機(jī)械制造技術(shù) 課件 第3章 金屬切削加工原理與刀具

磨削原理工件材料加工性及工藝參數(shù)選擇金屬切削過程及其物理現(xiàn)象刀具基礎(chǔ)知識及常用刀具第3章金屬切削加工原理與刀具切削運(yùn)動與切削要素2024/1/32第3章金屬切削加工原理與刀具本章提要金屬切削過程是指刀具在機(jī)床的驅(qū)動下，使工件上多余金屬變成切屑的過程。在此過程中，始終存在著刀具切削工件材料和工件材料抵抗刀具切削的矛盾，從而產(chǎn)生切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損以及加工質(zhì)量變化等一系列現(xiàn)象。因此，研究這些現(xiàn)象，揭示其內(nèi)在的機(jī)理，探索和掌握金屬切削過程的基本規(guī)律，對保證加工質(zhì)量，提高切削效率，降低生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。2024/1/33第3章金屬切削加工原理與刀具3.1

切削運(yùn)動與切削要素1.切削運(yùn)動與切削表面(1)切削運(yùn)動切削運(yùn)動—切削加工時，刀具與工件的相對運(yùn)動。按切削運(yùn)動在切削過程中所起的作用，可分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。主運(yùn)動—是直接切除工件上的切削層，以形成工件新表面的基本運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動—是指不斷地把切削層投入切削從而加工出完整表面所需的運(yùn)動，其運(yùn)動速度和消耗的功率都比主運(yùn)動要小。切削運(yùn)動與切削表面2024/1/34第3章金屬切削加工原理與刀具3.1

切削運(yùn)動與切削要素1.切削運(yùn)動與切削表面(1)切削運(yùn)動主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動是實(shí)現(xiàn)切削加工的基本運(yùn)動，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成，還可以由刀具和工件共同來完成。2024/1/35第3章金屬切削加工原理與刀具3.1

切削運(yùn)動與切削要素（2）切削表面待加工表面—即將被切除切削層的表面。毛坯表面已加工表面—已經(jīng)切去切屑形成的新表面。加工表面（過渡表面）—工件上正在被切削的表面。2.切削要素切削要素—是指控制切削過程的切削用量三要素和在切削過程中由加工余量變成切屑的切削層參數(shù)。（1）切削用量三要素切削速度υc—單位時間內(nèi)刀具切削刃上選定點(diǎn)相對于工件沿主運(yùn)動方向的移動距離，單位為m/s。υc=πdwnw/1000(m/s)2024/1/36第3章金屬切削加工原理與刀具3.1

切削運(yùn)動與切削要素進(jìn)給量f—是指主運(yùn)動每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時，刀具在進(jìn)給方向上相對工件的位移量，單位為mm/r（車削、鏜削等）或mm/行程（刨削、磨削等）。υf=f×n(mm/min)切削用量與切削層參數(shù)2024/1/37第3章金屬切削加工原理與刀具3.1

切削運(yùn)動與切削要素背吃刀量（切削深度）ap—是待加工表面與已加工表面之間的垂直距離(mm)。（2）切削層參數(shù)切削厚度ac—在垂直于加工表面測量所獲得的切削層尺寸(mm)，即相鄰兩加工表面之間的距離。它反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷。ac=fsinκr切削寬度aw—沿加工表面測量所獲得的切削層尺寸(mm)，它反映了切削刃參加切削的工作長度。aw=ap/sinκr切削面積Ac—切削層的橫截面積。Ac=acaw=fap2024/1/38第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識1.刀具切削部分的組成（knife-tool的區(qū)別）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在確定金屬切削刀具的工作部分幾何形狀的一般術(shù)語時，以車刀切削刃為基礎(chǔ)，其他刀具如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可以看成車刀的演變和組合。

車刀切削部分的構(gòu)造要素可概括為：“三面兩刃一尖”。車刀的組成2024/1/39第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識1.刀具切削部分組成前刀面Aγ—是刀具上與切屑接觸并使切屑流出的表面。主后刀面Aα—是刀具上與工件加工表面接觸并相互作用的表面。副后刀面A’α—是刀具上與工件已加工表面接觸并相互作用的表面。主切削刃—是前刀面與主后刀面的交線，它完成主要切削工作。副切削刃—是前刀面與副后刀面的交線，它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。刀尖—是指主切削刃與副切削刃連接處的那一小部分切削刃，它可以是主、副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，也可以是圓弧或直線，通常稱為過渡刃。2024/1/310第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識2.確定刀具角度的參考系基面Pr—通過主切削刃上的某一點(diǎn)，并與該點(diǎn)切削速度方向垂直的平面。切削平面Ps—通過主切削刃上某一點(diǎn)，并與工件加工表面相切并垂直于基面的平面。正交平面Po—通過主切削刃上某一點(diǎn)，與主切削刃在基面上的投影互相垂直的表面。正交平面參考系2024/1/311第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識3.刀具的標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度—是制造和刃磨刀具所需要并在刀具設(shè)計圖上標(biāo)注的角度。忽略進(jìn)給的影響前角γo—在正交平面內(nèi)測量前刀面與基面之間的夾角，有正、負(fù)和零值之分。后角αo—在正交平面內(nèi)測量后刀面與切削平面之間的夾角，同樣有正、負(fù)和零值之分。外圓車刀的角度標(biāo)注2024/1/312第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識3.刀具的標(biāo)注角度主偏角κr—主切削刃在基面上投影與進(jìn)給運(yùn)動方向之間的夾角。副偏角κ’r—副切削刃在基面上投影與進(jìn)給運(yùn)動反方向之間的夾角。刃傾角λs—在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。刃傾角也有正、負(fù)值之分，當(dāng)主切削刃與基面平行時λs＝0°；當(dāng)?shù)都鉃橹髑邢魅凶罡唿c(diǎn)時，λs＞0°；當(dāng)?shù)都鉃橹髑邢魅猩献畹忘c(diǎn)時，λs＜0°

。與副切削刃對應(yīng)的也有副前角γ’o、副后角α’o和副刃傾角λ′s，其定義與主切削刃上的角度類似。－刀尖為最低點(diǎn)＋刀尖為最高點(diǎn)第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識3.刀具的標(biāo)注角度2024/1/313根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)和基本角度，派生出楔角βo和刀尖角εr，楔角βo—前刀面與后刀面之間的夾角，βo＝90°－(γo＋αo)。刀尖角εr

