机械制造技术第2章 工艺系统中的工具

第2章工艺系统中的工具本章要点:切削运动与切削用量刀具角度与刀具材料金属切削过程基本规律磨削加工机理数控刀具系统2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数教学重点：掌握切削运动和切削用量的基本概念；掌握刀具角度和刀具材料的选用方法。掌握金属切削过程的基本规律掌握常用刀具及砂轮的选用方法了解数控刀具系统教学难点：各种加工方法中主运动和进给运动的划分；刀具角度与刀具选用。1.1.1工件的加工表面与切削运动

1.工件的加工表面及其形成方法（1）工件的加工表面1）待加工表面。工件上待切除的表面。2）过渡表面。工件上由刀具切削刃正在切削的表面，即由待加工表面向已加工表面过渡的表面。3）已加工表面。工件上经刀具切除加工余量后的表面。

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-1工件的加工表面（2）工件表面的形成方法

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-2工件表面的形成

（2）工件表面的形成方法

1）轨迹法。通过母线沿导线的运动，形成被加工表面。

2）成形法。切削刀具的切削刃与所需形成的母线形状完全吻合。

3）相切法。刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工。又称包络线法。

4）范成法。切削刃是一条与需要形成的发生线共轭的切削线。2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-3形成发生线的方法

2.切削运动（1）切削运动的定义切削运动是指切削过程中刀具相对于工件的运动。切削运动的类型有两类，即主运动和进给运动。二者又可以进一步形成一个合成切削运动。各种切削运动的定义见表2-1。外圆车刀、圆柱铣刀和麻花钻的切削运动示意图见图2-1、图2-4和图2-5。2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数表2-1切削运动2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-4圆柱铣刀的切削运动

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-5麻花钻的切削运动

（2）典型加工方法的加工表面与切削运动在各种加工方法中，主运动消耗的功率最大、速度较高，而进给运动速度较低、消耗功率小。车削加工的主运动为工件的回转运动，钻削、铣削、磨削时刀具或砂轮的旋转运动为主运动，刨削或插削时刀具的反复直线运动为主运动。进给运动的种类很多，有纵向进给、横向进给、垂向进给、径向进给、切向进给、轴向进给、单向进给、双向进给、复合进给，有连续进给、断续进给、分度进给、圆周进给、周期进给、摆动进给，有手动进给、机动进给、自动进给、点动进给，有微量进给、伺服进给、脉冲进给、附加进给、定压进给等。2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-6主运动和进给运动车削b）铣削c）刨削d）钻削e）磨削１—主运动２—进给运动３—待加工表面４—加工表面５—已加工表面2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数（3）辅助运动机床上除工作运动外，还需要辅助运动。辅助运动是机床在加工过程中，加工工具与工件除工作运动外的其他运动。常见的机床辅助运动有：上料、下料、趋近、切入、退刀、返回、转位、超越、让刀（抬刀）、分度、补偿等。上述所列举的辅助运动不是每台机床上都必须具备的，而是根据实际加工需要而定。

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数2.1.2切削用量和切削层参数1.切削用量切削速度、进给量和背吃刀量统称为切削用量。（1）切削速度切削速度是指刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。大多数切削运动的主运动都是回转运动。计算公式为：2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数（2）进给量进给量包括进给速度和每齿进给量。进给速度是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度，用υf

表示。进给量是工件或刀具每转一转时两者沿进给运动方向的相对位移，用符号f表示，单位为mm/r，见图2-7所示。对于主运动为反复直线运动的切削加工，如刨削、插削等，进给量的单位为mm/双行程。对于铣刀、拉刀等多齿刀具，还应规定每齿进给量，即刀具每转过或移动一个齿时相对工件在进给运动方向上的位移，符号为fz

，单位为mm/齿。2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-7进给量与背吃刀量

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-8磨削的径向进给量和轴向进给量

（3）背吃刀量背吃刀量是工件已加工表面和待加工表面的垂直距离，符号ap为，单位为mm，见图2-7。1）外圆车削的背吃刀量

2）钻孔加工的背吃刀量3）铣削深度和铣削宽度。铣削深度是平行于铣刀轴线度量的铣刀与被切削层的啮合量，用ap表示；铣削宽度是垂直于铣刀轴线并垂直于进给方向度量的铣刀与被切削层的啮合量，用ae表示。

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2-9铣削深度与铣削宽度

2.切削层参数切削时，切削刃沿着进给运动方向移动一个进给量所切下的金属层称为切削层。切削层参数是在垂直于选定点主运动速度的平面中度量的切削层截面尺寸。

图2—10切削层参数

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数（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

2.1工件的加工表面、切削运动与切削参数图2—11车刀切削部分组成2.2刀具几何参数2.2.1车刀的组成

（1）前刀面Ａr：刀具上切屑流出的表面；（2）主后刀面Aα：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；（3）副后刀面Aα′：刀具上与工件新形成的过渡表面相对的刀面；（4）主切削刃Ｓ：前刀面与主后刀面形成的交线，在切削中承担主要的切削任务；（5）副切削刃Ｓ′：前刀面与副后刀面形成的交线，它参与部分的切削任务；（6）刀尖：主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小段切削刃。

“一尖、两刃、三面”2.2刀具几何参数2.2刀具几何参数图2-12刀尖形状

2.2.2刀具角度

1.刀具标注角度刀具标注角度参考系是在假定没有进给运动和假定的刀具安装条件下（切削刃上选定点在工件的中心高上，且刀具定位平面或轴线（如车刀底面、钻头轴线等）与参考系的坐标平面垂直或平行），用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数的参考系。常用的刀具标注角度参考系有正交平面参考系、法剖面参考系、假定工作平面-背剖面参考系等刀具标注角度（静止角度）是在刀具标注角度参考系（静止参考系）内确定的刀具角度。刀具设计图纸上所标注的刀具角度就是刀具标注角度。

2.2刀具几何参数（1）正交平面参考系

1）正交平面参考系的定义正交平面参考系（主剖面参考系）是由基面、切削平面和正交平面这三个参考平面组成的正交参考系（图2-13a）。

①基面Pr：过切削刃选定点，且垂直于假定的主运动方向的平面。通常，它平行（或垂直）于刀具上的安装面（或轴线）的平面。②切削平面Ps：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。③正交平面Po：过切削刃选定点，同时垂直于基面与切削平面的平面。

2.2刀具几何参数2.2刀具几何参数图2-13刀具标注角度的参考系2.2刀具几何参数图2-14外圆车刀的标注角度

2）在正交平面参考系中标注的角度①在基面中测量的刀具角度。在基面中测量的刀具角度有主偏角、副偏角、刀尖角。主偏角：在基面内，主切削刃的投影线与假定进给运动方向的夹角。副偏角：在基面内，副切削刃的投影线与假定进给运动方向的夹角。刀尖角：在基面内，主切削刃的投影线和副切削刃的投影线夹角，它是派生角度。2.2刀具几何参数②在切削平面中测量的刀具角度在切削平面中测量的刀具角度只有刃倾角。刃倾角定义为在切削平面内，主切削刃与基面的夹角。刃倾角有正负之分，当刀尖相对基面处于主切削刃上的最高点时，刃倾角为正值；反之，刃倾角为负值；主切削刃与基面平行（或重合）时，刃倾角为零度。2.2刀具几何参数

