第二节 刀具教材

第1章机械加工工艺装备机床刀具夹具1.2.1

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

常用刀具种类及选用1.2.5

数控刀具1.2.6

砂轮1.2刀具刀具—利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层，以获得具有一定加工精度和表面质量的机械零件的加工方法。—机械加工工艺装备之一金属切削加工

刀具对刀具的基本要求—应具有适当的几何参数即切削角度；—刀具材料对工件具有一定的切削能力。各种各样的刀具1.2.1金属切削加工的基本概念●切削运动—刀具与工件间的相对运动1.主运动—速度最高、消耗机床功率最多的运动2.进给运动—金属层不断投入切削的运动3.合成运动—主运动、进给运动合成的运动4.加工表面—待加工表面、过渡表面、已加工表面1.2.1金属切削加工的基本概念●切削参数◆切削用量1.切削速度

vc—切削刃上点在主运动方向的瞬时速度2.进给量

f—每转刀具相对工件的位移量进给速度vf3.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1.2.1金属切削加工的基本概念●切削参数◆切削用量◆切削层参数1.切削层公称厚度

hD—垂直于过渡表面测量的切削层尺寸hD﹦fsinκr2.切削层公称宽度

bD—沿过渡表面测量的切削层尺寸bD﹦ap/sinκr3.切削层公称横截面积

AD—切削层横截面积AD﹦hDbD﹦apf1.2.2刀具材料●刀具材料应具备的性能①足够的硬度和耐磨性②足够的强度和韧性③足够的热硬性④良好的工艺性⑤经济性1.2.2刀具材料●常用刀具材料◆碳素工具钢

◆合金工具钢

◆高速钢

◆硬质合金◆其它刀具材料＞手工工具和切削速度较低的刀具1.2.2刀具材料●高速钢①普通高速钢：

W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V等②高性能高速钢

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W6Mo5Cr4V2Al）③表面涂层高速钢氮化钛（TiN）碳化钛（TiC）1.2.2刀具材料●硬质合金①钨钴类硬质合金K类（YG）—切削铸铁等脆性材料和有色金属及其合金

精加工—K01，半精加工—K10、K20，粗加工—K30精加工—YG3，半精加工—YG6，粗加工—YG81.2.2刀具材料●硬质合金①钨钴类硬质合金K类（YG）②钨钛钴类硬质合金P类（YT）—切削塑性金属材料精加工—P01，半精加工—P10、P20，粗加工—P30精加工—YT30，半精加工—YT15，粗加工—YT51.2.2刀具材料●硬质合金①钨钴类硬质合金K类（YG）②钨钛钴类硬质合金P类（YT）③添加稀有金属碳化物的硬质合金K类、M类（YA、YW）—切削难加工材料1.2.2刀具材料●硬质合金①钨钴类硬质合金K类（YG）②钨钛钴类硬质合金P类（YT）③添加稀有金属碳化物的硬质合金K类、M类（YA、YW）④镍钼钛类硬质合金P类（YN）—切削碳钢、合金钢等（精加工）1.2.2刀具材料●硬质合金①钨钴类硬质合金（YG）②钨钛钴类硬质合金（YT）③添加稀有金属碳化物的硬质合金（YA、YW）④镍钼钛类硬质合金（YN）⑤复合材料表面涂层硬质合金刀具TiC、TiN、A12O3等1.2.2刀具材料●其它刀具材料

①陶瓷—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。1.2.2刀具材料●其它刀具材料

①陶瓷②金刚石—自然界最硬的材料。耐磨性极好，价格昂贵，用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件。人造金刚石—有色金属及非金属材料的超精加工、磨料，不宜加工含碳的黑色金属1.2.2刀具材料●其它刀具材料

①陶瓷②金刚石③立方氮化硼（CBN）—六方氮化硼（白石墨）高温高压下转化而成。硬度与耐磨性仅次于金刚石，一般用于高硬度、难加工材料的精加工。1.2.3刀具几何角度●车刀的组成

①前刀面Aγ—切屑流出经过的刀具表面②后刀面Aα—与工件过渡表面相对的刀具表面③副后面A’α—与工件已加工表面相对的刀具表面④主切削刃s—前刀面与后刀面的交线⑤副切削刃s'—前刀面与副后面的交线⑥刀尖—主切削刃与副切削刃汇交处1.2.3刀具几何角度●车刀的标注角度参考系