—主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，εr＝180°—(κr＋κ′r)。2024/1/314第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識4.刀具的工作角度刀具的工作角度—以切削過程中實(shí)際的基面、切削平面和正交平面為參考系所確定的刀具角度才是加工過程的真實(shí)刀具角度。（1）刀具安裝對工作角度的影響車刀安裝高低對工作角度的影響2024/1/315第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識4.刀具的工作角度（1）刀具安裝對工作角度的影響車刀安裝偏斜對工作角度的影響2024/1/316第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識4.刀具的工作角度（2）進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響切斷時橫向進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響隨著d的逐漸減小μ逐漸增大直至出現(xiàn)負(fù)后角現(xiàn)象。2024/1/317第3章金屬切削加工原理與刀具3.2

刀具基礎(chǔ)知識4.刀具的工作角度（2）進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響縱向進(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響車削右螺紋時，車刀左側(cè)切削刃應(yīng)注意適當(dāng)加大后角，而右側(cè)切削刃應(yīng)設(shè)法增大前角。2024/1/318第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料1.刀具材料應(yīng)具備的性能

高的硬度和耐磨性

高的強(qiáng)度和韌性

高的耐熱性

良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性注意：對于同一種刀具來說，材料性能的要求往往是相矛盾的，很難同時兼顧，如硬度越高，耐磨性越好的材料，其韌性和抗沖擊性能就越差，因此只能根據(jù)所加工材料及不同的加工條件，有所偏重，綜合考慮。2024/1/319第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料目前，常用的刀具材料可分為四大類：工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料。在一般切削加工中，使用最多的是高速鋼和硬質(zhì)合金。1）高速鋼

高速鋼是含有較多W、Mo、Cr、V等元素的高合金工具鋼；

硬度可達(dá)HRC62～67，切削溫度可達(dá)550～600℃；

強(qiáng)度、韌性和工藝性較好；

是各類材料中低速切削加工及復(fù)雜形狀刀具的理想材料；

高速鋼按用途不同，可分為通用高速鋼和高性能高速鋼；

按制造工藝不同，可分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。2024/1/320第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料類別牌號硬度/HRC抗彎強(qiáng)度

/GPa沖擊韌度

/J·m-2600℃時的硬度/HRC主要用途普通高速鋼W18Cr4V63~66~3.5~3048.5

用途廣泛，如齒輪刀具、鉆頭、絲錐、鉸刀、銑刀、拉刀等W6Mo5Cr4V263~664.5~4.7~5047~48

制造熱塑性好及承受較大沖擊負(fù)荷的刀具高性能高速鋼高碳95W18Cr4V67~68~3.0~10.051用于對韌性要求不高，但對耐磨性要求高的刀具高釩W12Cr4V4Mo63~66~3.2~25.051

用于形狀簡單，但對耐磨性要求高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al68~693.5~3.8~2055

制造復(fù)雜刀具及難加工材料用刀具W2Mo9Cr4VCo866~672.5~3.0~1055

制造復(fù)雜刀具及難加工材料用刀具常用高速鋼的性能和用途2024/1/321第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料2）硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物（碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等）和用Co或Mo、Ni等金屬成分作為黏結(jié)劑，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的粉末冶金制品。★

其高溫碳化物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了高速鋼，因此它的硬度、耐磨性和高熱硬性均高于高速鋼，切削溫度達(dá)到800～1000℃時仍能進(jìn)行切削加工。但其抗彎強(qiáng)度較低，脆性較大，加工工藝性較差?！镉操|(zhì)合金的性能取決于其化學(xué)成分、碳化物粉末的粗細(xì)程度及其燒結(jié)工藝。碳化物含量增加時，則硬度增高，抗彎強(qiáng)度降低，適于粗加工；黏結(jié)劑含量增加時，則抗彎強(qiáng)度增高，硬度降低，適于精加工。2024/1/322第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料2）硬質(zhì)合金GB/T18376.1-2008《硬質(zhì)合金牌號第1部分切削工具用硬質(zhì)合金牌號》將硬質(zhì)合金分為P、M、K、N、S和H等共6類。各個類別為滿足不同的使用要求，以及根據(jù)切削工具用硬質(zhì)合金材料耐磨性和韌性的不同，分成若干個組，用01、10、20、……兩位數(shù)字表示組號，其牌號如“P201”，其中“P”表示類，“20”表示組，“1”表示細(xì)分號（需要時使用）。2024/1/323第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料2）硬質(zhì)合金P類：舊牌號為YT5、YT15、YT30等?！镆訲iC、WC為基，以Co（Ni＋Mo＋Co）作黏結(jié)劑的合金/涂層合金；★適合長切屑材料的加工，如鋼、鑄鋼、長切削可鍛鑄鐵等的加工。M類：舊牌號為YW1、YW2、GE1等?！镆訵C為基，以Co作黏結(jié)劑，添少量TiC（TaC、NbC）的合金/涂層合金；★用于不銹鋼、鑄鋼、錳鋼、可鍛鑄鐵、合金鋼、合金鑄鐵等的加工。2024/1/324第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料2）硬質(zhì)合金K類：舊牌號為YG8、YG3X、YG6等?！镆訵C為基，以Co作黏結(jié)劑，或添加少量TaC、NbC的合金/涂層合金；★適合短切屑材料的加工，如鑄鐵、冷硬鑄鐵、短切屑可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵等的加工。2024/1/325第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料2）硬質(zhì)合金N類：★以WC為基，以Co作黏結(jié)劑，或添加少量TaC、NbC或CrC的合金/涂層合金；★有色金屬、非金屬材料的加工，如鋁、鎂、塑料、木材等的加工。S類：★以WC為基，以Co作黏結(jié)劑，或添加少量TaC、NbC或TiC的合金/涂層合金；★耐熱和優(yōu)質(zhì)合金材料的加工，如耐熱鋼，含鎳、鈷、鈦的各類合金材料的加工。2024/1/326第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料2）硬質(zhì)合金H類：★以WC為基，以Co作黏結(jié)劑，或添加少量TaC、NbC或TiC的合金/涂層合金；★硬切削材料的加工，如淬硬鋼、冷硬鑄鐵等材料的加工。為了克服硬質(zhì)合金強(qiáng)度低、韌性差、脆性大、易崩刃的缺點(diǎn)，改善其切削性能，常采用以下措施：（1）調(diào)整化學(xué)成分，使硬質(zhì)合金既具有高的硬度，又具有良好的韌性；（2）細(xì)化合金晶粒，提高硬度和抗彎強(qiáng)度。2024/1/327第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料3）陶瓷刀具陶瓷刀具分為Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷?！镉捕冗_(dá)HRA91~95，在1200℃的切削溫度下仍可保持HRA80；★刀具壽命長，抗黏結(jié)、抗擴(kuò)散、抗氧化磨損的能力強(qiáng)；★具有較低的摩擦系數(shù)，不易產(chǎn)生積屑瘤等；★但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性很差，不適于重切削和沖擊較大的斷續(xù)切削，通常用于精加工和半精加工；★Si3N4基陶瓷強(qiáng)度高、韌性好，特別是抗熱沖擊性大大優(yōu)于Al2O3基陶瓷。因此，可以加工鑄鐵及鎳基合金等。2024/1/328第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料4）超硬刀具材料超硬刀具材料包括金剛石（天然金剛石和聚晶金剛石刀具）和立方氮化硼（CBN）。天然金剛石★自然界最硬的材料，硬度為HK8000~12000；★耐磨性極好，刃口鋒利，刀具壽命可長達(dá)數(shù)百小時；★但價格昂貴；★主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。2024/1/329第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料4）超硬刀具材料聚晶金剛石（PCD）是由石墨在高溫高壓下聚合而成，各向同性?！镉捕缺忍烊唤饎偸缘?，價格便宜，焊接方便，可磨削性好；★但熱穩(wěn)定性差，不宜進(jìn)行鋼材加工，多用于有色金屬及其合金，以及一些非金屬材料的加工，是目前超精密切削加工中最主要的刀具材料；★用等離子法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。該方法可在硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等復(fù)雜刀具上進(jìn)行涂層。2024/1/330第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料2.常用刀具材料4）超硬刀具材料立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成?！镉捕冗_(dá)HV3000~4500，僅次于金剛石；★耐熱性及熱穩(wěn)定性好，可承受1200℃左右的切削溫度，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是理想的刀具材料；★主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等的加工，當(dāng)用于高精度銑削時，可以代替磨削加工。2024/1/331第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料3.刀具涂層技術(shù)涂層刀具是近二十年出現(xiàn)的一種新型刀具，是刀具發(fā)展中的一項(xiàng)重要突破，是解決刀具材料中硬度、耐磨性與強(qiáng)度、韌性之間矛盾的一個有效措施。目前，常用涂層刀具有四種，即涂層高速鋼刀具、涂層硬質(zhì)合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料刀片上涂層的刀具，尤其以前兩種涂層刀具應(yīng)用最為廣泛。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度（可提高10%以上），減少刀片的崩刃及破損，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。2024/1/332第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料3.刀具涂層技術(shù)刀具涂層制備技術(shù)可分為化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）兩大類。★CVD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單成分單層及多成分多層復(fù)合涂層的沉積，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較高，薄膜厚度較厚，具有很好的耐磨性。但CVD工藝溫度高，易造成刀具材料抗彎強(qiáng)度下降；涂層內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易導(dǎo)致刀具使用時產(chǎn)生微裂紋?！颬VD工藝溫度低，在600℃以下時對刀具材料的抗彎強(qiáng)度基本無影響；薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，更適于對硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層。主要應(yīng)用于整體硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具的表面處理。2024/1/333第3章金屬切削加工原理與刀具3.3