③在正交平面中测量的刀具角在正交平面中测量的刀具角度有前角、后角和楔角。前角：在正交平面中测量的前刀面与基面间的夹角。前角有正负之分：当前刀面与正交平面的交线向里收缩（楔角变小）时，前角为正；当前刀面与正交平面的交线向外张（楔角变大）时，前角为负；当前刀面与正交平面的交线，与基面重合时，前角为零。后角：在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。后角也有正负之分，其正负的定义与前角类似。楔角：在正交平面中测量的前刀面与后刀面间的夹角，它是派生角度。2.2刀具几何参数2.2刀具几何参数（2）其他刀具角度标注参考系1）法剖面参考系法平面是过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面。法剖面参考系是由基面、切削平面和法平面这三个参考平面组成的参考系（图2-14）。

2）假定工作平面-背平面参考系假定工作平面-背平面参考系是由基面、假定工作平面（过切削刃选定点，垂直于基面，且平行于假定进给运动方向的平面）和背平面（过切削刃选定点，垂直于基面和假定工作平面的平面）这三个参考平面组成的参考系（图2-14）。

2.刀具工作角度（1）横向进给运动对刀具工作角度的影响（横车时）图2-15横向进给运动对工作角度的影响

2.2刀具几何参数（2）刀尖安装高低对工作角度的影响

图2-16刀具安装高低的影响

2.2刀具几何参数作业1.车刀切削部分由哪些面和刃组成？2.试画图表示：γＯ＝10°、αＯ＝6°、κr＝90°、κr′＝10°、λs＝－5°的外圆车刀。3.试画图表示：（1）

γＯ＝15°

、αＯ＝8°

、κr＝90°

、κr′＝20、λs＝0°的切断车刀。2.2刀具几何参数2.3刀具几何参数的合理选择2.3.1刃形、刀面型式与刃口型式1.刃形与刀面型式刃形是指切削刃的形状，有直线刃和空间曲线刃等刃形。合理的刃形能强化刀刃、刀尖，减小单位刃长上的切削负荷，降低切削热，提高抗振性，提高刀具寿命，改变切屑形态，方便排屑，改善加工表面质量等。刀面型式主要是前刀面上的断屑槽、卷屑槽等。2.3刀具几何参数的合理选择2.刃口型式刃口型式是切削刃的剖面型式。1）锋刃。锋刃刃磨简便、刃口锋利、切入阻力小，特别适于精加工刀具。2）倒棱刃。又称负倒棱，能增强切削刃，提高刀具寿命。3）消振棱刃。消振棱刃能产生与振动位移方向相反的摩擦阻尼作用力，有助于消除切削低频振动。常用于切断刀、高速螺纹车刀、梯形螺纹精车刀以及熨压车刀的副切削刃上。4）白刃。铰刀、拉刀、浮动镗刀、铣刀等，为了便于控制外径尺寸，保持尺寸精度，并有利于支承、导向、稳定、消振及熨压作用，常采用白刃的刃区型式。5）倒圆刃。能增强切削刃，具有消振熨压作用。2.3刀具几何参数的合理选择图2-17常用的几种刃口型式

2.3刀具几何参数的合理选择表2-2刀具几何角度的的选用原则12.3刀具几何参数的合理选择表2-2刀具几何角度的的选用原则22.3刀具几何参数的合理选择2.3.2刀具角度的选择1.前角前角的大小决定切削刃的锋利程度和强固程度。增大前角可使刀刃锋利，使切削变形减小，切削力和切削温度减小，可提高刀具寿命，并且，较大的前角还有利于排除切屑，使表面粗糙度减小。增大前角会使刃口楔角减小，削弱刀刃的强度，同时，散热条件恶化，使切削区温度升高，导致刀具寿命降低，甚至造成崩刃。所以前角不能太小，也不能太大。

主要根据工件材料，其次考虑刀具材料和加工条件选择：

1）工件材料的强度、硬度低、塑性好，应取较大的前角；加工脆性材料（如铸铁）应取较小的前角；加工淬硬的材料（如淬硬钢、冷硬铸铁等），应取较小的前角，甚至负前角。2）刀具材料的抗弯强度和韧度高时，可取较大的前角

3）断续切削或粗加工有硬皮的锻、铸件时，应取较小的前角

4）工艺系统刚性差或机床功率不足时应取较大的前角

5）成形刀具或齿轮刀具等为防止产生齿形误差常取较小的前角，甚至成零度的前角2.3刀具几何参数的合理选择2.后角的选择刀具后角的作用是减小切削过程中刀具后刀面与工件切削表面之间的磨擦。后角增大，可减小后刀面的摩擦与磨损，刀具楔角减小，刀具变得锋利，可切下很薄的切削层；在相同的磨损标准VB时，所磨去的金属体积减小，使刀具寿命提高；但是后角太大，楔角减小，刃口强度减小，散热体积减小，αo将使刀具寿命减小，故后角不能太大。

2.3刀具几何参数的合理选择合理后角的选用原则：

1）精加工刀具及切削厚度较小的刀具（如多刃刀具），磨损主要发生在后刀面上，为降低磨损，应采用较大的后角。粗加工刀具要求刀刃坚固，应采取较小的后角

2）工件强度、硬度较高时，为保证刃口强度，宜取较小的后角；工件材料软、粘时，后刀面磨损严重，应取较大的后角；加工脆性材料时，载荷集中在切削刃处，为提高切削刃强度，宜取较小的后角

3）定尺寸刀具，如拉刀和铰刀等，为避免重磨后刀具尺寸变化过大，应取较小的后角

4）工艺系统刚性差（如切细长轴）时，宜取较小的后角，以增大后刀面与工件的接触面积，减小振动2.3刀具几何参数的合理选择3.主偏角的选择

1）主偏角的大小影响背向力Fp

和进给力Ff

的比例，主偏角增大时，Fp减小，Ff增大

2）主偏角的大小还影响参与切削的切削刃长度，当背吃刀量ap和进给量f相同时，主偏角减小则参与切削的切削刃长度长，单位刃长上的载荷小，可使刀具寿命提高，主偏角减小，刀尖强度大。2.3刀具几何参数的合理选择主偏角选择原则是：

1）工艺系统刚度允许的条件下，应采取较小的主偏角，以提高刀具的寿命。加工细长轴应用较大的主偏角。2）加工很硬的材料，为减轻单位切削刃上的载荷，宜取较小的主偏角。3）在切削过程中，刀具需作中间切入时，应取较大的主偏角。4）主偏角的大小还应与工件的形状相适应，如切阶梯轴可取主偏角为900。2.3刀具几何参数的合理选择4.副偏角的选择副偏角的作用是减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦。一般取较小的副偏角，可减少工件表面的残留面积。但过小的副偏角会使径向切削力增大，在工艺系统刚度不足时引起振动。1）在不引起振动的条件下，一般取较小的副偏角。精加工刀具必要时可以磨出一段其为零度的修光刃，以加强副切削刃对已加工表面的修光作用2）系统刚度差时，应取较大的副偏角

