金属切削原理与刀具第四五模块

金属切削原理与刀具09机电、机设专业使用课程教学模块序号模块名称学时1金属切削加工基本知识102刀具材料、寿命、刀具几何角度及选择103金属切削过程基本理论的应用44常用机加工技术及刀具165综合实训8模块四：常用机加工技术及刀具1、车刀种类及用途，车削加工技术2、难加工材料切削加工性及改善3、钻头及钻削加工方法4、孔加工技术，铰刀及铰削，镗刀与镗削5、铣刀及铣削加工特点6、其他机加工刀具一、车刀与车削加工1.1车刀种类与用途车刀在形式上，通常根据加工表面特征可分为外圆车刀、端面车刀、螺纹车刀、切断刀、内孔切槽刀等。车刀按结构可分为整体式、焊接式、机夹式和可转位式。整体车刀可转位车刀机夹车刀焊接车刀（一）焊接式车刀是由一定形状的刀片和刀杆通过焊接联结而成。优点：机构简单，制造方便，刃磨方便，使用灵活缺点：冷却后易产生裂纹，造成浪费，不适用于自动化生产硬质合金刀片的型号

A型用于90°外圆车刀、端面车刀等；

B型用于直头外圆车刀、端面车刀、镗孔刀等；

C型用于直头、弯头外圆镗孔、宽刃刀等；

D型用于切断、切槽刀等；

E型用于螺纹车刀；刀槽的形式及参数的确定（1）通槽形状简单，加工容易，但焊接面积小，适用于C型刀片。（2）半封闭槽制造交困难，但焊接刀片牢固，适用于A、B型刀片。（3）封闭槽夹持刀片牢固，焊接可靠，用于螺纹刀具，适用于E型刀片。（4）切口槽用于底面积较小的切断刀，切槽刀，从而增大焊接面积提高结合强度，适用于D型刀片。（二）机夹式车刀是将刀片用机械夹固在刀槽中，常用上压式与侧压式进行夹紧。优点：刀片和刀杆可重复使用，排除焊接裂纹缺点：结构上要求更高，排除不了重磨的裂纹上压式车刀侧压式车刀1-刀杆2-刀垫3-刀片4-压紧螺钉5-调解螺钉6-压板1-刀片2-调解螺钉3-楔块4-刀杆5-压紧螺钉（1）上压式这种形式是采用螺钉和压板从上面压紧刀片，通过调整螺钉来调节刀片位置的一种机夹车刀。其特点是结构简单，加固牢靠，使用方便，刀片平装，用钝后重磨后面。上压式是加工中应用最多的一种。（2）侧压式这种形式一般多利用刀片本身的斜面，有楔块和螺钉从刀片侧面来加夹紧刀片。其特点是刀片竖装，对刀槽制造精度的要求可适当降低，刀片用钝后重磨前面。（3）切削力自锁式它是利用车刀车削过程中的切削力，将刀片夹紧在1:30的斜槽中。特点：结构简单，使用方便，但要求刀槽与刀片紧密配合，切削时无冲击振动。（三）可转位车刀组成：1-可转为刀片2-弹簧套3-刀垫4-压紧螺钉5-杠杆6-刀杆是使用可转位刀片的机夹车刀，当一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有切削刃均用钝，刀具才报废回收。特点：刀具寿命高，无须焊接或重磨；效率高，简化刀具管理；有利于推广新技术，新工艺；重复定位精度高，对刀容易。SNUM150612FRV4刀片形状（正方形）主切削刃的法后角刀片尺寸公差等级刀片结构类型刀片边长或内切圆半径刀片厚度放大十倍的两位数字表示刀尖圆弧半径V形断屑槽锋刃切削方式（右切）可转位车刀刀片型号示例：几种典型的夹紧结构（1）杠杆式应用杠杆原理对刀片进行夹紧。当旋动螺钉时，通过杠杆产生的夹紧力将刀片定位夹紧在刀槽侧面上；旋出螺钉时刀片松开，半圆筒形弹簧片可保持刀垫不动。特点：定位精度高，夹固牢靠，受力合理，使用方便，但工艺性较差，适用于专业工具厂大批量的生产。杠杆式夹紧机构1-刀杆2-刀片3-刀垫4-杠杆5-弹簧套

6-调解螺钉7-弹簧8-压紧螺钉（2）楔块式该结构是把刀片通过内孔定位在刀杆刀片的销轴上，由压紧螺钉下压带有斜面的楔块，使其一面紧靠在刀杆凸台上，另一面将刀片中间孔的圆柱销上，将刀片压紧。该结构简单易操作，但精度较低，且夹紧力与切削力相反。楔块式夹紧机构1-刀垫2-圆柱销3-刀片4-螺钉5-楔块6-弹簧垫圈7-刀杆（3）上压式（图同前）。（4）偏心式它是利用螺钉上端部的一个偏心销，将刀片夹紧在刀杆上。该结构靠偏心夹紧，靠螺钉自锁，结构简单，操作方便，但不能双边定位。由于偏心过小，要求刀片的制造精度高；太大时则又在切削力冲击下容易使刀片松动，故偏心式夹紧机构一般适用于连续平稳切削的场合。（四）成形车刀是用在各种车床上加工内、外回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据零件的廓形设计的特点如下：（1）生产率高利用成形车刀进行加工，一次进给便可完成零件各表面的加工，因此具有很高的生产率。故在零件的成批大量生产中，得到广泛的使用。

