機制工藝裝備刀具解析課件

第一章機械制造工藝裝備---金屬切削原理與刀具的基本知識金屬切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質(zhì)量達到設(shè)計與使用要求。零件的成形原理見書P4。金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，形成已加工表面，必須具備兩個基本條件：切削運動(造型運動)和刀具(幾何形態(tài))。造型運動的復(fù)雜程度將影響機床的結(jié)構(gòu)。刀具的復(fù)雜程度將影響刀具制造、刃磨的難易程度，同時也會促進刀具材料、刀具制造工藝的發(fā)展。第一章機械制造工藝裝備---金屬切削原理與刀具的基1一、金屬切削加工的基本概念1.切削運動圖2-1外圓車削的切削運動與加工表面一、金屬切削加工的基本概念1.切削運動圖2-12（1）主運動由機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。即：單位時間內(nèi)，刀具和工件在主運動方向上的相對位移。（1）主運動由機床或人力提供的刀具與①主運動方向切削刃上3

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）（參見下頁或書P5-7）。

（2）進給運動①進給運動方向切削刃上選定點相對于工件的瞬時進給方向。②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。主運動和進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的（2）進給運動①進給4圖1-1~1-7書P5-7各種切削加工的切削運動圖1-1~1-7書P5-7各種切削加工的切削運動5首先，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首先，切削刃相對于工件的運動過程,就是表面形成過程。2、切6

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（上圖2-1）。（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。73、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）切削用量三要素①切削速度

對切削運動定量描述的重要指標之一。外圓車削的切削速度為vc=πdwn/1000

②進給量

是指刀具在進給運動方向上相對工件的每轉(zhuǎn)或每行程相對位移量。

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

當主運動是直線運動時，進給量指刀具或工件每往復(fù)直線運動一次，兩者沿進給方向的相對位移量，單位為mm/雙行程；3、切削要素切削要素主要指控制切削過程的切削用8對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進給量fz，單位為mm/z或mm/齒。它與進給量f的關(guān)系為

f=zfz車削時進給速度vf可由下式計算

vf=fn銑削時進給速度為

vf=fn=zfzn合成切削速度ve可表達為ve=vc+vf對于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、切齒刀)，常用每齒進給量9③背吃刀量ap在基面上垂直于進給運動方向測量的切削層最大尺寸,外圓車削:ap＝(dw-dm)/2vc、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，單位為mm3/min，Qz=1000vcfap③背吃刀量ap在基面上垂直于進給運動方向測量的切削層10（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（如下圖2－2）。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11圖2－2車削時的切削層參數(shù)圖2－2車削時的切削層參數(shù)12③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)，切削層公稱橫截面積AD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13二、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。14（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2－3（1)前刀面Aγ切屑流過的刀面。1.刀面（2)主后刀15圖2－3外圓車刀的構(gòu)成圖2－3外圓車刀的構(gòu)成162.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。（217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坐標面稱為參考系;參考系可分為刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類。（二）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18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注角度。靜止參考系中最常用的刀具標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，用于定義刀具幾何參1．刀具靜止參192.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2－5p17(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20圖2-5正交平面參考系圖2-5正交平面參考系21

3.其它刀具標注參考系（略）（1）法平面pn與法平面參考系

1)法平面通過切削刃上選定點并垂直于切削刃的平面2)法平面參考系pr、ps、pn組成的參考系。

3.其它刀具標注參考系（略）（1）法平面pn與法平面參考系22（2）假定工作平面pf、及其參考系1)假定工作平面通過切削刃上選定點并垂直于該點基面以及其方位平行于假定進給運動方向的平面。3)假定工作平面參考系

pr、pf、pp組成的參考系。（2）假定工作平面pf、及其參考系1)假定工作平面通過切23正交平面參考系與法平面參考系正交平面參考系與法平面參考系24（三）刀具的標注角度（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是標注角度是否正確的驗證公式之一。（三）刀具的標注角度（1）基面中測量的刀具角度1）主偏角κr25（2）切削平面中測量的刀具角度刃傾角λs主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標注或測量，但有正負之分。當主切削刃與基面平行時λs=0°；當?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刃傾角λs26（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也是判斷標注是否正確的驗證公式。說明：以上標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給方向（刀具安裝理想位置），以及不考慮進給運動的影響等條件下確定的。（3）正交平面中測量的刀具角度1)前角γO前面與基面之間27

