数控刀具的分类与性能毕业设计

1、 实 践 教 学 报 告请选择实践教学类型（在相应项目前的“”内打“”） 实 训 课程设计 专业综合实践 毕业实习 毕业设计 认 识 实 习 顶岗实习 其 他项目具体名称：数控刀具的分类与性能 . .学生姓名：专业班级：机电一体化 实践地点：.指导教师：编写日期：2010年5月20 数控刀具的分类与性能 任何一个强大的国家都必须具有包括金属切削加工在内的强大制造业基础。在整个21世纪中,金属切削加工仍是机械制造业的主导方法，切削加工（包含磨削）不仅占其90%以上的份额，而且刀具消耗费用占制造成本的2%5%。无论是专机设备还是柔性制造单元,CNC制造系统都是当今金属切削工业中的主流。 不同种类的

2、切削工具材料都有所进步，包括高速工具钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼(PCBN)和聚晶金刚石(PCD)。高速工具钢(HSS) 是高韧性的刀具材料，能制作成其他材料不能制作的各种复杂几何形状和尺寸的锋利切削刀具。而高耐磨性的CBN和PCD超硬材料则适用于高速、小进给量加工。介于上述两种材料之间的是硬质合金、金属陶瓷和陶瓷刀具材料，这些材料广泛使用于各种切削速度和进刀量需求的加工工业领域。而在CNC制造系统中,工具刀柄和切削刀具的投入可占整个系统投入的10%甚至更多。柔性制造单元和专机设备系统的效率和能力在很大程度上取决于所采用的刀具和工具辅助系统的技术水平。关 键 词：切削，机械，刀

3、具，工具论文类型：基础研究目录第1章数控刀具的发展和分类特征1.1数控刀具的概述1.2 数控刀具的分类1.3数控机床对刀具的要求1.4刀具的材料及特点第2章 数控刀具的选择2.1金属切削层的变形2.2切屑的类型及其分类2.3刀具的切削力及温度2.4车刀的主要角度及选择2.5铣削及铣刀2.6可转位刀具的基本概念2.7正确选择刀柄第3章刀具磨损及使用寿命3.1刀具磨损的形态及其原因3.2刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命3.3不锈钢加工对刀具的要求3.4加工淬火钢和冷硬铸铁时刀具的选用结论致谢参考文献第1章 数控刀具的发展和分类特征1.1数控刀具的概述 刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工

4、具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。 绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。 然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最

5、早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。 那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和.怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。 在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。 由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。19491950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古

6、萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。 1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。1.2数控刀具的分类刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰

7、刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥

8、齿轮铣刀盘等。1.3数控机床对刀具的要求金属切削过程中，刀具切削部分承受很大切削刀和剧烈摩擦，并产生很高的切削温度；在断续切削工作时，刀具将受到冲击和产生振动，引起切削温度的波动。为此，刀具材料应具各下列基本性能： （1）高硬度 刀具材料的硬度必须更高于被加工工件材料的硬度，否则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形状，这是刀具材料应具备的最基本特征。目前，切削性能最差的刀具材料碳素工具钢，其硬度在室温条件下也应在62HRC以上；高速钢的硬度为6370HRC；硬质合金的硬度为8993HRA。HRC和HRA都属于洛氏硬度，HRA硬度一般用于高值范围(大于70)。HRC硬度值的有效范围是2070

9、之间。6065HRC的硬度相当于81836HRA和维氏硬度687830HV。（2）足够的强度和韧性 刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力。例如，车削45钢时，当ap4mm，f05mmr时，刀片要承受约4000N的切削力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。一般用刀具材料的抗弯强度b(单位为Pa：Nm2)表示它的强度大小，用冲击韧度ak(单位为Jm2)表示其韧性的大小，它反映刀具材料抵抗脆性断裂和崩刃的能力。（3）高耐磨性和耐热性 刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力。一般说，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。此外，刀具材料的耐磨性还和金相组织中化学成分、硬质点的性质、数量、颗粒

10、大小和分布状况有关。金相组织中碳化物越多，颗粒越细，分布越均匀，其耐磨性就越高。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系。其耐热性通常用它在高温下保持较高硬度的性能即高温硬度来衡量，或叫红硬性。高温硬度越高，表示耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。耐热性差的刀具材料，由于高温下硬度显著下降而导致快速磨损乃至发生塑性变形，丧失其切削能力。（4）良好的导热性 刀具材料的导热性用热导率单位为W(mK)来表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。此外，导热性好的刀具材料其耐热冲击和抗热龟裂的性能增强，这种性能对采用脆性

