件表面受到較大的擠壓應(yīng)力，冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，更加劇刀齒磨損，并影響已加工表面質(zhì)量。此外，逆銑時刀齒作用于工件上的垂直進(jìn)給力FfN朝上有挑起工件的趨勢，這就要求工件裝夾緊固。但是逆銑時刀齒是從切削層內(nèi)部開始工作的，當(dāng)工件表面有硬皮時，對刀齒沒有直接影響；同時作用于工件上的進(jìn)給力Ff與其進(jìn)給方向相反，使銑床工作臺進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的絲杠螺母始終保持良好的右側(cè)面接觸，因此進(jìn)給速度比較平穩(wěn)。（圖）銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進(jìn)給方向相反。（圖2－28）1）逆銑逆銑時，刀齒的切削厚度從ac圖2－28逆銑與順銑（a）逆銑（b）順銑圖2－28逆銑與順銑金屬切削刀具的基本知識1課件（2）端面銑削法（端銑法）

1）對稱銑削刀齒切入工件與切出工件的切削厚度ac相同者稱為對稱銑削。（圖2－29a）2）不對稱銑削刀齒切入時的切削厚度小于或大于切出時的切削厚度者稱為不對稱銑削。（圖2－29bc）（2）端面銑削法（端銑法）1）對稱銑削刀圖3－12連桿的定位1－定位銷2－支承板3－圓柱銷4－工件圖3－12連桿的定位金屬切削刀具的基本知識1課件金屬切削刀具的基本知識1課件金屬切削刀具的基本知識1課件應(yīng)該限制五個自由度：

2、六點定位原理應(yīng)用舉例1）、在長方體工件上銑通槽2）、在長方體工件上銑不通槽OXYZ應(yīng)該限制六個自由度：不完全定位完全定位應(yīng)該限制五個自由度：2、六點定位原理應(yīng)用舉例1）、在長方體工應(yīng)該限制一個自由度：3）、在球面上銑平面4）、在車床上車外圓OXYZ應(yīng)該限制四個自由度：不完全定位不完全定位應(yīng)該限制一個自由度：3）、在球面上銑平面4）、在車床上車外圓分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？1）車光軸外圓2）車套筒外圓

起傳動作用，不起定位作用

起夾緊作用，不起定位作用分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？1）車光軸外圓分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？3）車光軸外圓的三種安裝方式。a)b)c)

分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度？3）車光軸外圓四、工件的夾緊（一）夾緊裝置

由動力裝置和夾緊機(jī)構(gòu)兩大部分組成圖2－110夾緊裝置組成示例1－氣缸（動力裝置）2－壓板（夾緊機(jī)構(gòu)）3－彈簧銷4－偏心輪5－調(diào)整螺釘1.夾緊裝置的組成四、工件的夾緊（一）夾緊裝置由動力裝置和夾緊2.夾緊裝置的基本要求（1）夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置；（2）夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉(zhuǎn)動、不振動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形；（3）夾緊機(jī)構(gòu)的操作應(yīng)安全、方便、迅速、省力；（4）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，制造、維修要方便。2.夾緊裝置的基本要求（1）夾緊時不能破壞工件在夾具中占有2）夾緊力的作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位（圖2－112）。1）夾緊力的作用點應(yīng)正對支承元件或位于支承元件所形成的支承平面內(nèi)（圖2－111）；3）夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形（圖）。1.確定夾緊力作用點的原則（二）夾緊力的確定2）夾緊力的作用點應(yīng)位于工件剛性較好的部位（圖2－112）。圖2－111夾緊力作用點的選擇1－夾具體2－工件3－定位支承圖2－111夾緊力作用點的選擇圖2－112夾緊力作用點對工件變形的影響圖2－112夾緊力作用點對工件變形的影響圖2－113薄壁件的夾緊圖2－113薄壁件的夾緊圖夾緊點靠近加工表面圖夾緊點靠近加工表面2.確定夾緊力作用方向的原則1）夾緊力的方向應(yīng)使定位基面與定位元件接觸良好，以保證工件定位準(zhǔn)確可靠（圖2－114）2）夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形（圖3－15）3）夾緊力的方向應(yīng)盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減小夾緊力2.確定夾緊力作用方向的原則1）夾緊力的方向應(yīng)使定位基面圖2－114夾緊力垂直指向主要支承面圖2－114夾緊力垂直指向主要支承面圖2－115夾緊力方向與工件剛性關(guān)系圖2－115夾緊力方向與工件剛性關(guān)系金屬切削刀具的基本知識金屬切削刀具的基本知識106金屬切削刀具的基本知識金屬切削刀具的基本知識107一、金屬切削加工的基本概念1.切削運動一、金屬切削加工的基本概念1.切削運動（1）主運動由機(jī)床或人力提供的刀具與工件之間主要的相對運動,它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料，使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?從而形成工件的新表面。在切削運動中，主運動速度最高、耗功最大，是切下切屑所必須的基本運動。①主運動方向切削刃上選定點相對于工件的瞬時主運動方向。②切削速度vc切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。（1）主運動由機(jī)床或人力提供的刀具與①主運動方向切削刃上刀具與工件之間附加的相對運動,它配合主運動依次地或連續(xù)不斷地切除切屑,從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。進(jìn)給運動可由刀具完成(如車削)，也可由工件完成(如銑削)，可以是間歇的（如刨削）,也可以是連續(xù)的（如車削）。（2）進(jìn)給運動①進(jìn)給運動方向切削刃上選定點相對于工件的瞬時進(jìn)給方向。②進(jìn)給速度vf

