2023学年完整公开课版车刀V

第八讲车刀金属切削加工及机床JINSHUQIEXUEJIACHUANGJIJICHUANGEMAIL：Wangjr@Tanglp@无锡职业技术学院王建荣、唐立平车床用刀具车刀是应用最广的刀具之一。它的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等要素。按不同使用要求，采用不同的结构和材料。车刀第八讲刀具材料刀具材质的改良和发展是今日金属加工发展的重要课题之一，因为良好的刀具材料能有效、迅速的完成切削工作，并保持良好的刀具寿命。一般常用车刀材质有下列几种：1.高碳钢高碳钢车刀是由含碳量0.8%~1.5%之间的一种碳钢，经过淬火硬化后使用，因切削中的摩擦热很容易回火软化，所以现在被高速钢等其它刀具所取代。一般仅适合于软金属材料之切削，常用者有SK1，SK2、、、、SK7等。2.高速钢钢基合金，俗名白车刀，含碳量0.7~0.85%的碳钢中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。如18-4-4高速钢材料中含有18%钨、4%铬以及4%钒的高速钢。高速钢车刀切削中产生的摩擦热可高达至600℃，适合转速1000rpm以下及螺纹的车削，常用高速钢车刀如SKH2、SKH4A、SKH5、SKH6、SKH9等。常见车刀的种类及结构车刀第八讲刀具材料3.铸造合金刀具为钴、铬及钨的合金，因切削加工很难，所以以铸造成形制造，故又叫超硬铸合金，其刀具韧性及耐磨性极佳，在820℃温度下其硬度仍不受影响，抗热程度远超出高速钢，适合高速及较深之切削工作。4.烧结碳化刀具为粉末冶金的产品，碳化钨刀具主要成分为50%~90%钨，并加入钛、钼、钽等以钴粉作为结合剂，再经加热烧结完成。硬度较任何其它材料高，是最硬高碳钢的三倍，适用于切削较硬金属或石材，因其材质脆硬，故只能制成片状，再焊于较具韧性的刀柄上，如此刀刃钝化或崩裂时，可以更换另一刀口或换新刀片，这种车刀称为舍弃式车刀。碳化刀具依国际标准(ISO)其切削性质的不同，分成P、M、K三类，并分别以蓝、黄、红三种颜色来标识。常见车刀的种类及结构车刀第八讲刀具材料5.陶瓷车刀陶瓷车刀是由氧化铝粉末，添加少量其他元素，经由高温烧结而成，硬度、抗热性、切削速度比碳化钨高，但是因为质脆，故不适用于非连续或重车削，只适合高速精削。6.钻石刀具加工高级表面加工时，可使用圆形或表面有刃缘的工业用钻石来进行光制。可得到更为光滑的表面，主要用来做铜合金或轻合金的精密车削，在车削时必须使用高速度，最低需在60~100m/min，通常在200~300m/min。7.氧化硼立方晶氧化硼(CBN)是近年来推广的材料，硬度与耐磨性仅次于钻石，此刀具适用于加工坚硬、耐磨的铁族合金和镍基合金、钴基合金。常见车刀的种类及结构车刀第八讲刀具材料（1）直头外圆车刀；（2）弯头车刀；（3）偏刀；（4）切槽或切断刀；（5）镗孔刀；（6）螺纹车刀；（7）成形车刀；常见车刀的种类及结构车刀第八讲刀具种类及结构车刀用于各种车床上，按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，所占比例逐渐增加。

硬质合金焊接车刀所谓焊接式车刀就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。机夹车刀是采用普通刀片用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。此类刀具有如下特点：

1.刀片不经过高温焊接，避免了因焊接而引起的刀片硬度下降、产生裂纹等缺陷，提高了刀具的耐用度。2.由于刀具耐用度提高，使用时间较长，换刀时间缩短，提高了生产效率。3.刀杆可重复使用，既节省了钢材又提高了刀片的利用率，刀片由制造厂家回收再制，提高了经济效益，降低了刀具成本。

4.刀片重磨后，尺寸会逐渐变小，为了恢复刀片的工作位置，往往在车刀结构上设有刀片的调整机构，以增加刀片的重磨次数。

5.压紧刀片所用的压板端部，可以起断屑器作用。常见车刀的种类及结构车刀第八讲刀具种类及结构可转位车刀

是使用可转位刀片的机夹车刀。一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作,具有下述优点:

（1）刀具寿命高由于刀片避免了由焊接和刃磨高温引起的缺陷,刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具寿命。（2）生产效率高由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。（3）有利于推广新技术、新工艺可转位刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。（4）有利于降低刀具成本由于刀杆使用寿命长，大大减少了刀杆的消耗和库存量，简化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。常见车刀的种类及结构车刀第八讲刀具种类及结构车刀切削部分的组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”车刀切削部分的构成车刀第八讲刀具种类及结构车刀切削部分的构成前刀面：切屑沿其流过的刀具表面。主后刀面：与工件上过渡表面加工表面）相对着的刀具表面。副后刀面：与工件上巳加工表面相对着的刀具表面。主切削刃：前刀面与主后刀面的相交部位。副切削刃：前刀面与副后刀面的相交部位。刀尖：主切削刃与副切削刃之间一个较小的连接部位。切削部分结构要素及其定义如下：车刀第八讲刀具种类及结构车刀切削部分的构成