刀具材料3.刀具涂層技術(shù)常用刀具涂層有以下幾種：★氮化鈦涂層（TiN）★氮碳化鈦涂層（TiCN）★氮鋁鈦或氮鈦鋁涂層（TiAlN/AlTiN）★氮化鉻涂層（CrN）★金剛石涂層（Diamond）2024/1/334第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介1.車刀

車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣泛的一種刀具。常用車刀類型孔外圓2024/1/335第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介1.車刀

焊接式車刀機(jī)夾式車刀2024/1/336第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（1）麻花鉆標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的結(jié)構(gòu)如圖所示，其帶螺旋槽的刀體前端為切削部分，承擔(dān)主要切削工作；后端為導(dǎo)向部分，起引導(dǎo)鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分；刀柄有直柄和錐柄兩種，起與機(jī)床連接的作用。

麻花鉆的結(jié)構(gòu)2024/1/337第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（1）麻花鉆

麻花鉆切削刃長、螺旋槽排屑不暢、橫刃部分切削條件差等結(jié)構(gòu)問題，使麻花鉆的切削能力受到很大影響，生產(chǎn)中為了提高鉆孔精度和效率，常將標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆按特定形式進(jìn)行刃磨，形成了所謂的“群鉆”。群鉆的基本特征為：三尖七刃銳當(dāng)先，月牙弧槽分兩邊，一側(cè)外刃開屑槽，橫刃磨得低窄尖。

中型標(biāo)準(zhǔn)群鉆2024/1/338第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（2）中心鉆

中心鉆用于中心孔加工，在結(jié)構(gòu)上與麻花鉆類似，排屑槽一般為直槽，有三種形式：中心鉆、無護(hù)錐60°復(fù)合中心鉆及帶護(hù)錐60°復(fù)合中心鉆。鉆孔之前，鉆中心孔的主要作用是有利于鉆頭導(dǎo)向，防止鉆孔偏斜。中心鉆2024/1/339第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（3）深孔鉆

深孔鉆是進(jìn)行深孔加工的刀具。深孔刀具的關(guān)鍵技術(shù)是要有較好的冷卻潤滑、合理的排屑結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)向措施。典型的深孔刀具外排屑深孔鉆（槍鉆）、錯齒內(nèi)排屑深孔鉆（BTA深孔鉆）及雙管噴吸鉆。外排屑深孔鉆（槍鉆）2024/1/340第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（3）深孔鉆

BTA深孔鉆噴吸鉆2024/1/341第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（4）擴(kuò)孔鉆

擴(kuò)孔鉆是對已有孔進(jìn)一步加工，以擴(kuò)大孔徑或提高孔的加工質(zhì)量的刀具。擴(kuò)孔鉆2024/1/342第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（5）鉸刀

鉸刀用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，也可用于磨孔或研孔前的預(yù)加工。鉸刀2024/1/343第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（5）鉸刀

鉸刀由柄部、頸部和工作部分組成，工作部分包括切削部分和校準(zhǔn)部分，切削部分用于切除加工余量；校準(zhǔn)部分起導(dǎo)向、校準(zhǔn)與修光作用。鉸刀的基本結(jié)構(gòu)2024/1/344第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（6）鏜刀

