精密机械制造技术1.1金属切削刀具的基本知识1

1、LOGO机械制造技术基础机械制造技术基础*1*2、切削运动、切削运动v金属切削加工金属切削加工是利用刀具从工件毛坯上切去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机械加工方法。形状、尺寸精度和表面质量的机械加工方法。v为了切除多余的金属，刀具和工件之间必须为了切除多余的金属，刀具和工件之间必须有相对运动，即有相对运动，即切削运动切削运动。v切削运动可分为切削运动可分为主运动主运动和和进给运动进给运动。如图如图21和图和图22。*3 主运动主运动：使工件与刀具产生使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本相

2、对运动以进行切削的最基本运动。其速度最高，消耗功率运动。其速度最高，消耗功率最大。切削运动中，主运动只最大。切削运动中，主运动只有一个有一个. 进给运动进给运动：不断地把被切削不断地把被切削层投入切削，以逐渐切削出整层投入切削，以逐渐切削出整个工件表面的运动，为进给运个工件表面的运动，为进给运动。一般速度低，消耗功率小，动。一般速度低，消耗功率小，可由一个或多个运动组成可由一个或多个运动组成 *42.切削时的工件表面切削时的工件表面待加工表面待加工表面： 工件上即将工件上即将被切除的表面被切除的表面已加工表面已加工表面：工件上经刀：工件上经刀具切削后形成的表面具切削后形成的表面过渡表面（加工表

3、面）过渡表面（加工表面）：工件上被切削正在切削着的工件上被切削正在切削着的表面，它总在待加工表面和表面，它总在待加工表面和与加工表面之间与加工表面之间*53、 切削用量切削用量（切削三要素）（切削三要素）切削速度切削速度: V Vc c=dn/1000dn/1000(m/s)(m/s)进给量进给量: f or Vf背吃刀量背吃刀量:ap =(d w - d m )/2 (mm)三者的总称为切削用量三者的总称为切削用量*6*7(1)(1)前刀面（前刀面（前面前面):):刀具上与切屑接触并相互作用刀具上与切屑接触并相互作用的表面。的表面。切屑流过的表面，以，以Ar Ar 表示。表示。(2)(2)主

4、后刀面（主后刀面（主后面主后面):):刀具上与工件过渡表面接刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面。以触并相互作用的表面。以A A表示。表示。*8(3)(3)副后刀面（副后刀面（副后面副后面):):刀具上与工件已加工表刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。面接触并相互作用的表面。(4)(4)主切削刃主切削刃: :前刀面与主后刀面的交线，它完成前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。主要的切削工作。*9(5)(5)副切削刃副切削刃: :前刀面与副后刀面的交线，它配合前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。面。

5、(6)(6)刀尖刀尖: :连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧它可以是小的直线段或圆弧*10*112、定义刀具角度的参考系、定义刀具角度的参考系v基面基面Pr：通过主切削刃上选通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方定点，垂直于该点切削速度方向的平面。向的平面。v切削平面切削平面Ps：通过主切削刃通过主切削刃上选定点，与主切削刃相切，上选定点，与主切削刃相切，垂直于该点基面的平面。垂直于该点基面的平面。v正交平面正交平面P0：通过主切削刃通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削上选定点，垂直于基面和切削平面的平面。平面的平面。 基面、切削

6、平面和正交平面基面、切削平面和正交平面组成标注刀具角度的正交平面组成标注刀具角度的正交平面参考系。常用的参考系还有法参考系。常用的参考系还有法平面、假定工作平面和背平面平面、假定工作平面和背平面参考系。参考系。*12(1)前角前角：在正交平面内测量前刀：在正交平面内测量前刀面与基面之间的夹角，前角表示面与基面之间的夹角，前角表示前刀面的倾斜程度，前刀面的倾斜程度，前前角角的正负的正负方向按图示规定表示。方向按图示规定表示。(2)后角后角：在正交平面内测量的主：在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角，后刀面与切削平面之间的夹角，后角表示主后刀面的倾斜程度；后角表示主后刀面的倾斜程度；后角