11、刀具材料进行断续切削，特别是在加工导热性能差的工件时尤为重要。1.4刀具的材料及特点常用刀具材料分为：工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢），硬质合金，超硬刀具材料（包括陶瓷，金刚石及立方氮化硼等）。高速钢：高速钢特别适用于制造结构复杂的成形刀具，孔加工刀具例如各类铣刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等；由于高速钢硬度，耐磨性，耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。 高速钢按其性能分成两大类：普通高速钢和高性能高速钢。 硬质合金：硬质合金大量应用在刚性好，刃形简单的高速切削刀具上，随着技术的进步，复杂刀具也在逐步扩大其应用。 钨钴类硬质合金是由WC和 Co烧结而成，代号为Y

12、G，一般适用于加工铸铁和有色金属等脆性材料。 钨钛钴类硬质合金是以WC为基体，添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成，代号为YT，一般适用于高速加工钢料。 添加钽（铌）类硬质合金是在以上两种硬度合金中添加少量其它碳化物（如TaC 或NbC）而派生出的一类硬质合金，代号为YW，既适用加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。常用牌号YW1、YW2。 涂层刀具：硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其上表面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，而又不降低其韧性。 对刀具表面涂覆的方法有两种： 化学气相沉积法（法），适用于硬质合金刀具； 物理气相沉积法（法），适用于高速钢刀具。 涂层材

13、料可分为iC涂层、TiN涂层、iC与TiN涂层、Al2O3涂层等。 其它刀具材料：（1）陶瓷刀具：是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体，再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。 一般适用于高速下精细加工硬材料。一些新型复合陶瓷刀也可用于半精加工或粗加工难加工的材料或间断切削。陶瓷材料被认为是提高生产率的最有希望的刀具材料之一。 （2）人造金刚石：它是碳的同素异形体，是目前最硬的刀具材料，显微硬度达10000HV。它有极高的硬度和耐磨性，与金属摩擦系数很小，切削刃极锋利，能切下极薄切屑，有很好的导热性，较低的热膨胀系数，但它的耐热温度较低，在700800时易脱碳，失去硬

14、度，抗弯强度低，对振动敏感，与铁有很强的化学亲合力，不宜加工钢材，主要用于有色金属及非金属的精加工，超精加工以及作磨具、磨料用。 （3）立方氮化硼：是由立方氮化硼（白石墨）在高温高压下转化而成的，其硬度仅次于金刚石，耐热温度可达1400，有很高的化学稳定性，较好的可磨性，抗弯强度与韧性略低于硬质合金。一般用于高硬度，难加工材料的半精加工和精加工。第2章数控刀具的选择2.1金属切削层的变形(1)切屑形成过程及变形区的划分大量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。切削层的金属变形大致划分为三个变形区：第一变形区(剪切滑移)、第二变形区(纤维化)、第三变形区

15、(纤维化与加工硬化)。(2)积屑瘤的形成及其对切削过程的影响在切削速度不高而又能形成连续切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常常在前刀面处粘着一块剖面有时呈三角状的硬块。它的硬度很高，通常是工件材料的2-3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤。（3）积屑瘤是如何形成的切屑对前刀面接触处的摩擦，使前刀面十分洁净。当两者的接触面达到一定温度同时压力又较高时，会产生粘结现象，即一般所谓的“冷焊”。切屑从粘在刀的底层上流过，形成“内摩擦”。如果温度与压力适当，底层上面的金属因内摩擦而变形，也会发生加工硬化，而被阻滞在底层，粘成一体。这样粘结

16、层就逐步长大，直到该处的温度与压力不足以造成粘附为止。所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与金属材料的硬化性质有关，也与刃前区的温度和压力分布有关。一般说来，塑性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用，也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时，积屑瘤高度与切削速度有密切关系。（4）积屑瘤对切削过程的影响实际前角增大它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。增大切削厚度使加工表面粗糙度增大积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑

17、瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。对刀具寿命的影响积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。（5）防止积屑瘤的主要方法降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；采用高速切削，切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；采用润滑性能好的切削液，减少摩擦；增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。 2.2切屑的类型及其分类带状切屑它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料

