机械加工刀具基础知识(内部资料)

1、机械加工刀具基础知识机械加工刀具基础知识 一、一、零件表面的形成零件表面的形成表面加工方法1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素 二、切削运动及切削用量二、切削运动及切削用量 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素进给运动(图中)主运动(图中)切削速度VC 进给量f (或进给速度Vf)背吃刀量ap切削运动(cutting motions) 切削用量(cutting conditions)切削层参数(parameters of undeformed chip)切削用量三要素切削要素 二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度主运动和切削速度 主运动(primary motion)

2、是使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具接近工件而实现切削的运动。 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素 二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度主运动和切削速度 主运动为旋转运动(如车削、铣削等)，切削速度一般为其最大线速度 m/s或m/min 主运动为往复直线运动(如刨削、插削等)，以其平均速度为切削速度 m/s或m/min 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素1000dncv10002rcLnv 二、切削运动及切削用量二、切削运动及切削用量2.进给运动和进给量进给运动和进给量 进给运动(feed movement)使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可连

3、续地切除余量。 刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量 (feed rate)。 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素 二、切削运动及切削用量二、切削运动及切削用量3.背吃刀量背吃刀量 通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量，以aP表示，单位为mm 。车外圆时，aP可用下式计算，即 mm 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素2mwpdda 三三、切削层参数、切削层参数 切削层的尺寸和形状，通常在切削层尺寸平面中测量。 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素 三三、切削层参数、切削层参数 1.切削

4、层公称横截面积AD 给定瞬间，切削层在切削层尺寸 平面里的实际横截面积，单位为mm2。 2.切削层公称宽度bD 给定瞬间，作用于主切削刃截形 上两个极限点间的距离，在切削层尺 寸平面中测量，单位为mm。 3.切削层公称厚度hD 同一瞬间切削层公称横截面积与 其公称宽度之比，单位为mm。 1.1 切削运动及切削要素切削运动及切削要素 一一、切削、切削刀具刀具1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削

5、部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材

6、料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具1.车刀切削部分的组成车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(1)刀具静止参

7、考系 它主要包括基面、切削平面、正交平面和假定工作平面等1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的

8、主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大而公 称厚度愈

9、小，即切下宽而薄的切屑。 1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度hc亦小，因而可减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提高刀具寿命。1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 3)前角0是在正交平面中测量的前刀面与基面间的夹角。根据前刀面和基面相对位置的不同，分别规定为正前角、零度前角和负前角1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部

10、分的主要角度车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度 4)后角0是在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角5)刃倾角s是在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(3)刀具的工作角度 在工作参考系中定义的刀具角度刀具安装位置对工作角度的影响1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一、切削刀具一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(3)刀具的工作角度 车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化车刀安装偏斜对主偏角和副偏角的影响1.

11、2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 一一、切削、切削刀具刀具3.刀具结构刀具结构 车刀在结构上可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹重磨式车刀和机夹可转位式车刀1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料机夹重磨式车刀机夹重磨式车刀 一一、切削、切削刀具刀具4.多齿刀具多齿刀具(1) 麻花钻1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料标准高速钢麻花钻结构标准高速钢麻花钻结构 一一、切削、切削刀具刀具4.多齿刀具多齿刀具(1)麻花钻 主要几何参数有：前角0、后角0、螺旋角 、顶角2(主偏角kr)、横刃斜角、直径、横刃长度等。1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料几种群钻 一一、切削、切削刀具刀具4.多齿

12、刀具多齿刀具(2)铣刀 1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料铣刀的类型及用途 一一、切削、切削刀具刀具4.多齿刀具多齿刀具(2)铣刀 1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料焊接式硬质合金铣刀 可转位铣刀的结构316mm硬质合金玻璃钻车削软橡胶用的外圆车刀 一一、切削、切削刀具刀具5.非金属材料切削刀具非金属材料切削刀具1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料橡胶加工用刀具塑料加工用刀具玻璃加工用刀具复合材料加工用刀具金刚石刀具 二二、刀具材料、刀具材料1.刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料较高的硬度和耐磨性足够的强度和韧度较高的耐热性良好的工

13、艺性和经济性 二二、刀具材料、刀具材料2.常用的刀具材料常用的刀具材料1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料常用刀具材料基本性能 二二、刀具材料、刀具材料2.常用的刀具材料常用的刀具材料1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料 含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢高速钢(highspeed steel) P类硬质合金(蓝色)，适合加工长切屑的黑色金属 M类硬质合金(黄色)，适合加工长(短)切屑的金属材料 K类硬质合金(红色)，适合加工短切屑的金属或非金属材料硬质合金(carbides) 二二、刀具材料、刀具材料3.新型刀具材料新型刀具材料1.2 切削刀具及其材料切削刀具及其材料涂层涂层(

14、coated)刀具刀具材料材料 通过气相沉积或其它技术方法，在硬质合金或高速钢的基 体上涂覆一薄层高硬度、高耐磨性的难熔金属或非金属化合物而构成的刀具材料陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料 按化学成分可分为Al 2O3基和Si3N4基两类。具有很高的硬度、耐热性和耐磨性，能以更高的速度，并可切削难加工的高硬度材料。缺点：抗弯强度低，性脆、抗冲击韧度差超硬超硬(superhard)刀具刀具材料材料 包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼3种 一一 、切屑的形成及其类型、切屑的形成及其类型1.切屑形成过程切屑形成过程 金属的切削过程实际上与金属的挤压过程很相似1.3 切削过程及控制切削过程及控制 一一

15、、切屑的形成及其类型、切屑的形成及其类型1.切屑形成过程切屑形成过程 经过塑性变形的切屑，其厚度hch大于切削层公称厚度hD，而长度lch小于切削层公称长度lD，这种现象称为切屑收缩1.3 切削过程及控制切削过程及控制 一一 、切屑的形成及其类型切屑的形成及其类型2.切屑的种类切屑的种类1.3 切削过程及控制切削过程及控制带状切屑带状切屑挤裂切屑挤裂切屑崩碎切屑崩碎切屑 二、积屑瘤二、积屑瘤 在一定范围的切削速度下切削塑性金属形成带状切屑时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属楔块，这就是积屑瘤(the built-up edge)，或称刀瘤1.积屑瘤的形成积屑瘤的形成1.