3）为保证重磨刀具尺寸变化量小，切断、切槽刀及孔加工刀具的副偏角只能取很小值（如10~20）2.3刀具几何参数的合理选择5.刃倾角的选择

刃倾角λs的作用是控制切屑流出的方向、影响刀头强度和切削刃的锋利程度。λs＞0°时，切屑流向待加工表面；λs＝0°时，切屑沿主剖面方向流出；λs＜0°时，切屑流向已加工表面。

1）单刃刀具采用较大的刃倾角可使远离刀尖的切削刃首先接触工件，使刀尖免受冲击。。2）对于回转的多刃刀具，如柱形铣刀等，螺旋角就是刃倾角，此角可使切削刃逐渐切入和切出，使铣削过程平稳。

3）可增大实际工作前角，使切削轻快。2.3刀具几何参数的合理选择刃倾角的选择原则：

1）加工硬材料或刀具承受冲击载荷时，应取较大的负刃倾角，以保护刀尖。

2）精加工宜取正刃倾角，使切屑流向待加工表面，并可使刃口锋利。

3）内孔加工刀具（如铰刀、丝锥等）的刃倾角方向应根据孔的性质决定。左旋槽（λs＜0°）可使切屑向前排出，适用于通孔，右旋槽适用于不通孔。2.3刀具几何参数的合理选择2.4刀具材料2.4.1对刀具切削部分材料的基本要求（１）高的硬度和耐磨性（２）足够的强度和韧性（３）高的耐热性（４）良好的工艺性与经济性（５）好的导热性和小的膨胀系数2.4.2常用刀具材料1.高速钢2.硬质合金3.陶瓷4.金刚石5.立方氮化硼6.涂层刀具2.4刀具材料1．高速钢高速钢是一种含钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。高速钢的强度、硬度、耐热性、韧性、耐磨性和工艺性均较好。它刃磨后锋利，故又称“锋钢”；它在冷风中也会相变淬硬，也称风钢；它有银白的色泽，俗称白钢条。高速钢的使用约占刀具材料总量的60％～70％，特别是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、螺纹刀具、切齿刀具等

1）普通高速钢：典型牌号有W18Cr4V（简称W18）、W6Mo5Cr4V2（简称M2）和W9Mo3Cr4V（简称W9）；

2）高性能高速钢：典型牌号是W2Mo9Cr4VCo8，简称M42；

3）粉末冶金高速钢。2.4刀具材料

2.硬质合金

硬质合金是由高硬度、难熔金属化合物粉末（如WC、TiC、TaC、NbC等高温碳化物）和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)烧结而成的粉末冶金制品。（1）硬质合金的种类牌号1）按ISO标准的硬质合金种类牌号。ISO规定了硬质合金刀具材料分类、牌号及应用范围。ISO513—1975（E）规定将硬质合金按用途分为P、K、M三类。P类主要加工钢件，包括铸钢；K类主要加工铸铁、有色金属和非金属材料；M类主要用于加工钢（包括奥氏体钢、锰钢等）及铸铁、有色金属等。现代加工材料中，90%~95%的材料可使用P和K类硬质合金加工，其余5%~10%的材料可用M类硬质合金加工。

2.4刀具材料

2）我国硬质合金刀具材料的种类牌号。①钨钴类（WC-Co）硬质合金，代号YG：这类硬质合金的硬质相为WC，粘结相是Co，相当于ISO标准的K类。此类硬质合金代号后面的数字代表Co含量的质量百分数。②钨钛钴类硬质合金，代号为YT：这类硬质合金的硬质相除WC外，还加上TiC，粘结相也是Co，相当于ISO标准的P类。此类硬质合金代号后面的数字代表TiC的质量百分数。③钨钛钽（铌）钴类[WC-TiC-TaC（NbC）-Co]硬质合金，代号为YW：相当于ISO标准的M类。④TiC基硬质合金，代号为YN：是以TiC为主要硬质相，以镍（Ni）和钼（Mo）为粘结相的硬质合金。⑤钢结硬质合金，代号为YE：这种硬质合金的硬质相仍为WC或TiC，但粘结相为高速钢。2.4刀具材料（2）硬质合金的应用硬质合金刀具主要用于制作各类刀具的刀片、整体麻花钻、扁钻、扩孔钻、铰刀、丝锥、石油管螺纹用梳刀、铣刀、小模数齿轮滚刀等。

2.4刀具材料2.4刀具材料表2-3常用硬质合金的牌号、成分、机械性能及用途

3.其它刀具材料(1)陶瓷陶瓷刀具是将氧化铝（Al2O3）等相关原材料粉末在超过280MPa的压强、1649℃温度下烧结形成。硬度达91~95HRA，高于硬质合金刀具材料，其高温硬度在1200℃时仍能保持80HRA。耐磨性一般为硬质合金材料的五倍。金属陶瓷与加工金属的亲合力低，不易粘刀和产生积屑瘤，是精加工和高速加工中的佼佼者。(2)金刚石金刚石具有极高的硬度、耐磨性、热导率以及较低的热膨胀系数和摩擦因数，其硬度高达10000HV，刀具使用寿命比硬质合金高几倍至百倍，热导率为硬质合金和陶瓷的几倍至几十倍，而热膨胀系数只有硬质合金的1/11和陶瓷的1/8。因此，金刚石是高速、精密和超精密刀具最理想的材料。金刚石分为天然和人造两种，其代号分别用JT和JR表示。2.4刀具材料(3)立方氮化硼（CBN）立方氮化硼是由六方氮化硼（白石墨）在高温高压下转化而成的。CBN的硬度仅次于金刚石，可达8000~9000HV。用CBN制成的刀具适于切削既硬又韧的钢材。立方氮化硼刀片是由硬质合金基体加上一层立方氮化硼涂层形成的一个整体刀具，其使用寿命、加工精度、抗裂纹能力、抗磨损能力都要优于硬质合金刀具和陶瓷刀具。(4)涂层硬质合金涂层刀具是在高速钢刀具基体上利用物理气相沉积法（PVD），或在韧性较好的硬质合金基体上利用化学气相沉积法（CVD），涂覆一薄层（厚约2~6μm）的难熔金属化合物而成。常用的涂层材料有金属化合物TiN、TiC、Al2O3等。涂层材料不仅硬度高（维氏硬度达2000~4000HV）、耐磨性极高、热稳定性好、摩擦因数小、导热性能好，而且涂层刀具的基体韧性又好，因此它能将刀具使用寿命提高2~10倍。2.4刀具材料2.4刀具材料2.4.3高速切削刀具材料的合理选择高速切削是20世纪90年代迅速崛起的先进加工技术。按照目前的生产和技术水平，高速切削通常指机床（立铣）主轴转速为15000~50000r/min范围内的切削加工（主轴转速8000~12000r/min，为准高速切削；主轴转速大于50000r/min，为超高速切削）。它在模具加工、汽车零件加工、精密零件加工以及航空航天等领域得到广泛应用。高速切削刀具是满足高速切削加工的关键技术之一。高速切削刀具与普通加工刀具在结构上、材料上都有差异。目前，在高速切削中使用的刀具材料有涂层硬质合金、陶瓷、聚晶立方氮化硼、聚晶金刚石等。实际加工中，应根据不同的工件材料去选择合适的刀具材料（见表2-4）。

