金 属 切 削 原 理 与 刀 具第5章

1、5.1 车刀的种类与用途 车刀种类很多，具体可按用途和结构分类。1按用途分类 如图5.1所示。（1）外圆车刀 主要用于车削圆柱形或圆锥形外表面。 主偏角r=45的车刀，如图5.1（a）、图5.1（b）所示，是一种通用性很好的车刀；主偏角r =75的强力车刀，用于大切深和大进给车外圆；主偏角r=90的车刀，如图5.1（c）所示，用来车削外圆、阶台和端 第五章 车刀与车削加工技术 第五章 车刀与车削加工技术面，还可以车细长轴；主偏角r =93的车刀，主要用于车削细长轴。（2）端面车刀。端面车刀专门用于车削工件的端面，如图5.1（d）所示。（3）切断刀和切槽刀。切断刀如图5.1（e）所示，切槽刀如图

2、5.1（f）所示，用来切断工件或在工件上切沟槽。（4）螺纹车刀 如图5.1（g）所示，用来车螺纹。（5）内孔车刀 如图5.1（h）所示，用来车削工件的内孔。第五章 车刀与车削加工技术图5.1 常用车刀形式与用途第五章 车刀与车削加工技术2按结构分类 车刀按结构可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹式车刀和可转位车刀4种类型。如图5.2所示。 整体式车刀主要是整体高速钢车刀，它由高速钢刀条按要求磨制而成，如图5.2（a）所示。其刀杆截形大都为正方形或矩形，俗称“白钢刀”，使用时其刀刃和切削角度可根据不同用途进行修磨。整体式高速钢车刀因整刀由高速钢材料制造，浪费材料且切削性能也不理想，故已很少使用，目

3、前主要用于成形加工用车刀，如螺纹车刀和成形车刀。 第五章 车刀与车削加工技术图5.2 车刀的结构类型第五章 车刀与车削加工技术5.2 焊接式车刀 5.2.1 焊接式车刀的概念及特点1焊接车刀的概念 是由一定形状的刀片和刀杆通过焊接连接而成。2焊接车刀的特点（1）结构简单、紧凑，刚性好，制造方便。（2）通过刃磨可获得较理想的形状和角度，使用灵活。（3）焊接时易产生热应力。（4）车刀的性能取决于操作者的刃磨质量。（5）刀杆不能重复使用，材料消耗较大。第五章 车刀与车削加工技术5.2.2 硬质合金刀片的型号1硬质合金刀片的型号 我国目前采用的硬质合金刀分为A、B、C、D、E 5类，刀片型号由1个字母

4、和3位数字组成。字母和第1位数字代表刀片的形式，后两位数字表示刀片的主要尺寸。刀片形状相同、有不同尺寸规格时，数字后面加字母A，用于左切刀的形式，再在后面加字母L。例如：第五章 车刀与车削加工技术2硬质合金刀片的形状如图5.3所示为常用的刀片形状，其主要适用场合如下。 A1型：直头车刀、弯头外圆车刀、内孔车刀、宽刃车刀A2型：端面车刀、内孔车刀（盲孔）。A3型：90偏刀、端面车刀。A4型：直头外圆车刀、端面车刀、内孔车刀。A5型：直头外圆车刀、内孔车刀（通孔）。A6型：内孔车刀（通孔）。B1型：燕尾槽刨刀。B2型：圆弧成形车刀。C1型：螺纹车刀。第五章 车刀与车削加工技术C3型：切断车刀、车槽

5、车刀等。C4型：带轮车槽刀。D1型：直头外圆车刀、内孔车刀。表5.1所示为部分常用刀片型号、主要尺寸和应用范围3刀片的合理选择 刀片形状的选择主要依据其用途及主、副偏角的大小；刀片尺寸选择时主要考虑刀片的长度，长度l一般为切削宽度的1.62倍，刀片厚度S要根据切削力的大小决定，切削面积越大，工件材料强度越高，刀片的厚度必须相应的增大；车槽车刀的刃宽不应大于工件的槽宽；切断车刀的宽度B，可根据直径d估算。 第五章 车刀与车削加工技术图5.3 常用焊接刀片型式第五章 车刀与车削加工技术5.2.3 刀槽的形状和尺寸 刀槽的形式通常有通槽、半通槽和封闭槽3种形式，如图5.4所示。 通槽常用于A1型的矩