切削刃上選定點相對于工件的進(jìn)給運動的瞬時速度。主運動和進(jìn)給運動合成的運動稱為合成切削運動。（3）合成切削運動刀具與工件之間附加（2）進(jìn)給運動①進(jìn)給各種切削加工的切削運動各種切削加工的切削運動切削刃相對于工件的運動過程,就是表面形成過程。在這個過程中,切削刃相對于工件的運動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。有兩個要素，一是切削刃,二是切削運動。不同的切削運動的組合,即可形成各種工件表面。2、切削加工過程中的工件表面切削刃相對于工件的運動過程,就是表面形成過程。2、切削加工車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。車削加工過程中工件上有三個不斷變化著的表面（圖1-1）。（1）待加工表面工件上待切除的表面。（2）已加工表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。（3）過渡表面工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之間的過渡表面。車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。3、切削要素切削要素主要指控制切削過程的切削用量要素和在切削過程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。（1）切削用量要素①切削速度對切削運動定量描述的重要指標(biāo)之一。外圓車削的切削速度為vc=πdwn/1000②進(jìn)給量是指刀具在進(jìn)給運動方向上相對工件的位移量。

當(dāng)主運動是回轉(zhuǎn)運動時，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/r；

當(dāng)主運動是直線運動時，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運動一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/str或mm/單行程；3、切削要素切削要素主要指控制切削過程的切削用量要素和在切削對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量fz，單位為mm/z或mm/齒。它與進(jìn)給量f的關(guān)系為f=zfz車削時進(jìn)給速度vf可由下式計算vf=fn銑削時進(jìn)給速度為vf=fn=zfzn合成切削速度ve可表達(dá)為vc=ve+vf對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進(jìn)給量由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。2、六點定位原理應(yīng)用舉例刀具與工件之間附加有利于散熱，提高鉆頭耐用度通過切削刃上的考查點，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。在這個過程中,切削刃相對于工件的運動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。但是逆銑時刀齒是從切削層內(nèi)部開始工作的，當(dāng)工件表面有硬皮時，對刀齒沒有直接影響；切削溫度在500～650°C時仍能進(jìn)行切削。2）刀體強(qiáng)度和剛性較好；（2）副切削刃S'前面與副后面在空間的交線。鎢鈷類（WC+Co）；（2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是正交平面參考系,其它參考系有法平面參考系、假定工作平面參考系等。工件材料強(qiáng)度、硬度較低時，應(yīng)取較大前角，反之應(yīng)取較小的前角。③背吃刀量ap在基面上垂直于進(jìn)給運動方向測量的切削層最大尺寸,外圓車削:ap＝(dw-dm)/2