（2）加工质量稳定由于零件的成形表面主要取决于刀具切削刃的形状和制造精度，所以它可以保证被加工工件表面形状和尺寸精度的一致性和互换性。一般加工后零件精度等级可选IT7～I10，表面粗糙度值可达Ra2.5～10。（3）刀具使用寿命长成形车刀用钝后，一般重磨前面，可重磨次数多，尤其圆体成形车刀（4）刀具制造比较困难成本高，故单件、小批生产不宜使用成形车刀。成形车刀种类和用途：（1）平体成形车刀刀体形状与普通车刀相似。因其允许的重磨次数不多。一般仅用于加工螺纹或铲制成形铣刀、滚刀的齿背。（2）棱体成形车刀刀体呈棱体形，利用燕尾装夹在刀杆燕尾槽中。可重磨次数比平体成形车刀多，刚性也好，但只能用来加工外成形表面。（3）圆体成形车刀带孔回转体，磨出容屑缺口和前刀面，利用刀体内孔和刀杆连接。比以上两种成形车刀制造方便，允许重磨次数多。既可用来加工外成形表面，又可用来加工内成形表面，使用比较普遍，但加工精度与刚性低于棱体成形车刀。平体棱体圆体二、难加工材料切削加工性及改善材料难加工的原因，一般是以下几个方面：①高硬度；②高强度；③高塑性和高韧性；④低塑性和高脆性；⑤低导热性；⑥有大量微观硬质点或硬夹杂物；⑦化学性质活泼。这些特性一般都能使切削过程中，切削力加大，切削温度升高；刀具磨损加剧，刀具使用寿命缩短；有时还将使已加工表面质量恶化，切屑难以控制；最终使加工效率和加工质量降低，加工成本提高。（一）高锰钢的切削加工性及加工技术

锰含量约为11％～18％的钢称高锰钢，高锰钢是一种耐磨钢，经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的塑性和冲击韧性。在受到外来压力和冲击载荷时，会产生很大的塑性变形或严重的加工硬化，具有很高的耐磨性。典型牌号有Mnl3、40Mnl8Cr3、50Mnl8Cr4等。1、在切削加工中，具有以下特点：(1)加工硬化严重，其硬化程度和深度要比45号钢高几倍；(2)切削温度高，比45号钢高200℃～250℃

(3)断屑困难，塑性为45钢的4倍，韧性为45钢的8倍)；(4)尺寸精度不易控制，切削高锰钢时，应先进行粗加工，工件冷却后再进行精加工，保证工件的尺寸精度。2、高锰钢加工技术（1）刀具材料。要求刀具材料红硬性高、耐磨性好，有较高的强度、韧性和导热系数。切削高锰钢可选用硬质合金、金属陶瓷材料，也可以用CN25涂层刀片或立方氮化硼刀具。目前应用最普遍的是硬质合金。（2）切削用量为了维持一定的刀具耐用度，切削速度应低些，选择较大的切削深度和进给量。（3）刀具几何角度前角，采用较小前角或负前角；后角，采用较大后角，后角太大会削弱刃口强度，引起崩刃；主偏角应小些，增加刀具散热面积和刀尖强度；副偏角，也不宜过大；刃倾角，为了保持刀尖部分的强度，一般选择负刃倾角；刀尖圆弧半径，修磨出较大的圆弧半径，以加强刀尖强度，提高刀具耐用度；刃口倒棱，修磨出负倒棱，减少崩刃现象。（二）高强度、超高强度钢的切削加工性

一般，σs＞1GPa或σb＞1.1GPa的结构钢，称为高强度钢；σs＞1.2GPa或σb＞1.5GPa，称为超高强度钢。高强度钢，超高强度钢的半精加工、精加工和部分粗加工常在调质状态下进行。调质后它们的金相组织，一般为索化体或和托氏体，硬度35～50HRC。

1、切削性能：（1）强度高，比45钢高出一倍或以上；（2）导热系数偏低；（3）切削力大，为加工45钢的1.2—1.3倍；切削温度高，比加工45钢高出100—200℃（4）刀具磨损快，刀具使用寿命短；（5）断屑困难。2、（超）高强度钢加工技术（1）选用耐磨性好的刀具材料，如YT类硬质合金中添加钽﹑铌，提高耐磨性；（2）r0应取得小些；（3）在系统刚性许可的情况下，Kr选得小些，Rs选得大些,以提高刀尖的强度和改善散热条件；（4）切削用量应比加工中碳钢正火时，适当降低些。（三）不锈钢的切削加工性

不锈钢按金相组织分，有铁素体、马氏体、奥氏体三种。铁素体、马氏体不锈钢的成分以铬为主，经常在淬火—回火或退火状态下使用，综合机械性能适中，切削加工一般不太难。奥氏体不锈钢的成分以铬、镍等元素为主，淬火后呈奥氏体组织，切削加工性比较差。主要表现在：（1）塑性大，加工硬化很严重，易生成积屑瘤使加工表面质量恶化，切削力比45钢高25%；（2）加工表面硬化程度及硬化层深度大；（3）导热系数小，只为45钢的1/3，产生的热量多，且又不易传出；（4）切削温度高，加工硬化严重，易与刀具发生冷焊，刀具磨损快。2、不锈钢加工技术（1）刀具材料。应有耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小等特点。目前常用的刀具材料有高速钢和硬质合金。（2）刀具几何参数。前角，适当取大一些；后角，取稍大一些；主偏角取较小值；（3）切削用量。通常，切削速度，取v=50-80m/min,不宜过高；切削深度，取ap=0.4-4mm,不宜过小；进给量，取f=0.1-0.5mm/r。（四）淬火钢的切削性能和加工技术淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢，它在难切削材料中占有相当大的比重。加工淬火钢的传统方法是磨削。为了提高加工效率，解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等加工方法1、淬火钢在切削时有以下特点：(1)硬度高、强度高，几乎没有塑性；