6、形刀片；半通槽常用于A2、A3A4型等带圆弧的刀片；封闭槽适用于C1、C3型等底面积相对较小的刀片。加强型半通槽可获得较好的焊接强度。 刀体厚度H与刀片厚度C的比例，对焊接是否出现裂纹有很大的影响。实践表明，当H/C3时，不易产生裂纹；当H/C3时，易产生裂纹。因此，设计焊接式车刀时应保证H/C3。 第五章 车刀与车削加工技术 图5.4 刀槽的形状第五章 车刀与车削加工技术5.3 机夹式车刀1机夹式车刀的特点 机夹式车刀是将标准硬质合金刀片用机械夹固的方法安装在刀槽中，如图5.5所示。这类车刀具有如下特点。（1）刀片不需要焊接，提高了刀具耐用度。图5.5 常用机夹车刀的结构形式第五章 车刀与车

7、削加工技术（2）提高了生产效率。（3）降低了生产成本。2机夹式车刀的常用结构形式（1）上压式。上压式机夹车刀结构如图5.5（a）所示。（2）侧压式。可分为刀片立放式（见图5.5（b）和刀片平放式（见图5.5（c）5.4 可转位式车刀 5.4.1 可转位式车刀的概念及特点1可转位式车刀的概念 可转位式车刀就是将压制有合理的几何参数、断屑槽型、装夹孔和具有数个切削刃的多边形刀片，用夹紧元件、刀垫，以机械夹固方法，将刀片夹紧在刀体上。2可转位式车刀的特点（1）提高劳动生产率，保证加工精度。（2）降低了生产成本。（3）可充分保证刀具的制造质量。（4）可实现可靠的断屑。 第五章 车刀与车削加工技术5.4

8、.2 可转位车刀刀片的型号及表示方法1可转位刀片型号表示规则 GB规定，可转位刀片的型号由代表一定意义的字母和数字代号按一定顺序排列所组成，共有10个号位，每个号位的含义如表5.2所示。标准规定，任何一个型号刀片都必须标注前7位代号，后3个代号在必要时才标注。但对于车刀刀片，第10号位属于标准要求标注的部分。不论有无第8、9两个号位，第10号位都必须用短横线“-”与前面号位隔开，并且其字母不得使用第8、9号位已经使用过的字母。 第五章 车刀与车削加工技术2可转位刀片型号示例 第五章 车刀与车削加工技术5.4.3 可转位车刀刀片的夹固形式1夹固结构的基本要求（1）定位精度高。（2）使用方便。（3

9、）刀片夹紧可靠。（4）排屑流畅。2可转位刀片典型夹紧形式（1）杠杆式夹紧。杠杆式夹紧的结构如图5.6所示。（2）楔块式夹紧。楔块式夹紧的结构如图5.7所示。（3）上压式夹紧。其结构如图5.8所示。（4）偏心式夹紧。偏心式夹紧的结构如图5.9所示。第五章 车刀与车削加工技术 图5.6 杠杆式夹紧 图5.7 楔块式夹紧第五章 车刀与车削加工技术 图5.8 上压式夹紧 图5.9 偏心式夹紧第五章 车刀与车削加工技术5.4.4 可转位车刀的合理使用1刀片的夹紧 在紧固刀片时，用力不要过大；紧固时应切实保证刀片与各定位面贴紧，不得有缝隙、切屑等杂物；使用过程中，夹紧元件可能会松动，应注意及时检查。2刀尖