鏜刀多用于箱體孔的粗、精加工，一般分為單刃鏜刀和多刃鏜刀兩大類。單刃鏜刀2024/1/345第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（6）鏜刀

微調(diào)鏜刀浮動鏜刀2024/1/346第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介2.孔加工刀具（7）锪鉆锪鉆主要用于加工各種埋頭螺釘沉孔、錐孔及凸臺等。锪鉆2024/1/347第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介3.銑刀銑刀是刀齒分布在圓周表面或端面上的多刃回轉(zhuǎn)刀具，其種類很多。銑刀種類2024/1/348第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介3.銑刀

銑刀種類2024/1/349第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介4.拉刀拉刀是一種高生產(chǎn)率、高精度的多齒刀具，廣泛用于大批量生產(chǎn)中。外拉刀內(nèi)拉刀2024/1/350第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介5.螺紋刀具

螺紋可用切削法和滾壓法進(jìn)行加工。

切削法螺紋加工可以在車床上車削完成，也可手動或在鉆床上用絲錐或板牙進(jìn)行加工。切削法螺紋刀具2024/1/351第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介5.螺紋刀具滾壓法需要在專用滾絲設(shè)備上完成。滾壓法螺紋刀具2024/1/352第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介6.齒輪刀具

齒輪刀具是用于切削齒輪齒形的刀具。齒輪刀具按其工作原理，分為成形法齒輪刀具和展成法齒輪刀具兩大類。成型法齒輪刀具成形法齒輪刀具切削刃的廓形與被切齒輪齒槽的廓形相同或相似。常用的有盤形齒輪銑刀和指狀齒輪銑刀。2024/1/353第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介6.齒輪刀具

展成法齒輪刀具是利用齒輪的嚙合原理進(jìn)行齒輪加工的刀具。加工時，刀具本身就相當(dāng)于一個齒輪，它與被切齒輪做無側(cè)隙嚙合，工件齒形由刀具切削刃在展成過程中逐漸切削包絡(luò)而成。常用的有插齒刀、齒輪滾刀和剃齒刀等。插齒刀2024/1/354第3章金屬切削加工原理與刀具3.4

常用刀具簡介選用插齒刀和齒輪滾刀時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：刀具基本參數(shù)（模數(shù)、齒形角、齒頂高系數(shù)等）應(yīng)與被加工齒輪相同；刀具精度等級應(yīng)與被加工齒輪要求的精度等級相當(dāng)；刀具旋向應(yīng)盡可能與被加工齒輪的旋向相同；滾切直齒輪時，一般用左旋齒刀。滾齒刀剃齒刀2024/1/355第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程1.切削變形及變形區(qū)劃分1）切削變形金屬擠壓與金屬切削2024/1/356第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程1.切削變形及變形區(qū)劃分2）金屬切削層的三個變形區(qū)★第一變形區(qū)：特點(diǎn)是晶格間的剪切滑移，又稱為剪切滑移區(qū)；★第二變形區(qū)：特點(diǎn)是前刀面與切屑之間間強(qiáng)烈的擠壓和摩擦，又稱為前刀面擠壓摩擦區(qū)；★第三變形區(qū)：特點(diǎn)是后刀面與已加工表面之間的擠壓和摩擦，又稱為已加工表面變形區(qū)。金屬切削過程中的滑移線和流線示意圖2024/1/357第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程2.切屑形成過程切屑形成過程理論很多，最簡單而形象化的模型是將切屑的形成比擬為推擠一疊卡片的情況。切屑形成過程模型2024/1/358第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程3.切屑變形的表示方法研究切削變形的規(guī)律時，通常用相對滑移

、變形系數(shù)

和剪切角

的大小來衡量切削變形程度。相對滑移相對滑移（或稱剪切應(yīng)變）

是用來量度切削變形程度的參數(shù)。

的大小能比較真實(shí)地反映切削過程變形的程度。2024/1/359第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程3.切屑變形的表示方法

切屑的收縮變形系數(shù)

切削層加工前后的長度比或厚度比。剪切角

越小，變形系數(shù)

越大，切屑變形越大。2024/1/360第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程3.切屑變形程度的表示方法

影響切屑變形的因素

工件材料（材料強(qiáng)度和硬度）

刀具幾何參數(shù)（刀具前角）

切削速度

切削厚度2024/1/361第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程4.切屑類型及控制根據(jù)剪切滑移后形成切屑的外形不同，切屑分為帶狀切屑、擠裂切屑、單元切屑和崩碎切屑四種類型。切屑類型說明四種切屑的產(chǎn)生條件2024/1/362第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程4.切屑類型及控制切屑控制—是指在切削過程中采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧﹣砜刂魄行嫉木砬⒘鞒龇较蚣坝行д蹟?，以形成便于處理和控制的屑形和大小。切屑控制的方法?/p>

在前刀面上磨出斷屑槽或使用壓塊式斷屑器，使切屑經(jīng)二次變形折斷；

合理選用切削用量及刀具角度，以形成所需的切屑形狀；

采用變進(jìn)給切削或振動切削是強(qiáng)制斷屑的有效工藝方法。2024/1/363第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程4.切屑類型及控制衡量切屑控制的主要標(biāo)準(zhǔn)：

不妨礙正常加工，即不纏繞在工件、刀具上，不飛濺到機(jī)床運(yùn)動部件中；

不影響操作者的安全；

易于清理、存放和搬運(yùn)。2024/1/364第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程5.積屑瘤的形成及其對加工過程的影響積屑瘤（BUG）的成因積屑瘤：在切削速度不高的情況下，連續(xù)切削一般鋼料或其他塑性材料時，常在刀具的前刀面刀尖附近形成剖面呈三角狀的硬塊。其硬度通常是工件材料硬度的2~3倍，能夠代替切削刃進(jìn)行切削。積屑瘤2024/1/365第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程5.積屑瘤的形成及其對加工過程的影響積屑瘤的成因

形成積屑瘤的條件主要取決于切削溫度；

在背吃刀量和進(jìn)給量保持一定時，積屑瘤高度與切削速度有密切關(guān)系；

接觸面間壓力、刀具表面粗糙程度、黏結(jié)強(qiáng)度等因素都與形成積屑瘤的條件有關(guān)。積屑瘤高度與切削速度關(guān)系2024/1/366第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程5.積屑瘤的形成及其對加工過程的影響積屑瘤對加工過程的影響

