第一章机械加工工艺装备-刀具

第1章机械加工工艺装备本章要点机床的分类、型号及技术参数典型机床的加工工艺范围车床的传动原理工件定位、夹紧与典型夹具刀具几何角度、种类与选用金属切削加工的基本概念1机械制造基础第1章

机械加工工艺装备

MechanicalManufacturingProcessEquipments1.2

刀具CuttingTool21.2.1金属切削加工的基本概念☆1.2.2刀具材料1.2.3刀具几何角度☆1.2.4刀具种类及选用1.2.5砂轮3切削加工定义切削加工（Cutting）是指采用具有规则形状的刀具从工件表面切除多余材料，从而保证几何形状、尺寸精度、表面粗糙度以及表面层质量等的机械加工方法。1.2.1金属切削加工的基本概念4切削加工种类5轨迹法成形法相切法展成法a）轨迹法b）成形法c）相切法d）展成法图2-6零件表面成形方法6主运动

指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。

◆主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用T

表示），也可以是回转运动（用

R

表示）。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。进给运动

指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf—mm/min）表示。定位和调整运动

使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。7

外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动进给运动表2-2外圆表面加工方法刀具T/RT主运动进给运动工件表面成形原理图RRRRRTRRT/R车削成形车削拉削研磨8表2-3内圆表面加工方法表面成形原理图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动进给运动刀具主运动进给运动工件RRTRRT/RTRTRTTRTT内圆磨无心磨9主运动进给运动表2-4平面加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T10车螺纹板牙主运动进给运动表2-5螺纹加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR11主运动进给运动表2-6齿形加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿121.2.1金属切削加工的基本概念切削运动待加工表面：工件上即将被切除的表面。已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。过渡表面(正在加工表面)：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。主运动：速度最高、消耗机床功率最多的运动。进给运动：金属层不断投入切削的运动，以逐渐加工出完整表面所需的运动。合成运动：主运动、进给运动合成的运动。加工表面131.2.1金属切削加工的基本概念工件刀具141.2.1金属切削加工的基本概念此方向为进给运动主运动刀具15常见机床的切削运动161.2.1金属切削加工的基本概念切削参数（切削用量三要素）切削速度vc：切削刃上点在主运动方向的瞬时速度，m/min进给量f：每转刀具相对工件的位移量，mm/转（齿）背吃刀量ap：垂直于主运动和进给运动的切削层最大尺寸，俗称切削深度。mm切削速度的计算公式：进给速度的计算公式：车铣车、铣、磨171.2.1金属切削加工的基本概念式中:dw-工件上待加工表面直径（mm）