10、圆弧半径r的选择 选择原则是：粗加工时取大些；精加工时取小些。3刀刃的修磨 修研的基本原则是刀具材料越硬、越脆或工件材料的硬度、强度越高时，刀具的修磨参数越大；进给量越大，修磨参数也应越大。第五章 车刀与车削加工技术4磨钝标准VB 制定合理的磨钝标准和寿命是合理使用可转位车刀的一个重要措施。因此应适时转位。其刀片的VB值可取得大些，一般取VBh。目前，一般设计都取h=0.5。5切削用量的选择 f 的最大值不宜超过 的3/4，同时 f 还应大于 n 的3倍和 b1 的（0.31.2）倍；ap 的选择应使主切削刃有效切削长度不大于刀片刀刃边长的（1/22/3）；vc 应略高于焊接刀具切削速度的10

11、%。 第五章 车刀与车削加工技术5.5 其他车刀简介 5.5.1 超硬材料车刀1超硬材料车刀分类（1）金刚石车刀。可分为天然单晶金刚石车刀、人造聚晶金刚石车刀和聚晶金刚石复合刀片车刀3种。（2）立方氮化硼车刀。分为聚晶烧结体和复合刀片两种2超硬材料车刀的刀片夹固方式（1）机械夹固式。结构如图5.10所示。适用于聚晶金刚石、立方氮化硼以及较大颗粒的天然金刚石刀片的夹固。（2）焊接或粘接式。结构如图5.11所示。适用于刀片机第五章 车刀与车削加工技术械夹固困难的车刀。（3）复合式。其结构如图5.12所示，适用于聚晶金刚石、立方氮化硼以及小颗粒的天然金刚石刀片的夹固。（4）可转位式。结构如图5.13

12、所示。适用于转位结构复合刀片的装夹。3超硬材料车刀的切削用量与几何参数选择（1）金刚石车刀的切削用量与几何参数选择。 单晶金刚石车刀的后角一般取58；前角一般取负值，如表5.13所示；主偏角一般取3090，多采用45。进给量一般取得较小，通常粗加工时为0.01第五章 车刀与车削加工技术0.02mm/r，精加工时为0.0020.01mm/r；背吃刀量也取得小，一般粗加工时为0.010.02mm，精加工时为0.0020.003mm；切削速度可达10002000 m/min。 聚晶金刚石车刀和聚晶金刚石复合刀片的切削用量与几何角度的选取可参考表5.14。 （2）立方氮化硼车刀。 立方氮化硼车刀车削淬

13、硬钢和高强度铸铁时的几何参数的选取可参考表5.15。第五章 车刀与车削加工技术 图5.10 机械夹固式 图5.11 焊接或粘接式 图5.12 复合式第五章 车刀与车削加工技术图5.13 可转位式第五章 车刀与车削加工技术5.5.2 成形车刀 成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具。成形车刀主要用在各类卧式车床、转塔车床、半自动车床和自动车床上加工尺寸较小的回转体零件的内、外成形表面。1成形车刀的特点 具有加工精度稳定、生产效率高、刀具使用寿命长、刀具制造成本较高等特点。成形车刀一般用于成批或大量生产中。2成形车刀的种类 成形车刀按加工时的进刀方向，可分为径向、轴向和切向3类，其中以径向成形车刀

14、使用最为广泛。 第五章 车刀与车削加工技术 径向成形车刀又可分为平体成形车刀、棱体成形车刀和圆体成形车刀3类，如图5.14所示。（1）平体成形车刀。如图5.14（a）所示，常用在普通车床上加工外成形回转表面，在生产中常用的是螺纹车刀和铲刀。（2）棱体成形车刀。如图5.14（b）所示，只能加工外成形回转表面。（3）圆体成形车刀。如图5.14（c）所示，可用于加工各种内、外成形回转表面。这种成形车刀制造比棱体成形车刀容易，所以生产中使用得较多。 第五章 车刀与车削加工技术图5.14 成形车刀的类型第五章 车刀与车削加工技术5.6 刀杆截面形式选择1刀杆的截面形式 其截面形式有正方形、矩形和圆形3种