使實(shí)際前角增大，切削力減小，這對切削過程起積極作用；

使切削厚度增大；

使加工表面粗糙度增大；

影響刀具壽命。積屑瘤前角和伸出量2024/1/367第3章金屬切削加工原理與刀具3.5切削變形與切屑的形成過程5.積屑瘤的形成及其對加工過程的影響抑制或消除積屑瘤的措施

采用低速或高速切削；

采用高潤滑性的切削液，使刀-屑之間的摩擦和黏結(jié)減?。?/p>

適當(dāng)減小進(jìn)給量、增大刀具前角；

適當(dāng)提高工件材料的硬度；

提高刀具的刃磨質(zhì)量，減小表面粗糙度值；

合理調(diào)節(jié)各切削參數(shù)間的關(guān)系，以防止形成中溫區(qū)。2024/1/368第3章金屬切削加工原理與刀具3.6切削力1.切削力的來源及分解切削力—切削過程中，刀具作用于工件材料上使其產(chǎn)生變形，并使多余材料變?yōu)榍行妓璧牧?。切削抗力—工件抵抗變形施加于刀具上的力。切削力的來源?/p>

切屑形成過程中彈性變形及塑性變形產(chǎn)生的抗力；

刀具與切屑及工件表面之間的摩擦阻力。2024/1/369第3章金屬切削加工原理與刀具3.6切削力1.切削力的來源及分解切削力F的分解：主切削力Fc是垂直于基面并平行于主運(yùn)動方向的分力；進(jìn)給力Ff是在基面內(nèi)并與進(jìn)給方向平行但方向相反的分力；背向力Fp是基面內(nèi)與進(jìn)給方向垂直的分力。2024/1/370第3章金屬切削加工原理與刀具3.6切削力2.切削功率切削功率Pm—消耗在切削過程中的功率。獲得切削功率Pm之后，為了計算機(jī)床電機(jī)功率PE，還應(yīng)考慮機(jī)床的傳動效率ηc，故機(jī)床電機(jī)功率應(yīng)滿足：2024/1/371第3章金屬切削加工原理與刀具3.6切削力3.切削力計算及測量（1）切削力計算方法

指數(shù)公式

單位切削力法

有限元計算有限元方法除了可以計算切削力外，還可以對切削溫度、殘余應(yīng)力、刀具磨損等進(jìn)行分析，優(yōu)化切削參數(shù)。2024/1/372第3章金屬切削加工原理與刀具3.6切削力3.切削力計算及測量（2）切削力測量

由于切削過程的復(fù)雜性及切削條件的多變性，因此理論公式都是在許多假設(shè)條件的基礎(chǔ)上獲得的，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較大。工程上一般多使用由實(shí)驗(yàn)建立的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行切削力計算。在需要較為準(zhǔn)確地知道某種切削條件下的切削力時，還需進(jìn)行實(shí)際測量，目前采用的切削力測量手段主要有以下幾種。測量機(jī)床功率，計算切削力測力儀測量獲得切削力2024/1/373第3章金屬切削加工原理與刀具3.6切削力4.影響切削力的因素

工件材料

切削用量：切削速度vc對切削力的影響不明顯，ap

要比f

對切削力的影響要大。

刀具幾何參數(shù)

刀具磨損

刀具材料

切削液2024/1/374第3章金屬切削加工原理與刀具3.7切削熱與切削溫度1.切削熱的產(chǎn)生和傳出切削熱的來源切削層金屬發(fā)生彈性、塑性變形所產(chǎn)生的熱和切屑與前刀面、工件與后刀面間的摩擦熱。切削熱由切屑、刀具、工件和周圍介質(zhì)傳出的大致比例：車削，50％~86％由切屑帶走，40％~10％由車刀傳出，9％~3％傳入工件，1％傳入介質(zhì)（空氣）；鉆削，28％由切屑帶走，14.5％傳給刀具，52.5％傳入工件，5％傳給周圍介質(zhì)；磨削，約有70％以上的熱量進(jìn)入工件。切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)2024/1/375第3章金屬切削加工原理與刀具3.7切削熱與切削溫度2.切削溫度及其對切削過程的影響切削熱是通過切削溫度而對工件和刀具產(chǎn)生作用的。切削溫度一般是指切削區(qū)域的平均溫度，切削溫度對工件、刀具及切削過程將產(chǎn)生一定的影響：

對工件材料強(qiáng)度和切削力的影響

對刀具材料的影響

對工件尺寸精度的影響

利用切削溫度自動控制切削速度或進(jìn)給量

利用切削溫度與切削力控制刀具磨損2024/1/376第3章金屬切削加工原理與刀具3.7切削熱與切削溫度3.切削溫度的測量及其分布測量切削溫度的方法很多，常用的有熱電偶法、熱輻射法以及其它方法。熱電偶法用得較多，其測溫裝置的方法簡單。

自然熱電偶法

人工熱電偶法熱電偶測量原理1-頂尖；2-銅塞；3-主軸；4-導(dǎo)線；5-絕緣層；6-工件；7-刀具2024/1/377第3章金屬切削加工原理與刀具3.7切削熱與切削溫度3.切削溫度的測量及其分布應(yīng)用人工熱電偶法測溫，并輔以傳熱學(xué)的計算可得到刀具、切屑和工件的切削溫度分布情況

前刀面和主后刀面上的最高溫度都處于離主切削刃一定距離處；

切屑底層溫度最高，離底層愈遠(yuǎn)溫度愈低；

剪切平面上各點(diǎn)的溫度變化不大；

切削塑性材料時，一般情況下前刀面的切削溫度高于主后刀面。2024/1/378第3章金屬切削加工原理與刀具3.7切削熱與切削溫度4.影響切削溫度的主要因素切削區(qū)域溫度的高低是產(chǎn)生熱量多少和傳散熱量快慢兩方面綜合影響的結(jié)果。產(chǎn)生的熱量越多而傳散的熱量越少時，則切削溫度越高。在切削時影響產(chǎn)生熱量和傳散熱量的主要因素有切削用量、工件材料、刀具幾何參數(shù)和切削液等。