18、，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。 挤裂切屑这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。单元切屑 如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑。 以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可

19、以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。 崩碎切屑这是属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。由于它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以

20、增加工件材料的塑性。以上是四种典型的切屑，但加工现场获得的切屑，其形状是多种多样的。在现代切削加工中，切削速度与金属切除率达到了很高的水平，切削条件很恶劣，常常产生大量“不可接受”的切屑。所谓切屑控制(又称切屑处理，工厂中一般简称为“断屑”)，是指在切削加工中采取适当的措施来控制切屑的卷曲、流出与折断，使形成“可接受”的良好屑形。2.3刀具的切削力及温度（1）切削力研究切削力，对进一步弄清切削机理，对计算功率消耗，对刀具、机床、夹具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都具有非常重要的意义。金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力来源于三

21、个方面：克服被加工材料对弹性变形的抗力；克服被加工材料对塑性变形的抗力；克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。上述各力的总和形成作用在刀具上的合力Fr(国标为F)。为了实际应用，Fr可分解为相互垂直的Fx(国标为Ff)、Fy(国标为Fp)和Fz(国标为Fc)三个分力。在车削时： Fz切削力或切向力。它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。 Fx进给力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。 Fy切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内

22、并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关。消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm(国标为Po)。切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗功率。于是Pm=(FzV+Fxnwf/1000)10-3其中：Pm切削功率（KW）；Fz切削力（N）；V切削速度（m/s）；Fx进给力(N）；nw工件转速（r/s）； f进给量（mm/s）。式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率，它相对于F所消耗的功率来说，一般很小(1%2%)，可以略去不计，于是Pm=FzV10-3按上式求得切削功率后，如要计

23、算机床电动机的功率(PE)以便选择机床电动机时，还应考虑到机床传动效率。PE Pm/m式中 ：m机床的传动效率，一般取为0.750.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。（2）切削热的产生和传导被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。此外，切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦也要耗功，也产生出大量的热量。因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区。（3）影响切削温度的主要因素根据理论分析和大量的实验研究知，切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响，以下对这几个主要因素加以分析。切削

24、用量的影响分析各因素对切削温度的影响，主要应从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的影响入手。如果产生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。而背吃力量ap变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故ap对切削温度的影响很小。刀具几何参数的影响切削温度随前角o的增大而降低。这是因为前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于1820后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。主偏角r减小时，使切削宽度aw增大，切削厚度a

25、c减小，故切削温度下降。负倒棱b1在(0-2)f范围内变化，刀尖圆弧半径re在0-1.5mm范围内变化，基本上不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很小。刀具磨损的影响在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈显著。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大。切削液的影响切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看

26、，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。2.4车刀的主要角度及选择（1）车刀的角度及选择车刀的主要角度有前角（0）、后角（0）、主编角（Kr）、副偏角（Kr）和刃倾角（s）。为了确定车刀的角度，要建立三个坐标平面：切削平面、基面和主剖面。对车削而言，如果不考虑车刀安装和切削运动的影响，切削平面可以认为是铅垂面；基面是水平面；当主切削刃水平时，垂直于主切削刃所作的剖面为主剖面。 1前角0在主剖面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利，便于切削。但前角不能太大，否则会削弱刀刃的强度，容易磨损甚至崩坏。加工塑性材料时，前角可选大些，如用硬质合金车刀切削钢件可取0=1020，加工脆

27、性材料，车刀的前角0应比粗加工大，以利于刀刃锋利，工件的粗糙度小。 2后角0在主剖面中测量，是主后面与切削平面之间的夹角。其作用是减小车削时主后面与工件的摩擦，一般取0=612，粗车时取小值，精车时取大值。 3主偏角Kr在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角。其作用是：1）可改变主切削刃参加切削的长度，影响刀具寿命。 2）影响径向切削力的大小。小的主偏角可增加主切削刃参加切削的长度，因而散热较好，对延长刀具使用寿命有利。但在加工细长轴时，工件刚度不足，小的主偏角会使刀具作用在工件上的径向力增大，易产生弯曲和振动，因此，主偏角应选大些。 车刀常用的主偏角有45、60、75、90等

