2023學年完整公開課版車刀V

第八講車刀金屬切削加工及機床JINSHUQIEXUEJIACHUANGJIJICHUANGEMAIL：Wangjr@Tanglp@無錫職業(yè)技術學院王建榮、唐立平車床用刀具車刀是應用最廣的刀具之一。它的工作部分就是產生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等要素。按不同使用要求，采用不同的結構和材料。車刀第八講刀具材料刀具材質的改良和發(fā)展是今日金屬加工發(fā)展的重要課題之一，因為良好的刀具材料能有效、迅速的完成切削工作，并保持良好的刀具壽命。一般常用車刀材質有下列幾種：1.高碳鋼高碳鋼車刀是由含碳量0.8%~1.5%之間的一種碳鋼，經過淬火硬化后使用，因切削中的摩擦熱很容易回火軟化，所以現(xiàn)在被高速鋼等其它刀具所取代。一般僅適合于軟金屬材料之切削，常用者有SK1，SK2、、、、SK7等。2.高速鋼鋼基合金，俗名白車刀，含碳量0.7~0.85%的碳鋼中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。如18-4-4高速鋼材料中含有18%鎢、4%鉻以及4%釩的高速鋼。高速鋼車刀切削中產生的摩擦熱可高達至600℃，適合轉速1000rpm以下及螺紋的車削，常用高速鋼車刀如SKH2、SKH4A、SKH5、SKH6、SKH9等。常見車刀的種類及結構車刀第八講刀具材料3.鑄造合金刀具為鈷、鉻及鎢的合金，因切削加工很難，所以以鑄造成形制造，故又叫超硬鑄合金，其刀具韌性及耐磨性極佳，在820℃溫度下其硬度仍不受影響，抗熱程度遠超出高速鋼，適合高速及較深之切削工作。4.燒結碳化刀具為粉末冶金的產品，碳化鎢刀具主要成分為50%~90%鎢，并加入鈦、鉬、鉭等以鈷粉作為結合劑，再經加熱燒結完成。硬度較任何其它材料高，是最硬高碳鋼的三倍，適用于切削較硬金屬或石材，因其材質脆硬，故只能制成片狀，再焊于較具韌性的刀柄上，如此刀刃鈍化或崩裂時，可以更換另一刀口或換新刀片，這種車刀稱為舍棄式車刀。碳化刀具依國際標準(ISO)其切削性質的不同，分成P、M、K三類，并分別以藍、黃、紅三種顏色來標識。常見車刀的種類及結構車刀第八講刀具材料5.陶瓷車刀陶瓷車刀是由氧化鋁粉末，添加少量其他元素，經由高溫燒結而成，硬度、抗熱性、切削速度比碳化鎢高，但是因為質脆，故不適用于非連續(xù)或重車削，只適合高速精削。6.鉆石刀具加工高級表面加工時，可使用圓形或表面有刃緣的工業(yè)用鉆石來進行光制?？傻玫礁鼮楣饣谋砻?，主要用來做銅合金或輕合金的精密車削，在車削時必須使用高速度，最低需在60~100m/min，通常在200~300m/min。7.氧化硼立方晶氧化硼(CBN)是近年來推廣的材料，硬度與耐磨性僅次于鉆石，此刀具適用于加工堅硬、耐磨的鐵族合金和鎳基合金、鈷基合金。常見車刀的種類及結構車刀第八講刀具材料（1）直頭外圓車刀；（2）彎頭車刀；（3）偏刀；（4）切槽或切斷刀；（5）鏜孔刀；（6）螺紋車刀；（7）成形車刀；常見車刀的種類及結構車刀第八講刀具種類及結構車刀用于各種車床上，按結構可分為整體車刀、焊接車刀、機夾車刀、可轉位車刀和成型車刀。其中可轉位車刀的應用日益廣泛，所占比例逐漸增加。

硬質合金焊接車刀所謂焊接式車刀就是在碳鋼刀桿上按刀具幾何角度的要求開出刀槽，用焊料將硬質合金刀片焊接在刀槽內，并按所選擇的幾何參數(shù)刃磨后使用的車刀。機夾車刀是采用普通刀片用機械夾固的方法將刀片夾持在刀桿上使用的車刀。此類刀具有如下特點：

1.刀片不經過高溫焊接，避免了因焊接而引起的刀片硬度下降、產生裂紋等缺陷，提高了刀具的耐用度。2.由于刀具耐用度提高，使用時間較長，換刀時間縮短，提高了生產效率。3.刀桿可重復使用，既節(jié)省了鋼材又提高了刀片的利用率，刀片由制造廠家回收再制，提高了經濟效益，降低了刀具成本。

