机械制造基础第二版第2章z金属切削机床与刀具

第二章金属切削机床与刀具本章要点零件外表成形方法切削运动和切削要素金属切削机床分类刀具的类型和几何参数机床的传动原理和系统机械制造根底第2章

金属切削机床与刀具2.1机械零件外表成形过程2.1.1零件外表的成形方法

零件的外表通常是几种根本形状的外表：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面或是几种根本形状外表的组合。机械零件根本形状的外表都可以看成是一条线〔母线〕，沿着另一条线〔导线〕运动的轨迹。2.1.1零件外表的成形方法1.轨迹法母线和导线都是由刀具的切削刃端点〔刀尖〕相对于工件的运动轨迹。刀尖的运动轨迹和工件的回转运动结合，形成了回转成形面所需的母线和导线。2.1.1零件外表的成形方法

2.成形法刀具的切削刃就是被加工外表的母线，导线是刀具切削刃相对于工件的运动形成的。刨刀切削刃的形状就是被加工外表的母线，刨刀的直线运动形成导线。2.1.1零件外表的成形方法

3.展成法在对齿形外表进行加工时，利用刀具和工件作展成运动形成发生线的方法。切削刃各瞬时位置的包络线是齿形外表的母线，导线是由刀具沿齿长方向的运动形成。2.1.1零件外表的成形方法

4.相切法它是利用刀具切削刃的旋转运动和刀具与工件的相对运动而形成发生线的方法。刀具的切削刃与工件相切形成母线，刀具和工件的相对运动形成导线。2.1.2外表成形运动从几何的角度来分析，为保证得到工件外表形状所需的运动，称为成形运动。外表成形运动按其外表形状和成形方法的不同，可分为两种类型1.简单成形运动

一个独立的成形运动是由单独的旋转运动或直线运动构成的，这个成形运动称为简单成形运动。2.1.2外表成形运动

2.复合成形运动一个独立的成形运动是由两个或两个以上的旋转运动或〔和〕直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成的，这个成形运动称为复合成形运动。2.1.3切削运动和切削要素

1〕主运动——对切削起主要作用的工作运动，消耗机床的主要功率。机床主运动只有1个。◆主要形式：①工件或刀具作回转运动，用转速〔r/mim〕表示；②工件或刀具作直线运动，用速度〔m/min〕或行程次数〔dst/min〕表示；③复合运动2〕进给运动——使工件不断投入切削的运动。机床的进给运动可以有一个或几个。◆两种形式：连续进给和间歇进给。◆表示方法：mm/min，mm/r，mm/dst机床成形运动2.1.3切削运动和切削要素

1〕切入〔吃刀〕运动2〕空行程运动〔趋进、退刀、返回、调位…〕3〕其他〔分度、转位、变速、换刀、测量、补偿…〕辅助运动2.1.3切削运动和切削要素

典型表面加工方法◆主运动和进给运动是实现切削加工的根本运动，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。

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2.1.3切削运动和切削要素表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2.1.3切削运动和切削要素主运动进给运动表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T2.1.3切削运动和切削要素车螺纹板牙主运动进给运动表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RR2.1.3切削运动和切削要素主运动进给运动表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2.1.3切削运动和切削要素2.1.3切削运动和切削要素

〔1〕已加工外表是指经切削形成的新外表。它随着切削运动的进行而逐渐扩大。〔2〕待加工外表是指即将被切除的外表。他随着切削运动的进行而逐渐缩小，直至全部切除。〔3〕过渡外表是指正在切削着的外表。■切削过程中的表面2.1.3切削运动和切削要素切削速度vc假设主运动为往复运动时，其平均速度为：

式中n——主运动转速〔r/s〕；d——刀具或工件的最大直径〔mm〕。式中nr——主运动每秒钟往复次数〔str/s〕；l——往复运动行程长度〔mm〕。

进给量：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。背吃刀量：主刀刃与工件切削外表接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。3、切削用量2.1.3切削运动和切削要素切削厚度

（2-4）切削宽度

（2-5）图2-7切削层截面bDhD=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）4、切削层参数2-2金属切削机床