2.4刀具材料表2-4

高速切削刀具材料的选择2.5金属切削过程的基本规律教学重点：掌握金属切削过程中切削变形的过程、切屑类型积屑瘤现象及影响因素；掌握切削力的来源、影响因素，切削功率的计算；掌握切削热的产生和影响切削热的因素；掌握刀具磨损的原因和刀具寿命的计算方法。教学难点：切削变形过程及切屑类型控制；影响切削热的主要因素；刀具磨损过程和刀具寿命计算。2.5.1金属切削变形图中Ⅰ（AOM）为第一变形区。第一变形区变形的主要特征是沿滑移面的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。图中Ⅱ为第二变形区。切屑底层（与前刀面接触层）在沿前刀面流动过程中受到前刀面的进一步挤压与摩擦，使靠近前刀面处金属纤维化，即产生了第二次变形，变形方向基本上与前刀面平行。图中Ⅲ为第三变形区。此变形区位于后刀面与已加工表面之间，切削刃钝圆部分及后刀面对已加工表面进行挤压，使已加工表面产生变形，造成纤维化和加工硬化。2.5金属切削过程的基本规律2.5.2切屑的种类及其控制1．切屑的种类

常见的切屑种类可归纳为带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑等四种类型。2.5金属切削过程的基本规律图2-19切屑类型

⑴带状切削：一般情况下，当加工塑性材料，切削厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大时，往往会得到此类屑型。此类屑型底层表面光华，上层表面毛茸；切削过程较平稳，已加工表面粗糙度值较小。⑵节状切屑：切屑底层表面有裂纹，上层表面呈锯齿形。大多在加工塑性材料，切削速度较低，切削厚度较大，刀具前角较小时，容易得到此类屑型。2.5金属切削过程的基本规律⑶粒状切屑：当切削塑性材料，剪切面上剪切应力超过工件材料破裂强度时，挤裂切屑便被切离成粒状切屑。切削时采用较小的前角或负前角、切削速度较低、进给量较大，易产生此类屑型。⑷崩碎切屑：在加工铸铁等脆性材料时，由于材料抗拉强度较低，刀具切入后，切削层金属只经受较小的塑性变形就被挤裂，或在拉应力状态下脆断，形成不规则的碎块状切削。工件材料越脆、切削厚度越大、刀具前角于小，越容易产生这种切屑。2.5金属切削过程的基本规律

2.卷屑和断屑带状切屑和节状切屑是切削过程中遇到最多的切屑。在刀具上的断屑措施主要有：减小前角、开设断屑槽、增设断屑台等。硬质合金刀片上开设好各种形式的断屑槽，可供用户选择使用。断屑台是在机夹车刀的压板前端附一块硬质合金。切削刃到断屑台的距离，可根据工件材料和切削用量进行调整，断屑范围较广。

3.切屑方向的控制

合理选择车刀的刃倾角和前刀面的形状，能控制切屑的流出方向，如图2-20所示。2.5金属切削过程的基本规律2.5金属切削过程的基本规律图2-20刃倾角对切屑流向的影响

2.5.3积屑瘤及其预防1.产生与作用用较低的切削速度切削一般钢材、球墨铸铁、铝合金或其他加工硬化倾向强的塑性金属材料，且能形成带状切屑时，切削底层的金属会一层层粘结在切削刃附近的刀面上，形成冷焊的硬块，其硬度约为工件材料的2~3.5倍，因而可代替刀刃进行切削，称为积屑瘤，如图2-21所示。积屑瘤的增大，能保护切削刃和刀面，减少刀具磨损；使工作前角增大，切削力降低。因此，粗加工时是允许积屑瘤存在的。但是积屑瘤能使切削深度增大，影响加工尺寸。圆钝不规则的积屑瘤会使已加工表面塑性变形增加，表面粗糙度恶化。积屑瘤的周期性破碎、脱落，使切削力不稳定，加工尺寸精度不稳定；嵌入切削表面，使加工表面质量变坏。它还会把刀具上的硬质颗粒粘走，产生粘结磨损，降低刀具使用寿命。2.5金属切削过程的基本规律图2-21积屑瘤

2.5金属切削过程的基本规律2.抑制或消除积屑瘤的措施

为了避免精加工时积屑瘤的负面作用，就必须抑制或消除积屑瘤。其措施有：1）提高硬质合金刀具的切削速度，使切削温度大于工件材料的再结晶温度（500℃）。2）采用高温切削（人工加热切削区到500℃以上）。3）减少进给量，采用高速铣削，使切削区温度升不上去。4）电解刃磨刀具，减小前刀面的粗糙度值，刀面不易粘刀。

2.5金属切削过程的基本规律5）采用含TiC的硬质合金，或刀具表面涂覆TiN、TiC，使“刀-屑面”之间摩擦因数降低，粘结现象消失。6）高速钢刀具精加工时，合理使用切削液，利用切削液的冷却和润滑作用，降低切削区温度和“刀-屑面”之间的摩擦。7）加大高速钢刀具的前角，使，减小切削变形，降低“刀-屑面”的压力。8）对合金钢材料进行调质处理，提高工件硬度，降低材料塑性，减小加工硬化倾向。9）采用振动切削，使切屑材料不能在刀刃附近滞留。

2.5金属切削过程的基本规律2.5.4切削力和切削功率1.切削力（1）切削力的来源切削力的来源有两个：一是切削层金属、切屑和工件表层金属的弹塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。（2）切削力的分解主切削力（切向力）Fc

、背向力Fp

、进给力Ff

2.切削功率

2.5金属切削过程的基本规律2.5金属切削过程的基本规律图2-22外圆车削时切削合力与分力

2.5.5切削热、切削温度和切削液1.切削热和切削温度θ由切削过程中外力产生的材料弹性、塑性变形所作的功，切屑与前刀面和工件与后刀面之间的摩擦力所作的功，绝大多数转换为热量，这种热量称作切削热。切削区域的温度称为切削温度。切削温度会影响积屑瘤的生存和消失，因而能影响工作前角的大小；能影响切屑与前刀面和工件与后刀面上的平均摩擦因数值的大小；切削温度的升高会加速扩散磨损、粘结磨损、热电磨损、相变磨损（刀具中的马氏体在相变温度下转换成硬度较低的贝氏体组织，使刀具硬度下降）、氧化磨损以及热应力增加而出现的刀具破损。