(2)切削力大、切削温度高；

(3)不易产生积屑瘤；

(4)刀刃易崩碎、磨损；

(5)导热系数低。2、淬火钢的加工技术第一，刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性，而且要有一定的强度和导热性。

(1)硬质合金

(2)热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷

(3)立方氮化硼复合片(PCBN)刀具第二，刀具角度（1）为了避免崩刃和打刀，前角一般γ0=-10°～0°；工件材料硬度高、断续切削时，选负前角，γ0=-10°～-30°（2）为了减小后刀面摩擦，后角一般α0=8°～10°较好（3）为了增强刀尖强度和改善散热条件，主偏角κr=30°～60°，副偏角κ’r=6°～15°（4）一般情况下，λs=-5°～0°；断续切削时，λs=-10°～-20°；硬齿面刮削滚刀，λs=-30°（5）刀尖圆弧半径γε=0.5～2mm为宜。第三，切削用量首先考虑选择合理的切削速度，其次是切削深度，再次是进给量。

（1）切削速度不宜选择太低或太高，以保持刀具有一定的耐用度。硬质合金刀具Vc=30～75m/min；陶瓷刀具Vc=60～120m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200m/min。在断续切削和工件材料硬度太高时，应降低切削速度。（2）切削深度，一般情况下，ap=0.1～3mm（3）进给量：一般为0.05～0.4mm/r。在工件材料硬度高或断续切削时，应减小进给量。（五）冷硬铸铁的切削加工性

冷硬铸铁也称激冷铸铁，它是在铸型中放置冷铁，以加快铸件的冷却速度而得到的。特点:表面部分发生白口化，硬度和耐磨性大大提高，内部仍保持灰口组织，以防整体脆化1、冷硬铸铁的切削性能(1)表面硬度很高。粗加工时，强烈的冲击极易引起振动，加剧刀具的磨损。(2)具有较高的热强度，加工大件时，刀具的温度很高，容易出现刀体变形或焊接刀片开焊的现象而损坏。

(3)表层组织为白口，性质硬而脆，当刀具切入或切出时，容易出现崩边现象，造成废品或损坏刀具。

(4)切削时冲击较大，容易损坏刀具。

(5)切屑呈崩碎状，瞬时温度很高，应防止切屑崩入眼内或衣中，造成对操作者的伤害。2、冷硬铸铁的加工技术（1）刀具材料。要求红硬性高、耐冲击、耐磨性好、抗弯强度高、导热系数大。可选用硬质合金，可选用陶瓷刀具，也可选用立方氮化硼(CBN)刀具。（2）刀具角度。粗加工时，要求刃口有足够的强度，应选择负前角和较小的后角。为了减少崩刃，提高刀具耐用度，选用较小的主偏角，一般κr≤45和负刃倾角。（3）切削用量。必须考虑切削用量对刀具耐用度的影响。采用硬质合金刀具时，应选用较低的切削速度，适当加大切削深度并尽可能减少走刀次数；采用陶瓷刀片应取较小的进给量和尽可能高的切削速度。

（六）高温合金的切削加工性

高温合金钢按其化学成分有Fe基、Ni基、Co基3种。合金中含有许多高熔点合金元素，如铁、钛、铬、钴、镍、钒、钨、钼等，它们与其它合金元素构成纯度高、组织致密的奥氏体合金。1、高温合金钢的切削性能：（1）加工硬化倾向大。对刀具寿命有很大影响，会产生严重的边界磨损；（2）切削力大。强度较高，抵抗塑性变形的能力强；（3）材料导热性差。约为45钢的1/3～1/4；（4）在中、低切削速度下，易与刀具发生冷焊；在高温下，会使刀具发生剧烈的扩散磨损。2、高温合金钢加工技术（1）刀具材料。主要有CBN、陶瓷、硬质合金及高速钢。（2）刀具角度。宜采用较小前角，γ0=0～10°以提高切削刃的强度；（3）切削用量。要比加工普通材料低得多。采用较低的切削速度，v=30～50m/min)；较大的切削深度和进给量，避免切削刃和刀尖划过硬化层。（4）切削液，采用极压切削油或极压乳化液，同时采用喷雾冷却办法，以降低切削温度。（七）钛合金的切削加工性