切削用量；vc影響最大，f次之，ap最?。?/p>

工件材料；

刀具幾何參數(shù)；

刀具磨損；

切削液。2024/1/379第3章金屬切削加工原理與刀具

1.刀具磨損形式刀具的損壞形式主要有磨損和破損兩種類型?！?/p>

刀具磨損是連續(xù)式、漸進(jìn)式磨損3.8刀具磨損與刀具壽命1.前刀面磨損2.后刀面磨損2024/1/380第3章金屬切削加工原理與刀具

1.刀具磨損形式◆

刀具破損是崩刃、折斷、剝落及裂紋等脆性或塑性破壞。脆性破損是指在振動、沖擊切削作用下，刀具尚未發(fā)生明顯磨損（VB≤0.1mm），但刀具切削部分卻出現(xiàn)了微崩刃或刀尖崩碎、刀片或刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現(xiàn)象，使刀具不能繼續(xù)工作。塑性破損是指刀具受到高溫高壓的作用，使刀具前刀面和后刀面的材料發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致刀具喪失切削能力。

3.8刀具磨損與刀具壽命2024/1/381第3章金屬切削加工原理與刀具

2.刀具磨損機(jī)理刀具磨損是在機(jī)械、熱和化學(xué)三種因素下的綜合結(jié)果。

◆

磨粒磨損

◆

黏結(jié)磨損

◆

擴(kuò)散磨損

◆

氧化磨損

◆

相變磨損防止刀具過早磨損和避免刀具破損的主要措施：◆

合理選擇刀具材料，充分發(fā)揮刀具材料的性能；◆

選擇合理的刀具角度，提高刀具強(qiáng)度；◆

選擇合理的切削用量，控制切削速度對刀具磨損的影響；◆

提高刀具刃磨質(zhì)量，合理使用切削液；◆

增加刀片和刀具強(qiáng)度，提高工藝系統(tǒng)剛性等。3.8刀具磨損與刀具壽命2024/1/382第3章金屬切削加工原理與刀具

3.刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

◆

刀具磨損過程3.8刀具磨損與刀具壽命◆

刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用，這個磨損限度稱為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)濟(jì)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是盡可能充分利用刀具的正常磨損階段和刀具材料，減少換刀次數(shù)，獲得高生產(chǎn)率和低成本，這樣規(guī)定的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。工藝磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求確定的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。

2024/1/383第3章金屬切削加工原理與刀具

4.刀具壽命刀具壽命也稱為刀具耐用度，是指刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達(dá)到刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的實(shí)際切削時間，以T表示，單位為min。刀具總壽命是指刀具從第一次投入使用直至完全報廢時所經(jīng)歷的實(shí)際切削時間。

◆

刀具壽命與切削用量之間的關(guān)系

刀具壽命與切削用量之間的關(guān)系通常是由實(shí)驗(yàn)方法獲得的。

下面是著名的泰勒經(jīng)驗(yàn)公式3.8刀具磨損與刀具壽命切削用量對刀具壽命的影響：vc最大，f次之，ap最小2024/1/384第3章金屬切削加工原理與刀具

4.刀具壽命◆

刀具壽命合理數(shù)值的確定

最高生產(chǎn)率刀具壽命TP，根據(jù)加工一個零件的生產(chǎn)時間最少或單位時間內(nèi)加工出的零件最多而確定。最低生產(chǎn)成本刀具壽命TC，根據(jù)加工每個零件的工序成本最低原則確定。

3.8刀具磨損與刀具壽命2024/1/385第3章金屬切削加工原理與刀具

4.刀具壽命◆

刀具壽命合理數(shù)值的確定

確定各種刀具壽命時的準(zhǔn)則：（1）復(fù)雜、高精度、多刃刀具的壽命應(yīng)比簡單、低精度、單刃刀具的高。（2）機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時間短，為使切削刃始終處于鋒利狀態(tài)，刀具壽命可選得低些。（3）精加工刀具切削負(fù)荷小，刀具壽命可選高一些。（4）對于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具和自動線刀具，及多刀加工時，刀具壽命應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證整機(jī)和整線的可靠工作。（5）大件加工時，為避免中途換刀，刀具壽命應(yīng)選得高些。3.8刀具磨損與刀具壽命2024/1/386第3章金屬切削加工原理與刀具

1.工件材料加工性的衡量方法

工件材料的切削加工性是指在一定的切削條件下，材料切削加工的難易程度，簡稱加工性。通常用一定刀具壽命T下的切削速度υT或相對加工性指標(biāo)來衡量。3.9工件材料的切削加工性

加工等級名稱及種類相對加工性Kr典型材料1很容易切削材料一般有色金屬>3.00銅鉛合金，9-4鋁銅合金；鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.50～3.00退火15Cr，

b=0.37～0.441GPa自動機(jī)鋼，

b=0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.60～2.50正火30號鋼，

b=0.441～0.549GPa4普通切削材料一般鋼及鑄鐵1.00～1.6045號鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.002Cr13調(diào)質(zhì)，

b=0.834GPa85號鋼，

b=0.883GPa6難切削材料較難切削材料0.50～0.6545Cr調(diào)質(zhì)，

b=1.03GPa65Mn調(diào)質(zhì)，

b=0.932～0.981GPa7難切削材料0.15～0.5050CrV調(diào)質(zhì)，1Cr18Ni9Ti，某些鈦合金8很難切削材料<0.15鎳基高溫合金材料切削加工性等級2024/1/387第3章金屬切削加工原理與刀具

2.影響材料加工性的因素

1）材料的物理力學(xué)性能

◆

材料的硬度和強(qiáng)度越高，切削加工性越差；

◆

材料的塑性越大，切削加工性越差；

◆

材料韌性越高，切削加工性越差；

◆

材料的導(dǎo)熱率越低，切削加工性越差。2）材料的化學(xué)成分

調(diào)整材料的化學(xué)成分是通過對材料的物理力學(xué)性能的影響而影響切削加工性的。3）材料金相組織的影響

采用熱處理改善材料的切削加工性(調(diào)整金相組織)低碳鋼正火，高碳鋼球化退火或退火。3.9工件材料的切削加工性

2024/1/388第3章金屬切削加工原理與刀具

3.改善材料加工性的途徑1）合理選擇材料的供應(yīng)狀態(tài)2）進(jìn)行熱處理

通過適當(dāng)?shù)臒崽幚硎共牧媳M可能在最適宜的組織狀態(tài)下切削，是改善加工性的主要方法3）調(diào)整化學(xué)成分必須認(rèn)識到工件材料的加工性并非單指材料本身的性能，而是工件材料與一定的切削條件組合在一起時的切削加工難易程度。加工確定的工件材料時，與一定的切削條件相配，可以得到優(yōu)化的切削效果。3.9工件材料的切削加工性