2.5金属切削过程的基本规律影响切削温度的主要因素有：1）切削用量。实验表明，切削温度θ与切削用量有如下关系：

X＝0.26~0.41，Y＝0.14，Z＝0.04

2）刀具几何参数。如前角、影响刀尖处散热条件的主偏角、负倒棱和刀尖圆弧半径等。3）刀具磨损。刃口变钝，使刃区前方挤压作用增强，金属塑性变形加剧；后刀面磨损，后角变小，后刀面与工件表面摩擦加剧。4）工件材料。工件材料的强度、硬度、脆性、导热系数等，对切削温度有影响。5）切削液。2.5金属切削过程的基本规律2.切削液（1）切削液的作用1）冷却作用。2）润滑作用。3）浸润作用。4）清洗作用。5）防锈作用。6）除尘作用。7）热力作用。8）吸振作用。2.5金属切削过程的基本规律（2）切削液的种类1）水溶液（合成切削液）。它的主要成分是水，并根据需要加入一定量的水溶性防锈添加剂、表面活性剂、油性添加剂、极压添加剂。水溶液的冷却性能最好，又有一定的防锈性能和润滑性能，呈透明状，便于操作者观察。2）乳化液。它是以水为主（占95%~98%）加入适量的乳化油（矿物油＋乳化剂）而成的乳白色或半透明的乳化液。若再加入一定量的油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，可配成极压乳化液或防锈乳化液。3）切削油。其主要成分是矿物油，少数采用植物油或复合油。由动植物油脂组成的油性添加剂形成的是物理吸附膜，其润滑膜强度低。由氯化石蜡（或硫、磷）等极压添加剂形成的是化学吸附膜，其润滑膜强度高。

2.5金属切削过程的基本规律（3）切削液的选用1）与刀具材料有关高速钢刀具与硬质合金刀具切削液的选用不同。

2）与工件材料有关切削高强度钢、高温合金等难加工材料时，对冷却和润滑都要求较高，应采用极压切削油或极压乳化液。

3）与切削速度有关。高速切削时不用切削液。4）切削液对人体健康的影响切削液减量化技术（采用可编程最小油量加工系统，将微量的切削液精准地喷注到切削区）、切削过程中不使用切削液的干切削（磨）技术等。

2.5金属切削过程的基本规律2.5.6刀具磨损与刀具寿命1．刀具磨损形式（1）正常磨损：

随着切削时间的增加，磨损逐渐扩大的磨损。

1）前刀面磨损

2）后刀面磨损（2）非正常磨损：亦称破坏。常见形式有脆性破坏（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破坏等）和塑性破坏（如塑性流动等）。原因主要是由于刀具材料选择不合理，刀具结构、制造工艺不合理，刀具几何参数不合理、切削用量选择不当，刃磨和操作不当等原因造成。2.5金属切削过程的基本规律2.5金属切削过程的基本规律图2-23车刀典型磨损形式

2.刀具寿命刀具刃磨后，从开始切削，到后刀面磨损达到规定的磨钝标准为止，所经过的总切削时间T，称作刀具寿命。（1）影响刀具寿命的主要因素1）切削用量

2）刀具材料3）刀具几何参数4）工件材料5）切削液

2.5金属切削过程的基本规律（2）刀具寿命的选用不同的追求目标（如最大生产率、最低工序成本、最大利润）便有不同的刀具寿命。最高生产率刀具寿命；最低生产成本刀具寿命；最大利润刀具寿命。2.5金属切削过程的基本规律（3）刀具破损及防止刀具破损的形式有塑性破损、脆性破损。塑性破损是由于高切削热造成刀刃处塑性流动而失效，多见于高速钢刀具。脆性破损分为早期脆性破损和后期脆性破损。早期脆性破损主要是因切削时的机械冲击力超出刀具材料强度极限；后期脆性破损多半是机械疲劳和热疲劳造成的。防止刀具破损的措施主要有：1）合理选用刀具材料；2）合理选择刀具几何参数；3）提高刀具刃磨质量；4）合理选择切削用量；5）正确使用刀具。2.5金属切削过程的基本规律2.6常用切削刀具教学重点：掌握车削、孔加工、磨削、铣削和切齿等加工刀具的类型，功用；掌握各种刀具的选用方法；了解各种加工工艺所能完成的工作。教学难点：根据加工表面类型选择适合的刀具；2.6.1车刀

1.普通焊接式车刀车刀种类很多，按用途的不同，可分为外圆、内孔、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。车刀在结构上，可分为整体式、焊接式和机械夹固式车刀。

2.6常用切削刀具成形车刀的种类2.6常用切削刀具图2—26机夹可转位车刀刀片12.机夹可转位车刀

2.6常用切削刀具图2—26机夹可转位车刀刀片22.6常用切削刀具（1）刀片代码可转位车刀的型号可查GB2076－1980，该标准适用于硬质合金、陶瓷可转位刀片。可转位刀片的型号由按一定位置顺序排列的、代表一定意义的一组字母和数字组成。车削用可转位刀片10个代号表示的特征见表2-5。

表2-5

可转位刀片10个代号表示的特征2.6常用切削刀具（2）可转位刀片的选择1）刀片材料的选择。车刀刀片材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石。2）刀片尺寸选择。刀片尺寸取决于必要的有效切削刃长度L，它与背吃刀量、主偏角有关。3）刀片形状选择。刀片形状主要依据被加工工件表面几何形状（外圆表面上的角度、成形面，端面的形状角度等）、切削方法、刀具寿命、刀片转位次数进行选择。4）刀尖圆弧半径选择。刀尖圆弧半径一般选为进给量的2~3倍。通常对于背吃刀量较小的精加工、细长轴加工或机床刚度较差时，刀尖圆弧半径较小些（0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.2mm）；对需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工，则可选大一些(1.6mm、2.0mm、2.4mm、3.2mm)。

2.6常用切削刀具（3）机夹可转位车刀的典型夹固结构

上压式（图a）:利用螺钉、压板将刀片压紧在刀槽中，压板上可装挡屑块以控制断屑

;

自锁式（图b）:靠切削力夹紧的自锁式，它是利用切削合力将刀片夹紧在1:30的斜槽中；斜楔测压式(图d):立装刀片斜楔测压式，它适合重切削；削扁销固紧式(图e)：利用削扁销将刀片固紧；

弹性槽夹紧式(图c、f)

