第二章第节金属切削刀具的基本知识

1、1第二章第二章 制造工艺装备制造工艺装备2-1 2-1 金属切削刀具的基本知识金属切削刀具的基本知识 2-2 2-2 常用金属切削刀具与砂轮常用金属切削刀具与砂轮2-3 2-3 金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2-4 2-4 车床车床2-5 2-5 齿轮加工机床齿轮加工机床2-6 2-6 磨床磨床2-7 2-7 组合机床组合机床2-8 2-8 数字控制机床简介数字控制机床简介2-9 2-9 机床夹具机床夹具2第一节第一节 金属切削刀具的金属切削刀具的 基本知识基本知识一、金属切削加工的基本概念一、金属切削加工的基本概念二、刀具角度二、刀具角度三三、刀具、刀具材料材料四、刀具角度的选

2、择四、刀具角度的选择3一、金属一、金属切削加工的基本概念切削加工的基本概念、切削运动与切削用量切削运动与切削用量（1 1）主运动）主运动（2 2）进给运动）进给运动（3 3）切削用量）切削用量 4（）（）主运动主运动定义定义：机床或手动提供的刀具与工件间的主要的：机床或手动提供的刀具与工件间的主要的 相对运动相对运动，它使切削刃及其毗邻的刀具表它使切削刃及其毗邻的刀具表 面切入工件材料面切入工件材料，使被切削层成为切屑使被切削层成为切屑。钻削、铣削、磨削：刀具或砂轮的回转运动钻削、铣削、磨削：刀具或砂轮的回转运动刨削：刀具或工件的往复运动刨削：刀具或工件的往复运动车削：工件的回转运动车削：工件

3、的回转运动主运动方向主运动方向：切削刃上选定点相对于工件的：切削刃上选定点相对于工件的 瞬时主运动方向瞬时主运动方向。切削速度切削速度vc c：切削刃切削刃上上选定点相对于工件的选定点相对于工件的 主运动的瞬时运动主运动的瞬时运动。5（）（）进给运动进给运动进给运动进给运动：由机床或手动传给刀具或工件的：由机床或手动传给刀具或工件的运运 动动，它配合主运动依此地连续不断将它配合主运动依此地连续不断将 多余金属投入切削多余金属投入切削，同时形成具有所同时形成具有所 需几何特性的已加工表面需几何特性的已加工表面。进给运动方向进给运动方向：切削刃上选定点相对于工件的：切削刃上选定点相对于工件的 瞬时

4、进给运动方向瞬时进给运动方向。进给速度进给速度vf f：切削刃上选定点相对于工件的进给切削刃上选定点相对于工件的进给 运动的瞬时速度运动的瞬时速度。6各种切削加工的切削运动各种切削加工的切削运动7（）切削用量）切削用量切削用量三要素切削用量三要素是指切削过程中是指切削过程中 切削速度切削速度v、 进给量进给量（或进给速度（或进给速度v） 背吃刀量背吃刀量的总称的总称。8切削速度切削速度vc c：切削刃选定点相对于工件的主运动切削刃选定点相对于工件的主运动 线速度（单位线速度（单位m/s)m/s)其中：其中： d d：工件或刀具上某一点的工件或刀具上某一点的直径（直径（mmmm） n n：工件转

5、速（工件转速（r/r/s s） (m/s) 1000/cndv9进给量进给量f：当主运动旋转一周时，刀具（或工当主运动旋转一周时，刀具（或工 件）沿进给方向上的位移量件）沿进给方向上的位移量f进给速度进给速度 vf f：每转或每行程进给量、：每转或每行程进给量、每齿进给量每齿进给量fz其中：其中： vf f ：单位时间的进给量单位时间的进给量 f ：工件或刀具每回转一周两者沿进给方向工件或刀具每回转一周两者沿进给方向 的相对位移的相对位移mm/min)or (mm/s Zfnzfnfv10背吃刀量背吃刀量（切削深度）（切削深度）ap pap p=(=(dw w- -dm m)/2 (mm)/2