圖2－6車刀的主要角度圖2－6車刀的主要角度28（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.又稱實際角度。

研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設(shè)計、改進、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29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302．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參311）橫向進給運動對工作前、后角的影響（1）進給運動對工作前、后角的影響圖2-11(p19)橫向進給運動對工作角度的影響1）橫向進給運動對工作前、后角的影響（1）進給運動對工作前、322）縱向進給運動對工作前、后角的影響

見下圖2-10p19

結(jié)論：橫向進給車外圓時，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(如上圖2-11)

。2）縱向進給運動對工作前、后角的影響結(jié)論：橫向進給車33

圖2-10（P19）縱向進給運動對工作角度的影響圖2-10（P19）縱向進給運動對工作角度的影響34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。如下圖2-8a)若切削刃低于工件中心，則工作角度的變化情況正好相反。參見書P18圖2-8b)。（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35圖2-8a)刀尖安裝高低對工作角度的影響圖2-8a)刀尖安裝高低對工作角度的影響36當?shù)稐U中心線與進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。如下圖2-9所示。2）刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響當?shù)稐U中心線與進給運動方向不垂直且逆時針轉(zhuǎn)動G角時，工作主偏37圖2-9車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響圖2-9車刀安裝偏斜對工作主偏角、副偏角的影響38三、刀具材料金屬切削過程除了要求刀具具有適當?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。也就是刀具切削性能的優(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391.刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強度和韌性（3）高的耐熱性與化學穩(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402.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（風/鋒鋼）硬質(zhì)合金

有鎢鈷(YG)類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷(YT)類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭(鈮)(YW)類硬質(zhì)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性能見表2-1(p27)。2.常用刀具材料工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼411．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62～66HRC,抗彎強度高，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進行切削。由于熱處理變形小、能鍛造易刃磨，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42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43（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67～70HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進一步提高?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強度鋼等難加工材料。典型牌號有W2Mo9Cr4VCo8（M42）、W6Mo5Cr4V2A1（501）。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性能見表2-1(p27)。（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr444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74～82HRC，化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達850～1000°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45鎢鈷類(YG)（WC+Co）；鎢鈦鈷類(YT)（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(YG)（WC+Co）；（1）硬質(zhì)合金的分類46（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（ISO國際標準化組織）。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、耐磨性和耐熱性進一步提高，但抗彎強度、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，這樣可提高抗彎強度、疲勞強度、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2-1（p27)。（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Y473．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48（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494．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，有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴散能力強；其缺點是脆性大、抗彎強度低，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，強度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強烈的化學親合力，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50（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，化學惰性大，與鐵系金屬在1300℃時不易起化學反應(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51

應(yīng)當指出，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。

應(yīng)當指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速鋼及硬52四、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度，散熱體積刀具壽命四、刀具角度的選擇1.前角γO（1）功用γO53γo1Prγo2圖前角的選擇γOγo1Prγo2圖前角的選擇γO54（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、刀具材料及加工要求。工件552.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563.主偏角κr

和副偏角κr′

（1）功用κr和κr′

刀刃強度表面粗糙度背向力Fp殘留面積高度，散熱條件刀具壽命，進給力Ff（如下圖）3.主偏角κr和副偏角κr′（1）功用κr和κr′刀刃57kr1Kr’kr2FpFf圖主偏角κr

和副偏角κr′對切削力的影響kr1Kr’kr2FpFf圖主偏角κr和副偏角κr′對58（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。594.刃傾角λs

（1）功用（2）選擇主要影響刀頭的強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°。切削加工高強度鋼、冷硬鋼時：λs

＝－30°?－45°。4.刃傾角λs（1）功用（2）選擇主要影響60五、常用金屬切削刀具與砂輪（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。（圖2-12p19）

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。五、常用金屬切削刀具與砂輪（一）、車刀1.硬質(zhì)61圖2-12（p19）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2-12（p19）幾種常用的車刀1－45°彎頭車刀；62

2.硬質(zhì)合金機夾重磨式車刀避免了焊接引起的缺陷，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。（見書p20圖2-13）