钛合金以其比强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材料。钛合金按金属组织分为a相、b相、a+b相，分别以TA，TB，TC表示其牌号和类型。钛合金的切削加工性很差，刀具磨损快，刀具耐用度低。1、钛合金的切削性能（1）导热性差，切削温度很高，600℃以上温度时，表面形成氧化硬层，对刀具有强烈的磨损作用，降低了刀具耐用度。（2）塑性低、硬度高，前刀面上应力很大，刀刃易发生破损。（3）弹性模量低，弹性变形大，已加工表面与后刀面的接触面积大，磨损严重。2、加工技术（1）刀具材料。尽可能使用硬质合金刀具，成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢；（2）刀具角度。采用较小的前角，较大的后角，刀尖采用圆弧过渡刃，以提高强度，避免尖角烧损和崩刃；（3）切削用量。切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快；切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具耐用度；（4）加工时须加冷却液充分冷却。三、钻头及钻削加工技术3.1麻花钻钻头是实心材料上加工孔的唯一刀具。钻头的种类很多，常用的有麻花钻、中心钻以及深孔钻等，其中尤以麻花钻最为典型，使用最为广泛。1、麻花钻的结构（锥柄）标准麻花钻主要由夹持部分和工作部分组成。（1）夹持部分用于装夹钻头和传递动力，包括柄部和颈部。柄部有圆柱柄和莫氏锥柄两种。小直径多做成圆柱柄，大直径多做成莫氏锥柄。颈部是钻柄与工作部分的连接部分，印有厂标、规格等标记。磨削柄部时，起砂轮退刀槽的作用。直柄钻头多无柄部。（2）工作部分是麻花钻的主要部分，又分为切削部分和导向部分。切削部分承担主要的切削工作，它由两个螺旋前刀面、两个圆锥后刀面（刃磨方法不同，也可能是螺旋面）和两个副后刀面（即刃带棱面）组成。麻花钻有两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃。两后刀面在钻芯处相交形成的切削刃称为横刃，位于钻头的最前端。导向部分由两条螺旋槽组成，切削时它与孔壁接触起到导向作用，同时还是切削部分的备用部分。其外径向柄部方向递减，形成倒锥，中等直径钻头的倒锥量为0．05～0.12mm/100mm。麻花钻切削部分的组成1-前面2、8-副切削刃(棱边)3、7一主切削刃4、6-后面5一横刃9一副后面2、麻花钻的参考平面（图6.9）图中标注了基面、切削平面、正交平面、假定工作平面和背平面，它们的定义与前述车削中的规定相同。钻头的几何角度还规定了三个测量平面（图6.10）（1）端平面：与钻头轴线垂直的投影面。（2）中剖面：通过钻头轴线与两主切削刃平行的平面（3）柱剖面：过切削刃选定点作与钻头轴线平行的直线，该直线绕钻头轴线旋转所形成的圆3、麻花钻的几何角度（1）螺旋角指钻头刃带螺旋线上任一点的切线与钻头轴线的夹角。增大螺旋角可使前角增大，有利于排屑，切削轻快，但钻头刚性差。（2）顶角2φ

指两主切削刃在中剖面上投影的夹角。顶角由刃磨获得，对钻头耐用度及钻削效率有较大影响。顶角越小，主切削刃越长，单位长度上的负荷减轻，轴向力减小，刀尖角增大，有利于散热。但顶角过小，则钻尖强度削弱，切屑变薄，变形增加，扭矩增大，钻头易折断。（3）刃倾角是在切削平面内主切削刃与基面的夹角。由于主切削刃上各点的基面与切削平面的位置不同，因而各点的刃倾角也是变化的（4）主偏角主切削刃上选定点的主偏角是主切削刃在该点基面上的投影与进给方向之间的夹角。由于主切削刃上各点基面位置不同，因此主偏角也不相等。当顶角确定后，主切削刃上各点的主偏角也就随之确定。麻花钻的主偏角，从钻头外缘到中心逐渐减小。（5）前角

主切削刃上选定点的前角是在该点的正交平面内前刀面与基面之间的夹角。由于切削刃上各点的螺旋角、刃倾角、主偏角不同，所以各点的前角也不相同（6）后角主切削刃上选定点的后角规定为柱剖面内后刀面与端平面之间的夹角，由刃磨获得。其大小也是变化的，从外缘到钻心逐渐增大。4、横刃几何角度横刃由两后刀面相交而成，普通麻花钻横刃近似直线，横刃角度主要包括横刃斜角、横刃前角和横刃后角。在端平面中，横刃与主切削刃之间的夹角为横刃斜角，为横刃长度。在刃磨钻头后刀面时，后角越大，横刃斜角就越小，横刃越长。可以通过观察横刃斜角的大小来判断后角是否磨得合适。一般取50°~55°。由于横刃通过钻头轴线，因此横刃上各点的基面及切削平面相同，则