：利用刀柄上开的弹性槽夹紧刀片，使刀片装卸调整方便。

2.6常用切削刀具图2-27机夹车刀的夹固形式

2.6常用切削刀具2.6.2铣刀1.铣刀的类型（1）按铣刀的用途分

圆柱形铣刀、面铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀、立铣刀、模具铣刀、角度铣刀、成形铣刀、组合铣刀。（2）按铣刀结构分整体式铣刀、整体焊齿式铣刀、镶齿式铣刀、可转位式铣刀。（3）按齿背的加工形式分尖齿铣刀、铲齿铣刀。（4）按铣刀装夹方式分它可分为带孔铣刀和带柄铣刀。（5）按铣刀材料分高速钢铣刀、硬质合金铣刀、金刚石铣刀、陶瓷铣刀等。2.6常用切削刀具图2—28铣刀与铣削加工2.6常用切削刀具带孔铣刀2.6常用切削刀具带柄铣刀2.6常用切削刀具2.铣刀的选择及装夹（1）铣刀直径及齿数的选择铣刀直径应根据铣削宽度和深度选择，铣削宽度和深度越大、越深，铣刀直径也应越大。铣刀齿数应根据工件材料和加工要求选择，铣削塑性材料或粗加工时，一般选用粗齿铣刀；铣削脆性材料或半精加工、精加工时，选用中、细齿铣刀。（2）铣刀类型的选择铣刀的类型，应与被加工工件尺寸、表面形状相适应。加工较大平面，用面铣刀；加工凸台、凹槽及平面零件轮廓，用立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔，用镶嵌硬质合金的玉米铣刀；加工曲面，用球头铣刀；加工曲面较平坦部分，用环形铣刀；加工空间曲面、模具型腔、型面，用模具铣刀；加工封闭的键槽，用键槽铣刀；加工类似飞机上的变斜角零件的变斜角面，用鼓形铣刀、锥形铣刀。

2.6常用切削刀具（3）常用的可转位面铣刀主要参数的选择刀具直径在16~630mm范围内，粗铣时直径宜小；精铣时宜大，且尽量包容工件整个加工宽度。前角应小些，硬质合金的刀具前角应更小。铣削强度和硬度高的工件材料宜用负前角；后角宜大些（面铣刀磨损主要发生在后刀面上）。根据工件材料、刀具材料及加工性质确定面铣刀几何参数。面铣刀前角可从表2-6中选取。后角常取5º~12º，其中大值用于软的工件材料，细齿铣刀；小值用于硬工件材料，粗齿铣刀。刃倾角常取-5º~-15º，只有在铣低强度材料时才用-5º。选取主偏角时，加工铸铁材料取45º，加工钢材取75º，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时取90º。

2.6常用切削刀具2.6常用切削刀具表2-6面铣刀前角选取表2.6常用切削刀具（4）常用立铣刀主要参数的选择

表2-7

常用立铣刀主要参数选取表铣削用量要素2.6常用切削刀具3.铣削方式平面铣削有周铣和端铣两种方式。（1）圆周铣削方式圆周铣削有逆铣和顺铣二种铣削方式。

2.6常用切削刀具图3-25逆铣和顺铣

逆铣与顺铣的比较：

1）逆铣时，切削厚度从零逐渐增大。铣刀刃口有一钝圆半径R，造成开始切削时前角为负值，刀齿在过渡表面上挤压，滑行，使工件表面产生严重冷硬层，并加剧了刀齿磨损。此外，当瞬时接触角大于一定数值后，F向上，有抬起工件趋势；

2）顺铣时，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压，滑行现象，并且F始终压向工作台，有利于工件夹紧，可提高铣刀寿命和加工表面质量。

3）若在丝杠与螺母副中存在间隙情况下采用顺铣，当进给力F逐渐增大，超过工作台摩擦力时，使工作台带动丝杆向左窜动，造成进给不均，严重时会使铣刀崩刃。逆铣时，由于进给力F作用，使丝杠与螺母传动面始终贴紧，故铣削过程较平稳。2.6常用切削刀具（2）端铣方式在端铣时，根据面铣刀相对于工件安装位置不同，也可分为逆铣和顺铣。面铣刀轴线位于铣削弧长的中心位置，上面的顺铣部分等于下面的逆铣部分，称为对称端铣。逆铣部分大于顺铣部分，称为不对称逆铣。顺铣部分大于逆部分称为不对称顺铣。2.6常用切削刀具2.6.3钻头钻头是孔加工的刀具。从实体上加工出孔的钻头有麻花钻、扁钻、深孔钻及中心钻等。从已有孔上进行再加工的钻头有扩孔钻、锪孔钻、铰刀等。其中麻花钻是用得最广的孔加工刀具。

1.麻花钻的结构麻花钻属于粗加工刀具，尺寸公差等级为IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为25～12.5μm。麻花钻通常用高速钢制成，现在也有整体硬质合金麻花钻。标准麻花钻由柄部、颈部和工作部分三部分组成，如图2-30a、b所示。

2.6常用切削刀具图2-30标准高速钢麻花钻

2.6常用切削刀具图2-31麻花钻的前角和后角

2.6常用切削刀具2.麻花钻的几何角度

麻花钻切削部分的几何角度主要有外径d、顶角2φ、螺旋角β、横刃斜角ψ(图2-30c)、前角、侧后角（进给后角，在y点测量）αfy等(图2-31)。1）顶角（2φ

）。顶角是两条主刀刃在与其平行平面上投影的夹角，其作用相似于车刀的主偏角。标准麻花钻头的顶角=118°。2）螺旋角（β）。螺旋角是钻头轴心线与棱带切线之间的夹角，也是钻头的侧前角（进给前角）γfy。螺旋角愈大，切削愈容易，但钻头强度愈低。标准麻花钻的螺旋角为β=18°~30°。直径小的钻头螺旋角也小。3）横刃斜角（ψ）。横刃斜角是主刀刃与横刃在端面投影上的夹角，一般为50°~55°。2.6常用切削刀具4）前角（γo）。麻花钻主刀刃上任一点的前角是在正交平面中测量的(图2-31中POY和POA剖面)，它是前刀面和基面之间的夹角。由于麻花钻的前刀面是螺旋面，因此沿主刀刃各点的前角是变化的。钻头在外圆处的前角约为30°（POY剖面），而靠近横刃处的前角是负值，约为-30°（POA剖面）。5）侧后角（αfy）。麻花钻的侧后角（进给后角）能较好反映钻头后刀面与加工表面之间的摩擦关系，同时也便于测量(图2-31中的PfY剖面)。侧后角随刀刃各点直径的不同而变化。刀刃最外点的侧后角最小，αfy=8°~14°；靠近横刃处最大，αfy=20°~25°。

2.6常用切削刀具3．其他孔加工刀具（1）中心钻中心钻是用来加工轴类零件中心孔的刀具，其结构主要有三种形式：带护锥中心钻无护锥中心钻弧型中心钻2.6常用切削刀具（2）深孔钻

通常把孔深与孔径之比大于5～10倍的孔称为深孔，加工所用的钻头称为深孔钻。由于孔深与孔径之比大，钻头细长，强度和刚度均较差，工作不稳定，易引起孔中心线的偏斜和振动。为了保证孔中心线的直线性，必须很好地解决导向问题；由于孔深度大，容屑及排屑空间小，切屑流经的路程长，切屑不易排除，必须设法解决断屑和排屑问题；深孔钻头是在封闭状态下工作，切削热不易散出，必须设法采取措施确保切削液的顺利进入，充分发挥冷却和润滑作用。2.6常用切削刀具2.6常用切削刀具（3）扩孔钻