7、一般为正值。后角一般为正值。(3)主偏角主偏角：在基面内测量的主：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，主偏角一般为正动方向的夹角，主偏角一般为正值；值；*13(4)副偏角副偏角 在基面内测在基面内测量的副切削刃在基面上量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方的投影与进给运动反方向的夹角，副偏角一般向的夹角，副偏角一般为正值。为正值。(5)刃倾角刃倾角 在切削平面在切削平面内测量的主切削刃与基内测量的主切削刃与基面之间的夹角。面之间的夹角。*14v 前角前角0：在：在正交平面正交平面上度量，前刀面与基面间的夹角，上度量，前刀面与基面间的夹角，数值

8、有正、负。数值有正、负。v 后角后角0 ：在：在正交平面正交平面上度量，主后刀面与切削平面的上度量，主后刀面与切削平面的夹角；夹角；v 主偏角主偏角r ：在：在基面基面上度量，主切削刃在基面上的投影上度量，主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。与进给运动方向的夹角。v 副偏角副偏角r ：在：在基面基面上度量，副切削刃在基面上的投影上度量，副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。与进给运动反方向的夹角。v 刃倾角刃倾角s：主刃：主刃基面之间的夹角（切削平面测量）基面之间的夹角（切削平面测量）*15刀具的主要标注角度刀具的主要标注角度*16*17a)a)刀具安装位置对工作角度的影响刀具

9、安装位置对工作角度的影响 当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，刀具的工作前角和工作后角的变化情况当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的变化情况b)进给运动对工作角度的影响*18*19v刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度的情况角度的情况 刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度*20 当刀尖低于工件轴线时：工作前角变小，工作后当刀尖低于工件轴线时：工作前角变小，工作后角变大。角变大。*21v影响刀具工作角度因素：影响刀具工作角度因素：横向进给运动（横向进给运动（图图2-9）；刀具安装高

10、低（）；刀具安装高低（图图2-11） ；轴向进给运动轴向进给运动（图（图2-10）；刀杆中心线偏移；刀杆中心线偏移（图（图2-12） 。*22三三.切削层参数与切削方切削层参数与切削方式式公称厚度公称厚度hD：垂直于过渡表面测量的切削层的尺寸,相邻两过渡表面之间的距离。 hDfsinKr (mm)公称宽度公称宽度bD：沿过渡表面测量的切削层尺寸。反应了切削刀刃参加切削的工作长度。 bDap/sinKr (mm)公称横截面积公称横截面积：切削层在切削层尺寸平面内的实际横截面积。 ADhDbD fap (mm2)*23四、刀具材料四、刀具材料*241、刀具材料应具备的性能、刀具材料应具备的性能*2

11、5v含有较多钨、钼、铬、钒等元素的高合金工具含有较多钨、钼、铬、钒等元素的高合金工具钢；钢；v具有具有较高的硬度较高的硬度（热处理硬度达（热处理硬度达HRC6267）和）和耐热性耐热性（切削温度可达（切削温度可达550550600600）；）；v切速比碳素工具钢和合金工具钢高切速比碳素工具钢和合金工具钢高1 13 3倍倍( (由此由此得名得名) )，刀具耐用度高，刀具耐用度高10104040倍，甚至更多；倍，甚至更多；v可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料；材料；*26v制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的

12、刀刃；v在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。v用途分：用途分：通用型高速钢通用型高速钢和和高性能高速钢高性能高速钢v制造工艺制造工艺分：分：熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢*27v用高耐热性和高耐磨性的用高耐热性和高耐磨性的（碳化钨、（碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌等）碳化钛、碳化钽、碳化铌等）与与（钴、（钴、镍、钼等）镍、钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。在高温下烧结而成的粉末冶金制品。v硬度：硬度：HRA89-93，能耐，能耐850-1000C的高温，的高

13、温，拥有良好的耐磨性，切速可达拥有良好的耐磨性，切速可达100300m/min，可加工包括淬硬钢在内的多种材料，应用非常广可加工包括淬硬钢在内的多种材料，应用非常广泛。泛。*28v硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性差，刃口硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性差，刃口不锋利，较难加工，不易做成形状复杂的整不锋利，较难加工，不易做成形状复杂的整体刀具。体刀具。v常用的硬质合金有常用的硬质合金有钨钴类钨钴类（YG类）、类）、钨钛钨钛钴钴类（类（YT类）和类）和通用硬质合金通用硬质合金（YW类）类）三类。三类。*29v涂层刀具涂层刀具：在韧性较好的硬质合金或高速钢刀在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具的基体上，涂覆