=－50°~－60°

=36°~30°由于横刃的前角是绝对值很大的负值，因此横刃的切削条件很差，钻削时发生严重挤压，产生的轴向力约为钻削时总轴向力的60%，横刃的存在对钻削不利。5.改善钻头切削性能途径钻头的修磨是指在普通刃磨的基础上，在使用过程中可采用修磨麻花钻的刃形及几何角度的方法，来充分发挥钻头的切削性能，保证加工质量和提高效率。常用的修磨方法有以下几种。（1）修磨横刃（图6.16）横刃切削条件差，标准方法刃磨横刃长度为0.18倍的钻头直径。横刃长度长且横刃前角是一较大的负前角。修磨横刃的目的是将横刃磨短、磨锐。即增大钻尖部分的前角，缩短横刃的长度，减小轴向力。但注意横刃不宜都磨去，否则定心不好。一般为横刃长度的0.03~0.05。（2）修磨前刀面（图6.17）修磨前刀面的目的是改变前角的分布，增大或减小前角，以满足不同的加工要求。如加工黄铜、塑料时，为避免产生“扎刀”现象，外缘处的前角应减小到5°~10°；钻胶木时，可减小到-5°~-10°。（3）修磨刃带（图6.18）修磨刃带的要求是减小刃带宽度，磨出副后角，以减小刃带与孔壁的摩擦。这种修磨方法适用于加工韧性材料或软金属，以提高加工表面质量。（4）修磨主切削刃（图6.15）修磨主切削刃的目的是改变刃形或顶角，其优点是增大刀尖角，提高刀尖的强度，改善刀尖的散热条件。（5）修磨分屑槽钻直径较大的韧性材料时，可在钻头的后刀面上交错磨出小狭槽，使切屑变窄，有利于切屑的卷曲、排出和切削液的注入。3.2深孔钻孔深与孔径之比大于5的孔称为深孔。深孔加工的特点：（1）不易观测刀具切削情况，只能靠听声音、看出屑、测油压等手段来判断排屑与刀具磨钝情况。（2）切屑排出困难，必须设计合理的切削图形，保证断屑与排屑通畅。（3）切削热不易传散，必须用有效的冷却方式。（4）加工时孔易偏斜，刀具结构上应有导向装置。（5）刀杆细长，刚性差，易振动，精深孔的表面粗糙度也难控制，需合理选择的加工工艺与切削用量。深孔加工比较困难，存在以下几个特殊问题。（1）导向问题由于孔的深度较大，钻杆细长，刚性差，加工时易产生偏斜和振动，因此孔的精度及表面粗糙度不易保证。（2）冷却、排屑问题深孔加工时由于切屑多而且排屑通道长，切屑易堵塞而导致钻头损坏。再者，钻头长时间被工件和切屑包围，热量不易传散，切削液不易进入到切削区域，所以钻头磨损严重。1、外排屑深孔钻单刃外排屑深孔钻最初用于枪管的加工，故称枪钻。枪钻结构枪钻由切削部分和钻杆两部分组成。切削部分用高速钢或硬质合金，工作部分用无缝钢管压制而成。枪钻的工作原理（图6.20）。工作时工件旋转，钻头进给，切削液以高压（约3.4~9.8MPa）从钻杆尾端注入，冷却切削区后沿钻杆V形槽将切屑冲刷出来，呈外排屑。这种深孔钻结构简单，可加工直径可为2~20mm，长径比大于100的小直径深孔，孔的直线性较好。2、内排屑深孔钻错齿内排屑深孔钻（可转位式）错齿内排屑深孔钻工作原理1-液封头2-进液口3-刀架4-排液箱5-钻杆6-受液器7中心架喷吸钻结构1-工件2-卡抓3-中心架4-引导架5-导向套