28、几种，其中45多。 4副偏角Kr在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。其主要作用是减小副切削刃与已加工表面之间的摩擦，以改善已加工表面的精糙度。在切削深度ap、进给量f、主偏角Kr相等的条件下，减小副偏角Kr，可减小车削后的残留面积，从而减小表面粗糙度，一般选取Kr=515。 5刃倾角入s 在切削平面中测量，是主切削刃与基面的夹角。其作用主要是控制切屑的流动方向。主切削刃与基面平行，s=0;刀尖处于主切削刃的最低点，s为负值，刀尖强度增大，切屑流向已加工表面，用于粗加工；刀尖处于主切削刃的最高点，s为正值，刀尖强度削弱，切屑流向待加工表面，用于精加工。车刀刃倾角s，一般在-

29、5-+5之间选取。（2）车刀的组成及结构刀由刀头和刀体两部分组成。刀头用于切削，刀体用于安装。刀头一般由三面，两刃、一尖组成。前刀面 是切屑流经过的表面。主后刀面 是与工件切削表面相对的表面。副后刀面 是与工件已加工表面相对的表面。主切削刃 是前刀面与主后刀面的交线，担负主要的切削工作。 副切削刃 是前刀面与副后刀面的交线，担负少量的切削工作，起一定的修光作用。刀尖 是主切削刃与副切削刃的相交部分，一般为一小段过渡圆弧。最常用的车刀结构形式有以下两种： 1整体车刀 刀头的切削部分是靠刃磨得到的，整体车刀的材料多用高速钢制成，一般用于低速切削。 2焊接车刀 将硬质合金刀片焊在刀头部位，不同种类的

30、车刀可使用不同形状的刀片。焊接的硬质合金车刀，可用于高速切削。2.5铣削及铣刀铣削用旋转的铣刀作为刀具的切削加工。铣削一般在铣床或镗床上进行，适于加工平面、沟槽、各种成形面(如花键、齿轮和螺纹)和模具的特殊形面等。铣削的特征是：铣刀各刀齿周期性地参与间断切削；每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的。铣削进给量有3种表示方式每分钟进给量vf(毫米/分)，表示工件每分钟相对于铣刀的位移量；每转进给量f(毫米/转)，表示在铣刀每转一转时与工件的相对位移量；每齿进给量af(毫米/齿)，表示铣刀每转过一个刀齿的时间内工件的相对位移量。铣削深度ap(毫米)是在平行于铣刀轴心线方向测量的铣刀与工件的接触长度

31、。铣削切削弧深度ae(毫米)是垂直于铣刀轴心线方向测量的铣刀与工件接触弧的深度。用高速钢铣刀铣削中碳钢的切削速度一般为2030米/分；用硬质合金铣刀可达6090米/分。铣削一般分周铣和端铣两种方式。周铣和某些不对称的端铣又有逆铣和顺铣之分。凡刀刃切削方向与工件的进给运动方向相反的称为逆铣；方向相同的称为顺铣。逆铣时，铣刀每齿的切削厚度是从零逐渐增大，所以刀齿在开始切入时，将与切削表面发生挤压和滑擦，这对铣刀寿命和铣削工件的表面质量都有不利影响。顺铣时的情况正相反，所以顺铣能提高铣刀寿命和铣削表面质量，并能减小机床的功率消耗。但顺铣时铣刀所受的切削冲击力较大，当机床的进给传动机构有间隙或铸锻毛坯

32、有硬皮时不宜采用顺铣，以免引起振动和损坏刀具。铣刀是一种多齿刀具，同时参与切削的切削刃总长度较长，并可使用较高的切削速度，又无空行程，故在一般情况下铣削的生产率比用单刃刀具的切削加工(如刨削、插削)为高，但铣刀的制造和刃磨较为困难。普通铣削的加工精度不高，一般粗铣精度为IT1110，表面粗糙度为Ra202.5微米；精铣精度可达IT97，表面粗糙度为Ra2.50.16微米。铣刀按用途区分有多种常用的型式圆柱形铣刀：用于卧式铣床上加工平面。刀齿分布在铣刀的圆周上，按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分粗齿和细齿两种。螺旋齿粗齿铣刀齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；细齿铣刀适用于精加工。面

33、铣刀：用于立式铣床、端面铣床或、龙门铣床、上加工平面，端面和圆周上均有刀齿，也有粗齿和细齿之分。其结构有整体式、镶齿式和可转位式3种。立铣刀：用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周和端面上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的端齿时，可轴向进给。三面刃铣刀：用于加工各种沟槽和台阶面，其两侧面和圆周上均有刀齿。角度铣刀：用于铣削成一定角度的沟槽，有单角和双角铣刀两种。锯片铣刀：用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较多的刀齿。为了减少铣切时的摩擦，刀齿两侧有151的副偏角。此外，还有键槽铣刀燕尾槽铣刀 T形槽铣刀和各种成形铣刀等。铣刀的结构分为4种。整体式：刀体和刀齿制成一体。整体焊齿式：刀齿用

