機械制造技術(shù)金屬切削刀具的基本知識

1第二章制造工藝裝備§2-1金屬切削刀具的基本知識§2-2常用金屬切削刀具與砂輪§2-3金屬切削機床的基本知識§2-4車床§2-5齒輪加工機床§2-6磨床§2-7組合機床§2-8數(shù)字控制機床簡介§2-9機床夾具2第一節(jié)金屬切削刀具的基本知識一、金屬切削加工的基本概念二、刀具角度三、刀具材料四、刀具角度的選擇3一、金屬切削加工的基本概念１、切削運動與切削用量（1）主運動（2）進給運動（3）切削用量

4（１）主運動定義：機床或手動提供的刀具與工件間的主要的相對運動，它使切削刃及其毗鄰的刀具表面切入工件材料，使被切削層成為切屑。鉆削、銑削、磨削：刀具或砂輪的回轉(zhuǎn)運動刨削：刀具或工件的往復(fù)運動車削：工件的回轉(zhuǎn)運動主運動方向：切削刃上選定點相對于工件的瞬時主運動方向。切削速度vc：切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時運動。5（２）進給運動進給運動：由機床或手動傳給刀具或工件的運動，它配合主運動依此地連續(xù)不斷將多余金屬投入切削，同時形成具有所需幾何特性的已加工表面。進給運動方向：切削刃上選定點相對于工件的瞬時進給運動方向。進給速度vf：切削刃上選定點相對于工件的進給運動的瞬時速度。6（３）切削用量切削用量三要素是指切削過程中切削速度vｃ、進給量ｆ（或進給速度vｆ）和背吃刀量ａｐ的總稱。7切削速度vc：切削刃選定點相對于工件的主運動線速度（單位m/s)其中：

d：工件或刀具上某一點的直徑（mm）

n：工件轉(zhuǎn)速（r/s）

8進給量f：當(dāng)主運動旋轉(zhuǎn)一周時，刀具（或工件）沿進給方向上的位移量f

進給速度vf：每轉(zhuǎn)或每行程進給量、每齒進給量fz其中：

vf：單位時間的進給量

f：工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周兩者沿進給方向的相對位移9背吃刀量（切削深度）ap