dm-工件上已加工表面直径（mm）181.2.1金属切削加工的基本概念切削截面参数（切削层三要素）切削层公称厚度

（2-4）切削层公称宽度

（2-5）图2-7切削层截面bDhD=ffdwdmapa）ΚrhDbD

=apb）c）切削层公称横截面积AD=hDbD=apf191.2.1金属切削加工的基本概念20刀具材料应具备的性能足够的硬度和耐磨性：足够的耐磨性。足够的强度和韧性：承受振动和冲击，不致断裂。足够的热硬性——红硬性：高温下能继续切削，高温下能抗氧化、抗粘结、抗扩散。良好的工艺性：便于制造经济性：寿命与加工零件数量的比值。1.2.2刀具材料21常用刀具材料◆碳素工具钢◆合金工具钢◆高速钢◆硬质合金◆陶瓷、立方氮化硼、金刚石、聚晶金刚石＞手工工具和切削速度较低的刀具22图2-55刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼PCBN陶瓷聚晶金刚石（PCD）23天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性图2-56刀具材料的耐磨性与断裂韧性24◆高速钢高速钢是一种加入了较多的W钨、Mo钼、Cr铬、V钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRC63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。1.2.2刀具材料常用刀具材料CVD（化学气相沉积法）900～10500C，5um～10um，用于硬质合金PVD（物理气相沉积法）300～5000C，2um～5um，用于高速钢保持原有韧性的情况下，大大提高刀具耐磨性，刃磨前刀面提高刀具寿命。25切削速度比碳素工具钢及合金工具钢高1—3倍，故称为高速钢，又称锋钢、白钢。高速钢的常温硬度为63—70HRC，热硬性为540—6200C。高速钢刀具易磨出较锋利的刀口，特别适用于制造结构复杂的成形刀具、孔加工刀具及铣刀、拉刀、螺纹刀具、切齿刀具等。高速钢分为普通高速钢和高性能高速钢，普通高速钢常用牌号有W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V等。高性能高速钢是指在普通高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素的新钢种，常见有高碳高速钢(如9W18Cr4V)、高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo)、钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)、铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2AI)。高速钢刀具的表面进行氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)等涂层后，使其硬度高和耐磨性强．同时又有较好的强度与韧性，目前广泛应用在钻头、丝锥、成形铣刀、切齿刀具上。1.2.2刀具材料26表2-9常用高速钢牌号及其应用范围类别牌号主要用途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳9W18Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵1.2.2刀具材料271.2.2刀具材料◆硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。28①钨钴类硬质合金（YG）切削铸铁等脆性材料和有色金属及其合金

精加工—YG3，半精加工—YG6，粗加工—YG8

Co量增加，抗弯强度和冲击韧性增加加工钢时易发生粘结和扩散磨损29②钨钛钴类硬质合金（YT）切削塑性金属材料精加工—YT30，半精加工—YT15，粗加工—YT5抗弯强度和冲击韧性略于YG类③添加稀有金属碳化物的硬质合金（YA、YW）通用硬质合金切削难加工材料30④镍钼钛类硬质合金（YN）填补硬质合金和陶瓷间的空白切削碳钢、合金钢等（精加工），大尺寸时效果尤其显著⑤复合材料表面涂层硬质合金刀具TiC、TiN、A12O3等强度、韧性和切削刃锋性有所下降。不适合粗加工，宜小进给量和低速加工。31⑥其他硬质合金刀具超细晶粒硬质合金：0.2～1um难加工材料的断续切削和低速切削钢结硬质合金：60～70％高速钢为粘结相退火状态可进行锻造和切削加工321.2.2刀具材料表2-10各种硬质合金的应用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度33◆陶瓷刀具材料陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。1.2.2刀具材料常用刀具材料34以Al2O3或Si3N4为基体，添加少量金属，高温烧结而成，高的硬度和耐热性，可切削高硬度材料。性脆，抗冲击韧性差。5.1各种刀具材料的显微硬度值材料努氏硬度值（压力=1N,加载时间=15s）PCD7000CBN3800SiC2500WC2100TiN1770HSS98035◆超硬刀具材料

天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。

聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK6500～8000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。

金刚石刀具不适于加工钢及铸铁，700～8000C碳化。

聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV3000～4500，耐热性达1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。36刀具材料种类合金高速钢硬质合金陶瓷天然

聚晶金刚石聚晶立方氮工具钢W18Cr4VYG6Si3N4

金刚石

PCD化硼PCBN材料性能硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500HV4000抗弯强度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa导热系数40-5020-3070-10030-40146.5

100-12040-100热稳定性350℃620℃1000℃1400℃800℃

600-800℃＞1000℃化学惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低较高高最高最高很高一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4-0.2加工质量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05IT5-6IT7-8IT5-6可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料表2-11普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比371.2.3刀具几何角度38外圆车刀参与切削加工的刀头部分可粗略地概括为一点、两线、三面：一点：刀尖——主切削刃与副切削刃之间的相交处，实际在刀具上它不是一个点，而是一段过渡切削刃。特殊情况下有两个刀尖，如切断刀。