34、硬质合金或其他耐磨刀具材料制成，并钎焊在刀体上。镶齿式：刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。这种可换的刀齿可以是整体刀具材料的刀头，也可以是焊接刀具材料的刀头。刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式；刀头在夹具上单独刃磨的称为体外刃磨式。可转位式：这种结构已广泛用于面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀等。铰削和铰刀利用铰刀从已加工的孔壁切除薄层金属，以获得精确的孔径和几何形状以及较低的表面粗糙度的切削加工。铰削一般在钻孔、扩孔或镗孔以后进行，用于加工精密的圆柱孔和锥孔，加工孔径范围一般为3100毫米。由于铰刀的切削刃长，铰削时各刀齿同时参加切削，生产效率高，在孔的精加工中应用较广。 铰削的工作方式一般是工

35、件不动，由铰刀旋转并向孔中作轴向进给。在车床上铰削时，工件旋转，铰刀作轴向进给。铰削过程中，铰刀前端的切削部分进行切削，后面的校准部分起引导、防振、修光和校准作用。铰孔的尺寸和几何形状精度直接由铰刀决定。铰削可分粗铰和精铰。一般在车床、镗床或钻床上进行，称为机铰，也可手工铰削。粗铰的切削深度(单边加工馀量)为0.30.8mm，加工精度可达IT109，表面粗糙度为Ra101.25m。精铰的切削深度为0.060.3mm，加工精度可达IT86，表面粗糙度为Ra1.250.08m。铰孔的切削速度较低，例如用硬质合金圆柱形多刃铰刀对钢件铰孔时，当孔径为40100mm时，切削速度为612m/min，进给量

36、为0.32mm/r。正确选用煤油、机械油或乳化液等切削液可提高铰孔质量和刀具寿命，并有利于减小振动。铰刀具有一个或多个刀齿、用以切除已加工孔表面薄层金属的旋转刀具。经铰削加工后的孔可获得精确的尺寸和形状。铰刀按使用方法分手用和机用两种；按铰孔的形状分圆柱形、圆锥形和阶梯形3种；按装夹方法分带柄式和套装式两种；按齿槽的形状分直槽和螺旋槽两种。2.6可转位刀具的基本概念可转位刀具是将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体上的一种刀具。当在使用过程中一个切削刃磨钝了后，只要将刀片的夹紧松开，转位或更换刀片，使新的切削刃进入工作位置，再经夹紧就可以继续使用。可转位刀具与焊

37、接式刀具和整体式刀具相比有两个特征，其一是刀体上安装的刀片，至少有两个预先加工好的切削刃供使用。其二是刀片转位后的切削刃在刀体上位置不变，并具有相同的几何参数。可转位刀片与焊接式刀具相比有以下特点：刀片成为独立的功能元件，其切削性能得到了扩展和提高。机械夹固式避免了焊接工艺的影响和限制，更利于根据加工对象选择各种材料的刀片，并充分地发挥了其切削性能，从而提高了切削效率。切削刃空间位置相对刀体固定不变，节省了换刀、对刀等所需的辅助时间，提高了机床的利用率。经济性好。由于可转位刀具切削效率高，辅助时间少，所以提高了工效，而且可转位刀具的刀体可重复使用，节约了钢材和制造费用。促进了刀具技术的进步。可

38、转位刀片的制造采用了与焊接刀片机械制粒不同的喷雾制粒新工艺，压制时的流动性是机械制粒的几十倍，促进了刀片质量的提高。同时可转位刀体的专业化、标准化生产又促进了刀体制造工艺的发展。刀具的组成可转位刀具一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成其中各部分的作用为：刀片：承担切削，形成被加工表面。刀垫：保护刀体，确定刀片(切削刃)位置。夹紧元件：夹紧刀片和刀垫。刀体：刀体及(或)刀垫的载体，承担和传递切削力及切削扭距，完成刀片与机床的联接。刀具的结构可转位刀具的结构包括刀片的夹紧形式，刀垫的装夹形式和刀体与机床的联接形式等。刀片的夹紧形式 刀片的夹紧方式受刀片形状、刀具尺寸和刀具功用等因素的影响。夹紧时必