14、一薄层耐磨性高的难熔金属具的基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物。化合物。涂层材料有：碳化钛、氮化钛、氧化铝（刚玉）等。涂层材料有：碳化钛、氮化钛、氧化铝（刚玉）等。耐用度至少可提高耐用度至少可提高13倍倍（硬质合金刀片），或（硬质合金刀片），或210倍倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，涂层刀（高速钢）。加工材料的硬度愈高，涂层刀具效果愈好具效果愈好。*30v 陶瓷材料陶瓷材料：以氧化铝为主要成分，经压制成以氧化铝为主要成分，经压制成形后烧结而成形后烧结而成硬度可达硬度可达HRA9195，在，在1200C时可保持时可保持HRA80的硬度；的硬度；摩擦系数小，耐磨性好。摩擦系数小，耐磨性好

15、。缺点：脆性大，抗弯强度和冲击韧性低。缺点：脆性大，抗弯强度和冲击韧性低。*31第七节第七节 刀具材料及几何参数的选择刀具材料及几何参数的选择 应当指出，刀具各角度之间是相互应当指出，刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤立地选择某一角联系，相互影响的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。度并不能得到所希望的合理值。*32u前角对切削的难易程度影响很大前角对切削的难易程度影响很大优点：增大前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，优点：增大前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，切屑变形减小，切削力和切削功率减小；切屑变形减小，切削力和切削功率减小；缺点：增大前角，刀刃和刀尖强度降低缺点：增大

16、前角，刀刃和刀尖强度降低 ，散热体，散热体积变小积变小 ，影响刀具寿命。对表面粗糙度，排、断，影响刀具寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响。屑等有一定的影响。*33u前角的合理选择前角的合理选择：主要取决于主要取决于工件材料、刀具材料及加工要求工件材料、刀具材料及加工要求。n 工件材料强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角；工件材料强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角；加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）选较加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）选较小的前角。刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反小的前角。刀具材料韧性好（如高速

17、钢），前角可选得大些，反之（如硬质合金）则前角应选得小一些。粗加工时，特别是断续之（如硬质合金）则前角应选得小一些。粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角，精加工时应选用较大前角。切削时，应选用较小的前角，精加工时应选用较大前角。n 硬质合金车刀的前角硬质合金车刀的前角g0在在520范围内选，高速钢刀具范围内选，高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大的前角应比硬质合金刀具大510，而陶瓷刀具的前角一般，而陶瓷刀具的前角一般取取515。*342.选择后角选择后角u后角的主要功用是后角的主要功用是减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损磨损，其大小对，其大小对刀具耐用

18、度刀具耐用度和和加工表面质量加工表面质量都有很大影都有很大影响。响。u合理后角的大小主要取决于：合理后角的大小主要取决于：切削厚度（或进给量）切削厚度（或进给量）、也与也与工件材料工件材料、工艺系统的刚性工艺系统的刚性有关：有关：切削厚度越大，刀具后角越小；切削厚度越大，刀具后角越小；工件材料越软，塑性越大，后角越大；工件材料越软，塑性越大，后角越大；工艺系统刚性较差时，适当减小后角；工艺系统刚性较差时，适当减小后角；刀具尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。刀具尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。l切削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用切削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用46。 *353.主偏角和副偏角主偏角和副偏角：减小主偏角和副偏：减小主偏角和副偏角，可使刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件角，可使刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，可提高刀具耐用度。改善，可提高刀具耐用度。u减小主偏角和副偏角，可降低残留面积的高度，减小主偏角和副偏角，可降低残留面积的高度，减小加工表面的粗糙度。减小加工表面的粗糙度。*36u主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。例。车外圆时，增大主偏角，可使背向力FP明显减小，进给力Ff增大，有利于减小工艺系统的弹性变形和振动。l工艺系统刚性较好时工艺系统刚性较好时主偏角主偏角r取较小值，如取