ap=(dw-dm)/2(mm)(外圓車削)其中：

dw：工件待加工表面直徑

dm：工件已加工表面直徑10２、切削時的工件表面（1）已加工表面

已被切去多余金屬而形成的符合要求的工件新表面。（2）待加工表面

加工時即將被切除的工件表面。（3）過渡表面

加工時由切削刃在工件上正在形成的那個表面。11圖：外圓圓車削運運動及加加工表面面已加工表表面過渡表面面待加工表表面刀具主運動進給運動動12３、切削層層參數(shù)定義：指切削過程中，由刀具在切削部部分的一一個單一一動作所所切除的的工件材材料層。。13（１）切削層公公稱厚度度hD定義：垂直于過過渡表面面測量的切削削層尺寸，用用hD表示。hD=f·sinr（ｍｍ））14（2）切切削層公公稱寬bD定義：沿過渡表表面測量的切削削層尺寸，用用bD表示。bD=ap/sinr（ｍｍ））15（３）切削層層公稱橫橫截面AD定義：切削層在在切削層層尺寸平面內(nèi)的實際橫截截面積，用用AD表示。AD=hDbD=fap(mm2)16（一）刀刀具切削削部分的的組成（二）定定義刀具具角度的的參考系系（三）刀刀具的標(biāo)標(biāo)注角度度（四）刀刀具的工工作角度度二、刀具具角度17（一）刀刀具切削削部分的的組成（1）前前刀面A（2）主后刀面A（3）副副后后面面（4）主主切削刃刃s（5）副切削刃刃s′（6）刀刀尖1819（1）前前刀面（（前面））切屑流過過的表面面（2）主后刀面與工件上上新形成成的過渡渡表面相相對的刀刀具表面面（3）副副后刀面面與工件上上已加工表面相對對的刀具具表面（4）主切削刃刃前刀面與主后刀刀面的交交線（5）副副切削刃刃前刀面與副后刀刀面的交交線20（6）刀刀尖主切削刃刃與副切削削刃的連接處處相當(dāng)短短的一部部分切削削刃。刀尖分為為：交點點刀尖、、圓弧刀刀尖和倒倒角刀尖尖。21刀尖的形形狀圓弧刀尖尖交點刀尖尖倒棱刀尖尖22（二）定定義刀具具角度的的參考系基面Ｐｒ切削平面面Ｐｓ正交平面面Ｐｏ與正交平平面參考考系法平面Ｐｎ與法平面面參考系系假定工作作平面Ｐｆ、背平面Ｐｐ及其假定工作作平面和背平面參參考系2324（1）基基面Pr通過主切削刃上選定點，，垂直于于該點切削削速度方向的平平面。（2）切切削平面面Ps通過主切削刃選選定點，，與主切削刃s相切，并并垂直于于該點基面Pr的平面。25（3）正正交平面面與正交交平面參參考系正交平面面Po：通過主切削刃上選定點，，同時垂垂直于該點基面和切切削平面面的平面面。Pr-Ps-Pｏ組成標(biāo)注刀具具角度的的正交平面參考系系。26（4）法法平面參參考系法平面Pn：通過主切削刃選選定點，，垂直主切削刃的的平面。Pr-Ps-Pn組成一個個法平面參考系系。27(5)假定工作作平面、背平面與與假定工工作平面面、背平面參參考系假定工作作平面Pf：通過切削削刃選定定點，平平行于進進給運動動方向，，并垂直直于基面面的平面面。背平面Pp：通過切削削刃選定定點，同同時垂直直Pr和Pf的平面。Pr-Pf-Pp組成一個個假定工工作平面面、背平面參參考系28（三）刀刀具的標(biāo)標(biāo)注角度度1.在正交平面參考坐坐標(biāo)系內(nèi)內(nèi)的標(biāo)注注角度2.其他參考坐標(biāo)標(biāo)系內(nèi)的的標(biāo)注角角度（1）法法剖面參參考坐標(biāo)標(biāo)系內(nèi)的的標(biāo)注角角度（2）假假定工作作平面、背平面參參考坐標(biāo)標(biāo)系內(nèi)的的標(biāo)注角角度291.在正交平面參考系系里的標(biāo)標(biāo)注角度度（1）前角：在正交平平面內(nèi)測量的前刀面與基面面的夾角角。（2）后角：在正交平平面內(nèi)測量的主后刀面與切削削平面的的夾角。。（3）主偏角：在基面內(nèi)內(nèi)測量的主切切削刃S在基面上上的投影與進進給運動動方向的的夾角。。（4）副偏角：在基面內(nèi)內(nèi)測量的副切削刃S在基面上上的投影與進進給運動動反方向的夾夾角。