两线：主切削刃和副切削刃。有时不一定是直线，也有曲线刃。主切削刃——前刀面与主后刀面的交线，用以完成主要切除工作；副切削刃——前刀面与副后刀面的交线，辅助形成加工表面。三面：前刀面、主后刀面和副后刀面。副后刀面——与工件上已加工表面相对的表面。前刀面——切屑流经的表面；主后刀面——与工件上过渡表面相对的表面刀具切削部分的组成——车刀39a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀图2-47车刀的结构1.2.3刀具几何角度40刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合图2-48各种刀具切削部分的形状1.2.3刀具几何角度41车刀的标注角度用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面称为参考系。参考系有两类：刀具标注角度参考系或静止参考系：刀具设计、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称刀具标注角度；刀具工作参考系：确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工作角度。为了便于测量车刀，在建立刀具静止参考系时，特作以下假设：①不考虑进给运动的影响，f=0；②安装车刀时，刀柄底面水平放置，且刀柄与进给方向垂直；刀尖与工件回转中心等高。静止参考系是在简化了切削运动和设立标准刀具位置的条件下建立的参考系。42正交平面参考系（主剖面坐标系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）基面Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr图2-49车刀正交平面参考系2）切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）正交平面（主剖面）Po：通过切削刃选定点同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。43正交平面参考系标注角度Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs441）前角γo

在正交平面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γo定为正值；位于刀头实体之内时γo定为负值。γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ0用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。1.2.3刀具几何角度45Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）后角αo

后角αo在正交平面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。α0粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。1.2.3刀具几何角度46主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。3）主偏角κr

在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。κr的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr1.2.3刀具几何角度47κr′AA向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。κr′在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。48a）b）c）图2-51刃倾角对排屑方向的影响5）刃倾角λs——切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之位负。

λs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。496）副后角——副后刀面与副切削平面之间的夹角。过副切削刃上选定点且垂直于副切削刃在基面上投影的平面称为副正交平面。过副切削刃上选定点的切线且垂直于基面的平面称为副切削平面，副正交平面、副切削平面与基面组成副正交平面参考系。505152535455

下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10

5657585960在标注可转位刀具或大刃倾角刀具时，常用法平面参考系。61刀具工作角度◆刀刃安装对工作角度的影响图2-52车刀安装高度对工作角度的影响γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr1.2.3刀具几何角度刀具标注角度是在假定运动条件和假定安装条件下定义的。在实际切削过程中，由于刀具受安装位置和进给运动的影响，刀具的参考平面发生了变化，刀具角度就应在工作参考平面内定义。在工作参考系里标注的角度称为工作角度。62◆刀柄安装偏斜的影响63刀具工作角度

式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。◆进给运动对工作角度的影响横切（图2-53）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPse图2-53切断刀的工作角度fxα0（2-8）（2-8a）64

纵切（图2-54）

在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：在正交平面内：（2-9）O—O图2-54外圆车刀工作角度μffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe65661.2.4刀具种类及选用刀具可以分为单刃(单齿)刀具和多刃(多齿)刀具；标准刀具(如麻花钻、铣刀、丝锥)和非标准刀只(如拉刀、成形刀具等)；定尺寸刀具(如扩孔钻、铰刀等)和非定尺寸刀具(如外圆车刀、直刨刀等)；整体式刀具、装配式刀具和复合式刀具等。根据用途和加工方法不同，通常把刀具分为以下类型：切刀(包括各种车刀、刨刀、插刀、成形车刀等)、孔加工刀具、拉刀、铣刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动化加工刀具等。67按用途分：外圆车刀内孔车刀端面车刀切断车刀螺纹车刀按结构分：整体式焊接式机夹重磨式可转位式等车刀6869图1.30车刀结构a)整体式b)焊接式c)机夹重磨式d)可转位式70◆可转位车刀①避免焊接缺陷，刀具寿命高，能使用大切削用量②刀杆可重复使用，节约大量材料③采用先进的几何参数，切削性能稳定，断屑可靠④刀片转位方便迅速，生产率高⑤刀片不焊接不刃磨，有利涂层刀片的使用⑥减少了硬质合金及超硬材料的消耗⑦便于刀具的管理71图1.31可转位车刀组成1.刀片2.刀垫3.卡簧4.杠杆5.弹簧6.螺钉7.刀杆72◆成形车刀特点：加工质量稳定生产效率高刀具使用寿命长类型：平体成形车刀棱体成形车刀圆体成形车刀73图1.32成形车刀类型a）平体b）棱体c）圆体74◆麻花钻组成：柄部颈部工作部分切削部分—承担切削导向部分—引导钻头〈75图1.33麻花钻的组成76—用于扩大孔径类型：特点：高速钢整体式硬质合金镶齿套式形与麻花钻相似，但齿数较多（3～4齿）容屑槽较浅，无横刃，导向性好加工质量好，生产率高◆扩孔钻