第二章金属切削机床与刀具第二节金属切削机床2-2金属切削机床

1〕动力源：为机床提供动力〔功率〕和运动的驱动局部2〕传动系统：包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件3〕支撑件：用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等4〕工作部件：包括2、机床的组成①与主运动和进给运动的有关执行部件，如主轴及主轴箱、工作台及其溜板、滑枕等安装工件或刀具的部件；②与工件和刀具有关的部件或装置，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等；③与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。2-2金属切削机床5〕控制系统：控制系统用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床那么是数控系统。6〕冷却系统7〕润滑系统机床的组成8〕其他装置：如排屑装置，自动测量装置2-2金属切削机床3、机床的分类

按机床的加工性质和所用刀具来分类，分成为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。每一类机床，又可按其结构、性能和工艺特点的不同细分为假设干组。同类型机床按通用性程度分为：通用机床〔或称万能机床〕、专门化机床和专用机床三类机床还可以按自动化程度分为：手动、机动、半自动和自动机床。机床还可以按质量和尺寸分为；仪表机床、中型机床、大型机床〔质量达10t〕、重型机床〔质量达30t以上〕和超重型机床〔质量在100t以上〕。图2-35卧式车床的基本结构及运动1—主轴箱2—夹盘3—刀架4—后顶尖5—尾座6—床身7—光杠8—丝杠9—溜板箱10—底座11—进给箱XZn

◆普通车床2-2金属切削机床

◆万能卧式升降台铣床nXY2-2金属切削机床图2-36万能卧式升降台铣床1—底座2—床身3—悬梁4—主轴5—支架6—工作台7—回转盘8—床鞍9—升降台图2-37立式钻床1—工作台2—主轴3—主轴箱4—立柱5—底座图2-38摇臂钻床1—底座2—工作台3—立柱4—摇臂5—主轴箱和进给箱6—主轴nnff

◆立式钻床与摇臂钻床2-2金属切削机床图2-39卧式镗床1—床身2—下滑座3—工作台4—主轴箱5—前立柱6—主轴7—后立柱8—后支撑XZfn◆卧式镗床2-2金属切削机床

◆普通外圆磨床图2-40普通外圆磨床1—床身2—床头箱3—砂轮4—砂轮主轴箱5—尾座6—导轨7—工件8—工作台fLfRnGnW2-2金属切削机床

◆立式加工中心2-2金属切削机床nXYZ图2-41立式加工中心1—床身2—滑座3—工作台4—立柱5—数控柜6—机械手7—刀库8—主轴箱9—驱动电柜10—操纵面板2-2金属切削机床

注：1）有“□”符号者，为大写的汉语拼音字母；2）有“△”符号者，为阿拉伯数字；3）有“（）”的代号或数字，当无内容时则不表示，有内容时应去掉括号分类代号类别代号通用特性和结构特性代号组别代号型别代号主参数或设计顺序号主轴数（用“·”分开）重大改进序号同一型号机床的变型代号(用“／”分开)最大跨距、最大工件长度、工作台长度等第二参数(用“×”分开)(△)

□

(□)

△

△

△△

(·△)

(□)

(／△)

(×△)4、机床型号的编制

2-2金属切削机床类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其〔1〕机床的类别代号机床的类别代号用大写汉语拼音表示。例如：“车床〞的汉语拼音是“chechuang〞，所以用“C〞表示，读作“车〞。当需要时，每一类可分为假设干个分类，其表示方法是在类别代号前用阿拉伯数字表示

2-2金属切削机床〔2〕机床的特征代号机床的特征代号表示机床具有的特殊性能，它包括通用特征和结构特征。1〕通用特征代号当某种机床除普通形式外，还有某种特征时应在类代号后用字母表示，表2－2所示为常用的通用特征代号。〔2〕结构特征代号无统一规定，也用字母表示通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心仿型轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换仿轻重简柔显速

2-2金属切削机床〔3〕机床组别代号和系别代号机床的组别和系别代号用两位数字表示，前位表示组别，后位表示系列。每类机床分为十个组，每组又分假设干个系，分别用0～9表示。表2－3所示为机床的类、组别划分