2024/1/389第3章金屬切削加工原理與刀具

合理使用切削液能有效地減小切削力，降低切削溫度，從而能提高刀具壽命，防止工件熱變形和改善已加工表面質(zhì)量。1.切削液的作用◆

冷卻作用◆

潤滑作用◆

清洗和排屑作用◆

防銹作用3.10切削液2024/1/390第3章金屬切削加工原理與刀具

2.切削液的種類◆

水溶液◆

乳化液◆

切削油3.切削液的選用（1）根據(jù)加工性質(zhì)選用◆

粗加工時，選用以冷卻為主的乳化液或水溶液◆

精加工時，選用切削油或高濃度的乳化液?！?/p>

鉆削、鉸削和深孔加工時，選用黏度較小的極壓乳化液，并應(yīng)增加壓力和流量?！?/p>

磨削中常用的切削液為乳化液，但選用極壓型合成切削液和多效型合成切削液效果更好。3.10切削液2024/1/391第3章金屬切削加工原理與刀具

3.切削液的選用（2）根據(jù)工件材料選用◆切削鋼件等塑性材料時，粗加工一般用乳化液，精加工用極壓切削油?！?/p>

鑄鐵、銅及鋁等脆性材料精加工時，為了得到較高的表面質(zhì)量，可采用黏度較小的煤油?！?/p>

切削有色金屬和銅合金時，可使用煤油和黏度較小的切削油，但不宜采用含硫的切削液，以免腐蝕工件。切削鎂合金時，不能用切削液，以免燃燒起火，必要時，可使用壓縮空氣。（3）根據(jù)刀具材料選用◆

高速鋼刀具粗加工時，用極壓乳化液。對鋼料精加工時，用極壓乳化液或極壓切削油?！?/p>

硬質(zhì)合金刀具一般不加切削液。但在加工某些硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差的特種材料或細(xì)長工件時，可選用以冷卻為主的切削液，如乳化液。3.10切削液2024/1/392第3章金屬切削加工原理與刀具

4.切削液的使用方法◆

澆注法◆

內(nèi)冷卻法◆

微量潤滑法，MQL需要指出的是隨著環(huán)保法規(guī)的要求日趨嚴(yán)格，切削液的負(fù)面影響越來越受到重視，不使用切削液的干式切削技術(shù)已成為一種趨勢。3.10切削液內(nèi)冷卻刀具M(jìn)QL法原理圖2024/1/393第3章金屬切削加工原理與刀具

所謂合理的刀具幾何參數(shù)，是指在保證加工質(zhì)量的前提下，能獲得最高的刀具壽命，從而達(dá)到提高切削效率，降低生產(chǎn)成本的刀具幾何參數(shù)。

1.前角和前刀面型式的選擇1）前角的功用

◆

影響切削變形、切削力、切削溫度、刀具磨損和刀具壽命

◆

影響切屑形態(tài)和斷屑效果

◆

影響已加工表面質(zhì)量

◆

影響切削刃及刀頭強(qiáng)度、受力性質(zhì)和散熱條件3.11刀具幾何角度的合理選擇2024/1/394第3章金屬切削加工原理與刀具

2）前角的選擇原則◆

工件材料的強(qiáng)度、硬度低，可取較大的前角；工件材料強(qiáng)度、硬度高，應(yīng)取較小的前角；加工特別硬的材料時，前角很小甚至取負(fù)值?！?/p>

加工塑性材料時，尤其是冷加工硬化嚴(yán)重的材料，應(yīng)取較大的前角；加工脆性材料時，可取較小的前角。

◆

粗加工，特別斷續(xù)切削，承受沖擊性載荷，或?qū)τ杏财さ蔫T鍛件粗加工時，應(yīng)減小前角；但在采取某些強(qiáng)化切削刃及刀尖的措施之后，也可增大前角至合理的數(shù)值?！?/p>

成形刀具及展成法刀具，常取較小的前角，甚至取=0，但這些刀具的切削條件不好，應(yīng)在保證切削刃成形精度的前提下，設(shè)法增大前角，如大前角螺紋車刀、大前角齒輪滾刀等。◆

刀具材料的抗彎強(qiáng)度低、韌性較差時，應(yīng)選較小的前角?！?/p>

工藝系統(tǒng)剛性差、機(jī)床功率不足時，應(yīng)選取較大的前角。◆

數(shù)控機(jī)床和自動機(jī)、自動線用刀具，應(yīng)考慮刀具壽命及工作穩(wěn)定性，而選較小的前角。

3.11刀具幾何角度的合理選擇2024/1/395第3章金屬切削加工原理與刀具

3）前刀面型式及選擇◆

正前角平面型◆

正前角帶倒棱型◆

負(fù)前角型◆

曲面型3.11刀具幾何角度的合理選擇2024/1/396第3章金屬切削加工原理與刀具

2.后角和后刀面型式的選擇1）后角的功用

◆

減小后刀面與工件加工表面之間的摩擦；◆

后角越大，切削刃鈍圓半徑值越小，切削刃越鋒利；◆

在同樣的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB下，后角大的刀具由新用到磨鈍，所磨去的金屬體積較大，這也是增大后角可以延長刀具壽命的原因之一；3.11刀具幾何角度的合理選擇◆

后角太大時，刀具楔角太小，散熱體積小，刀刃強(qiáng)度差；并且在徑向磨損量一定時，增大后角，刀具磨鈍時磨去的體積減小，使刀具壽命縮短。

2024/1/397第3章金屬切削加工原理與刀具

2）后角的選擇原則◆

粗加工、強(qiáng)力切削及承受沖擊載荷的刀具，要求切削刃強(qiáng)固，應(yīng)取較小的后角；精加工時，刀具磨損主要發(fā)生在切削刃區(qū)和后刀面上，增大后角可提高刀具壽命和加工表面質(zhì)量。

◆

工件材料強(qiáng)度、硬度較高時，為保證切削刃強(qiáng)度，宜取較小的后角；工件材質(zhì)較軟、塑性較大或者加工硬化時，后刀面的摩擦對加工表面質(zhì)量及刀具磨損影響較大，應(yīng)適當(dāng)加大后角；加工脆性材料，切削力集中在刃區(qū)附近，宜取較小的后角；但加工特別硬而脆的材料（如鑄造碳化鎢、淬硬鋼等），在采用負(fù)前角的情況下，必須加大后角才能造成切削刃切入的條件。