扩孔钻专门用来扩大已有孔，它比麻花钻的齿数多（Z＞3），容屑槽较浅，无横刃，强度和刚度均较高，导向性和切削性较好，加工质量和生产效率比麻花钻高。

2.6常用切削刀具（4）锪钻锪钻用于加工各种埋头螺钉沉孔、锥孔和凸台面等。常见的锪钻有三种：圆柱形沉头锪钻、锥形沉头锪钻及端面凸台锪钻。

2.6常用切削刀具（5）铰刀铰刀常用来对已有孔进行最后精加工，也可对要求精确的孔进行预加工。其加工公差等级可达IT8~IT6级，表面粗糙度达Ra1.6~0.2μm。铰刀可分为手动铰刀和机铰刀。

2.6常用切削刀具（6）镗刀镗刀是对已有的孔进行再加工刀具。镗刀可在车床、镗床或铣床上使用，可加工精度不同的孔，加工精度可达IT7～IT6级，表面粗糙度Ra值达6.3～0.8μm。2.6常用切削刀具4.其他常用刀具（1）成形法切齿刀具

1）盘形齿轮铣刀盘形齿轮铣刀是一种把铲齿成形铣刀，可加工直齿与斜齿轮。工作时铣刀旋转并沿齿槽方向进给，铣完一个齿后进行分度，再铣第二个齿。齿轮加工刀具及其他刀具

2）指形齿轮铣刀指形齿轮铣刀是一把成形立铣刀。工作时铣刀旋转并进给，工件分度。这种铣刀适合于加工大模数的直齿，斜齿轮，并能加工人字齿轮。指形齿轮铣刀工作时相当于一个悬臂梁，几乎整个刃长都参加切削，因此切削力大，刀齿负荷重，宜采用小进给量切削。

齿轮加工刀具及其他刀具（2）展成法切齿刀具1）齿轮滚刀

滚刀相当于一个开有容屑槽的，有切削刃的蜗杆状的螺旋齿轮。滚刀与齿坯啮合传动比由滚刀的头数与齿坯的齿数决定，在展成滚切过程中切出齿轮齿形。滚齿可对直齿或斜齿轮进行粗加工或半精加工。

齿轮加工刀具及其他刀具2）插齿刀插齿刀相当于一个有前后角的齿轮。插齿刀与齿坯啮合传动比由插齿刀的齿数与齿坯的齿数决定，在展成滚切过程中切出齿轮齿形。插齿刀常用于加工带台阶的齿轮如双联齿轮，三联齿轮等，特别能加工内齿轮及无空刀槽的人字齿轮，故在齿轮加工中应用很广。齿轮加工刀具及其他刀具3）剃齿刀剃齿刀相当于齿侧面开有屑槽形成切削刃的螺旋齿轮。剃齿时剃齿刀带动齿坯滚转，相当于一对螺旋齿轮的啮合运动。在一定啮合压力下剃齿刀与齿坯沿齿面的滑动将切除齿侧的余量，完成剃齿工作。剃齿刀常用于未淬火的软齿面的精加工。齿轮加工刀具及其他刀具（3）拉削及拉刀拉削是用拉刀加工内、外成形表面的一种加工方法。拉刀是多齿刀具，拉削时，利用拉刀上相邻刀齿的尺寸变化来切除加工余量，使被加工表面一次成形，因此拉床只有主运动，无进给运动，进给量是由拉刀的齿升量来实现的。齿轮加工刀具及其他刀具（4）刨削及刨刀刨削是平面加工的主要方法之一。常见刨刀有平面刨刀、偏刀、角度刀及成形刨刀。刨削属于断续切削，切削时冲击很大，容易发生“崩刃”和“扎刀”现象，因而刨刀刀杆截面比较粗大，以增加刀杆的刚性，而且往往做成弯头，使刨刀在碰到硬点时可适当产生弯曲变形而缓和冲击，以保护刀刃。齿轮加工刀具及其他刀具（5）插削及插刀插削与刨削基本相同，只是插削是在垂直方向进给，主要用来加工工件的内表面，如键槽、花键槽等，也可用于加工多边形孔，如四方孔、六方孔等。特别适于加工盲孔或有障碍台阶的内表面。插削时为了避免刀杆与工件相碰，插刀刀刃应该突出于刀杆。齿轮加工刀具及其他刀具2.7.1数控工具系统数控工具系统就是把通用性较强的刀具和配套装夹工具系列化、标准化。采用数控工具系统成本高，但能可靠地保证加工质量，提高生产率，使机床效能得到发挥。1.车削类工具系统1）刀块式车刀系统（图2-32）。它用凸键定位，螺钉夹紧，其定位可靠，夹紧牢固，刚性好，但换装费时，不能自动夹紧，它是目前常用的整体式CZG车削工具系统。2）圆柱齿条式车刀系统（图2-33）。其圆柱柄上铣出齿条，可实现自动夹紧，换装迅速，但刚性较刀块式略差。它是目前应用较多的整体式CZG车削工具系统。2.7数控机床刀具系统2.7数控机床刀具系统图2-32刀块式车刀系统

2.7数控机床刀具系统图2-33圆柱齿条式车刀系统

3）模块化车刀系统。这是由瑞典SANDVIK公司推出的供车削中心用的模块化快换刀具结构，它由刀头（刀具头部）、刀杆（连接部分）和刀柄（刀体）组成。刀柄是一样的，内有拉紧机构。当拉杆拉紧刀杆时，使刀杆的拉紧孔产生微小弹性变形而获得很高的精度和刚度。该系统仅更换刀头和刀杆，就可用于各种加工。刀柄上可装车、钻、镗、攻丝、检测头等多种工具。这种结构自动换刀速度快（5s），定位精度高（径向2μm，轴向5μm）。4）车削中心动力刀具系统。这是为车削中心开发的动力刀具刀柄的系统。它能安装钻头、立铣刀、三面刃铣刀、螺纹铣刀、丝锥、接触式检测头等刀柄。

2.7数控机床刀具系统2.镗铣类工具系统1）整体式结构TSG82工具系统（图2-34）。其特点是将锥柄和接杆连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床相连的柄部。其优点是简单、方便、可靠、刚性好、更换迅速，但锥柄的品种和数量较多。2）模块式结构TMG10、TMG21工具系统。它把工具的柄部和工作部分做成柄部（主柄模块）（图2-35a）、中间连接块（中间模块）（图b）和工作头部（工作模块）（图c），再通过连接结构，在确保刀杆连接精度和刚度的前提下，将三部分结合成一整体。每种模块分为若干个小类规格，用其不同的规格，组装成不同用途、规格要求的模块式刀具。该系统应用广泛、发展迅速，具有灵活、方便的特点，并能减少工具储备。瑞典的SANDVIK公司生产较完善的模块式工具系统。

2.7数控机床刀具系统2.7数控机床刀具系统图2-35模块式工具组成

2.7.2数控机床刀具的种类与特点1.数控机床刀具的种类（1）从结构上分1）整体式。由整块材料磨制而成。2）镶嵌式。分为焊接式和机夹式；机夹式根据刀体结构的不同，又可分为不转位和可转位两种形式。3）减振式。当刀具工作臂长度与直径比大于四时，为减少振动，所采用的一种特殊结构的镗孔刀具。4）内冷式。刀具切削液通过机床主轴或刀盘传递到刀体内部由喷孔喷到切削刃部位。5）特殊形式。如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。