（5）刃傾角：在切削平平面內(nèi)測量的主切切削刃與與基面的的夾角。。30派生角度度：楔角0：在正交平平面內(nèi)度度量的前前刀面與與后刀面面A的夾角。。刀尖角：：主、副切切削刃在在基面上上的投影影的夾角角。31323334（四）刀刀具的工工作角度度橫向進給運動動對工作作角度的的影響軸向進給運動動對工作作角度的的影響刀具安裝高低低對工作作角度的的影響刀柄中心心線偏斜對工作角度度的影響3536373839三、刀具具材料1.刀具材料料應(yīng)具備備的性能能（1）高的硬硬度和耐耐磨性（2）足夠的的強度和和韌性（3）高的耐耐熱性（4）良好的的熱物理理性能和和耐熱沖沖擊性能能（5）良好的的工藝性性能40硬度和耐耐磨性硬度概念念：刀具材料料硬度必必須高于于工件材材料。耐磨性概念：表示刀具具抵抗抗磨損的的能力，，它是刀刀具機械械性能（（力學(xué)性性能）、、組織結(jié)結(jié)構(gòu)和化化學(xué)性能能的綜合合反映。41刀具耐用用度的確確定合理的選選擇刀具具耐用度度，可以以提高生生產(chǎn)率和和降低加加工成本本。選擇刀具具耐用度度時，還還應(yīng)考慮慮以下幾幾點：復(fù)雜的、、高精度度的、多多刃的刀刀具耐用用度應(yīng)比比簡單的的、低精精度、單單刃刀具具高?？赊D(zhuǎn)位刀刀具換刃刃、換刀刀片快捷捷，為使使切削始始終處于于鋒利狀狀態(tài)，刀刀具耐用用度可選選得低一一些。精加加工工刀刀具具耐耐用用度度比比粗粗加加工工刀刀具具選選得得高高一一些些。。精加加工工大大件件時時，，為為避避免免中中途途換換刀刀，，耐耐用用度度應(yīng)應(yīng)選選得得高高一一些些。。數(shù)控控加加工工中中，，刀刀具具耐耐用用度度應(yīng)應(yīng)大大于于一一個個工工作作班班，，至至少少應(yīng)應(yīng)大大于于一一個個零零件件的的切切削削時時間間。。42強度度和和韌韌性性刀具具應(yīng)應(yīng)具具有有足足夠夠的的強強度度和和韌韌性性強度度用用抗抗彎彎強強度度表表示示韌性性用用沖沖擊擊值值表表示示43熱硬硬性性刀具具材材料料應(yīng)應(yīng)在在高高溫溫下下保保持持較較高高的的硬硬度度、、強強度度、、韌韌性性和和耐耐磨磨性性，，并并有有良良好好的的抗抗擴擴散散、、抗抗氧氧化化的的能能力力，，這這就就是是刀刀具具材材料料的的熱熱硬硬性性。。44工藝藝性性與與經(jīng)經(jīng)濟濟性性為了了便便于于制制造造，，要要求求刀刀具具材材料料有有較較強強的的可可加加工工性性?？杉蛹庸すば孕园ɡǎ海哄戝?、、軋軋、、焊焊、、切切削削加加工工、、磨磨削削加加工工和和熱熱處處理理特特性性等等。45導(dǎo)熱熱性性和和膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)在其其它它條條件件相相同同的的條條件件下下，，刀刀具具材材料料的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)越越大大，，刀刀具具傳傳熱熱能能力力越越強強，，可可降降低低刀刀具具溫溫度度，，提提高高使使用用壽壽命命。線膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)越越小小，，熱熱變變形形越越小小。焊接接刀刀具具及及涂涂層層刀刀具具應(yīng)應(yīng)考考慮慮不不同同材材料料線線膨膨脹脹系系數(shù)數(shù)的的匹匹配。。462.高速速鋼鋼概念念：：高速速鋼鋼是是加加入入了了鎢鎢、、鉬鉬、、鉻鉻、、釩釩等等合合金金元元素素的的高高合合金金工工具具鋼鋼，，按按重重量量計計，，鎢鎢和和鉬鉬占占10--20%，鉻鉻占占約約4%，釩釩占占1%以上上，，它它們們都都是是強強烈烈的的碳碳化化物物形形成成元元素素在在熔熔煉煉與與熱熱處處理理過過程程中中與與碳碳形形成成了了高高硬硬度度的的碳碳化化物物，，從從而而提提高高了了鋼鋼的的耐耐磨磨性性。。