制造工艺装备课件

制造工艺装备§2.1金属切削刀具的基本知识1.切削运动与切削用量

一、金属切削加工的基本概念切削加工：利用刀具从工件表面上切出多余金属，从而使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的机械加工方法。

为了切除多余金属，刀具和工件间必须有相对运动——切削成型运动（切削运动）工件旋转刀具移动（1）主运动

使刀具和工件产生相对运动以进行切削的基本运动。主运动速度高、消耗功率最大可由工件或刀具完成可直线运动或旋转运动主运动只有一个主运动主运动速度=切削速度（2）进给运动

不断把切削层投入切削，以逐渐切削出整个工件表面的运动。主运动速度低、消耗功率较少可由工件或刀具完成可连续或间断可一个或多个进给运动主运动进给运动主运动进给运动进给运动进给运动速度=进给速度进给速度还可表示：毫米/转毫米/行程毫米/齿铣削进给量进给运动主运动主运动进给运动合成运动

由主运动和进给运动合成的切削运动。一般：所以吃刀运动

由机床吃刀机构提供的一种间歇进给运动。进给量的大小用衡量（也称为背吃刀量、切削深度）:：加工前直径：加工后直径（3）切削用量切削速度进给速度（进给量）背吃刀量切削用量切削用量三要素2.切削时的工件表面及切削层参数工件车刀已加工表面过渡表面待加工表面（1）切削时的工件表面过渡表面

工件上正被刀具切削的表面。待加工表面

工件上即将被切除的表面。已加工表面

工件上已被切去多余金属而形成的新表面。已加工表面过渡表面待加工表面（2）切削层参数切削层公称宽度横截面积沿过渡表面测量的切削层尺寸。切削层：由刀具在切削部分只产生一圈过渡表面所切除的工件材料层。切削层公称宽度切削层公称厚度垂直于过渡表面测量的切削层尺寸。二、刀具角度前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖刀头刀体1.刀具切削部分的组成2.刀具的标注角度参考系（1）基面

通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。（2）切削平面

通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，且垂直于该点基面的平面。（3）正交平面通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面的平面。（4）标注角度♦前角

在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。

♦后角

在正交平面内测量的主后刀面与切削平面间的夹角。♦主偏角

在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。♦副偏角

在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。♦刃倾角

在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。一刃四角法三、刀具的工作角度

前面所描述的车刀标注角度只考虑了主运动和刀具安装准确，而未考虑进给运动和实际安装位置的影响。

刀具的工作角度（实际角度）

是以切削过程中实际的基面、切削平面和正交平面为参考系所确定的刀具角度。

通常刀具的进给运动速度很小，在正常安装条件下，刀具的标注角度与工作角度基本相等。

在切断、车螺纹以及加工非圆柱表面等情况下，需考虑进给运动速度的影响。例1：横向进给(切断)运动思考：在刀具接近工件中心时会有什么现象发生？例2：轴向进给运动对工作角度的影响例3：刀具的安装1.刀具安装高低2.刀杆中心线偏斜

为保证刀具切削条件的合理性，需要进行刀具标注角度与工作角度的换算，此时，应注意：1.分析刀具标注角度的参考系与工作角度的参考系在空间的变化情况与角度关系；2.分析引起角度变化的因素，确定变化量的大小。四、刀具角度的作用1.前角γo通常取值范围在-50~~+250。使刀具锋利，减少切削力、热，提高加工精度。但前角过大易导致刀刃强度降低，刀尖散热性能下降。2.后角αo

能减少工件与刀具主后刀面之间的摩擦。但后角过大会使刀头强度下降，减少导热面积而加剧刀具磨损。

一般粗加工取为30~~60，精加工取为60~~120。

kr

常取为450、600、750、900。车细长轴时，为减小进刀抗力，取kr=

900。3.主偏角kr

直接影响切削层参数和切削力的变化。

减小k

r

，切削宽度增加，切削厚度减薄，刀刃切削负荷减轻，加强了刀尖，增大散热面积，提高刀具寿命。但kr

减小会引起进刀抗力Fp

的增大。4.副偏角kr’