6-支撑座7-连接套8-内管9-外管10-钻头四、孔加工技术，铰刀与铰削4.1孔加工特点：1．刀具刚度差刀具尺寸受被加工孔径的限制，刀具横截面尺寸较小，悬伸较长。即刀具的长径比较大。2．排屑困难孔加工容屑空间较小，排屑不畅3．直观性差操作者往往只能根据切屑的形态、运动等来间接判断加工情况。4．规格品种多孔加工刀具多是定尺寸刀具，刀具的种类、规格繁多。4.2镗刀与镗孔加工1.镗孔加工是指将工件上原有的孔进行扩大或精化。它的特征是修正孔的偏心、获得精确的孔的位置，取得高精度的圆度、圆柱度和表面光洁度。镗孔尤其适用于箱体孔系及大直径孔的加工。一般镗孔的加工精度可达IT7级，表面粗糙度值可达Ra0.8μm。若在高精度镗床上进行高速精镗，可以获得更高的加工精度。2.镗刀是在车床、镗床、转塔车床、自动车床以及组合机床上使用的孔加工刀具。镗刀种类很多，按切削刃刃数可分为单刃镗刀和双刃镗刀。（1）单刃镗刀。是把类似车刀的刀尖装在镗刀杆上而形成的。刀尖在刀杆上的安装有两种：刀头垂直镗杆轴线安装，适于加工通孔；刀头倾斜镗杆轴线安装，适于盲孔、台阶孔的加工。（2）双刃镗刀。好处是径向力得到平衡，工件孔径尺寸由镗刀尺寸保证。常用的有定装式、机夹式和浮动式三种。浮动镗刀的刀块能在径向浮动，加工时消除了机床、刀具装夹误差及镗杆弯曲等误差，但不能矫正孔直线度误差和孔的位置度误差。单刃镗刀1-镗刀头2-刀片3-调整螺母4-镗刀杆5-拉紧螺钉6-垫圈7-导向键4.3铰削的特点：铰孔是一种操作方便、生产效率高、能够获得高质量孔的切削方式，在生产中应用广泛。铰削余量较小，一般为0.05~0.2mm，铰刀主偏角＜45°，因此铰削时切削厚度很薄。铰削过程是个非常复杂的切削、挤压与摩擦的过程。4.4铰刀铰刀是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。铰刀用于铰削工件上已钻削（或扩孔）加工后的孔，是用于孔的精加工和半精加工的刀具，加工余量一般很小，主要是为了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度。铰刀的齿数多，刚性和导向性好，铰孔后孔的加工精度可达IT6~IT7级，甚至IT5级。表面粗糙度可达Ra1.6~0.4μm。所以铰刀得到了广泛的应用。1.铰刀的结构如下图所示。由工作部分、颈部和柄部组成。工作部分有切削部分和校准部分组成，校准部分有圆柱部分和倒锥部分。2.铰刀的种类按使用方式可分为手用铰刀和机用铰刀两大类。手用铰刀工作部分较长，齿数较多；机用铰刀工作部分较短。机用铰刀又可分为高速钢机用铰刀和硬质合金机用铰刀。按铰刀结构有整体式（锥柄和直柄）和套装式按铰刀的柄部可分为直柄（直径1~20mm）、锥柄（直径5.5~50mm）和套式（直径25~100mm）。按齿槽的外形分直槽和螺旋槽两种。图6-29铰刀的种类3.使用注意事项（1）手工铰孔，工件要夹正，铰削过程中两手用力要平衡，铰刀退出时不能反转，铰刀使用完毕要清擦干净，涂上机油并装盒，以免碰伤刃口；（2）机铰时，注意铰削速度和进给量；（3）铰削中,必须采用冷却性好的切削液。五、铣刀与铣削加工铣削过程有如下特点：（1）生产率高。铣卧时铣刀连续转动，并且允许较高的铣削速度，因此具有较高的生产率（2）断续切削。铣削时每个刀齿都在断续切削，尤其是端铣，铣削力波动大，故振动是不可避免的。当振动的频率与机床的固有频率相同或成倍数时，振动最为严重。另外，当高速铣削时刀齿还要经受周期性的冷、热冲击，容易出现裂纹和崩刃，使刀具耐用度下降。（3）多刀多刃切削。铣刀刀齿多，切削刃的总长度大，有利于提高刀具耐用度和生产率，优点不少。但也存在下述方面的问题，一是刀齿容易出现径向跳动，这将造成刀齿负荷不等，磨损不均匀，影响已加工表面质量；二是刀齿的容屑空间必须足够，否则会损坏刀齿。（4）铣削方式不同。根据不同的加工条件，为提高刀具耐用度和生产率，可选用不同的铣削方式，如逆铣、顺铣或对称铣、不对称铣。5.1铣刀铣刀是最常用的平面加工刀具。铣刀不但能完成简单平面的加工，还能完成不同方位平面的加工，或由多个简单平面构成的表面加工。铣刀的种类很多，常用的有圆柱铣刀、端铣刀、键槽铣刀、立铣刀、模具铣刀、半圆键槽铣刀、三面刃铣刀、角度铣刀、锯片铣刀等。本文以圆柱形铣刀和端铣刀为例，介绍铣刀的几何参数和铣削过程的特点，以及铣刀的类型和结构特点。圆柱铣刀端铣刀硬质合金铣刀三面刃铣刀角度铣刀锯片铣刀（1）圆柱形铣刀（图7.2）用于卧式铣床上加工平面；通常采用螺旋形刀齿，以提高切削平稳性；仅在圆柱表面上有切削刃，两端面没有副切削刃；主要是用高速钢整体制造，也可以镶焊硬质合金刀片。（2）面铣刀（图7.3）也称端铣刀用于立式铣床上加工平面。面铣刀的每个刀齿与车刀相似，刀齿采用硬质合金制成铣刀主切削刃分布在铣刀一端；工作时轴线垂直于被加工平面。1.圆柱铣刀几何角度（1）前角对于螺旋圆柱铣刀，为了便于制造和测量，规定法前角为其标注角度。铣刀前角可根据工件材料选择，铣削钢时，取=10°~20°；铣削铸铁时，取=5°~15°。（2）后角圆柱形铣刀的后角规定在正交平面内度量。铣削时后刀面磨损较严重，为了减少刀具磨损，应选择较大的后角。通常取

=12°~16°，粗铣时取小值，精铣时取大值。（3）螺旋角螺旋角是螺旋形刀刃展开成直线后与铣刀轴线之间的夹角。螺旋角实质上就是圆柱形铣刀的刃倾角。它能增加刀具的实际工作前角，使刀具变得锋利，切削轻快。同时刀齿逐渐切入和切离工件，提高了铣削的平稳性。一般细齿圆柱形铣刀=30°~35°，粗齿圆柱形铣刀=40°~45°。5.2铣削用量和切削层参数1.铣削用量（1）铣削速度铣刀切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。可按下式计算：（2）进给量分为：每齿进给量指铣刀每转过一个刀齿时，铣刀相对于工件在进给运动方向上的位移量，单位为mm／z。进给量指铣刀每转过一转时，铣刀相对于工件在进给运动方向上的位移量，单位为mm／r。进给速度指铣刀切削刃选定点相对工件的进给运动的瞬时速度，单位为mm／min。（3）背吃刀量指平行于铣刀轴线的切削层尺寸。（4）侧吃刀量指垂直于铣刀轴线的切削层尺寸。2、切削层参数切削厚度——变量切削宽度——变量切削面积5.3铣削力与铣削功率

圆柱铣刀铣削力端铣刀铣削力铣削力具体分解为三个分力：（1）主切削力Fc

它是作用于铣刀圆周切线方向的分力，也称圆周力，消耗功率最多。（2）径向力Fp

它是作用于铣刀半径方向的分力。它使刀杆弯曲，影响铣削的平稳性（3）轴向力Fo

它是沿铣刀轴线方向的分力。5.4铣削方式分逆铣与顺铣

铣刀旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣；相同时称为顺铣。顺铣逆铣逆铣特点：（1）逆铣时，切削厚度由零逐渐增大，由于刃口钝圆半径的影响，开始切削时前角为负值，刀齿在工件表面上挤压、滑行，造成工件表面加工硬化严重，并加剧了刀齿的磨损。（2）逆铣时，由于进给力作用，使丝杠与螺母传动面始终贴紧，故铣削过程较平稳。（3）逆铣时，垂直切削力向上，与工件的夹紧力和工件重力相反，有把工件从工作台上抬起的趋势，加剧了振动，影响工件的夹紧和表面粗糙度。顺铣特点：（1）顺铣时，切削厚度由最大开始，刀具磨损小，耐用度高。（2）顺铣时，铣削力在进给方向的分力与工件的进给方向相同，由于工作台丝杠螺母存在间隙，当进给力逐渐增大时，铣削力会拉动工作台而产生窜动，造成进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。（3）顺铣时，垂直切削力向下，夹紧可靠。

