刀具-30(张世昌).ppt

1、第3章 切削刀具,金属切削加工：是利用刀具从工件毛坯上切去一层多余的金属，从而使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。,1 切削加工基本知识,1.1 切削加工 分类：机械加工和钳工 特点：广泛、精度高,切削运动： 可分为主运动和进给运动。,1.2 切削运动与切削用量,1） 主运动：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。,主运动的特点： 在切削运动中，主运动只有一个。 主运动的速度最高，所消耗的功率最大。 它可以由工件完成，也可以由刀具完成。 可以是旋转运动，也可以是直线运动。,外圆车削的切削运动与加工表面,切削速度：即主运动速度。 主运动旋转运动： vc=dn/100

2、0 (m/min) 式中，d-工件或刀具直径(mm)； n-工件或刀具转速(r/min)。 主运动为往复直线运动： vc=2Lnr/1000 (m/min) 式中，L-往复运动的行程长度(mm)； nr-往复次数(次/min)。,外圆车削的切削运动与加工表面,2) 进给运动： 不断地把被切削层投入切削，以逐渐切削出整个工件表面的运动。 特点： 一般速度较低，消耗的功率较少； 可由一个或多个运动组成； 它可以是连续的，也可以是间断的。,进给速度： 进给运动的速度，以vf表示，单位为mm/s或mm/min。 进给速度还可以每转或每行程进给量f(mm/r或mm/st)、每齿进给量(mm/z)表示。,

3、外圆车削的切削运动与加工表面,常见的切削运动,吃刀运动： 在进给运动开始前由机床的吃刀机构提供的一种间歇进给运动。 其进给量大小称为背吃刀量ap（mm）：刀具切削刃与工件的接触长度在垂直于主运动和进给运动方向上的投影。,3) 切削用量： 是指切削速度vc、进给量f(或进给速vf)和背吃刀量ap三者的总称。,1.3 切削层参数,切削层：对于多刃刀具（如铣刀）则是两个相邻刀齿沿进給方向移动一个每齿进給量后从工件待加工表面所切除的金属层。,1) 切削层公称厚度hD 2)切削层公称宽度bD： 3)切削层公称横截面积AD,切削层：对于单刃刀具指切削刃沿进给方向移动一个进給量f(mm/r)后从工件待加工表

4、面所切除的金属层.,2 金属切削刀具,金属切削加工：主要矛盾是刀具。 刀具由夹持部分和切削部分组成。,2.1 刀 具 材 料,刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。 刀具材料对刀具耐用度、加工质量、加工效率和加工成本影响很大。,2.1.1 刀具材料应具备的性能,高硬度及高耐磨性 足够的强度和韧性 良好的耐热性能 良好的工艺性 经济性,2.1.2 常用的刀具材料,碳素工具钢和合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷 立方氮化硼 金刚石,常用刀具材料的性能及用途,碳素钢刀具,高速钢刀具,（1） 高 速 钢,高速钢是高速工具钢的简称，又称锋钢、白钢。是含有较多的W、Mo、Cr、V的高合金工具钢 ；,基本性能

5、： 硬度：6265HRC 耐热性：500600 切削速度：V 30 m/min 刃口强度和韧性比硬质合金高 工艺性好，适用于制造复杂刀具。,常用牌号： W18Cr4V W6MO5Cr4V2 W6MO5Cr4V2Al,较高的强度和韧性； 高速钢刀具制造工艺简单,特别适合制造复杂及大型成形刀具(钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等)； 高速钢刀具可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的工件材料。,（2） 硬 质 合 金,硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC、MoC、TaC等)粉末和熔点较低的金属(Co或Ni等)粉末作粘结剂，经粉末冶金方法制成的。,基本性能： 硬度：7482HRC

6、 抗弯强度和冲击韧度比高速钢低 耐热性：8001000 切削速度：V=100 300 m/min 工艺性差，不适用于制造整体结构的复杂刀具。,典型牌号： 钨钴类YG （K类） 钨钴钛类YT （P类） 通用类YW （M类）,成分：WC+Co 多用于加工短切屑的金属或非金属，如：铸铁、青铜等。 常用牌号： YG3(K01)、YG6(K20)、YG8(K40)等 精加工 粗加工,成分：WC+TiC+Co 多用于加工长切屑的黑色金属，如：钢材等。 常用牌号： YT5(P30)、YT15(P20)、YT30(P10)等 粗加工 精加工,成分：WC+TiC+TaC(NbC)+Co 既可用于加工短切屑的铸铁