6、 (mm) ( (外圆车削外圆车削) )其中：其中：dw w：工件工件待加工表面直径待加工表面直径dm m：工件工件已加工表面直径已加工表面直径11、切削时的切削时的工件表面工件表面（1 1）已加工表面）已加工表面 已被切去多余金属而形成的符合要求的工件新已被切去多余金属而形成的符合要求的工件新 表面表面。（2 2）待加工表面）待加工表面 加工时即将被切除的工件表面加工时即将被切除的工件表面。（3 3）过渡表面）过渡表面 加工时由切削刃在工件上正在形成的那个表面加工时由切削刃在工件上正在形成的那个表面。12图：外圆车削运动及加工表面图：外圆车削运动及加工表面已加工表面过渡表面待加工表面刀具主运

7、动进给运动13、切削层参数、切削层参数定义：定义：指指切削切削过程过程中中，由，由刀具刀具在切削部分的一在切削部分的一 个单一动作所切除的工件材料层。个单一动作所切除的工件材料层。14（）（）切削层公称厚度切削层公称厚度hD D定义：定义：垂直于过渡表面垂直于过渡表面测测量的切削量的切削层层尺寸，尺寸， 用用hD D表示。表示。 hD D= =fsin sin r r （）（）15（2 2）切削层公称宽）切削层公称宽bD D定义：定义：沿过渡表面沿过渡表面测测量的切削量的切削层层尺寸，尺寸， 用用bD D表示。表示。 bD D= =ap p/sin /sin r r （）（）16（）切削层公称

8、横截面）切削层公称横截面AD D定义：定义：切削层在切削层切削层在切削层尺寸平尺寸平面内的面内的实际横截实际横截 面积，用面积，用AD D表示。表示。 AD D= =hD DbD D= =fap p(mm(mm2 2) )17（一）刀具切削部分的组成（一）刀具切削部分的组成（二）定义刀具角度的参考系（二）定义刀具角度的参考系（三）刀具的标注角度（三）刀具的标注角度（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作角度二、刀具角度二、刀具角度18（一）刀具切削部分的组成（一）刀具切削部分的组成（1 1）前刀面）前刀面 A （2 2）主主后刀后刀面A （3 3）副后后面）副后后面（4 4）主切削刃）主切削刃s（

9、5 5）副切削刃副切削刃s （6 6）刀尖）刀尖/A19图图2-4：车刀切削部分的组成要素：车刀切削部分的组成要素20（1 1）前刀面（前面）前刀面（前面） 切屑流过的表面切屑流过的表面（2 2）主主后刀面后刀面 与工件上新形成的过渡表面相对的刀具表面与工件上新形成的过渡表面相对的刀具表面（3 3）副后刀面）副后刀面 与工件上与工件上已加工已加工表面相对的刀具表面表面相对的刀具表面（4 4）主切削刃主切削刃 前刀面前刀面与主后刀面的交线与主后刀面的交线（5 5）副切削刃）副切削刃 前刀面前刀面与副后刀面的交线与副后刀面的交线/AArA/SS21圆弧刀尖圆弧刀尖 交点刀尖交点刀尖倒棱刀尖倒棱刀尖

10、（6 6）刀尖）刀尖主切削刃与副切削刃的连接处相当短的一主切削刃与副切削刃的连接处相当短的一部分切削刃部分切削刃。 分为：交点刀尖、圆弧刀尖和倒角刀尖分为：交点刀尖、圆弧刀尖和倒角刀尖。22（二）定义刀具角度的参考（二）定义刀具角度的参考系系基面基面切削平面切削平面正交平面正交平面与正交平面参考系与正交平面参考系法平面法平面与法平面参考系与法平面参考系假定工作平面假定工作平面、背平面背平面 及其及其假定工作平面假定工作平面和和背平面参考系背平面参考系23图图2-6 正交平面参考系正交平面参考系24（1 1）基面）基面Pr r 通过通过主主切削刃切削刃上上选定点，垂直于选定点，垂直于该点切该点切