5.5成形铣刀成形铣刀根据工件的廓形来设计刀具刃廓，它可以加工各种成形表面。成形铣刀的齿背形状有尖齿和铲齿两种。尖齿成形铣刀是用角度铣刀铣削而成，制造简单，；铲齿成形铣刀也是用角度铣刀铣削容屑槽，再在铲齿车床上进行铲削齿背，制造复杂。两者相比较，前者制造简单，但刃磨后，刃形变化较大；后者制造复杂，但刃磨后，刃形变化较小，应用广泛。尖齿成形铣刀铲齿成形铣刀铲齿原理铲齿时，将铲齿成形铣刀装在铲齿车床的主轴上作旋转运动，铲齿车刀在阿基米德螺旋线凸轮的控制下作往复直线运动。当被铲的铣刀转过一个p时，凸轮也相应转过角，铲齿车刀刀尖铲到F点，即完成一个齿背的铲削工作。当被铲铣刀角时，凸轮相应转过角，铲齿车刀被拉簧拉回到原位。然后，再开始下一个刀齿的铲削工作。铲齿成形铣刀的齿背是阿基米德螺旋线，在刃磨前面后，能保持刃形不变，而且后角变化很小。六、其他机加工刀具6.1拉刀与拉削拉削加工切屑薄，切削运动平稳，有较高的加工精度（IT6级或更高）和较好的表面粗糙度（Ra＜0.62μm）,粗、精加工可在拉刀通过工件加工表面的一次行程中完成，生产效率较高，是铣削的3～8倍拉削只有主运动没有进给运动，主运动通常是由液压驱动。拉床工作时，拉削每一刃的吃刀量在设计时已定，操作人只能改变切削速度，全部长度的切屑必须让它收容在拉刀容屑槽（刃沟）内。拉削时，拉刀承受的切削力很大，拉刀或固定拉刀的滑座通常由液压缸的活塞杆带动。拉刀结构复杂，制造困难，拉削每一种表面都需要用专门的拉刀，因此仅适用于大批大量生产。1.拉削加工注意事项（1）被切削材料的硬度。拉削适合的材料硬度为200~240HB，材料较硬加工表面质量较高，但材料过硬，拉刀易磨损，寿命也会变短。（2）底孔。圆拉刀的底孔大小对加工表面质量、拉刀寿命和加工精度等有巨大影响。底孔对安装基面（端面）必须垂直，否则拉刀会弯曲；底孔小且弯的话，拉刀前导部不能进入；底孔过大，拉刀易单边接触偏心大；底孔中若有积屑瘤的脱落物或其它硬的异物存在，也是拉刀寿命缩短的原因。（3）切削速度。应考虑工件材料的被削性选定。切削速度影响拉削加工表面质量，加工精度与拉刀寿命。拉削速度一般2～8m/min，最近达到15～40m/min。（4）切削液。可提高加工表面质量，尺寸精度，抑制拉刀磨损，并使易于排屑。2.拉刀的类型及应用按受力不同，可分为拉刀和推刀。按加工工件的表面不同，可分为内拉刀和外拉刀。内拉刀是用于加工工件内表面的，常见的有圆孔拉刀、键槽拉刀及花键拉刀等。外拉刀是用于加工工件外表面的，如平面拉刀、成形表面拉刀及齿轮拉刀等。按拉刀构造不同，可分为整体式与组合式两类。整体式主要用于中、小型尺寸的高速钢拉刀；组合式主要用于大尺寸拉刀和硬质合金拉刀(1)圆孔拉刀可以加工高精度的圆孔，据需要在拉刀上可设计具有挤光刀齿与二段精加工刀齿。结构：由头部、颈部、过渡锥部、前导部、切削部、校准部、后导部及尾部组成。功用如下：头部——拉刀的夹持部分，用于传递拉力；颈部——头部与过渡锥部之间的连接部分，并便于头部穿过拉床挡壁，也是打标记的地方过渡部——使拉刀前导部易于进入工件孔中，起对准中心的作用；前导部——起引导作用，防止拉刀进入工件孔后发生歪斜，并可检查拉前孔径是否符合要求；切削部——担负切削工作，切除工件上所有余量，由粗切齿、过渡齿与精切齿三部分组成；校准部——切削很少，只切去工件弹性恢复量，起提高工件加工精度和表面质量的作用，也作为精切齿的后备齿；后导部——用于保证拉刀工作即将结束而离开工件时的正确位置，防止工件下垂而损坏已加工表面与刀齿；尾部——只有当拉刀又长又重时才需要，用于支撑拉刀、防止拉刀下垂。(2)花键拉刀花键在形状方面有具有二边互相平行的矩形花键和汽车等传递动力用的以轴与孔结合的渐开线花键。花键拉刀加工刃有2类：只有加工花键的刃齿；有切花键的前刃、后刃与圆刃交互排列的或只有后刃与圆刃交互排列的，使孔与花键同时达到精加工。6.2磨削磨削是最常用的机加工方法之一。磨削可加工外圆、内孔、平面、螺纹、齿轮、花键、导轨和成形面等各种表面。其加工精度可达IT5～IT6级，表面粗糙度一般可达Ra0.08μm。磨削尤其适合于加工难以切削的超硬材料(淬火钢)。磨削运动可分为：外圆磨削、内圆磨削、平面磨削。外圆磨削，主要在外圆磨床上进行，磨削时，工件低速旋转。用于磨削轴类工件的外圆柱、外圆锥和轴肩端面。（一）砂轮砂轮是由一定比例的磨粒和结合剂经压坯、干燥、焙烧和车整而制成的一种切削工具。磨粒、粘结剂和气孔是构成砂轮的三要素。砂轮是磨削加工中用量最大、使用面最广的一种。使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨和精磨以及开槽和切断等。1、砂轮组成要素：(1)磨料:即砂轮中的硬质颗粒。(2)粒度:表示磨料颗粒的尺寸大小。(3)结合剂:是将磨粒黏合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。(4)硬度:指磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面脱落的难易程度。(5)组织:指磨粒在砂轮中占有体积的百分数(即磨粒率)