15、，如图5.15所 示。目前，高速钢车刀条的规格尺寸已标准化和系列化，其正方形、矩形和圆形车刀条的尺寸参数分别标记为：bL、bh-L、d-L，如图5.15所示。其常用规格及主要尺寸参数见表5.16、表5.17、表5.18。2刀杆的选择 车刀刀杆截面尺寸的选择：一般的车削加工采用矩形截面，切削力较大时也可采用方形截面，内孔车刀多用圆形截面，矩形截面的要优先选用b:h约为1.6的截形。 表5.19所示为按机床中心高选择车刀刀杆截面尺寸。 第五章 车刀与车削加工技术图5.15 刀杆截面形式与尺寸标注第五章 车刀与车削加工技术5.7 难加工材料的切削性能和加工技术 5.7.1 高锰钢的切削性能和加工技术

16、1高锰钢的切削性能（1）切削力大。（2）刀具磨损严重。（3）加工表面质量不易保证。（4）切屑硬度和强度高，不易折断。2高锰钢的加工技术（1）刀具材料。宜选用强度、硬度和韧性较高，热导率较大、高温性能好的刀具材料。其刀具材料选用如下。 陶瓷刀具。选用AG2、SG4、TN10、TN20、TN30第五章 车刀与车削加工技术LT55、LT35、AT6等牌号。 涂层硬质合金刀具。选用YB03、YB02、YB01、YB21、CN25、CN35等牌号。 非涂层硬质合金刀具。粗车时选用YS2、YT767、YM053、YG640、YG546等牌号；精车、半精车时选用YD10、YD15、YG6A、YW1、YW2、

17、YW3、YT712、YM052等牌号。 高速钢刀具。 选用W2Mo9Cr4VCo8、W12Mo3Cr4V3Co5Si、W10Mo4Cr4V3Co4Nb、W6Mo5Cr4V2Al等牌号。（2）刀具几何参数。刀具前角应取小值，但又不宜取得过小，并应磨出负倒棱；刀具后角应取较大值，但也第五章 车刀与车削加工技术不能取得太大；主偏角与副偏角均应取小值；刀尖圆弧半径应取大些。刀具几何参数选用具体如表5.20所示。（3）切削用量。 切削速度。用硬质合金刀具车削高锰钢时，切削速度一般取v=（2040）m/min，其中粗车时取小值，半精车、精车时取大值。当采用复合陶瓷刀具加工时，一般取v=80120m/min

18、。 背吃刀量。车削高锰钢时，背吃刀量一般粗车时取ap=36，半精车时取ap=13，精车时取ap=0.51。 进给量。选取时应取大值。一般粗车时取f=0.31.5mm/r，半精车或精车时取f=0.20.8mm/r。第五章 车刀与车削加工技术5.7.2 高强度钢的切削性能和加工技术1高强度钢的切削性能（1）切削力大。（2）刀具易磨损、耐用度低。（3）断屑困难。2高强度钢的加工技术（1）刀具材料。加工高强度钢时，宜选用具有较高的红硬性、耐磨性及冲击韧性，而且不易产生粘接磨损和扩散磨损的刀具材料。其刀具材料选用如下。 高速钢刀具。选用W9Mo3Cr4V3Co10、W12Mo3Cr4V3Co5Si、W1

19、0Mo4Cr4V3Co4Nb、第五章 车刀与车削加工技术W2Mo9Cr4VCo8、W10Mo4Cr4V3Al、 W6Mo5Cr4V2Al、W18Cr4V4SiNbAl等牌号。 涂层硬质合金刀具。粗车时选YB03、YB02、YB01、CN25等；精车、半精车时选用YB21、CN15、CN25等。 非涂层硬质合金刀具。粗车时选YS25、 YT758、 YS2YM052、YG45、YW3、YD05、YD15、YG3X、YG640、YT14等；精车、半精车时选用YN05、YD05、YM052、YD10、YT5、YT712、YW3、YM051、YG643等。 陶瓷刀具。选用AT6、AG2、T8、LT35