4.刀片重磨后，尺寸會逐漸變小，為了恢復刀片的工作位置，往往在車刀結構上設有刀片的調整機構，以增加刀片的重磨次數(shù)。

5.壓緊刀片所用的壓板端部，可以起斷屑器作用。常見車刀的種類及結構車刀第八講刀具種類及結構可轉位車刀

是使用可轉位刀片的機夾車刀。一條切削刃用鈍后可迅速轉位換成相鄰的新切削刃，即可繼續(xù)工作，直到刀片上所有切削刃均已用鈍，刀片才報廢回收。更換新刀片后，車刀又可繼續(xù)工作,具有下述優(yōu)點:

（1）刀具壽命高由于刀片避免了由焊接和刃磨高溫引起的缺陷,刀具幾何參數(shù)完全由刀片和刀桿槽保證，切削性能穩(wěn)定，從而提高了刀具壽命。（2）生產效率高由于機床操作工人不再磨刀，可大大減少停機換刀等輔助時間。（3）有利于推廣新技術、新工藝可轉位刀有利于推廣使用涂層、陶瓷等新型刀具材料。（4）有利于降低刀具成本由于刀桿使用壽命長，大大減少了刀桿的消耗和庫存量，簡化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。常見車刀的種類及結構車刀第八講刀具種類及結構車刀切削部分的組成要素刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖“一尖二刃三刀面”車刀切削部分的構成車刀第八講刀具種類及結構車刀切削部分的構成前刀面：切屑沿其流過的刀具表面。主后刀面：與工件上過渡表面加工表面）相對著的刀具表面。副后刀面：與工件上巳加工表面相對著的刀具表面。主切削刃：前刀面與主后刀面的相交部位。副切削刃：前刀面與副后刀面的相交部位。刀尖：主切削刃與副切削刃之間一個較小的連接部位。切削部分結構要素及其定義如下：車刀第八講刀具種類及結構車刀切削部分的構成

刀尖可以是主、副切削刃的交點，但大多數(shù)刀具在刀尖處磨出圓弧或直線切削刃。具有圓弧切削刃的刀尖，稱為圓弧刀尖；具有直線切削刃的刀尖，稱為倒角刀尖。刀尖的類型車刀第八講刀具種類及結構

刀具標注角度參考系

設計制造測量角度時的基準刀具工作角度參考系實際切削中確定角度的基準

vc由主運動方向確定由合成切削運動方向確定刀具的幾何角度車刀第八講刀具種類及結構刀具靜止參考系是在下列假定條件下建立的：1）假定刀刃上的選定點：位于假定工件的軸平面內，是刀具靜止參考系的原點；2）假設運動條件：假設不考慮進給運動的大小，以切削刃選點位于工件中心高時的主運動方向作為假定主運動方向，以切削刃選定點的進給運動方向作為假定進給運動方向。3）假設安裝條件：假設刀具安裝時刀尖與工件的軸線等高，刀桿與工件的軸線垂直。刀具的幾何角度車刀第八講刀具種類及結構(1)正交平面參考系：pr、ps、po(2)法平面參考系：pr、ps、pn(3)背平面參考系：pr、ps、pp、(4)進給平面參考系：pr、ps、

pf1.刀具標注角度的參考系：刀具的幾何角度車刀第八講刀具種類及結構2）切削平面Ps：通過切削刃選定點與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面Po：通過切削刃選定點垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。1）基面Pr：通過切削刃選定點與主運動方向垂直的平面。基面與刀具底面平行。正交平面參考系Pr、Ps、Po1.刀具標注角度的參考系：車刀第八講刀具種類及結構1）前角γo

在主剖面內測量，是前刀面與基面的夾角。通過選定點的基面位于刀頭實體之外時γo定為正值；位于刀頭實體之內時γo定為負值。γo影響切削難易程度。增大前角可使刀具鋒利，切削輕快。但前角過大，刀刃和刀尖強度下降，刀具導熱體積減小，影響刀具壽命。Aκr′A向f圖

車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs

用硬質合金車刀切削鋼件，γo取10～20°；切削灰鑄鐵，γo取5～15°；切削鋁及鋁臺金，γo取25～35°；切削高強度鋼，γo取-5～-10°。2.刀具角度標注車刀第八講刀具種類及結構Aκr′A向f圖

車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs

后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工表面之間的摩擦以及主后刀面的磨損。但后角過大，刀刃強度下降，刀具導熱體積減小，反而會加快主后刀面的磨損。

粗加工和承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強度，后角可選小些，一般為4°～6°；精加工時切深較小，為保證加工的表面質量，后角可選大一些，一般為8°～12°。2）后角αo