2、砂轮的形状、代号和标志

常用形状有平形(P)、碗形(BW)、碟形(D)等，砂轮的端面上一般都有标志。从管理和选用方便的角度出发，砂轮参数的表示顺序是：形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。如PSA400100127V(A)60L5B25为形状外径厚度孔径磨料粒度硬度组织结合剂最高工作线速度(m／s)3、砂轮磨损磨粒变钝，磨削力增大，磨削温度升高，但表面粗糙度值变小。磨粒溃落。表面堵塞。4、砂轮修整常用单晶金刚石修整器修整砂轮。修整时，应根据具体的磨削条件，选择不同的修整用量，以满足相应的磨削要求。（二）磨削运动生产中常用外圆、内圆和平面磨削。磨削运动一般具有四个运动：（1）主运动（2）进给运动可分为

A圆周(直线)进给运动

B径向进给运动

C轴向进给运动（三）

磨削质量是指磨削的尺寸精度、形状误差和表面质量。1、尺寸精度和形状误差的保证措施

为获得高精度的磨削尺寸，必须采用循环磨削(无火花磨削法)

。可分为三个阶段：初磨阶段实际磨削深度小于磨床刻度盘显示值，这是由于工艺系统弹性变形造成的。稳定阶段实际磨削深度等于磨床刻度盘显示值。此时，工艺系统变形减小，趋于稳定。清磨阶段完全不进给再磨一段时间。2、表面质量的保证措施A尽可能选大直径砂轮，提高磨削速度。B重新平衡，重新修整砂轮。C调整头架主轴和工件装夹，提高磨削工艺系统的刚性。D调整主轴电动机转子，再次达到动平衡。E增大磨削液的浇注量，合理安装喷嘴位置。F正确选择砂轮，粒度再粗些，硬度再软些，保证砂轮无堵塞，切削刃锋利。G适当减小进给量，或分粗、精磨削。（四）

先进磨削法简介第一，高速磨削。磨削速度υc>50m／s的磨削称为高速磨削。据有关资料介绍，我国高速磨床的磨削速度可达80—120m／s，发达国家的磨削速度可达200m／s以上。高速磨削对磨床的要求：(1)砂轮电动机功率比一般电动机功率大一倍左右(2)砂轮径向和轴向跳动要小，轴承负荷能力要高，高速旋转部件要经过仔细平衡，砂轮的防护罩必须坚固可靠；(3)机床动、静刚性要好。第二，超精密磨削与镜面磨削。磨削后，表面粗糙度值在Rа0.01～0.04μm之间的磨削方法称为超精密磨削；表面粗糙度值小于RаO.01μm的磨削方法称为镜面磨削。超精密磨削与镜面磨削对磨床与砂轮要求：(1)磨床主轴的回转精度要高，轴线漂移量应在1～2μm之内；(2)磨床刚性要好，各部件经过静、动平衡，工作台低速进给平稳无爬行，并与振源隔绝；(3)砂轮以棕刚玉、白刚玉或微晶刚玉为原料，粒度号为60～80，并用金刚石笔精细修整。第三，强力磨削。它是20世纪70年代发展起来的一种高效磨削。它采用非常大的磨削深度，磨床工作台进给速度非常小，砂轮在一次进给中几乎将全部磨削余量切除，故金属切除率大，实现了以磨代铣、粗精结合的综合加工。

强力磨削对磨床等要求：(1)机床电机功率大，一般在20kW以上，主轴采用滚动轴承；(2)机床刚性好；(3)切削液压力要高达O．8～1．2MPa，流量达80～200L／min。6.3齿轮滚刀齿轮滚刀的基本结构是一个头的螺纹升角很小的蜗杆。为了形成切削刃和后角，在蜗杆上开槽并铲出齿顶和齿侧后角。这种蜗杆称为齿轮滚刀的基本蜗杆。（1）渐开线基本蜗杆渐开线基本蜗杆的端截面齿形是渐开线，轴向截面齿形是凸起的曲线。虽然没有齿形设计误差，加工精度较高，但制造比较困难，应用很少。（2）法向直廓基本蜗杆