2-2金属切削机床〔3〕机床组别代号和系别代号机床的组别和系别代号用两位数字表示，前位表示组别，后位表示系列。每类机床分为十个组，每组又分假设干个系，分别用0～9表示。表2－3所示为机床的类、组别划分2-2金属切削机床表2-7常用机床主参数和第二主参数最大模数最大工件直径滚齿机工作台工作面长度工作台工作面宽度坐标镗床工作台工作面长度工作台工作面宽度矩台平面磨床最大磨削长度最大磨削直径外圆磨床主轴直径卧式镗床最大跨矩最大钻孔直径摇臂钻床工作台工作面长度工作台工作面宽度升降台铣床最大车削直径立式车床工件最大长度床身上工件最大回转直径普通车床第二主参数主参数机床名称〔5〕机床重大改进顺序号机床的重大改进序号用于表示机床性能和结构上的重大改进，以与原型区别，序号按A、B、C、…的字母顺序选用。2-2金属切削机床〔5〕机床的其他特征代号机床其他特征代号用于反映各类机床的特征，如数控机床控制系统的不同、同一型号机床的变形等，用字母或阿拉伯数字表示或二者相结合来表示。〔6〕企业代号企业代号包括机床的生产厂家或机床研究所代号，置于辅助局部尾部，用“－〞分开，如辅助局部只有企业代号，那么不加“－〞。例如中捷友谊厂生产的摇臂钻床Z3040×16/S2，型号中字母及数字的含义如下：Z3040×16/S2类别代号组代号系代号主参数第二主参数企业代号钻床摇臂摇臂最大钻孔直径40mm最大跨距1600mm中捷友谊厂2-2金属切削机床5、机床精度的概念机床本身的精度直接影响到零件的加工精度。因此，机床的精度必须满足加工的要求。〔1〕机床的精度包括几何精度、传动精度和位置精度。①几何精度包括：床身导轨的直线度、工作台台面的平面度等。②传动精度是指机床内联系传动链两端件之间运动关系的准确性③位置精度是机床运动部件，如工作台、刀架和主轴箱等。〔2〕机床的精度有静态精度和动态精度之分。①静态精度是在无切削载荷以及机床不运动或运动速成度很低的情况下检测的。静态精度国家标准的内容包括：精度检验工程、检验方法和允许的误差范围。动态精度是机床在载荷、温升、振动等作用下的精度。②动态精度除了与静态精度密切有关外，很大程序上决定于机床的刚度、抗振性和热稳定性等。2-2.2机床传动原理为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备以下三个根本局部：〔1〕执行件执行机床运动的部件。如主轴、刀架、工作台等，其任务就是装夹刀具和工件，直接带动它们完成运动形式的运动和保持准确的运动轨迹。〔2〕运动源为执行件提供和动力的装置。如交流异步电动机、伺服电动机、步进电动机等。〔3〕传动装置传递运动和动力的装置。通过它可以把运动源的运动和动力传给执行件，使之获得运动的速度和方向的运动；也可把两个执行件联系起来，使二者保持某种确定的运动关系。机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式，本书主要讲述机械传动装置，它应用带、齿轮、齿条、丝杠螺母、滚珠丝杠等传动实现运动联系。2-2金属切削机床传动链——使运动源和执行件以及两个有关的执行件保持运动联系的一系列顺序排列的传动件。外联系传动链——联系运动源和执行件的传动链。内联系传动链——联系两个执行件之间的传动链。通常传动链中包含两类传动机构：一类是定比传动机构，其传动比和传动方向固定不变，如定比齿轮副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副、滚珠丝杠等；另一类是换置机构，可根据加工要求变换传动比和传动方向，如滑移齿轮变速机构、挂轮变换机构、离合器换向机构等。2-2金属切削机床为了便于研究机床传动系统的联系，常用一些简明的符号把传动原理和传动路线表示出来，这就是传动原理图。如图2－4所示，其中点划线代表传动链中所有的定比传动机构，棱形块代表所有的换置机构。2-2.3机床传动系统机床的传动系统它是由实现成形运动和辅助运动的各传动链组成。通常由传动系统图表达，如图2－5所示为万能升降台铣床XA6132的外形图，图2－6所示为万能升降台铣床XA6132的传动系统图。它是表示机床全部运动关系的示意图。图中各传动元件用简单的规定符号表示〔符号见国家标准GB4460－84机械制图－机构运动简图符号〕，并标注齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电动机功率和转速等。图中各传动元件按照运动传递的先后顺序，以展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床外形轮廓中。2-2.3机床传动系统2-2.3机床传动系统主运动传动链进给运动传动链快速空程传动链2-2.4机床运动计算机床的运动计算通常有两种情况：据传动系统图提供的有关数据，确定某执行件的运动速度或位移量例1根据图2－6所示的传动系统，计算工作台纵向进给速度。⑴确定传动链的两端件：进给电动机——工作台。⑵根据两端件的运动关系，确定它们的计算位移：电动机1410r/min——工作台纵向移动速度uf纵向〔单位为mm/min〕。⑶根据计算位移经及传动路线中各传动副的传动比，列运动平衡式：⑷计算进给速度：将uⅦ-Ⅷ、uⅧ-Ⅸ、uⅨ-Ⅹ不同传动比代入运动平衡式，便可计算出工作台的各级纵向进给速度。2-2.4机床运动计算据执行件所需的运动速度、位移量，或者有关执行件之间所需保持的运动关系确定相应传动链中换置机构〔通常是挂轮变速机构〕的传动比，以便进行必要的调整例2根据图2－7所示螺纹机构传动链，确定挂轮变速机构的转换公式。⑴确定传动链两端件：主轴——刀架；⑵计算位移：主轴转1转——刀架移动L〔L是工件螺纹的导程，单位为mm〕；⑶运动平衡式：(P＝12mm传动螺母导程)2-2.4机床运动计算⑷整理换置公式，确定配换齿轮齿数：将工件螺纹导程L(假设L=9mm)代入运动平衡式，得出换置公式确定配换齿轮a、b、c、d的齿数有两种：假设ux是无理数时可查有关资料取近似值〔误差必须在允许的范围内〕。假设传动比ux是有理数且分解因子不大可用因式分解法。此例，即a＝45、b＝30、c＝60、d＝80。〔为了保证齿轮的齿顶不至于碰到轴，必须满足c+15<a+b；b+15<c+d，配换齿轮的齿数一般从20～120间隔为5选择不同的齿数〕；2-2.5数控机床概述数控机床的定义