vc、f、ap

構(gòu)成了普通外圓車削的切削用量三要素。材料切除率，用Qz表示三要素的乘積作為衡量指標(biāo)，單位為mm3/min，Qz=1000vcfap由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜（2）切削層參數(shù)切削層是指在切削過程中，由刀具在切削部分的一個單一動作（或指切削部分切過工件的一個單程，或指只產(chǎn)生一圈過渡表面的動作）所切除的工件材料層（圖1－2）。①切削層公稱厚度hD垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。

hD＝fsinKr②切削層公稱寬度bD平行于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。bD＝ap／sinKr（2）切削層參數(shù)切削層是指在切削過程中，由刀具在切削圖2－3車削時的切削層尺寸圖2－3車削時的切削層尺寸③切削層公稱橫截面積AD在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。AD＝hDbD=apf上述公式中可看出hD、bD均與主偏角有關(guān)，但切削層公稱橫截面積AD只與hD、bD或f、ap有關(guān)。③切削層公稱橫截面積AD在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。上二、刀具角度（一）刀具的構(gòu)成由工作部分和非工作部分構(gòu)成。

車刀的工作部分比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。二、刀具角度（一）刀具的構(gòu)成由工作部分和非工作部分構(gòu)成。（1)前刀面Aγ切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀面Aα與工件正在被切削加工的表面（過渡表面）相對的刀面。（3)副后刀面Aα‘與工件已切削加工的表面相對的刀面。刀具切削部分的基本定義圖2－4（1)前刀面Aγ切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀高速鋼的主要物理力學(xué)性能見表2-1(p15)。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。（2）副切削刃S'前面與副后面在空間的交線。由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料。成(如銑削)，可以是間歇的參考系可分為刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類。可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設(shè)計、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響依次地或連續(xù)不斷地切除1）刀齒數(shù)多（6～12個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；是指刀具在進(jìn)給運動方向上相對工件的位移量。習(xí)題:2-7、2-8。銑削鑄鐵件：γo=5°～15°可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。起傳動作用，不起定位作用可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。缺點是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。用于對已鉆孔的進(jìn)一步加工，IT10~IT11級；圖2－4車刀的構(gòu)成高速鋼的主要物理力學(xué)性能見表2-1(p15)。圖2－4車2.刀刃（1）主切削刃S前面與主后面在空間的交線。（2）副切削刃S'前面與副后面在空間的交線。3．刀尖三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。在實際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。2.刀刃（1）主切削刃S前面與主后面在空間的交線。（2刀具角度是為刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量時所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面稱為參考系;參考系可分為刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類。（三）定義刀具角度的參考系刀具角度是為刀具設(shè)計、制造、刃磨和測量時所使用的幾何參數(shù)，它在設(shè)計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系稱為刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系。1．刀具靜止參考系在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是正交平面參考系,其它參考系有法平面參考系、假定工作平面參考系等。在設(shè)計、制造、刃磨和測量時，用于定義刀具幾何1．刀具靜止參考2.正交平面參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。圖2－6(1)基面pr通過切削刃上選定點，垂直于該點切削速度方向的平面。通常平行于車刀的安裝面（底面）。(2)切削平面ps通過切削刃上選定點，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。(3)正交平面po通過切削刃上選定點，同時與基面和切削平面垂直的平面。2.正交平面參考系由以下三個在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。圖2-6正交平面參考系圖2-6正交平面參考系（三）刀具的標(biāo)注角度（1）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr

主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動速度vf

方向之間的夾角。2）副偏角κr′副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運動速度vf反方向之間的夾角。3）刀尖角εr

主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，它是派生角度。εr=180°-(κr＋κr′)εr是標(biāo)注角度是否正確的驗證公式之一。4）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數(shù)將改變刀尖的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑rε描述，當(dāng)rε=0時為尖角過渡，rε＞0時為圓角過渡，直線過渡時用κε

和bε參數(shù)描述(圖1-6)p10。（三）刀具的標(biāo)注角度（1）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr（2）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角λs主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或測量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行時λs=0°；當(dāng)?shù)都恻c相對基面處于主切削刃上的最高點時λs＞0°；反之λs≤0°。