刀尖可以是主、副切削刃的交点，但大多数刀具在刀尖处磨出圆弧或直线切削刃。具有圆弧切削刃的刀尖，称为圆弧刀尖；具有直线切削刃的刀尖，称为倒角刀尖。刀尖的类型车刀第八讲刀具种类及结构

刀具标注角度参考系

设计制造测量角度时的基准刀具工作角度参考系实际切削中确定角度的基准

vc由主运动方向确定由合成切削运动方向确定刀具的几何角度车刀第八讲刀具种类及结构刀具静止参考系是在下列假定条件下建立的：1）假定刀刃上的选定点：位于假定工件的轴平面内，是刀具静止参考系的原点；2）假设运动条件：假设不考虑进给运动的大小，以切削刃选点位于工件中心高时的主运动方向作为假定主运动方向，以切削刃选定点的进给运动方向作为假定进给运动方向。3）假设安装条件：假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等高，刀杆与工件的轴线垂直。刀具的几何角度车刀第八讲刀具种类及结构(1)正交平面参考系：pr、ps、po(2)法平面参考系：pr、ps、pn(3)背平面参考系：pr、ps、pp、(4)进给平面参考系：pr、ps、

pf1.刀具标注角度的参考系：刀具的几何角度车刀第八讲刀具种类及结构2）切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。1）基面Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。正交平面参考系Pr、Ps、Po1.刀具标注角度的参考系：车刀第八讲刀具种类及结构1）前角γo

在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γo定为正值；位于刀头实体之内时γo定为负值。γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。Aκr′A向f图

车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs

用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。2.刀具角度标注车刀第八讲刀具种类及结构Aκr′A向f图

车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs

后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。

粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。2）后角αo

后角αo在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。2.刀具角度标注车刀第八讲刀具种类及结构2.刀具角度标注3）主偏角κr

在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。κr的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。

主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。Aκr′A向f图

车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs车刀第八讲刀具种类及结构2.刀具角度标注主偏角κr:主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角

车刀第八讲刀具种类及结构2.刀具角度标注κr′AA向f图3-13车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。

在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。

副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。

车削刀具及工艺参数选择

第四节

车削刀具结构2.刀具角度标注

λs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。5）刃倾角λs——切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之为负。车刀第八讲刀具种类及结构在正交平面参考系中的标注角度“一刃四角”（5）副偏角κrˊ（1）主偏角κr（4）后角αo（2）刃倾角λs（3）前角γo2.刀具角度标注车刀第八讲刀具种类及结构2.刀具角度标注※：画刀具几何角度注意：1、先画坐标平面；2、标注出走刀方向，确定主切削刃；3、切削刃上选定点一般指刀尖点；4、记住四个角度的定义。案例1：如图所示为用端面车刀切削工件端面。已知：Kr=750，K‘r=150，γ0=100，α0=50，λs=100。请标注端面车刀各角度；车刀第八讲刀具种类及结构2.刀具角度标注案例2：标注切断车刀的各角度；车刀第八讲刀具种类及结构

刀具几何参数包含四方面内容：

几何角度、刃形、刃面、刃口型式及参数

1.前角的作用

γ0↑→变形程度↓→F↓q↓→T↑振动↓质量↑

刀刃和刀头强度↓散热面积容热体积↓断屑困难

在一定的条件下，存在一个合理值前角的选择刀具几何参数的合理选择车刀第八讲车刀几何参数合理选择对于不同的刀具材料和工件材料，T随γ0的变化趋势为驼峰形。高速钢的合理前角比Y合金的大。加工塑材的合理前角比脆材的大2.合理前角的选择原则①粗加工、断续切削、刀材强度韧性低工材强度硬度高，选较小的前角；②工材塑韧性大、系统刚性差，易振动或机床功率不足，选较大的前角；③成形刀具、自动线刀具取小前角；④Aγ磨损增大前角，Aα磨损减小前角刀具几何参数的合理选择车刀第八讲车刀几何参数合理选择271.后角的作用

α0↑→rn↓锋利、

摩擦F↓→

质量↑VB一定，磨损体积↑→T↑但NB↑刀头强度↓散热体积↓重磨体积↑在一定的条件下，存在一个合理值2.合理后角的选择原则①粗加工、断续切削、工材强度硬度高，选较小后角,已用大负前角应↑α0

；②精加工取较大后角，保证表面质量；③成形、复杂、尺寸刀具取小后角；④系统刚性差，易振动，取较小后角；⑤工材塑性大取较大后角，脆材↓α0

后角的选择刀具几何参数的合理选择车刀第八讲车刀几何参数合理选择281.主偏角的作用

κr↓→ac↓aw↑→单位刃长负荷↓→

T↑刀尖强度↑散热体积↑，Ra↓Fp↑→变形↑加工精度↓，易振动→Ra↑，T↓

在一定的条件下，存在一个合理值2.合理主偏角的选择原则①主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，κr取较小值；若刚性差（细长轴），κr取较大值（90°）；②考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取90°；镗盲孔＞90°；κr小切屑成长螺旋屑不易断；较小κr，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。

主偏角的选择刀具几何参数的合理选择