常见的有数控车床、数控钻床、数控镗床、数控铣床、数控磨床、数控加工中心等。数控机床工作时，首先要将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息数字化，按规定的代码和格式编成加工程序，然后把加工程序输入机床数控装置，数控系统把程序进行译码、运算后向机床的各个坐标的伺服装置和辅助控制装置发出指令驱动机床运动部件、并控制所需要的辅助动作，完成零件的加工。2-2.5数控机床概述数控机床的组成及分类

数控机床的根本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服电机、辅助控制装置、反响装置和机床本体。数控机床一般按以下几种方法分类〔1〕按工艺用途分1〕普通数控机床在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床，自动化程度还不够完善，工艺可能性和通用机床相似，刀具更换、零件装夹仍需人工完成。2〕数控加工中心机床加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称多工序数控机床，简称加工中心。在一次装夹后，可进行多种工序加工，有效防止由于屡次安装造成的定位误差，并提高加工生产率。2-2.5数控机床概述〔2〕按运动轨迹分1〕点位控制数控机床这类机床的数控装置只能控制行程终点的坐标值，在移动过程中不能进行切削加工。2〕点位直线控制数控机床这类机床不仅要求具有准确的定位功能，还要求当机床的位移部件移动时，可沿平行于坐标轴的直线及与坐标轴成45的斜线进行加工。3〕轮廓控制数控机床这类机床的控制装置不仅能准确定位，而且还能够控制加工过程中每点的速度和位置，以得到形状复杂的零件轮廓。2-2.5数控机床概述〔3〕按伺服系统的控制方式分1〕开环控制数控机床机床没有检测反响装置，机床加工精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。2〕闭环控制数控机床增加了检测反响装置，在加工过程中随时检测机床位移部件的位置，以到达很高精度。3〕半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床对工作台实际不进行检查测量，而是测量伺服电机的转角，推算工作台实际位移量2-2.5数控机床概述数控机床的传动特点