（2）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角λs指兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角。的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑rε描述，當(dāng)rε=0時為(1)工作基面pre在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。工件材料越軟、塑性越大，后角越大；因此，大大提高了切削效率和加工質(zhì)量。習(xí)題:2-7、2-8。三個刀面在空間的交點，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。軸向進(jìn)給車外圓時，合成切削運動產(chǎn)生的加工軌跡是阿基米德螺旋線，從而使工作前角γoe增大、工作后角αoe減小(圖2-10)。（4）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，制造、維修要方便。工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。2）端銑刀的幾何角度2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響當(dāng)主運動是回轉(zhuǎn)運動時，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對位移量，單位為mm/r；鎢鈷類（WC+Co）；硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀在這個過程中,切削刃相對于工件的運動軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。圖2-6正交平面參考系由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料。同時，工件表面受到較大的擠壓應(yīng)力，冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，更加劇刀齒磨損，并影響已加工表面質(zhì)量。（3）正交平面中測量的刀具角度1)前角γO

前面與基面之間的夾角。2)后角αo

后面與切削平面之間的夾角。3)楔角βo

前面與后面之間的夾角，它是個派生角。它與前角、后角有如下的關(guān)系：βo＝90°－(γO＋αo)βo也是判斷標(biāo)注是否正確的驗證式之一。說明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運動的影響等條件下確定的。指兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角。（3）正交平面

圖2－7車刀的主要角度圖2－7車刀的主要角度（四）刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設(shè)計、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。1．刀具工作參考系的建立與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點就在于它以合成切削運動υe或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre。由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面pse的變化，從而導(dǎo)致工作前角γoe、工作后角αoe

的變化。（四）刀具工作角度刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角刀具工作參考系(1)工作基面pre通過切削刃上的考查點，垂直于合成切削運動速度方向的平面。(2)工作切削平面pse通過切削刃上的考查點，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。(3)工作正交平面poe通過切削刃上的考查點，同時垂直于工作基面、工作切削平面的平面。刀具工作參考系(1)工作基面pre通過切削刃上的考查點，垂2．刀具工作角度的分析在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度(γoe、αoe、κre、κ’re、α’oe、λse)的變化，對刀具角度設(shè)計補(bǔ)償量以及對切削加工過程的影響情況。在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。2．刀具工作角度的分析在工作正交平面參1）橫向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響（1）進(jìn)給運動對工作前、后角的影響1）橫向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響（1）進(jìn)給運動對工作前、2）軸向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響軸向進(jìn)給車外圓時，合成切削運動產(chǎn)生的加工軌跡是阿基米德螺旋線，從而使工作前角γoe增大、工作后角αoe減小(圖2-10)

。2）軸向進(jìn)給運動對工作前、后角的影響軸向進(jìn)給車外圓時圖2－10軸向進(jìn)給運動對工作角度的影響圖2－10軸向進(jìn)給運動對工作角度的影響用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。若切削刃低于工件中心，則工作角度的變化情況正好相反。加工內(nèi)表面時，情況與加工外表面相反。如圖2-11所示。（3）刀具安裝位置對刀具工作角度的影響1)刀尖安裝高低對工作前、后角的影響圖2－11用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時，由于車刀的刀尖高于工件中心圖2－11刀尖安裝高低對工作角度的影響圖2－11刀尖安裝高低對工作角度的影響當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。如圖1-12所示。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏圖2－12車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響圖2－12車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響三、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對工件要有良好的切削性能。刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評估的三要素。三、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)1.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強(qiáng)度和韌性（3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性（4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性（5）導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，延長刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富，價格低廉。1.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的2.常用刀具材料工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷超硬刀具材料推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。高速鋼和硬質(zhì)合金的主要物理力學(xué)性能見表2-1、2(p15)。2.常用刀具材料工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼1．高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)62～66HRC,抗彎強(qiáng)度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進(jìn)行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。1．高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為:鎢系和鉬系。

（1）高速鋼的分類

按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。（1）高速鋼的分類（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用。高性能高速鋼高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)67～70HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號有M42、5O1。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮氣霧化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。高速鋼的主要物理力學(xué)性能見表2-1(p15)。（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr4硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結(jié)劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89～93HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)800～1000°C。硬質(zhì)合金