39、须满足以下条件： 1. 刀片装夹定位要符合切削力定位夹紧原理，即切削力的合力必须作用在刀片支承面周界内。2. 刀片周边尺寸定位满足三点定位原理。3. 切削力与装夹力的合力在定位基面(刀片与刀体)上所产生的摩擦力必须大于切削振动等引起的使刀片脱离定位基面的交变力。刀体与机床的联接形式 刀体与机床的联接形式应符合高刚度、高精度和快换的原则，这包括如下两方面的内容： 1. 联接形式和尺寸标准化。2. 同一联接形式可更换不同的中间接长模块和不同类别的切削刀头-工具系统。刀片安装和转换时应注意的问题 转位和更换刀片时应清理刀片、刀垫和刀杆各接触面，应保证接触面无铁屑和杂物，表面有凸起点应修平。已用过的刃

40、口应转向切屑流向的定位。转位刀片时应使其稳当地靠向定位面，夹紧时用力适当，不宜过大（必要时可采用测力扳手）。夹紧时，有些结构的车刀需用手按住刀片，使刀片贴紧底面（如偏心式结构）。夹紧的刀片、刀垫和刀杆三者的接触面应贴合无缝隙，要注意刀尖部位的良好紧贴，不得有漏光现象，刀垫更不得有松动。刀杆安装时应注意的问题车刀安装时其底面应清洁无粘着物。若使用垫片调整刀尖高度，垫片应平直，最多不能超过三块。如果内侧和外侧面也须作安装的定位面，则也应擦净。刀杆伸出长度在满足加工要求下应尽可能短，一般伸出长度是刀杆高度的1.5倍。如确要伸出较长才能满足加工需要，也不能超过刀杆高度的3倍。2.7正确选择刀柄在现代大

41、型高速加工设备被越来越多地应用到生产环节中的条件下，如何选择合适的刀柄以适应逐渐提高的机床主轴转速，加工出高精度的模具型面，技术人员必须综合考虑刀柄的各种特性，尤其是在高速运转条件下的夹紧力和径向跳动误差精度及其动平衡质量，这样有利于降低刀具本身存在的振动。此外，一般刀柄的径向跳动误差精度要小于3m，出于对机床主轴跳动误差的考虑，采用重量低的主轴、刀柄和刀具相结合的方式有利于获得更好地切削加工效果。目前，市场上主要有4种刀柄：液压刀柄、应力锁紧式刀柄、通用刀柄、热缩刀柄。 液压刀柄 液压刀柄是一种应用很广泛的刀柄，有些客户由于加工要求特殊而采用特殊的刀具夹紧解决方案，但大部分应用领域是可以选用

42、这种刀柄的。此种刀柄的夹持方式有别于传统刀柄系统。拧紧只需用一个加压螺栓，当螺栓拧紧时便会推动活塞的密封块在刀柄内产生一个液压油压力，该压力均匀地从圆周方向传递给钢制膨胀套，膨胀壁再将刀具夹紧。 采用这一刀具夹紧系统，可使系统径向跳动误差精度和重复定位精度控制在3m以下。由于刀柄内存在有高压油液压力，当刀具被夹紧时，内藏的油腔结构及高压油的存在大大地增加了结构阻尼，可有效防止刀具和机床主轴的振动。实际应用表明，使用这种夹紧系统不仅可以提高加工精度和质量，而且还能使刀具在切削加工中的使用寿命得到成倍提高。 此外，这类刀柄不但具有免维护功能和抗污能力，而且易于使用和安全地夹紧刀具。因为，在紧固刀具

43、时，夹紧压力可以将刀柄上的任何油或杂质导引到膨胀套筒中（加工）的小沟槽中。这样就可以清理装夹用表面区域，并让其保持干燥，消除打滑现象，保证主轴的扭矩可以很好地传递给刀具。应力锁紧式夹头应力锁紧式夹头采用多面刀具夹紧方式，这是一种结构极其简单，但设计功能相当高的夹紧装置。刀具装夹孔具有经精确计算而设计的轴对称特殊多边形，借助于一个特制的加载装置对其施加压力，迫使夹持孔在弹性变形的范围内变成圆形，从而顺利地将刀具装入孔内，卸载后刀具即被巨大的变形恢复力牢固地夹紧。1细长型刀柄 此类刀柄最为适合于夹持刀柄设计特别细小而延伸较长的刀具。2粗壮型刀柄 这种刀柄体型较大，因此其刚性较高，在提高径向力补偿方