3.機夾可轉(zhuǎn)位式車刀

1.不需刃磨，刀片材料能較好地保持原有力學性能、切削性能、硬度和抗彎強度。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。（如下圖2-14）2.硬質(zhì)合金機夾重磨式車刀避免了焊63圖2-14（p20）可轉(zhuǎn)位式車刀的組成圖2-14（p20）可轉(zhuǎn)位式車刀的組成64（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2-15p212）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65圖2-15（p21）麻花鉆的組成和切削部分圖2-15（p21）麻花鉆的組成和切削部分66

螺旋角對切削過程的影響β

前角γo軸向力和扭矩切削輕快、排屑容易切削刃強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。標準麻花鉆的螺旋角β=18°~

30°。黃銅、軟青銅：β=10°~

17°

輕合金、紫銅：

β=35°~40°

高強度鋼、鑄鐵:圖β=10°~

15°2－13螺旋角對切削過程的影響β前角γo軸向力和扭矩切削輕快、排屑67（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。（見上圖2-15）頂角對切削過程的影響2φ

主切削刃長度單位切削刃上的負荷及軸向力鉆尖強度有利于散熱，提高鉆頭耐用度（2）頂角2φ指兩主切削刃在與它們平行的平68（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。（見下圖）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69圖麻花鉆的幾何角度圖麻花鉆的幾何角度70（4）后角αf

是在假定工作平面內(nèi)（軸向剖面）測量的切削平面與主后刀面之間的夾角。（見上圖）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。（4）后角αf是在假定工作平面內(nèi)（軸向剖面71（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。（如下圖）由于橫刃前角為負值，因此橫刃的切削條件很差，切削時因產(chǎn)生強烈的擠壓而產(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72圖橫刃切削角度圖橫刃切削角度73

2.擴孔鉆用于對已鉆孔的進一步加工，IT10~IT11級；表面粗糙度6.3

~3.2μm。（1）擴孔鉆的類型

（2）擴孔鉆與麻花鉆的比較

圖2-19p211）刀齒數(shù)多（3～4個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；2）刀體強度和剛性較好；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.擴孔鉆用于對已鉆孔的進一步加工74圖2-19擴孔鉆a)高速鋼整體式b)鑲齒套式圖2-19擴孔鉆a)高速鋼整體式b)鑲齒套式75

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）鉸刀與擴孔鉆的比較

圖2-20p221）刀齒數(shù)多（6～12個），故導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)；2）刀體強度和剛性較好（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76圖2-20（p22）鉸刀的類型（a）直柄機用鉸刀（b）錐柄機用鉸刀（c）硬質(zhì)合金錐柄機用鉸刀（d）手用鉸刀（e）可調(diào)節(jié)手用鉸刀（f）套式機用鉸刀（g）直柄莫式圓錐鉸刀（兩把一套）（h）手用1:50錐度鉸刀圖2-2077圖鉸刀的結(jié)構(gòu)圖鉸刀的結(jié)構(gòu)78（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。（如下圖2-22）1）圓柱銑刀的幾何角度

如后圖示

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79圖2-22（p22）銑刀種類圖2-22（p22）銑刀種類80圖圓柱銑刀的幾何角度圖圓柱銑刀的幾何角度81

后角圓柱銑刀的后角是用正交平面后角αo表示。（見上圖）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822）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。在正交平面參考系內(nèi)端銑刀的標注角度有：γo、αo、kr、k’r和λs。如下圖。2.硬質(zhì)合金端銑刀（略）2）端銑刀的幾何角度端銑刀的每個刀齒類似車83圖

端銑刀的幾何角度圖端銑刀的幾何角度84

3.銑削方式及其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.銑削方式及其合理選用銑削方式851）逆銑逆銑時，刀齒的切削厚度從ac=0至acmax。當ac=0時，刀齒在工件表面上擠壓和摩擦，刀齒比較容易磨損。同時，工件表面受到較大的擠壓應(yīng)力，冷硬現(xiàn)象嚴重，更加劇了刀齒的磨損，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給力Ff與其進給方向相反，使銑床工作臺進給機構(gòu)中的絲杠螺母始終保持良好的右側(cè)面接觸，因此進給速度比較平穩(wěn)。（見后圖）銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進給方向相反。（圖1-3a)