11、 削速度削速度方向的平面方向的平面。（2 2）切削平面）切削平面Ps s 通过通过主主切削刃选定点，与切削刃选定点，与主主切削刃切削刃s相相 切，并垂直于切，并垂直于该点该点基面基面Pr r的的平平面面。（3 3）正交平面）正交平面 通过通过主主切削刃切削刃上上选定点，同时垂直于选定点，同时垂直于该该 点点基面和切削平面的平面基面和切削平面的平面。 正交平面参考系正交平面参考系Pr r- -Ps s- -P组成组成标注刀具角度的标注刀具角度的正交正交平平面参考系面参考系。25（4 4）法平面参考系）法平面参考系法平面法平面Pn n： 通过通过主主切削刃选定点，垂直切削刃选定点，垂直主主 切削刃

12、的平面切削刃的平面。Pr r- -Ps s- -Pn n 组成一个法组成一个法平平面参考系面参考系。 26(5)(5)假定工作平面假定工作平面、背平面与假定工作平面背平面与假定工作平面、 背平面参考系背平面参考系假定工作平面假定工作平面Pf f：通过切削刃选定点，平行于进通过切削刃选定点，平行于进 给运动方向，并垂直于基面的平面给运动方向，并垂直于基面的平面。 背平面背平面Pp p： 通过切削刃选定点，同时垂直通过切削刃选定点，同时垂直Pr r和和Pf f 的平面的平面。Pr r- -Pf f- -Pp p 组成一个假定工作平面组成一个假定工作平面、背平面参考系背平面参考系27（三）刀具的标注

13、角度（三）刀具的标注角度1. 1. 在在正交平正交平面参考坐标系内的标注角度面参考坐标系内的标注角度2. 2. 其他其他参考坐标系内的标注角度参考坐标系内的标注角度 （1 1）法剖面参考坐标系内的标注角度）法剖面参考坐标系内的标注角度（2 2）假定工作平面）假定工作平面、背平面参考坐标系内背平面参考坐标系内 的标注角度的标注角度281.1.在在正交平正交平面参考系里的标注角度面参考系里的标注角度（1 1）前角前角 ：在正交平面内在正交平面内测测量的前量的前刀刀面与基面与基面的夹角。面的夹角。（2 2）后角后角 ：在正交平面内在正交平面内测测量的量的主主后后刀刀面与面与切削平面的夹角。切削平面的

14、夹角。（3 3）主偏角主偏角 ：在基面内在基面内测测量的主切削刃量的主切削刃S S在基在基面上面上的的投影与进给运动方向的夹投影与进给运动方向的夹角。角。（4 4）副副偏角偏角 ：在基面内在基面内测测量的量的副副切削刃切削刃S S在基在基面上面上的的投影与进给运动投影与进给运动反反方向的方向的夹角。夹角。（5 5）刃倾角刃倾角 ：在切削平面内在切削平面内测测量的主切削刃量的主切削刃与基面的夹角。与基面的夹角。soor/r29派生角度：派生角度：楔角楔角 0 0：在正交平面内度量的前刀面与后刀面在正交平面内度量的前刀面与后刀面A A的夹角。的夹角。刀尖角：刀尖角：主、副切削刃在基面上的投影的夹角

15、主、副切削刃在基面上的投影的夹角。00009030图27 车刀的主要角度31图28 刃倾角的正负规定32（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作角度横向横向进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响轴向轴向进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响刀刀具具安装高低对工作角度的影响安装高低对工作角度的影响刀柄中心线刀柄中心线偏斜对偏斜对工作角度的工作角度的影响影响 33横向横向进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响34轴向轴向进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响35刀刀具具安装高低对工作角度的影响安装高低对工作角度的影响36刀柄中心线刀柄中心线偏斜对偏斜对工作角度的