◆

工藝系統(tǒng)剛性差，容易出現(xiàn)振動時，應(yīng)適當(dāng)減小后角

。◆

各種有尺寸精度要求的刀具，為了限制重磨后刀具尺寸的變化，宜取較小的后角。

3.11刀具幾何角度的合理選擇2024/1/398第3章金屬切削加工原理與刀具

3）副后角的選擇原則為便于制造，一般車刀和面銑刀上的副后角α′o做成與主后角相等；切斷刀、三面刃銑刀等刀具為增強(qiáng)刀齒強(qiáng)度，副后角做成很小，α′o取1°～2°。4）后刀面型式及選擇◆

單面型后刀面上只有一個后角的稱單面型◆

雙面型為了增強(qiáng)切削刃、減小切削振動，常在后刀面上磨出雙重后角，而成為雙面型3.11刀具幾何角度的合理選擇2024/1/399第3章金屬切削加工原理與刀具

3.主、副偏角的選擇

1）主、副偏角的功用

◆

影響切削加工殘留面積高度；◆

影響切削層的形狀；◆

影響切削力的大小和方向；◆

影響刀具壽命；◆

影響斷屑效果。3.11刀具幾何角度的合理選擇主偏角和副偏角對殘留面積的影響2024/1/3100第3章金屬切削加工原理與刀具

3.主、副偏角的選擇

2）主偏角的選擇

粗加工和半精加工，硬質(zhì)合金車刀一般選用較大的主偏角；

加工很硬的材料，宜取較小的主偏角；

工藝系統(tǒng)剛性較好時，宜取小主偏角；剛性不足時，應(yīng)取大的主偏角；

需要從中間切入的以及仿形加工的車刀，應(yīng)增大主偏角和副偏角；

單件小批生產(chǎn)，希望一兩把刀具加工出工件上所有的表面，則選取通用性較好的45°車刀或90°偏刀。3.11刀具幾何角度的合理選擇2024/1/3101第3章金屬切削加工原理與刀具

3.主、副偏角的選擇

3）副偏角的選擇

一般刀具在不引起振動的情況下，可取較小的值；

精加工刀具，

應(yīng)取小一些；

加工高強(qiáng)度、高硬度材料或斷續(xù)切削時，應(yīng)取小些；

切斷刀、切槽刀、鋸片銑刀等，為保證刀頭強(qiáng)度和重磨后刀頭寬度的較小變化，只能取得很小。3.11刀具幾何角度的合理選擇2024/1/3102第3章金屬切削加工原理與刀具

3.11刀具幾何角度的合理選擇4.刃傾角的選擇

1）刃傾角的功用

◆

影響切屑流出方向◆

影響切削刃的鋒利性◆

影響刀頭強(qiáng)度及斷續(xù)切削時切削刃上受沖擊的位置◆

影響切削力的大小和方向◆

影響切削過程的平穩(wěn)性◆

影響切削刃的工作長度2024/1/3103第3章金屬切削加工原理與刀具

3.11刀具幾何角度的合理選擇4.刃傾角的選擇

2）刃傾角的選擇

原則刃傾角主要根據(jù)刀具強(qiáng)度、流屑方向和加工條件而定。一般情況下選正刃傾角，當(dāng)有沖擊時采用負(fù)刃傾角。合理刃傾角的參考值刀具各參數(shù)之間既有聯(lián)系又有制約，各參數(shù)在切削過程中對切削性能的影響既存在有利的一面，又有不利的一面。因此，在選擇刀具角度時，應(yīng)根據(jù)具體情況，綜合考慮和分析各參數(shù)之間的相互關(guān)系。2024/1/3104第3章金屬切削加工原理與刀具

1.切削用量的優(yōu)化目標(biāo)與目標(biāo)函數(shù)

1）最大生產(chǎn)率（最短的單件工時）

3.12切削用量的合理選擇及提高切削用量的途徑2）最低成本（最小的單件加工成本）

2024/1/3105第3章金屬切削加工原理與刀具

2.限制切削用量提高的約束條件

根據(jù)機(jī)床、刀具、工件三方面建立的約束條件

3.12切削用量的合理選擇及提高切削用量的途徑2024/1/3106第3章金屬切削加工原理與刀具

3.切削用量的選擇原則

在前述主要約束條件中，關(guān)鍵的約束條件應(yīng)該是以刀具壽命表示的刀具切削性能和以功率表示的機(jī)床工作性能?！?/p>

當(dāng)切削用量受到刀具壽命的限制時，應(yīng)當(dāng)先取大的ap，其次取大的f，最后再盡量取大的υc

；◆當(dāng)切削用量受到機(jī)床功率的限制時，應(yīng)盡量選取大的f，其次再取大的υc與ap。但考慮到ap較小時會增加走刀次數(shù)，增加輔助工時，因此一般是先取大的ap，其次取大的f，最后取大的υc只有當(dāng)取大的f后，包括輔助工時在內(nèi)也比取大的ap合算時，才優(yōu)先取大的f。

3.12切削用量的合理選擇及提高切削用量的途徑2024/1/3107第3章金屬切削加工原理與刀具

4.提高切削用量的途徑◆采用切削性能更好的新型刀具材料；◆采用合理的刀具結(jié)構(gòu)、簡化裝夾和調(diào)整;◆

采用合理的刀具幾何參數(shù)；◆采用新型的、性能好的切削液和高效的冷卻潤滑方法;◆

采用熱處理方法等改善工件材料的切削加工性。3.12切削用量的合理選擇及提高切削用量的途徑2024/1/3108第3章金屬切削加工原理與刀具

1.砂輪的特性和選擇

砂輪是最重要的磨削工具，它由磨料加結(jié)合劑采用陶瓷制造工藝方法制成。

砂輪的特性：磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度和組織。◆

磨料3.13磨削原理

系別磨料名稱代號顏色硬度韌性適

用

范

圍氧化物棕剛玉A棕褐色低高大小

磨削碳鋼、合金鋼、可鍛鑄鐵等白剛玉WA白色

磨削淬硬鋼、高碳鋼、高速鋼等鉻剛玉PA紫紅色

磨削高速鋼、高強(qiáng)度鋼，特別適于成形磨削碳化物黑碳化硅C黑色

磨削鑄鐵、黃銅、耐火材料及非金屬材料綠碳化硅GC綠色

磨削硬質(zhì)合金、寶石、陶瓷、玻璃等碳化硼B(yǎng)C黑色

研磨硬質(zhì)合金高硬磨料立方氮化硼CBN黑色

磨削高性能高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼及其他