p6）1）逆銑逆銑時，刀齒的切削厚度從ac86圖1-3逆銑與順銑（a）逆銑（b）順銑圖1-3逆銑與順銑87機制工藝裝備刀具解析ppt課件882）順

銑

順銑時，刀齒的切削厚度從acmax到ac=0

。容易切下切削層，刀齒磨損較少，已加工表面質(zhì)量較高。順銑法可提高刀具耐用度2～3倍。但在順銑過程中，作用于工件上的進給力Ff與其進給方向相同，此時如果銑床工作臺下面的傳動絲杠與螺母之間的間隙較大，則力Ff有可能使工作臺連同絲杠螺母一起沿進給方向移動，導(dǎo)致絲杠與螺母之間的間隙轉(zhuǎn)移到另一側(cè)面上去，引起進給速度時快時慢，影響工件表面粗糙度，有時甚至會因進給量突然增加很多而損壞銑刀刀齒。因此，采用順銑法加工時，要求銑床的進給機構(gòu)具有消除絲杠螺母間隙的裝置。此外，用順銑法加工時，要求工件表面沒有硬皮，否則銑刀很易磨損。（見上圖）銑刀旋轉(zhuǎn)切入工件的方向與工件的進給方向相同。（見上圖及圖1-3b)

）2）順銑順銑時，刀齒的切削厚度從ac89（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。（如下圖a）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。（如下圖b、c）（2）端面銑削法（端銑法）1）對稱銑削刀90圖端面銑削方式圖端面銑削方式91（四）、拉

刀

1.拉刀的類型拉削加工質(zhì)量好，生產(chǎn)率高。拉刀壽命長，并且拉床結(jié)構(gòu)簡單。但拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造比較麻煩，價格較高，因而多用于大量和批量生產(chǎn)的精加工。（作為孔加工的一種方法）（四）、拉刀1.拉刀的類型拉削加92圖2-23~25拉刀的類型圖2-23~25拉刀的類型93

2.拉刀的結(jié)構(gòu)頭部——與機床連接，傳遞運動和拉力。頸部——頭部和過渡錐連接部分。過渡錐部——使拉刀容易進入工件孔中，起對準中心的作用。前導(dǎo)部——起導(dǎo)向和定心作用，防止拉刀歪斜，并可檢查拉削前孔徑是否太小，以免拉刀第一刀齒負荷太大而損壞。切削部——切除全部的加工余量，由粗切齒、過渡齒和精切齒組成。校準部——起校準和修光作用，并作為精切齒的后備齒。后導(dǎo)部——保持拉刀最后幾個刀齒的正確位置，防止拉刀即將離開工件時，下垂而損壞已加工表面。尾部——防止長而重的拉刀自重下垂，影響加工質(zhì)量和損壞刀齒（后支撐部位）。如下圖2.拉刀的結(jié)構(gòu)頭部——與機床連接，傳遞運動和拉力。94圖圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)1－頭部；2－頸部；3－過渡圓錐；4－前導(dǎo)部5－切削部；6－校準部；7－后導(dǎo)部；8－尾部圖圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)95

3.刀齒幾何參數(shù)(簡介)1）齒升量af

前、后兩刀齒半徑或高度之差。af

影響拉刀強度及拉床負荷；難以切下很薄的金屬層，容易磨損刀齒，加工表面也不光潔af粗切齒：

af=0.02~

0.20mm

精切齒：af=0.005~0.015mm如下圖3.刀齒幾何參數(shù)(簡介)1）齒升量af前、后兩刀齒半徑962）齒距p

相鄰兩刀齒之間的軸向距離。確定齒距的大小時，應(yīng)考慮拉削的平穩(wěn)性及足夠的容屑空間。

粗切齒的齒距按經(jīng)驗公式計算：

過渡齒的齒距：精切齒的齒距：當p>10mm時，當p≤10mm時,（便于制造）如下圖2）齒距p相鄰兩刀齒之間的軸向距離。確定齒97圖拉刀切削部分的主要幾何參數(shù)圖拉刀切削部分的主要幾何參數(shù)983）前角γo

根據(jù)加工工件的材料選擇。一般高速鋼拉刀為5o~20o4）后角αo

為使刀齒前刀面重磨之后，直徑變小的速度慢一點，以及延長拉刀的使用壽命，拉刀的后角應(yīng)取較小值。5）刃帶寬度ba1

其作用是制造時便于控制刀齒直徑、保持切削過程的穩(wěn)定性和重磨后保持直徑不變。如上圖3）前角γo根據(jù)加工工件的材料選擇。一般高99

4.拉削方式1）分層式拉削2）分塊式拉削可獲得較高的表面