77图1.35扩孔钻a)高速钢整体式b)硬质合金镶齿套式78◆锪钻—用于加工圆柱形沉头孔、锥形沉头孔和凸台面等类型：高速钢整体结构硬质合金镶齿结构79图1.36锪钻及加工示意图a)带导柱平底锪钻b)锥面锪钻c)端面锪钻80◆铰刀—用于中小孔的半精加工和精加工结构：切削部分校准部分圆柱部分倒锥部分工作部分颈部柄部特点：齿数多（6～12个），齿槽浅，刚性和导向性好，加工精度高。81图1.37铰刀的结构82图1.38铰刀的类型a）机用铰刀b）套式铰刀c）手用铰刀d）锥度铰刀83◆镗刀—用于箱体孔及较大直径孔的粗精加工结构分为：—结构简单、制造方便可加工尺寸不同的孔径调整费时，精度不易控制—可消除镗孔力的影响单刃镗刀双刃镗刀84图1.39单刃镗刀85图1.40微调镗刀1.紧固螺钉2.微调螺母3.镗刀头4.刀片5.镗杆6.导向键86图1.41浮动镗刀87◆复合孔加工刀具特点：保证各加工面间的相互位置精度生产率高，可减少机床台数制造复杂重磨和调整尺寸较困难同类工艺复合孔加工刀具不同类工艺复合孔加工刀具按工艺分：—两把或以上同类或不同类刀具组合而成88图1.42同类工艺复合孔加工刀具a）复合铰刀b）复合镗刀89图1.43不同类工艺复合孔加工刀具a）钻—镗b）钻—扩—铰90●拉刀—利用拉刀相邻齿尺寸变化来切除加工余量可加工各种形状的内外表面精度和生产率高、寿命长制造较复杂，成本高—用于成批大量生产圆孔拉刀花键拉刀键槽拉刀四方拉刀平面拉刀等按用途分为：特点：91图1.44拉削的各种表面92图1.45圆孔拉刀结构与切削部分的主要几何参数1.前柄2.颈部3.过渡锥4.前导部5.切削齿6.校准齿7.后导部8.后柄93●铣刀—多刃回转刀具(2)硬质合金面铣刀—加工中、大平面(3)三面刃铣刀—加工沟槽和台阶面(5)立铣刀—加工平面、凹槽、台阶面及成形面(4)锯片铣刀—切窄槽或切断工件(1)圆柱形铣刀—加工平面(6)模具铣刀—加工模具型腔或凸模成形面

(7)键槽铣刀—加工圆头封闭键槽(8)角度铣刀—加工带角度的沟槽和斜面(9)成形铣刀—加工成形表面94图1.46

常用的几种铣刀a)圆柱形铣刀b)硬质合金面铣刀c)错齿三面刃铣刀d)锯片铣刀

e)立铣刀f)模具铣刀g)键槽铣刀h)单角铣刀i)双角铣刀j）成形铣刀95●螺纹刀具螺纹车刀—螺纹刃形的成形车刀螺纹梳刀—多齿的成形车刀丝锥—加工内螺纹的标准刀具板牙—加工外螺纹的标准刀具—加工内、外螺纹表面螺纹铣刀—粗切蜗杆或梯形螺纹螺纹滚压工具—无屑加工螺纹的高效工具96图1.47圆板牙97图1.48常用的几种丝锥a)手用丝锥b）机用丝锥c）螺母丝锥d）锥形丝锥98图1.49螺纹铣刀99图1.50螺纹滚压工具a）滚丝轮b）搓丝板100●齿轮刀具成形法