16、3 切削过程及控制切削过程及控制积屑瘤的形成与脱落 二、积屑瘤二、积屑瘤2.积屑瘤对切削加工的影响积屑瘤对切削加工的影响 粗加工时可利用积屑瘤；精加工时应尽量避免积屑瘤产生3.积屑瘤的控制积屑瘤的控制 影响积屑瘤形成的主要因素有：工件材料的力学性能、切削速度和冷却润滑条件等。 避免和减小积屑瘤的方法是：加工时控制切削速度，避开产生积屑瘤的切削速度区；增加刀具前角以减小切削变形，降低切屑接触区压力；使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦；用适当的热处理方法提高工件材料的硬度，降低塑性，减小加工硬化倾向。1.3 切削过程及控制切削过程及控制 三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率1.切削力的构成与分

17、解切削力的构成与分解 总切削力F一般常分解为3个互相垂直的分力切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力进给力Ff 总切削F在进给运动方向上的分力背向力Fp 总切削力F在垂直于工作平面方向上的分力3个切削分力与总切削力F有如下关系： 1.3 切削过程及控制切削过程及控制2p2f2cFFFF 三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率2.切削力的估算切削力的估算 车削外圆时，计算Fc的经验公式如下： N 经验公式中的系数和指数，可从“切削用量手册”中查出 生产中，常用切削层单位面积切削力Kc来估算切削力Fc的大小。因为Kc是切削力Fc与切削层公称横截面积AD之比，所以1.3 切削过程及控制切削过程

18、及控制ccFcFcFyxpFcKfaCFfakhbkAkFpcDDcDcc 三、切削力和切削功率三、切削力和切削功率3.切削功率切削功率 切削功率Pm可用下式计算 kW 机床电动机的功率PE可用下式计算 kW1.3 切削过程及控制切削过程及控制ccmvFP310mmEPP/ 四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度1.切削热的产生、传出及对加工的影响切削热的产生、传出及对加工的影响 切削热主要有3个切削热源v 切屑变形所产生的热量， 是切削热的主要来源； v 切屑与刀具前刀面之间 的摩擦所产生的热量；v 工件与刀具后刀面之间 的摩擦所产生的热量。1.3 切削过程及控制切削过程及控制 四、切削热

19、和切削温度四、切削热和切削温度2.切削温度及其影响因素切削温度及其影响因素 切削温度的高低取决于切削热的产生和传散情况。 影响切削温度的主要因素有1.3 切削过程及控制切削过程及控制切削用量 工件材料刀具角度切削液 切削油乳化液水溶液 五、刀具磨损和刀具寿命五、刀具磨损和刀具寿命1.刀具磨损形态刀具磨损形态1.3 切削过程及控制切削过程及控制后刀面磨损 后刀面磨损量以后刀面上磨损宽度值VB表示前刀面磨损 前刀面的磨损量以月牙洼的最大深度KT表示前后刀面同时磨损 在常规条件下加工塑性金属时，常出现 五、刀具磨损和刀具寿命五、刀具磨损和刀具寿命2.刀具磨损过程刀具磨损过程1.3 切削过程及控制切削

20、过程及控制硬质合金车刀主后刀面磨损量VB与切削时间之间的关系(磨损曲线) 五、刀具磨损和刀具寿命五、刀具磨损和刀具寿命3.影响刀具磨损的因素影响刀具磨损的因素 切削用量中，切削速度对刀具磨损的影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap最小。4.刀具寿命刀具寿命 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，以T表示。 一把新刀从第一次投入使用直至完全报废(经刃磨后亦不可再用) 时所经历的实际切削时间，叫做刀具总寿命。1.3 切削过程及控制切削过程及控制 六、切削用量的合理选择六、切削用量的合理选择 所谓“合理”的切削用量是指充分利用切削性能和机床动力性能

21、(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。(1)选择背吃刀量ap(2)选择进给量f(3)选择切削速度vc 切削用量选择的基本原则是：粗加工时在保证合理的刀具寿命的前提下，首先选尽可能大的背吃刀量ap，其次选尽可能大的进给量f，最后选取适当的切削速度vc；精加工时，主要考虑加工质量，常选用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度，只有在受到刀具等工艺条件限制不宜采用高速切削时才选用较低的切削速度。1.3 切削过程及控制切削过程及控制 一、磨料与磨具一、磨料与磨具 磨削(grinding)是用带有磨粒的工具(砂轮、砂带、油石等)对工件进行加工的方法1.4 磨具与磨削过程磨具与磨削过程 制造磨具的主要原料，直接担负着切削工作磨料磨料 磨料颗粒的尺寸，其大小用粒度号表示粒度粒度 将磨料粘合成具有一定强度和形状的砂轮结合剂结合剂 磨具在外力作用下磨粒脱落的难易程度(又称结合度)硬度硬度 磨具中磨粒、结合剂、气孔三者体积的比例关系组织组织 根据机床类型和加工需要，将磨具制成各种标准的形状和尺寸，常用的砂轮形状、代号和用途如表表所列形状与尺寸形状与尺寸 磨具标记的书写顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂和允许的最高线速度磨具标记磨具标记 一、磨料与磨具一、磨料与磨具 珩磨、超精加工及钳工使用的磨具为油石