减小kr’，能减小副切削刃与工件已加工表面间的摩擦，以防止切削时产生振动；影响工件已加工表面的粗糙度。减小kr’，

可减小切削后的残留面积，降低表面粗糙度。

kr’值一般取为50~150粗加工取大值，精加工取小值。5.刃倾角λs

主要影响刀头的强度和排屑方向。

当λs=0时，切屑沿着与主切削刃垂直的方向流动。当λs<0时，切屑向着已加工表面方向流动。

当λs>0时，切屑向着待加工表面方向流动。

λs

值可在-150~+50之间选取。粗加工为增强刀头强度，取λs<0；精加工为提高加工精度，取λs>0；断续切削为提高刀头抗冲击能力，取λs<0。五、刀具材料1.刀具材料应具备的性能（1）高硬度——常温下HRC60以上传统切削加工，刀具材料应高于工件材料的硬度；（2）高耐磨性一般：材料硬度越高，耐磨性越好；（3）足够的强度和韧性承受切削力、冲击和振动而不致崩刃和折断；

刀具切削性能的好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何形状和结构。（4）高耐热性（热稳定性）刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力；（6）良好的工艺性能刀具材料应具有良好的锻造性能、热处理性能、焊接性能及磨削加工性能。（5）良好的导热性刀材导热系数越大，刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。2.常用刀具材料耐热性差，目前只用于手工工具或切削速度低的刀具。目前常用刀具材料有：工具钢碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金非金属陶瓷金刚石立方氮化硼仅用于有限场合。（1）高速钢高速钢是含较多钨、钼、铬、钒等元素的高合金工具钢。高速钢俗称为锋钢或白钢。

♦广泛用于制造钻头、丝锥、铣刀、拉刀、滚齿刀等整体式刀具。

特点：

♦高速钢淬火、回火后的硬度可达63~70HRC。其耐热温度为500~6500C，允许的切削速度为30~50m/min。

♦具有较高的抗弯强度和冲击韧性，切削性能好，成形性好，热处理变形小，刃磨性能较好。

高速钢的分类及常用牌号

♦通用型牌号：W18Cr4V，W6Mo5CrV2。后者的韧性和高温塑性优于前者，但刃磨时易产生脱碳现象。适于加工普通钢材。

♦高性能型牌号：9W6Mo5Cr4V2，W6Mo5CrV3。具有更好的切削性能，适于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金和超高温合金钢等难加工材料。

♦粉末冶金高速钢有良好力学性能，淬火变形小、耐磨性高。适于制造切削难加工材料的刀具、形状复杂的刀具（如滚刀）。高速钢可按用途分类，也可按制造工艺分类。（2）硬质合金硬质合金

是利用具有高耐磨性和高耐热的碳化物（WC）、碳化钛（TiC）等粉末，用钴（Co）、镍（Ni）等金属作为粘接剂烧结而成的粉末冶金制品。

性能：硬度为74~82HRC，耐热温度为850~10000C，切削速度可达100~300m/min。

应用：可用于切削铸铁、淬硬钢件等多种材料。但抗弯强度和冲击韧性远低于高速钢，不适应于制造形状复杂的刀具。一般制成各种刀片，焊接或装夹在刀体上。常用硬质合金

1）YG类硬质合金

由碳化钨和钴组成，其含钴较多，韧性好，但硬度和耐磨性稍差。适于加工铸铁、青铜等脆性材料。

2）YT类硬质合金

由碳化钨、碳化钛和钴组成。碳化钛合金的耐热性和耐磨性比钨钴类好，但钴含量降低，韧性和耐冲击性有所降低。适合于加工钢材等韧性材料。3）YW类硬质合金

由碳化钨、碳化钛、钴和少量碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）组成，耐磨性、韧性和抗粘附性较好。