—用于定义和规定刀具角度的基准坐标平面静止参考系工作参考系

—定义刀具标注角度—定义刀具工作角度假设条件：①不考虑进给运动的影响，即f=0②车刀底面水平放置，刀柄与进给方向垂直；刀尖与工件回转中心等高。

1.2.3刀具几何角度●正交平面参考系①基面Pr

—过主切削刃一点，垂直该点切削速度方向的平面②切削平面Ps—过主切削刃一点，与主切削刃相切并垂直该点基面的平面③正交平面PO—过主切削刃一点，垂直基面与切削平面的平面1.2.3刀具几何角度●正交平面参考系标注角度◆在正交平面内：①前角γo—指前刀面与基面之间的夹角②后角αo—后刀面与切削平面之间的夹角◆在基面内：③主偏角κr—主切削刃与进给方向之间的夹角④副偏角κr—副切削刃与进给反方向之间的夹角◆在切削平面内：⑤刃倾角λs—主切削刃与基面之间的夹角◆在副正交平面内：⑥副后角αo′—副后刀面与副切削平面之间的夹角1.2.3刀具几何角度●前角、后角、刃倾角的角度◆前角：前面与基面平行时前角为零刀尖位于前刀面最高点时，前角为正刀尖位于前刀面最低点时，前角为负◆后角：后面与切削平面重合时后角为零刀尖位于后刀面最前点时，后角为正刀尖位于后刀面最后点时，后角为负◆刃倾角：切削刃与基面平行时，刃倾角为零刀尖位于刀刃最高点时，刃倾角为正刀尖位于刀刃最低点时，刃倾角为负刃倾角的角度1.2.3刀具几何角度●刀具的工作角度◆刀刃安装高度的影响1.2.3刀具几何角度●刀具的工作角度◆刀柄安装偏斜的影响1.2.3刀具几何角度●刀具的工作角度◆横向进给的影响

1.2.3刀具几何角度●刀具的工作角度◆纵向进给的影响

1.2.4刀具种类及选用●车刀按用途分：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1.2.4刀具种类及选用●车刀◆可转位车刀①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1.2.4刀具种类及选用●车刀◆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1.2.4刀具种类及选用●孔加工刀具◆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—引导钻头为提高钻孔的精度和效率——

修磨成“群钻”〈三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃开屑槽，横刃磨得低窄尖。1.2.4刀具种类及选用●孔加工刀具◆扩孔钻

—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1.2.4刀具种类及选用●孔加工刀具◆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1.2.4刀具种类及选用●孔加工刀具◆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。1.2.4刀具种类及选用●孔加工刀具◆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1.2.4刀具种类及选用●孔加工刀具◆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1.2.4刀具种类及选用●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：1.2.4刀具种类及选用●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1.2.4刀具种类及选用●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1.2.4刀具种类及选用●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1.2.5数控刀具●数控刀具要求具备普通机床用刀具应有的性能1）刀具有高的可靠性和寿命2）切削性能好，适应高速要求3）保证可靠地断屑、卷屑和排屑4）快速换刀或自动换刀5）迅速、精确地调整刀具6）具有可靠地刀具工作状态监控系统7）有刀具管理系统1.2.5数控刀具的工具系统数控镗铣类工具系统数控车削工具系统表1.7砂轮特性、代号和适用范围1.2.6砂轮—即砂粒，是构成砂轮的主要成分分为：①磨料氧化物系碳化物系超硬材料棕刚玉白刚玉—钢—高速钢黑碳化硅绿碳化硅—铸铁—硬质合金人造金刚石立方氮化硼—高硬材料—难加工材料1.2.6砂轮—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1.2.6砂轮—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—不耐酸碱、强度高、弹性好薄片砂轮、抛光砂轮等—金刚石砂轮1.2.6砂轮—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DEFGHJKLMNPQRSTY1.2.6砂轮—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：4～7表1.8常用砂轮的形状及用途几种常用砂轮碟形砂轮高速外圆磨砂轮筒形砂轮、砂瓦平形砂轮特殊砂轮磨头1.2.6砂轮PSA400×100×127A60L5B35PSA—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/s图1.19切削运动与加工表面

图1.20切削用量和切削层参数表1.5常用高速钢的化学成分、性能和用途表1.6常用硬质合金的牌号、性能及使用范围图1.21车刀切削部分的构成车刀的结构焊接式车刀整体式车刀机夹式车刀图1.22正交平面参考系正交平面参考系图1.23正交平面参考系标注角度几种常见车刀螺纹车刀直头外圆车刀弯头外圆车刀90°外圆车刀宽刃外圆车刀内孔车刀端面车刀切断车刀图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.刀杆图1.32成形车刀类型a）平体b）棱体c）圆体图（麻花钻）图1.33麻花钻的组成图1.34基本型群钻1、1′外刃后刀面2、2′月牙槽

3、3′内刃前刀面4、4′分屑槽图1.35扩孔钻a)高速钢整体式b)硬质合金镶齿套式图1.36锪钻及加工示意图a)带导柱平底锪钻b)锥面锪钻c)端面锪钻图1.37