44、面能提供高精度。3通用刀柄通用刀柄目前主要有两种应用方案：适用于轻型加工应用领域，适合于中型和重型加工应用领域。用户可以充分利用这类刀柄的重要优点及其防振性能，提高刀具的使用寿命和工件的表面粗糙度，而其价格可以与高端弹簧刀柄系统相匹敌。这类刀柄采用类似于液压刀柄的膨胀技术来夹紧刀具，只是其扩张力是通过机械方法获得的，而不是通过液压介质获得。这一优势可以使用户的刀柄系统达到防振的效果和很高的径向跳动误差精度，通常小于5m。与弹簧夹头刀柄相比，SINO-R刀柄还有另外一些特点：刀柄刀具安装部外围有一夹紧套可在省去握矩扳手的情况下，将其旋转至一固定点，使刀柄每次夹紧力达到统一；能够紧固和安全夹紧圆形

45、刀具（夹头可以将刀柄的前端部分夹得更紧一些，但夹孔底部的夹紧程度较差）；通过使用标准减径套可适应各种夹持直径的刀具；通过使用内部长度调节螺丝，可以非常精密地调节轴向长度。热胀冷缩刀柄该刀柄采用热胀冷缩的技术原理，热量来源于感应技术加热。该刀柄加热装置具有感应线圈（有些装置采用高频线圈），可以对刀柄中插入的刀具的区域进行精确地加热。在插入刀具后，需要对刀柄冷却一段时间，这可以通过冷却套加速其冷却速度。刀柄冷却以后依靠其收缩力紧紧地夹住刀柄。通过热胀冷缩夹紧的刀具，夹紧力大，而且可以承受很高的扭矩。通过热胀冷缩法夹紧的刀具几乎成为受力非常均匀的一体式刀具，具有很多优点：径向跳动误差精度很高，可达到

46、3m以下水平；传动扭矩大，而刀柄的设计相对比较小巧。但其缺陷在于，相比液压刀柄或应力锁紧式刀柄来讲，其防振性能较差第3章刀具磨损及使用寿命3.1刀具磨损的形态及其原因切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损；后者包括脆性破损(如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等)和塑性破损两种。刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能继续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。刀具磨损的形式有以下几种：1. 前刀面磨损 2. 后刀面磨损 3. 边界磨损从对温度的依赖程

47、度来看，刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结(刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象)、扩散(刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方、腐蚀等)引起的。3.2刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命刀具磨损过程可分为三个阶段： 1. 初期磨损阶段 2. 正常磨损阶段 3. 急剧磨损阶段刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。一把新刀(或重新刃磨过的刀具)从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命。刀具破损和刀具磨损一样，也是刀具失效的一种形式。刀具在一定的切削条件下使用时，如果它

48、经受不住强大的应力(切削力或热应力)，就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。破损是相对于磨损而言的。从某种意义上讲，破损可认为是一种非正常的磨损。刀具的破损有早期和后期(加工到一定的时间后的破损)两种。刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。脆性破损又分为：1. 崩刀 2. 碎断 3. 剥落 4. 裂纹破损。刀具损坏的形式主要是磨损和破损。在现代化的生产系统(如FMS、CIMS等)中，当刀具发生非正常的磨损或破损时，如不能及时发现并采取措施，将导致工件报废，甚至机床损坏，造成很大的损失。因此，对刀

49、具状态进行监控非常重要。刀具破损监测可分为直接监测和间接监测两种。所谓直接监测，即直接观察刀具状态，确认刀具是否破损。其中最典型的方法是ITV(Industrial Television， 工业电视)摄像法。间接监测法即利用与刀具破损相关的其它物理量或物理现象，间接判断刀具是否已经破损或是否有即将破损的先兆。这样的方法有力法、测温法、测振法、测主电机电流法和测声发射法等。刀具最大的敌人就是生锈，即使厂商使用不锈钢来制造刀刃，但只要条件合适，锈斑会毫不犹豫地出现在不锈钢面上。尤其是在沿海环境中使用刀具时，更加要注意这个问题，因为海边的空气比其他地方潮湿，并混合有盐份。因此在刀锋表面涂上一层润滑油