20、、LT55等。（2）刀具几何参数。 应采用较小的前角或负前角及较大的后角。切削刃应第五章 车刀与车削加工技术磨出负倒棱，一般01=515，br1=0.50.8。刀尖圆弧半径应选大些，粗加工时，=12 ，精加工时，=0.50.8 。参数选用如表5.21所示。（3）切削用量。 切削速度。 当采用高速钢刀具时，v=311m/min ；当采用陶瓷刀具时，v=70210m/min；当采用硬质合金刀具粗车或荒车时，v=1090m/min，当半精车时，v=30140，当精车时，v=70120m/min。在选择时，应考虑材料的强度，一般b=10001500MPa时，v=8540m/min；b=15001700

21、MPa时，v=5835m/min；第五章 车刀与车削加工技术b=20002150MPa时，v=3510m/min。 背吃刀量。 采用高速钢刀具时，ap=0.32；采用陶瓷刀具时，ap=0.14；采用硬质合金刀具粗车或荒车时，ap =420 ；半精车时，ap =14；精车时，ap =0.051.5。 进给量。 采用高速钢刀具时，f=0.030.3mm/r；采用陶瓷刀具时，f=0.051mm/r；采用硬质合金刀具粗车或荒车时，f=0.31.2mm/r；半精车时，f=0.150.4mm/r；精车时，f=0.050.2mm/r。第五章 车刀与车削加工技术5.7.3 不锈钢的切削性能和加工技术1不锈钢的

22、切削性能（1）切削力大。（2）切削温度高。（3）容易粘刀和形成积屑瘤。（4）切屑不易卷曲和折断。2不锈钢的加工技术（1）刀具材料。应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性且与不锈钢的粘附性要小。其刀具材料选用如下。 高速钢刀具。一般选用W10Mo4Cr4V3Al、第五章 车刀与车削加工技术W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2CoAl、W12MoCr4V4、 W2Mo9Cr4Co8等牌号。 硬质合金刀具。一般选用YT798、YT712、YA6、Y320、YS8、YW1、YW2、YW3、YG8N、YG8、YG813、YG643等牌号。（2）刀具几何参数。在不降低刀具强度的条件下，应把前角适当

23、取大一些；后角要稍大一些；当切削深度和进给量不变时，减小主偏角可使散热条件得到改善，减少刀具损坏，使刀具切入、切出平稳，但主偏角减小又会使径向力增大，在切削时容易引起振动，振动又会使加工硬化严重。刀具几何参数选用如表5.22所示。 第五章 车刀与车削加工技术（3）切削用量。应考虑以下因素：一要根据不锈钢及各类毛坯的硬度等来选择切削用量；二要根据刀具材料、焊接质量和车刀的刃磨条件来选择切削用量；三是要根据零件直径、加工余量和车床精度等来选择切削用量。 在采用硬质合金刀具进行加工时，切削用量应比车削一般碳钢类工件稍低些，特别是切削速度不宜过高，一般取v=5080m/min；切削深度ap不宜过小，以

24、避免切削刃和刀尖划过硬化层，一般取ap=0.44mm；因进给量f对刀具耐用度影响不如切削速度大，但会影响断屑和排屑，拉伤、擦伤工件表面，影响加工的表面质量，故进给量一般取f=0.10.5mm/r。 第五章 车刀与车削加工技术5.7.4 淬火钢的切削性能和加工技术1淬火钢的切削性能（1）切削力大。（2）刀刃易崩碎、刀具磨损快。（3）不易产生积屑瘤。2淬火钢的加工技术（1）刀具材料。刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性，而且要有一定的强度和导热性。 硬质合金刀具。选用YN05、YT04、YT05、YT707、YT726、YG600、YG610、YG12、YS8、YM051、YM052、F3、T

25、20、H19等牌号。第五章 车刀与车削加工技术 复合陶瓷刀具。选用AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6、HS73、ST4等牌号。 立方氮化硼复合片刀具。选用DLS-F等牌号。（2）刀具几何参数。前角应选零度和负值。工件材料硬度高、断续切削时，应选较大的负前角，如果采用正前角可转位刀片时，应磨出负倒棱；后角应比一般刀具的后角大一些：刃倾角为负值时，可以增大刀尖强度。但负值太大时，会使Fp力增大；主偏角与副偏角均应取小值；刀尖圆弧半径应取大一些。切削淬火钢刀具，在合理选好几何参数的基础上，必须经过仔细刃磨和研鐾，。刀具几何参数选用如表5.23所示。 第五章 车刀与车削加工技术（3）切