〔1〕传动系统的各个运动局部一般均由各自独立的伺服电机独立驱动。每一运动的传动链实现了最短的传动路线，为提高传动精度提供了有利条件；〔2〕回转运动由伺服电机实现无级调速，直线运动由滚珠丝杠来实现；〔3〕机床中所有内联系传动链都由数控系统完成。2-2.5数控机床概述

数控机床的加工特点

第二章金属切削机床与刀具第三节刀具2-3.1刀具的类型金属切削刀具是完成切削加工的重要工具，它直接参与切削过程，从工件上切除多余的金属层。因为刀具变化灵活，作用显著，所以它是切削加工中影响生产率、加工质量和本钱的最活泼的因素。根据用途和加工方法不同，刀具有如下几大类1.切刀类包括车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀、自动机床和半自动机床用的切刀以及一些专用切刀。一般多为只有一条主切削刃的单刃刀具。2.孔加工刀具是在实体材料上加工出孔或对原有孔扩大孔径〔包括提高原有孔的精度和减小外表粗糙度值〕的一种刀具。如麻花钻、扩孔钻、锪孔钻、深孔钻、铰刀、镗刀等。2-3.1刀具的类型3.拉刀类在工件上拉削出各种内、外几何外表的刀具，生产率高，用于大批量生产，刀具本钱高。4.铣刀类是一种应用非常广泛的在圆柱或端面具有多齿、多刃的刀具，它可以用来加工平面、各种沟槽、螺旋外表和成形外表等。5.螺纹刀具指加工内、外螺纹外表用的刀具。常用的有丝锥、板牙、螺纹切头、螺纹液压工具以及螺纹车刀等。6.齿轮刀具用于加工齿轮、链轮、花键等齿形的一类刀具。如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。7.磨具类用于外表精加工和超精加工的刀具。如砂轮、砂带、抛光轮等。2-3.1刀具的类型8.组合刀具、自动线刀具是根据组合机床和自动线特殊要求设计的专用刀具，可以同时或依次工具假设干个外表。9.数控机床刀具刀具配置根据零件的工艺要求而定，有预调装置、快速换刀装置和尺寸补偿系统。10.特种加工刀具如水刀等。2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.1刀具的类型2-3.2刀具切削局部的几何参数金属切削刀具的种类很多，各种刀具的结构有的相差很大，但它们的切削局部的几何形状都大致相同，都是以普通外圆车刀切削局部的几何形态为根本形态，其他刀具的切削局部都是由外圆车刀的切削局部演变而来的。因此，我们在刀具切削局部根本定义时，是以普通外圆车刀为例进行分析研究的。1、刀具切削局部的组成普通外圆车刀的切削局部包括以下要素切削局部由3个刀面〔前刀面、主后刀面和副后刀面〕，2个刀刃〔主切削刃和副切削刃〕和1个刀尖组成。2-3.2刀具切削局部的几何参数2、刀具角度

为定量地表示刀具切削局部的几何形状，必须把刀具放在一个确定的参考系中，用一组确定的几何参数确切表达刀具外表和切削刃在空间的位置，该几何参数称为刀具角度。工作参考系，即规定刀具在切削加工时几何参数的参考系，它与刀具的安装情况、切削运动的大小和方向等因素有关。度量刀具角度的参考系分两类。静止参考系〔也称标注角度参考系〕，是用于定义刀具的设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，它不受刀具工作条件的影响，即只考虑主运动和进给运动的方向，不考虑进给运动的大小，刀具的安装定位基准与主运动方向平行或垂直；2-3.2刀具切削局部的几何参数刀具标注角度参考系（正交平面参考系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃正交平面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Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。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′0α0κrεrλsγ02-3.2刀具切削局部的几何参数刀具标注角度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°。Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工外表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。α02-3.2刀具切削局部的几何参数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，为保证加工的外表质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。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。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。2-3.2刀具切削局部的几何参数Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκrκr′AA向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工外表之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和外表粗糙度。2-3.2刀具切削局部的几何参数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，外表粗糙度降低。a）b）c）图2-51刃倾角对排屑方向的影响2-3.2刀具切削局部的几何参数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外表，λs常取正值或零。2-3.2刀具切削局部的几何参数标注角度参考系还有：法平面参考系及标注角度在刃倾角较大时，常用法平面内前、后角