分類類：：普通通高高速速鋼鋼高性性能能高高速速鋼鋼粉末末冶冶金金高高速速鋼鋼473.硬質(zhì)質(zhì)合合金金硬質(zhì)質(zhì)合合金金或或高高速速鋼鋼刀刀具具通通過過化化學(xué)學(xué)或或物物理理方方法法在在其其表表面面上上涂涂覆覆一一層層耐耐磨磨性性好好的的難難熔熔金金屬屬化化合合物物，，既既能能提提高高刀刀具具材材料料的的耐耐磨磨性性，，又又不不降降低低其其韌韌性性。。484.涂層層刀刀具具和和其其他他刀刀具具材材料料（1）涂涂層層刀刀具具（2）陶陶瓷瓷材材料料（3）人人造造金金剛剛石石（4）立立方方氮氮化化硼硼49四、、刀刀具具角角度度的的選選擇擇（1））前前角角（2））后后角角（3））主主偏偏角角、副副偏角角（4）刃刃傾傾角角50（1）前前角角的的選選擇擇1.前角角的的功功用用前角角的的功功用用主主要要影影響響切屑屑變變形形和切削削力力的的大大小小及刀具具耐耐用用度度和加工工表表面面質(zhì)質(zhì)量量的高高低低。。增大大前前角角使使切切削削變變形形和和摩摩擦擦減減小小，，故故切切削削力力小小、、切切削削熱熱少少，，加加工工表表面面質(zhì)質(zhì)量量高高。。但但前前角角過過大大，，刀刀具具強強度度降降低低，，散散熱熱體體積積減減小小，，刀刀具具耐耐用用度度下下降降。。減小小前前角角，，刀刀具具強強度度提提高高，，切切屑屑變變形形增增大大，，易易斷斷屑屑。。但但前前角角過過小小，，會會使使切切削削力力和和切切削削熱熱增增加加，，刀刀具具耐耐用用度度降降低低。。512.合理理前前角角的的選選擇擇原原則則工件件材材料料加工工塑塑性性材材料料時時，，前前角角較較大大；；脆脆性性材材料料時時，，前前角角較較小?。?；工工件件材材料料的的強強度度、、硬硬度度低低可可取取較較大大的的前前角角，，反反之之應(yīng)應(yīng)取取較較小小的的前前角角刀具具材材料料：：刀具具材材料料的的抗抗彎彎強強度度較較大大韌韌性性較較好好時時，，應(yīng)應(yīng)選選用用較較大大前前角角。。加工工性性質(zhì)質(zhì)：：粗加加工工時時應(yīng)應(yīng)適適當(dāng)當(dāng)減減小小前前角角，，但但在在采采取取某某些些強強化化措措施施之之后后也也可可增增大大前前角角。。工藝系統(tǒng)剛剛性差和功功率不足時時，應(yīng)選取取較大前角角，以減少少切削力和和振動。數(shù)控機床和和自動機、、自動線用用刀具，應(yīng)應(yīng)選用較小小前角。52（2）后角的選選擇1.后角的功用用后角的主要要功用是減小主后刀刀面與過渡渡表面的彈彈性恢復(fù)層層之間的摩摩擦，減輕刀具磨磨損。后角小使主主后刀面與與工件表面面摩擦加劇劇，刀具磨磨損加大，，工件冷硬硬程度增加加，加工表表面質(zhì)量差差，尤其是是切削厚度度較小時，，由于刃口口鈍圓半徑徑的影響，，上述情況況更為嚴(yán)重重。后角增大，，摩擦減小小，也減小小了刃口鈍鈍圓半徑，，這對切削削厚度較小小的情況有有利，但使使刀刃強度度和散熱情情況變差。。532.合理后角的的選擇原則則根據(jù)切削厚厚度選擇后后角適當(dāng)考慮被被加工材料料的力學(xué)性性能考慮工藝系系統(tǒng)剛性考慮尺寸精精度要求54（3）主偏角及及副偏角的的選擇1.主偏角的功功用及合理理主偏角的的選擇功用：主要影響刀刀具耐用度度、已加工工表面粗糙糙度及切削削力的大小小。55選擇原則：：粗加工時和和半精加工工時，硬質(zhì)質(zhì)合金車刀刀應(yīng)選擇較較大的主偏偏角，以得得于減少振振動，提高高刀具耐用用度和斷屑屑。加工很硬的的材料時，，為減少單單位長度切切削刃上的的負荷，改改善刀刃散散熱條件，，提高刀具具耐用度，，應(yīng)取10°～30°工藝系統(tǒng)剛剛性低時，，應(yīng)取較大大的主偏角角。單件小批生生產(chǎn)時，則則應(yīng)選用通通用性較好好的45°和90°的車刀。需要從工件件中間切入入的車刀，，以及仿形形加工車刀刀，應(yīng)適