50、来保护刀刃的钢面不直接接触含盐份的潮湿空气侵蚀。任何一款润滑油都可以起到这个作用。3.3不锈钢加工对刀具的要求（1）对刀具的要求对刀具几何参数的要求 加工不锈钢时，刀具切削部分的几何形状，一般应从前角、后角方面的选择来考虑。在选择前角时，要考虑卷屑槽型、有无倒棱和刃倾角的正负角度大小等因素。不论何种刀具，加工不锈钢时都必须采用较大的前角。增大刀具的前角可减小切屑切离和清出过程中所遇到的阻力。对后角选择要求不十分严格，但不宜过小，后角过小容易和工件表面产生严重摩擦，使加工表面粗糙度恶化，加速刀具磨损。并且由于强烈摩擦，增强了不锈钢表面加工硬化的效应；刀具后角也不宜过大，后角过大，使刀具的楔角减小

51、，降低了切削刃的强度，加速了刀具的磨损。通常，后角应比加工普通碳钢时适当大些。 对刀具切削部分表面粗糙度的要求 提高刀具切削部分的表面光洁度可减少切屑形成卷曲时的阻力，提高刀具的耐用度。与加工普通碳钢相比较，加工不锈钢时应适当降低切削用量以减缓刀具磨损；同时还要选择适当的冷却润滑液，以便降低切削过程中的切削热和切削力，延长刀具的使用寿命。 对刀杆材料的要求 加工不锈钢时，由于切削力较大，故刀杆必须具备足够的强度和刚性，以免在切削过程中发生颤振和变形。这就要求选用适当大的刀杆截面积，同时还应采用强度较高的材料来制造刀杆，如采用调质处理的45号钢或50号钢。 对刀具切削部分材料的要求 加工不锈钢时

52、，要求刀具切削部分的材料具有较高的耐磨性，并能在较高的温度下保持其切削性能。目前常用的材料有：高速钢和硬质合金。由于高速钢只能在600C以下保持其切削性能，因此不宜用于高速切削，而只适用于在低速情况下加工不锈钢。由于硬质合金比高速钢具有更好的耐热性和耐磨性，因此用硬质合金材料制成的刀具更适合不锈钢的切削加工。 硬质合金分钨钴合金(YG)和钨钴钛合金(YT)两大类。钨钴类合金具有良好的韧性，制成的刀具可以采用较大的前角与刃磨出较为锋利的刃口，在切削过程中切屑易变形，切削轻快，切屑不容易粘刀，所以在一般情况下，用钨钴合金加工不锈钢比较合适。特别是在振动较大的粗加工和断续切削加工情况下更应采用钨钴合

53、金刀片，它不象钨钴钛合金那样硬脆，不易刃磨，易崩刃。钨钴钛合金的红硬性较好，在高温条件下比钨钴合金耐磨，但它的脆性较大，不耐冲击、振动，一般作不锈钢精车用刀具。（2）刀具几何参数的选择 前角的选择 从切削热的产生和散热方面说，增大前角可减小切削热的产生，切削温度不致于太高，但前角过大则因刀头散热体积减小，切削温度反而升高。减小前角可改善刀头散热条件，切削温度有可能降低，但前角过小，则切削变形严重，切削产生的热量不易散掉。实践表明，取前角go=1520最为合适。 后角的选择 粗加工时，对强力切削的刀具则要求切削刃口强度高，则应取较小的后角；精加工时，其刀具磨损主要发生在切削刃区和后刀面上，对于不

54、锈钢这种易出现加工硬化的材料，其后刀面摩擦对加工表面质量及刀具磨损影响较大，合理的后角应为：加工奥氏体不锈钢(185HB以下)，其后角可取68；加工马氏体不锈钢(250HB以上)，其后角取68；加工马氏体不锈钢(250HB以下)，其后角为610为宜。 刃倾角的选择 刃倾角的大小和方向，确定了流屑的方向，合理选择刃倾角ls，通常取-1020为宜。在微量精车外圆、精车孔、精刨平面时，应采用大刃倾角刀具：应取ls4575。 （3）切削用量的选择 为了抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高表面质量，用硬质合金刀具进行加工时，切削用量要比车削一般碳钢类工件稍低些，特别是切削速度不宜过高，一般推荐切削速度Vc=6080m/min，切削深度为ap=47mm，