展成法—刀具刃形与齿槽形状相同—利用齿轮的啮合原理来加工齿轮盘状齿轮铣刀指状齿轮铣刀齿轮拉刀等—用于切削齿轮齿形滚刀—加工直齿、斜齿圆柱齿轮插齿刀—加工直齿轮、内齿轮、多联齿轮、齿条剃齿刀—未淬硬的直齿、斜齿圆柱齿轮精加工101图1.51成形齿轮铣刀a)盘形铣刀b)指状铣刀102图1.52齿轮滚刀103图1.53硬质合金刮削滚刀104涂层滚刀105图1.54插齿刀的类型a)盘形b)碗形c)带锥柄形106图1.55硬质合金插齿刀107图1.56剃齿刀1081.2.5砂轮磨料加工（AbrasiveMachining），是指采用固结的硬质磨料工具或游离的硬质磨料对工件进行切除的加工方法。磨削加工是指用固结磨具进行加工的过程，常用的固结磨具有：砂轮、油石、砂布和砂带等，其中砂轮应用最广，狭义上的磨削加工专指砂轮磨削109图3.1.3各式砂轮110特性：磨料粒度结合剂硬度组织

硬质磨料中加入结合剂，经压坯、干燥、焙烧而制成砂轮111—即砂粒，是构成砂轮的主要成分。磨料直接担负着切削工作，应具有很高的硬度、耐热性和一定的韧性，破碎时应能形成尖锐的棱角。目前生产中常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系三类。①磨料112113—即磨料颗粒的大小分为：②粒度磨粒微粉—每英寸筛网长度上的筛孔数表示30#～46#—一般磨削54#～100#—半精磨、精磨120#～240#—精密磨、超精磨—以颗粒最大尺寸的微米数表示W60～W28—精密磨、超精磨W20～W0.5—超精磨、镜面磨114普通磨料根据使用要求，通常采用筛分法和水洗法制成各种粒度规格的磨粒和微粉。国家标准GB/T2481.1~2481.2-1998规定，磨料粒度按颗粒尺寸大小分为37个粒度号。粒度号F4～F220称为粗磨粒，粒度号F230~F1200称为微粉。115—起粘结磨粒的作用分为：③结合剂陶瓷结合剂树脂结合剂橡胶结合剂金属结合剂—耐酸碱、强度较高、较脆各种砂轮—不耐酸碱、强度高、有弹性切断砂轮、高速砂轮等—金刚石砂轮116—磨粒从砂轮表面脱落的难易程度取决于磨粒与粘合剂的粘结强度④硬度砂轮硬度高，磨粒不易脱落硬度低，磨粒易脱落磨未淬硬钢L～N磨淬硬钢H～K磨硬质合金H～J精密磨K～L超软软中软中中硬硬超硬DEFGHJKLMNPQRSTY117—磨料、结合剂、气孔三者之间的比例关系磨料所占比例越大，组织越紧密，气孔少反之，组织疏松，气孔多⑤组织组织号：0～14组织号大，磨料所占体积小，砂轮疏松常用：4～7118图3.1.6砂轮的组织119表1.8常用砂轮的形状及用途120PSA400×100×127A60L5B35PSA—砂轮形状：双面凹砂轮砂轮特性代号实例：400—尺寸外径：400mm100—厚度：100mm127—内径：127mmA—磨料：棕刚玉60—粒度：60#L—硬度：中软5—组织号：5号（中等）B—结合剂：树脂（B）35—最高线速度：35m/s121机械制造技术基础第2章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess1.2.6