16、工作角度的影响影响37三、刀具材料三、刀具材料1.1.刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能（1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性（2 2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性（3 3）高的耐热性）高的耐热性（4 4）良好的热物理性能和耐热冲击性能）良好的热物理性能和耐热冲击性能（5 5）良好的工艺性能）良好的工艺性能38硬度和耐磨性硬度和耐磨性硬度概念：硬度概念：刀具材料硬度必须高于工件材料刀具材料硬度必须高于工件材料。耐磨性耐磨性概念：概念：表示刀具表示刀具 抵抗磨损的能力，它是刀具机械抵抗磨损的能力，它是刀具机械性能（力学性能）、组织结构和化学性能的综合性能（力学性能）、组织结构和

17、化学性能的综合反映反映。39强度和韧性强度和韧性刀具应具有足够的强度和韧性刀具应具有足够的强度和韧性强度用抗弯强度表示强度用抗弯强度表示韧性用冲击值表示韧性用冲击值表示40热硬性热硬性 刀具刀具 材料应在高温下保持较高的硬材料应在高温下保持较高的硬度、强度、韧性和耐磨性，并有良好的抗度、强度、韧性和耐磨性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力，这就是刀具材料的扩散、抗氧化的能力，这就是刀具材料的热硬性。热硬性。41工艺性与经济性工艺性与经济性为了便于制造，要求刀具材料有较强为了便于制造，要求刀具材料有较强的可加工性的可加工性。可加工性包括：锻、轧、焊、切削加可加工性包括：锻、轧、焊、切削加工、磨削加

18、工和热处理特性等工、磨削加工和热处理特性等。42导热性和膨胀系数导热性和膨胀系数 在其它条件相同的条件下，刀具材料的在其它条件相同的条件下，刀具材料的导热系数越大，刀具传热能力越强，可降低导热系数越大，刀具传热能力越强，可降低刀具温度，提高使用寿命刀具温度，提高使用寿命。 线膨胀系数越小，热变形越小线膨胀系数越小，热变形越小。 焊接刀具及涂层刀具应考虑不同材料线焊接刀具及涂层刀具应考虑不同材料线膨胀系数的匹膨胀系数的匹配。配。432.2.高速钢高速钢概念：概念：高速钢是加入了钨、钼、铬、钒高速钢是加入了钨、钼、铬、钒 等等 合金合金元素的元素的 高合金工具钢高合金工具钢 ，按重量计，钨和钼占，

19、按重量计，钨和钼占10-20%10-20%，铬占约，铬占约4%4%，钒占，钒占1%1%以上，它们都是以上，它们都是强烈的碳化物形成元素在熔炼与热处理过程中强烈的碳化物形成元素在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。耐磨性。分类：分类：u普通高速钢普通高速钢u高性能高速钢高性能高速钢u粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢443.3.硬质合金硬质合金 由硬度和熔点都很高的碳化由硬度和熔点都很高的碳化物（物（WC、TiC 、 TaC 、NbC）用用Co 、 Mo 、 Ni作粘结剂制成作粘结剂制成的粉末冶金制品。的粉末冶金制品。 454.4.

20、涂层刀具和其他刀具材料涂层刀具和其他刀具材料（1 1）涂层刀具）涂层刀具 硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其表面上涂覆一层耐磨性好的难熔金属化法在其表面上涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。其韧性。（2 2）陶瓷材料）陶瓷材料（3 3）人造金刚石）人造金刚石（4 4）立方氮化硼）立方氮化硼 46四、刀具角度的选择四、刀具角度的选择（1 1）前角）前角（2 2）后角）后角（3 3）主偏角）主偏角、副、副偏角偏角（4 4）刃倾角）刃倾角soor/r47（1 1）前角的选择）前