后角αo在主剖面內測量，是主后刀面與切削平面的夾角。2.刀具角度標注車刀第八講刀具種類及結構2.刀具角度標注3）主偏角κr

在基面內測量，是主切削刃在基面上投影與假定進給方向的夾角。κr的大小影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削的長度增加，負荷減輕，同時加強了刀尖，增大了散熱面積，使刀具壽命提高。κr的大小還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大，當加工剛性較弱的工件時，易引起工件變形和振動。

主偏角應根據加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。Aκr′A向f圖

車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs車刀第八講刀具種類及結構2.刀具角度標注主偏角κr:主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角

車刀第八講刀具種類及結構2.刀具角度標注κr′AA向f圖3-13車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面內測量，是副切削刃在基面上的投影與假定進給反方向的夾角。

在切深、進給量和主偏角相同的情況下，減小副偏角可使殘留面積減小，表面粗糙度降低。

副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦，以防止切削時產生振動。副偏角的大小影響刀尖強度和表面粗糙度。

車削刀具及工藝參數(shù)選擇

第四節(jié)

車削刀具結構2.刀具角度標注

λs影響刀尖強度和切屑流動方向。粗加工時為增強刀尖強度，λs常取負值；精加工時為防止切屑劃傷已加工表面，λs常取正值或零。5）刃傾角λs——切削平面內測量，是主切削刃與基面的夾角。當?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c時,λs定為正值；反之為負。車刀第八講刀具種類及結構在正交平面參考系中的標注角度“一刃四角”（5）副偏角κrˊ（1）主偏角κr（4）后角αo（2）刃傾角λs（3）前角γo2.刀具角度標注車刀第八講刀具種類及結構2.刀具角度標注※：畫刀具幾何角度注意：1、先畫坐標平面；2、標注出走刀方向，確定主切削刃；3、切削刃上選定點一般指刀尖點；4、記住四個角度的定義。案例1：如圖所示為用端面車刀切削工件端面。已知：Kr=750，K‘r=150，γ0=100，α0=50，λs=100。請標注端面車刀各角度；車刀第八講刀具種類及結構2.刀具角度標注案例2：標注切斷車刀的各角度；車刀第八講刀具種類及結構

刀具幾何參數(shù)包含四方面內容：

幾何角度、刃形、刃面、刃口型式及參數(shù)

1.前角的作用

γ0↑→變形程度↓→F↓q↓→T↑振動↓質量↑

刀刃和刀頭強度↓散熱面積容熱體積↓斷屑困難

在一定的條件下，存在一個合理值前角的選擇刀具幾何參數(shù)的合理選擇車刀第八講車刀幾何參數(shù)合理選擇對于不同的刀具材料和工件材料，T隨γ0的變化趨勢為駝峰形。高速鋼的合理前角比Y合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大2.合理前角的選擇原則①粗加工、斷續(xù)切削、刀材強度韌性低工材強度硬度高，選較小的前角；②工材塑韌性大、系統(tǒng)剛性差，易振動或機床功率不足，選較大的前角；③成形刀具、自動線刀具取小前角；④Aγ磨損增大前角，Aα磨損減小前角刀具幾何參數(shù)的合理選擇車刀第八講車刀幾何參數(shù)合理選擇271.后角的作用

α0↑→rn↓鋒利、

摩擦F↓→

質量↑VB一定，磨損體積↑→T↑但NB↑刀頭強度↓散熱體積↓重磨體積↑在一定的條件下，存在一個合理值2.合理后角的選擇原則①粗加工、斷續(xù)切削、工材強度硬度高，選較小后角,已用大負前角應↑α0

；②精加工取較大后角，保證表面質量；③成形、復雜、尺寸刀具取小后角；④系統(tǒng)剛性差，易振動，取較小后角；⑤工材塑性大取較大后角，脆材↓α0

后角的選擇刀具幾何參數(shù)的合理選擇車刀第八講車刀幾何參數(shù)合理選擇281.主偏角的作用

κr↓→ac↓aw↑→單位刃長負荷↓→

T↑刀尖強度↑散熱體積↑，Ra↓Fp↑→變形↑加工精度↓，易振動→Ra↑，T↓

在一定的條件下，存在一個合理值2.合理主偏角的選擇原則①主要看系統(tǒng)剛性。若剛性好，不易變形和振動，κr取較小值；若剛性差（細長軸），κr取較大值（90°）；②考慮工件形狀、切屑控制、減小沖擊等，車臺階軸，取90°；鏜盲孔＞90°；κr小切屑成長螺旋屑不易斷；較小κr，改善刀具切入條件，不易造成刀尖沖擊。

主偏角的選擇刀具幾何參數(shù)的合理選擇