工件材料可加工性MachiningabilityforWorkpieceMaterial122一、材料切削加工性概念和指标

工件材料的切削加工性是指材料在一定条件下被切削加工成合格零件的难易程度。材料切削加工性的概念考虑生产率和耐用度的表示方法

1）一定生产率条件下，加工这种材料时刀具耐用度；

2）一定刀具耐用度前提下，加工这种材料所允许的切削速度；

3）相同的切削条件下，刀具达到磨钝标准时所能切除工件材料的体积。考虑已加工表面质量的表示方法考虑切削力或切削功率的表示方法考虑是否易于断屑的表示方法材料切削加工性的不同表示方法123材料切削加工性的概念材料切削加工性指标通常用vT表示，vT是指耐用度为T秒（或分）时，切削某种材料所允许的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。通常取T＝3600秒（60分），vT写作v3600（v60）；对于一些特别难加工的材料，也可取T＝1800秒（30分），vT写作v1800（v30）。如果以45钢的v3600（v60）作为基准，写作（v3600）j

；而把其它各种材料的v3600（v60）同它相比，这个比值Kr称为材料的相对加工性。即：（2-10）一、材料切削加工性概念和指标

124加工性等级表2-12材料相对加工性等级材料名称及种类相对加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金属＞3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自动机钢，σb＝0.393～0.491GPa3较易切削钢1.6～2.5正火30钢，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般钢、铸铁1.0～1.645钢，灰铸铁5稍难切削材料0.65～1.02Crl3，调质σb＝0.834GPa85，钢σb＝0.883GPa6难加工材料较难切削材料0.5～0.6545Cr，调质σb＝1.03GPa65Mn，调质σb＝0.932～0.9817难切削材料0.15～0.550CrV,调质；1Crl8Ni9Ti,钛合金8很难切削材料＜0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金一、材料切削加工性概念和指标

125二、材料性能对切削加工性影响

材料力学性能对切削加工性的影响◆工件材料硬度的影响1）工件材料常温硬度对切削加工性影响：工件材料硬度越高，切削力越大，切削温度越高，刀具磨损越快。2）工件材料高温硬度的影响：工件材料高温硬度越高，加工性越差。这是因为切削温度对切削过程的有利影响（软化）对高温硬度高的材料不起作用。3）金属材料中硬质点对加工性的影响：金属中硬质点越多，形状越尖锐、分布越广，则材料的加工性越差。4）材料的加工硬化对切削加工性的影响：加工硬化性越严重，切削加工性越差。126二、材料性能对切削加工性影响

强度越高的材料，产生的切削力越大，切削时消耗的功率越多，切削温度亦越高，刀具容易磨损。因此，在一般情况下，加工性随工件材料强度提高而降低。◆

工件材料强度的影响◆工件材料塑性的影响材料塑性大，切削加工性差：①切削力大；②刀具容易产生粘结和扩散磨损；③低速切削时易出现刀瘤与鳞刺；④断屑困难。但材料塑性太小时，切屑与前刀面的接触变得很短，切削力、切削热集中在切削刃附近，使刀具磨损严重，故切削性也差。127◆工件材料韧性的影响韧性大的材料，切削加工性较差：在断裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且断屑困难。◆工件材料弹性模量的影响材料的弹性模量E是衡量材料刚度（抵抗弹性变形的性能）的指标，E值越大，材料刚度越大，切削加工性越差。★材料的切削加工性是上述这些机械性能（硬度、强度、塑性、韧性、弹性模量等）综合影响的结果。100图3-47碳钢硬度与可切削性的关系0100200300400500255075可切削性布氏硬度（HB）二、材料性能对切削加工性影响

128材料物理化学性能对切削加工性的影响如镁合金易燃烧，钛合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削进行。◆工件材料导热系数的影响工件材料导热系数低，切削温度高，刀具易磨损，切削加工性差。金属材料导热系数大小顺序：纯金属、有色金属、碳结构钢、铸铁、低合金结构钢、合金结构钢、工具钢、耐热钢、不锈钢。◆工件材料物理化学反应的影响二、材料性能对切削加工性影响

129三