n、

n代替正交平面前、后角

o、

o。所谓法平面Pn，它是通过主切削刃上的选定点，垂直于切削刃在该点的切线的平面。由Pn、Pr、PS组成法平面参考系，如图2－18a所示。标注角度除

n、

n外，其余标注角度与正交平面参考系相同背平面和假定工作平面参考系及标注角度在制造和刃磨刀具时，常需要知道刀具在背平面和假定工作平面的角度。假定工作平面Pf是通过切削刃上的选定点，垂直于基面Pr且平行于进给运动方向的平面；背平面PP是通过切削刃上的选定点垂直于基面Pr和假定工作平面的平面。由Pf、Pr、PP组成背平面和假定工作平面参考系2-3.2刀具切削局部的几何参数标注角度参考系还有：法平面参考系及标注角度在刃倾角较大时，常用法平面内前、后角

n、

n代替正交平面前、后角

o、

o。所谓法平面Pn，它是通过主切削刃上的选定点，垂直于切削刃在该点的切线的平面。由Pn、Pr、PS组成法平面参考系，如图2－18a所示。标注角度除

n、

n外，其余标注角度与正交平面参考系相同背平面和假定工作平面参考系及标注角度在制造和刃磨刀具时，常需要知道刀具在背平面和假定工作平面的角度。假定工作平面Pf是通过切削刃上的选定点，垂直于基面Pr且平行于进给运动方向的平面；背平面PP是通过切削刃上的选定点垂直于基面Pr和假定工作平面的平面。由Pf、Pr、PP组成背平面和假定工作平面参考系刀具工作角度参考系及工作角度

2-3.2刀具切削局部的几何参数在实际工作中，由于假定的工作条件发生了变化，使标注参考系中的各个坐标面和测量面的位置也发生了变化。因此，刀具在切削加工时的工作角度要在工作参考系中进行测量。工作参考系也分为正交平面工作参考系、法平面工作参考系以及工作平面和背平面工作参考系等。工作参考系中各坐标平面的定义与标注参考系方法一样，只要用合成切削速度

e方向的取代主运动

c的方向即可。它们是工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poe、工作法平面Pne、工作平面Pfe、工作背平面Ppe等相应的工作角度分别用kre、kre′

、

Se、

oe、

oe表示，它们是在切削过程中真正起作用的角度。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向（图2-53）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPes图2-53切断刀的工作角度fxα0（2-8）2.6.2刀具几何角度

（2-8a）

纵向（图2-54）

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

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe2-3.2刀具切削局部的几何参数◆刀具安装对工作角度的影响

2-3.2刀具切削局部的几何参数刀尖高于工件的中心线车削外圆时，工作基面Pre和Pr、工作切削平面Pse和Ps之间有夹角

p,这时在背平面Pp内工作的前、后角分别为：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＞γr

2.6.2刀具几何角度

如果刀尖低于工件中心，那么上述工作角度的变化正好相反。我们可以自己分析一下。◆刀具安装倾斜的影响

2-3.2刀具切削局部的几何参数式中G——刀具轴线的倾斜角度。对刀具切削部分材料的要求1〕高的硬度和耐磨性2〕足够的强度和韧性3〕较好的热硬性4〕良好导热性5)较好的抗粘接性6〕较好化学稳定性7)良好的工艺性经济性2-3.3刀具材料刀具材料种类很多，常用的有工具钢〔包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢〕、硬质合金、陶瓷、金刚石〔天然和人造〕和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。◆高速钢高速钢是一种参加了较多的钨、钼、铬、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〕。2-3.3刀具材料

常用刀具材料表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95W18Cr4V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

2-3.3刀具材料

◆硬质合金

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000〔HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2〕，密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和外表粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格廉价，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大局部场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具〔如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等〕上进行涂层，故具有广阔的开展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，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响。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。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。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。2-3.3刀具材料

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000〔HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2〕，密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和外表粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格廉价，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大局部场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具〔如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等〕上进行涂层，故具有广阔的开展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，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响。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。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。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2-3.3刀具材料

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000〔HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2〕，密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和外表粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格廉价，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大局部场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具〔如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等〕上进行涂层，故具有广阔的开展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，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响。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。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。◆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