2.7数控机床刀具系统

（2）从制造所采用的材料上分可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具等。（3）从切削工艺上分1）车削刀具。可分为加工外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，车槽等多种类型的刀具。2）钻削刀具。可分为加工小孔、浅孔、深孔、攻螺纹、铰孔等刀具。3）镗削刀具。可分为粗镗、精镗等刀具。4）铣削刀具。可分为面铣、立铣、三面刃铣等刀具。（4）从数控机床工具系统的发展分有整体式工具系统和模块化式工具系统。2.7数控机床刀具系统2.数控机床刀具的特点1）刀具有很高的切削效率。在切削速度上，硬质合金由200~300m/min提高到500~600m/min；陶瓷刀具的切削速度将提高到800~1000m/min。美国在数控机床上陶瓷刀具应用的比例达到20%，可转位刀片的涂层比例已达到70%以上。2）刀具有高的精度与重复定位精度。刀具的形状精度在提高，不需要预调的精化数控车刀，其刀尖坐标点（长×宽×高）位置误差为。有些立铣刀的径向尺寸精度竟高达5μm。3）刀具有很高的可靠性和刀具寿命。2.7数控机床刀具系统

4）刀具尺寸的预调和快速换刀。预调能达到很高的重复定位精度。数控机床上可用快换夹头，进行人工换刀；带有刀库的加工中心则能快速自动换刀。5）有较完善的工具系统。模块式工具系统能更好地适应多品种零件生产，且有利于工具的生产、使用和管理，有效地减少使用单位的工具储备。6）建立刀具管理系统。加工中心、柔性制造系统和智能制造系统，能对大量的刀具进行自动识别，记忆其规格尺寸、存放位置、已切削时间和剩余时间，能对刀具进行更换、运送、刃磨、尺寸预调等操作。7）刀具在线（实时）监控和尺寸补偿系统。能在线监控刀具损坏识别，能实时完成刀具磨耗、热变形等的尺寸补偿。

2.7数控机床刀具系统2.7.3数控车刀的选择选择数控车刀，主要是对刀片材料、刀片尺寸、刀片形状和刀尖圆弧半径等进行选择。关于选择刀片的内容，详见“2.6.1车刀”一节的内容。

2.7.4加工中心刀具选择

加工中心刀具由刃具（铣刀、钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀、丝锥）和刀柄组成。要求刀具具有较高的刚性，故刀具长度在满足使用要求的前提下宜尽量短；要求刀具有较高的重复定位精度；要求刀具的刀刃相对于主轴的一个固定点的轴向和径向位置，能用快速简单的方法准确地预调整到一个固定的几何尺寸。铣刀的内容可参考“2.6.2铣刀”一节。2.7数控机床刀具系统（1）钻孔刀具常选用麻花钻加工直径30mm以下的孔。麻花钻有标准型和加长型，应尽量选用较短的钻头，以提高其刚性。但其工作部分长度必需大于孔深。两切削刃应对称，以免在无钻模导向时孔发生偏斜。钻削大直径孔时可用硬质合金扁钻。当加工直径为20~60mm，孔深和孔径之比不大于3的中等浅孔时，可采用可转位浅孔钻。这种钻头的刀杆刚度高，刀具寿命是普通麻花钻的4~6倍，刀片可集中刃磨，能高速切削，其切削效率高，加工精度好，最适于箱体钻孔。加工深径比大于5、小于100的深孔（其直径为65~180mm的深孔），宜用内排屑的深孔喷吸钻。2.7数控机床刀具系统扩孔刀具常用扩孔钻，它有3~4个齿，导向性好；切削刃不必伸到中心，扩孔余量小，可选择较大切削用量；无横刃，切削过程平稳。其结构有高速钢整体式（扩孔直径较小或中等），镶齿套式（扩孔直径较大），硬质合金可转位式（扩孔直径在20~60mm之间，且需刚性好、功率大的机床配合）三种。（2）镗孔刀具当箱体上孔直径大于80mm时可用镗加工。选择镗孔刀具时应考虑

1）尽可能选择接近镗孔直径的粗直径刀杆。2）尽可能选择短刀杆臂（工作长度）。当工作长度小于4倍刀杆直径时，可用钢制刀杆；加工要求高的孔，宜用硬质合金刀杆。当工作长度为4~7倍的刀杆直径时，小孔用硬质合金刀杆，大孔用减振刀杆。当工作长度为7~10倍的刀杆直径时，须采用减振刀杆。

2.7数控机床刀具系统3）刀具主偏角接近90º或大于75º（粗镗钢件孔主偏角为60º~75º，以提高刀具寿命）。4）选择刀刃圆弧小、刀尖圆弧半径小（0.2mm）的涂层刀片。5）精加工采用正前角刀具，粗加工采用负前角刀具。6）镗深盲孔时，采用压缩空气或冷却液进行排屑和冷却。7）选择正确、快速的镗刀柄辅具。8）精镗时可用精镗微调镗刀。为消除镗孔时径向力对镗杆的影响，可用双刃镗刀。

2.7数控机床刀具系统2.7.5加工中心刀柄及其选择刀柄一般采用7:24圆锥工具柄，并采用相应形式的标准拉钉拉紧结构。较为广泛的标准有国际标准化组织7388/1（GB109444－89）《自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45、50号圆锥柄》和国际标准化组织7388/2（GB10945－89）《自动换刀机床用7:24圆锥工具柄部40、45、50号圆锥柄用拉钉》。刀柄配置数量与机床上所要加工零件品种、规格及数量、复杂程度、机床负荷有关。刀柄配置数量一般是所需刀具数量的2~3倍。只有当机床负荷不足时才取2倍。因零件的复杂程度与刀库容量有关，故配置数量也约为刀库容量的2~3倍。选择的刀柄部型式应与机床主轴孔规格一致，刀柄抓拿部位能适应机械手的形态位置要求。2.7数控机床刀具系统2.7.6选择数控刀具应考虑的因素1）被加工工件材料的类别。如加工铸铁、钢、有色金属、非金属等不同的工件材料时，数控刀具应不同。2）被加工工件材料的性能。考虑工件材料的硬度、韧性、金相组织状态等对刀具加工的影响。3）切削工艺的类别。如车、铣、钻、镗；精、半精、粗加工等。4）被加工工件的几何形状、零件精度、结构特征、加工余量等因素。考虑工件的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度；连续切削、断续切削，切入与退出角度等因素。5）要求刀具能承受的切削用量。如背吃刀量、进给量、切削速度这三要素对刀具的影响。6）被加工工件的生产批量。

2.7数控机床刀具系统

磨具：以磨料为主制造而成的切削工具称作磨具（如砂轮、砂棒、砂瓦、砂条、油石、砂带、研磨剂等）。磨削是用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法。磨削加工一般分为普通磨削（加工精度＞1μm）、精密磨削（加工精度为1~0.5μm）、高精密磨削（加工精度为0.5~