用于加工铸铁、有色金属、碳素钢、合金钢以及高温合金、不锈钢等难加工材料。常用牌号YW1（精）、YW2（粗）。

人造金刚石

是碳的同素异形体，硬度接近10000HV，耐热温度为700~8000C。

金刚石刀具可加工硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及其合金。但不宜加工铁族金属。

陶瓷刀具

以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3O4）等为主要成分，经压制成形后烧结而成。

（4）陶瓷材料

陶瓷刀具的硬度可达90~95HRA，耐热温度达1200~14500C。但其强度低、韧性差，主要用于高速度的精切削加工。（5）人造金刚石§2.2常用金属切削刀具与砂轮一、车刀

车刀是金属切削加工中应用最广泛的一种刀具。车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。

1.硬质合金焊接式车刀

焊接式车刀是在碳钢（45号钢）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，并按所选定的几何角度刃磨后使用的刀具。

结构简单、刚性好、适应性强，可根据具体的加工条件和要求刃磨出合理的几何角度。

焊接时易在刀片内产生应力或裂纹，使其硬度下降，切削性能和耐用度降低。2.硬质合金机夹重磨式车刀

用机械方法将硬质合金刀片固定在刀杆上。

刀片磨损后可卸下重磨。刀杆可重复利用。但结构较复杂，重磨时也可能有损伤。3.机夹可转位式车刀

将预先加工好的具有一定几何角度的硬质合金刀片，用机械的方法装夹在特制的刀杆上。杠杆式楔块式偏心式刀片磨损后不重磨。二、孔加工刀具1.麻花钻

在实体上加工出孔，或对已有孔再加工。（标准刀具）双刃2.扩孔钻对已有孔再加工，以提高孔的加工质量。整体式套式3刃或4刃导向性能好，切削平稳。3.铰刀（1）铰刀齿数多（6～12齿），导向性能好，心部直径大，刚性好。（2）铰削余量小，切削速度低，加上切削过程中的挤压作用，可获得较高的加工质量。三、铣刀

铣刀是刀齿分布在圆周表面或断面上的多齿回转刀具。圆柱铣刀锯片铣刀立铣刀成型铣刀盘铣刀铣削方式及选择

铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动方式和位置关系。1.圆周铣削法（周铣法）

用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件加工表面的方法，叫周铣法。（1）逆铣：切削部位刀齿的旋转方向与工件进给方向相反。

刀齿由切削层内切入，从待加工表面切出，切削厚度由零增至最大。

若刀刃不是绝对锋利，则刀刚接触工件时不能切入工件，会在加工表面挤压、滑行，从而产生冷硬，降低表面加工质量，加剧刀具磨损。铣削力有向上的分力，易产生振动（上下方向）。逆铣顺铣（2）顺铣：切削部位刀齿的旋转方向与工件进给方向相同。

刀齿由待加工表面切入，从已加工表面切出，切削厚度由大到小。

铣削力始终压向工作台，避免了工件上、下振动，因而提高了铣刀的耐用度和加工表面质量。

但向进给方向的分力会使工作台窜动，引起振动和进给不均匀。

加工有硬皮的工件时，由于刀齿首先接触工件表面硬皮，会加速刀齿的磨损。

一般情况下，粗加工或加工有硬皮的毛坯时，采用逆铣；精加工时，加工余量小，铣削力小，不易产生工作台窜动，可采用顺铣。2.端面铣削法（端铣法）用铣刀端面的刀齿来铣削工件加工表面的方法，叫端铣法。根据铣刀相对于工件的位置不同，可分为：（1）对称铣端铣刀（2）不对称逆铣端铣刀（3）不对称顺铣端铣刀

铣刀从较小的切削厚度处切入，从较大处切出，可减少切入时的冲击，提高铣削时的平稳性。

铣刀从较大的切削厚度处切入，从较小处切出，在加工塑性较大的材料时，可减小毛刺及刀具的粘结磨损。四、拉刀1.拉刀的类型头部颈部过渡锥部前导部切削部校准部后导部拉刀是一种高效、高精度的多齿刀具。（1）按被加工工件表面不同内拉刀、外拉刀（2）按拉刀工作时受力方向拉刀、推刀（3）按拉刀的结构不同整体式拉刀、组合式拉刀2.拉削方式

拉削方式是指在拉削过程中，拉削余量在各刀齿上的分配情况。（1）分层式拉