7、，也可用于加工长切屑的钢材。 常用牌号： YW1(M10)、YW2(M20)、YW3(M30)等 精加工 粗加工,硬质合金的硬度（HRA8993）、耐磨性、耐热性（8501000）都很高。 在相同的刀具耐用度下，硬质合金的切削速度高于高速钢410倍。 可加工包括淬硬钢在内的多种材料，获得广泛应用。,硬质合金的抗弯强度比高速钢要低得多，冲击韧性也很差。 硬质合金刀具刃口不锋利，不宜制造形状较复杂的整体刀具，所以其使用还受到一定的限制，不能完全代替高速钢。,（3） 涂层刀具材料,涂层刀具是为提高刀具耐磨性，同时不降低其韧性，在刀具基体上涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属(或非金属)化合物而获得的。 在相

8、同的刀具寿命下，涂层刀具允许采用较高的切削速度，或在相同的切削速度下能大幅度提高刀具寿命。,常用的涂层材料由TiC、TiN、Al2O3等。 TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能好，对于会产生剧烈摩擦的刀具，TiC涂层较好。 TiN与金属的亲和力小，润滑性能好，在容易产生粘接的条件下，TiN涂层较好。 Al2O3涂层的高温化学性能稳定，适用于更高速度下的切削。,Al2O3,TiCN,Substrate,成都工具研究所的可转位陶瓷刀具,（4） 陶瓷刀具材料,“Al2O3或Si3N4添加不同的金属元素(Ni、Co、Mo、W)或金属炭化物(TiC、WC)，采用热压和烧结的方法获得”。 特点：硬度高、耐磨

9、性好。9195HRA 耐热性高。1200 切削速度高达100400 m/min 抗弯强度、冲击韧性较差。 主要用于冷硬铸铁、高硬钢等精加工和半精加工。,ClappDiCO公司开发的新型Super Speed PCD铣刀,金刚石平形砂轮,（5） 金 刚 石,“高温下借助合金触媒的作用，由石墨转化而成”。 特点： 硬度高、耐磨性极好。5000HV以上。 耐热性：700800 ，不能在高温下切削 冲击韧性、抗弯强度低。只有硬质合金的1/4。 与Fe的亲和力强，不能加工铁族材料。 适用于有色金属、玻璃等高硬材料的精加工,立方氮化硼刀片,单晶,河南四方超硬材料公司,（6） 立 方 氮 化 硼,与金刚石相

10、比： 硬度：80009000HV。 耐热性：13001500 与Fe的亲和力小，能加工铁族材料。 主要适用于淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等高硬铁族材料的精加工或半精加工。,石 刀 （石器时代）,2.2 刀 具 角 度,四 步 走,三面两刃一尖,三个表面,参考系,标注角度,*待加工表面 *已加工表面 *过渡表面,第1步 切削加工时的三个表面,第2步 三面两刃一尖,前刀面Ar 主后刀面Aa 副后刀面Aa,主切削刃S 副切削刃S,刀尖,刀 柄,刀 头,第3步 定义刀具角度的参考系,法平面参考系 假定工作平面和背平面参考系,基面Pr,切削平面Ps,正交平面Po,正交平面参考系,1) 原点A,图 车刀正交

11、平面坐标系,2) 确定原点切削速 度方向,5）确定正交平面Po,3) 确定基面Pr,4) 确定切削平面Ps,第4步 刀具的标注角度,前角o 后角o 主偏角kr 副偏角kr 刃倾角s,车刀的主要角度,o,kr,o,s,kr,前角：o “前刀面与基面之间的夹角”,后角：o “后刀面与切削平面的夹角”,+,-,+,-,主偏角： “主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角”。,副偏角： “副切削刃在基面上的投影与进给方向反方向的夹角”。,刃倾角：S “主切削刃与基面之间的夹角”,s=0 s0,楔角 前刀面和主后刀面所形成的夹角，在正交平面内测量。 刀尖角 在基面内测量，由主切削刃、副切削刃在基面内的投影

12、所行程的夹角。,o,o,4 刀具的工作角度,刀具的工作角度：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，又称实际角度。,1）横向进给运动对工作角度的影响,式中角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。,（2-8）,（2-8a）,2）轴向进给运动对工作角度的影响,3）刀具安装高低对工作角度的影响,4）刀杆中心线偏斜对工作角度的影响,2.3 常用金属切削刀具与砂轮,1 车 刀 车刀是金属切削加工中应用最广泛的一种刀具。 车刀的结构形式有整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式等。,1) 硬质合金焊接式车刀,2) 硬质合金机夹重磨式车刀,3) 机夹可转位式车刀,-,-,杠杆式

13、夹紧系统,2 孔加工刀具,孔加工刀具按其用途一般分为两大类： 一类是从实体材料上加工出孔的刀具，如麻花钻、中心钻及深孔钻等； 一类是对已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀、镗刀等。 此外，内拉刀、内圆磨砂轮、珩磨头等也可以用来加工孔。,（1） 麻 花 钻,麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。 一般用于孔的粗加工(IT11以下精度及表面粗糙度Ra256.3m)，也可用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。,1)尾部 2)颈部 3)工作部分,（2） 扩 孔 钻,整体式扩孔钻,套式扩孔钻,锪钻：用于在孔的端面上加工圆柱形沉头孔、锥形沉头孔或凸台表面。,3） 锪 钻,铰刀由柄部、