26、削用量。 切削速度。采用硬质合金刀具时，v=3075m/min；采用陶瓷刀具时，v=60120m/min；采用立方氮化硼刀具时，v=100200m/min。在断续切削和工件材料硬度太高时，一般约为上面最低切削速度的1/2。在连续切削时的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗红色为宜。 背吃刀量。采用复合陶瓷刀具时，背吃刀量ap=0.050.5mm；采用硬质合金刀具时，ap =0.052mm；采用CBN刀具时，ap =0.050.5mm。 进给量。在工件材料硬度高或断续切削时，一般取f=0.050.3mm/r。第五章 车刀与车削加工技术5.7.5 冷硬铸铁的切削性能和加工技术1冷硬铸铁的切削性能（1）切

27、削力大。（2）刀具容易磨损与崩刃。2冷硬铸铁的加工技术（1）刀具材料。要求刀具材料红硬性高、耐冲击、耐磨性好、抗弯强度高、导热系数大。 硬质合金刀具。选用YM053、YM052、YG600、YG610、YG643、YT726、YG8N、YS2、H19等牌号。 陶瓷刀具。选用SG4、FD04、FD22、AG2、AT6、Si3N4等牌号。第五章 车刀与车削加工技术（2）刀具几何参数。 冷硬铸铁的硬度、强度都很高，切削时多是粗加工的断续切削，要求刃口有足够的强度，因此应选择负前角和较小的后角；为了减小单位切削刃上的负荷，改善散热条件，减少崩刃，提高刀具耐用度，宜选用较小的主偏角和负刃倾角，刀尖圆弧半

28、径可大些；机床刚性较差或精加工时，也可适当加大主偏角，减小刀尖圆弧半径；对于陶瓷刀片和PCBN刀片，刃口应有负倒棱。刀具几何参数选择如表5.24所示。第五章 车刀与车削加工技术（3）切削用量。在选择切削用量时，必须考虑切削用量对刀具耐用度的影响。根据不同的切削对象和刀具材料，切削速度、进给量和背吃刀量应进行合理组合。 应选较低的切削速度，适当加大背吃刀量并尽可能减少走刀次数。粗车时，v=812m/min，ap =510，f=0.51.0mm/r；半精车时，v=1520m/min，ap=0.52mm，f=0.10.3mm/r；采用陶瓷刀片时，一般v=4060m/min，ap=0.52mm，f=0

29、.30.6mm/r；采用PCBN刀片时，v=7080m/min，ap=0.52mm，f=0.10.3mm/r。 第五章 车刀与车削加工技术5.7.6 高温合金的切削性能和加工技术1高温合金的切削性能（1）塑性变形较大。（2）切削力大。（3）冷硬现象严重。（4）切削温度高。（5）刀具易磨损。（6）精度不易保证。2高温合金的加工技术（1）刀具材料。要求刀具材料硬度高、耐磨性好，又有足够的强度和韧性。第五章 车刀与车削加工技术 高速钢刀具。应选低钴超硬高速钢、无钴含铝超硬高速钢、高碳高钒高速钢、粉末冶金高速钢等。 硬质合金刀具。应采用YG类硬质合金。最好采用含TaC或NbC的细颗粒和超细颗粒硬质合金。常用刀具材料的选用如表5.26所示。（2）刀具几何参数。应采用较小的刀具前角；应选较大的后角；在机床工艺系统刚性允许的情况下，应选取小的主偏角；粗车或断续切削时，刃倾角应选负值，精加工时，为了避免切削划伤已加工表面，刃倾角可取较小的正值。刀具几何参数选用如表5.25所示。第五章 车刀与车削加工技术