21、角的选择1.1.前角的功用前角的功用前角的功用主要影响前角的功用主要影响切屑变形切屑变形和和切削力的大切削力的大小小及及刀具耐用度刀具耐用度和和加工表面质量加工表面质量的高低。的高低。增大前角使切削变形和摩擦减小，故切削力增大前角使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热少，加工表面质量高。但前角过大，小、切削热少，加工表面质量高。但前角过大，刀具强度降低，散热体积减小，刀具耐用度下降。刀具强度降低，散热体积减小，刀具耐用度下降。减小前角，刀具强度提高，切屑变形增大，减小前角，刀具强度提高，切屑变形增大，易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增加，易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增加，刀具

22、耐用度降低。刀具耐用度降低。482.2.合理前角的选择原则合理前角的选择原则工件材料：工件材料：加工塑性材料时，前角较大；脆性材料时，加工塑性材料时，前角较大；脆性材料时，前角较小；工件材料的强度、硬度低可取较大的前角较小；工件材料的强度、硬度低可取较大的前角，反之应取较小的前角前角，反之应取较小的前角刀具材料：刀具材料：刀具材料的抗弯强度较大韧性较好时，应选刀具材料的抗弯强度较大韧性较好时，应选用较大前角。用较大前角。加工性质：加工性质：粗加工时应适当减小前角，但在采取某些强粗加工时应适当减小前角，但在采取某些强化措施之后也可增大前角。化措施之后也可增大前角。工艺系统刚性差和功率不足时，应选

23、取较大前角，工艺系统刚性差和功率不足时，应选取较大前角，以减少切削力和振动。以减少切削力和振动。数控机床和自动机、自动线用刀具，应选用较小数控机床和自动机、自动线用刀具，应选用较小前角。前角。49o1Pro250（2 2）后角的选择）后角的选择1.1.后角的功用后角的功用后角的主要功用是后角的主要功用是减小主后刀面与过渡表面减小主后刀面与过渡表面的弹性恢复层之间的摩擦的弹性恢复层之间的摩擦，减轻刀具磨损减轻刀具磨损。后角小使主后刀面与工件表面摩擦加剧，刀后角小使主后刀面与工件表面摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差，尤其是切削厚度较

24、小时，由于刃口钝圆半径差，尤其是切削厚度较小时，由于刃口钝圆半径的影响，上述情况更为严重。的影响，上述情况更为严重。后角增大，摩擦减小，也减小了刃口钝圆半后角增大，摩擦减小，也减小了刃口钝圆半径，这对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强径，这对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强度和散热情况变差。度和散热情况变差。512.2.合理后角的选择原则合理后角的选择原则根据切削厚度选择后角根据切削厚度选择后角适当考虑被加工材料的力学性能适当考虑被加工材料的力学性能考虑工艺系统刚性考虑工艺系统刚性考虑尺寸精度要求考虑尺寸精度要求52（3 3）主偏角及副偏角的选择）主偏角及副偏角的选择1.1.主偏角的功用及合

25、理主偏角的选择主偏角的功用及合理主偏角的选择功用：功用：主要影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削主要影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力的大小。力的大小。选择原则：选择原则： 粗加工时和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的粗加工时和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，以得于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。主偏角，以得于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。 加工很硬的材料时，为减少单位长度切削刃上的负荷，加工很硬的材料时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取10103030 工艺系统刚性低时，应取较大的主偏角。工艺系统刚性低时，应取较大的主偏角。 单件小批生产时，则应选用通用性较好的单件小批生产时，则应选用通用性较好的4545和和9090的车刀。的车刀。 需要从工件中间切入的车刀，以及仿形加工车刀，应需要从工件中间切入的车刀，以及仿形加工车刀，应适当增大主偏角和副偏角；有时主偏角的大小决定于工件适当增大主偏角和副偏角；有时主偏角的大小决定于工件的形状。的形状。532.2.副偏角的功用及合理副偏角的选择副偏