14、颈部和工作部分组成 工作部分包括切削部分和校准部分,4） 铰 刀,1）单刃镗刀,单刃镗刀刀头结构与车刀类似，刀头装在刀杆中，根据被加工孔孔径大小，通过手工操纵，用螺钉固定刀头的位置。刀头与镗杆轴线垂直可镗通孔，倾斜安装可镗盲孔。,2）双刃镗刀,双刃镗刀有两个对称的切削刃，切削时径向力可以相互抵消，工件孔径尺寸和精度由镗刀径向尺寸保证。,5） 镗 刀,浮动镗刀块属定尺寸刀具，它安装在镗刀杆的方槽中，沿镗刀杆径向可以自由滑动，其加工精度和表面粗糙度都比较好，生产效率高。,6） 铣 刀,铣刀是刀齿分布在圆周表面或端面上的多刃回转刀具，可以用来加工平面(水平、垂直或倾斜的)、台阶、沟槽和各种成形表面等

15、。 按用途和结构特点分类：圆柱形铣刀、立铣刀、面铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、特种槽铣刀、锯片铣刀、模具铣刀、成形铣刀等。,铣刀的类型,1）圆柱铣刀,1）圆柱铣刀,圆柱铣刀一般都是用高速钢整体制造，直线或螺旋线切削刃分布在圆周表面上，没有副切削刃。螺旋形的刀齿切削时是逐渐切入和脱离工件的，所以切削过程较平稳主要用于卧式铣床铣削宽度小于铣刀长度的狭长平面。,2）面铣刀(端铣刀),面铣刀主切削刃分布在圆柱或圆锥面上，端面切削刃为副切削刃。按刀齿材料可分为高速钢和硬质合金两大类，多制成套式镶齿结构。镶齿面铣刀刀盘直径一般为75 mm300 mm，最大可达600 mm，主要用在立式或卧式铣床上铣削台阶面

16、和平面，特别适合较大平面的铣削加工。用面铣刀加工平面，同时参加切削刀齿较多，又有副切削刃的修光作用，使加工表面粗糙度值小。硬质合金镶齿面铣刀可实现高速切削(100150 mmin)，生产效率高，应用广泛。,3）立铣刀,立铣刀一般有34个刀齿组成，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，工作时只能沿着刀具的径向进给，不能沿着铣刀轴线方向作进给运动。它主要用于铣削凹槽、台阶面和小平面，还可以利用靠模铣削成形表面。,4）三面刃铣刀,三面刃铣刀可分为直齿三面刃和错齿三面刃，它主要用在卧式铣床上铣削台阶面和凹槽。三面刃铣刀除圆周具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃，从而改善了两端面切削条件，提高

17、了切削效率，减小了表面粗糙度值。错齿三面刃铣刀，圆周上刀齿呈左右交错分布，和直齿三面刃铣刀相比，它切削较平稳、切削力小、排屑容易，故应用较广。,5）锯片铣刀,锯片铣刀很薄，只有圆周上有刀齿，侧面无切削刃，用于铣削窄槽和切断工件。为了减小摩擦和避免夹刀，其厚度由边缘向中心减薄，使两侧面形成副偏角。,6）键槽铣刀,它的外形与立铣刀相似，不同的是它在圆周上只有两个螺旋刀齿，其端面刀齿的刀刃延伸至中心，因此在铣两端不通的键槽时，可作适量的轴向进给。它主要用于加工圆头封闭键槽。铣削加工时，先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。,7）其它铣刀,其他还有角度铣刀、成形铣刀、T形槽铣刀、燕尾槽铣刀及

18、头部形状根据加工需要可以是圆锥形、圆柱形球头和圆锥形球头的模具铣刀等,2.2.5 磨具 和磨削,砂轮是最重要的磨削工具。它是用结合剂把磨粒粘结起来，经压坯、干燥、焙烧及车整而成的多孔疏松物体。 砂轮的特性主要由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸等因素所决定。,1）磨 料,砂轮的磨料起切削作用，故应具有很高的硬度，适当的韧性和强度以及受力破碎后形成锋利的几何形状等基本特性。 常用磨料有氧化物系、碳化物系及高硬磨料系三大类。,2）粒 度,粒度是指磨料颗粒的大小，通常分为磨粒(颗粒尺寸40m)和微粉(颗粒尺寸40m)两类。 粗磨用粗粒度(3046)，精磨用细粒度(60120)。当工件材料硬度低、塑性大和磨削面积较大时，为了避免砂轮堵塞，也可采用粗粒度的砂轮。,3）硬 度,砂轮的硬度是指砂轮工作表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。 砂轮的硬度从低到高分为超软、软、中软、中、中硬、