第二章 第一节-刀具的结构.ppt

1、第二章 金属切削原理与刀具,内容提要,刀具的结构 刀具材料 金属切削过程及物理现象 切削力与切削功率 切削热和切削温度 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择及工件材料加工性 高速切削及刀具,第一节 刀具的结构,刀具的结构 刀具材料 金属切削过程及物理现象 切削力与切削功率 切削热和切削温度 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择及工件材料加工性 高速切削及刀具,第一节 刀具的结构,切削运动： 金属切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层(加工余量)，以获得具有一定的尺寸、形状、位置精度和表面质量的机械加工方法。 刀具的切削作用是通过刀具相对工件之间的相互作用和相对运动来实现的。刀具与工件间的相对

2、运动称为切削运动。 切削运动可分解为主运动和进给运动。,一.切削运动与切削要素,第一节 刀具的结构,主运动与进给运动 a)主运动是切下切屑所需的最基本的运动。在切削运动中,主运动的速度最高、消耗的功率最大，主运动只有一个。 b)进给运动是多余材料不断被投入切削,从而加工出完整表面所需的运动。进给运动可以有一个或几个。,第一节 刀具的结构,切削运动及其方向用切削运动的速度矢量来表示。如右图所示，用车刀 进行普通外圆车削 时的切削运动，图中 主运动切削速度 v、进给速度vf 和切削运动速度 ve之间的关系为： ve=v+ vf,切削运动的方向,第一节 刀具的结构,切削要素 1.切削过程的三个表面：

3、 已加工表面； 过渡表面； 待加工表面。,第一节 刀具的结构,切削用量是切削时各运动参数的合称，包括以下三要素，它们是调整机床运动的依据。,2.切削用量,切削速度； 进给量； 背吃刀量。,第一节 刀具的结构,切削速度v:在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向的相对位移；,切削速度的计算：,主运动为旋转运动，计算 公式为：,dw工件待加工表面或刀具 的最大直径 n工件或刀具每分钟转数,第一节 刀具的结构,主运动为往复直线运动（如刨削），计算公式为：,L往复直线运动的行程长度 nr主运动每分钟的往复次数,第一节 刀具的结构,进给量f:,在主运动每转一转或每一行程时(或单位时间内)，刀具与工件之间沿进

4、给运动方向的相对位移；,第一节 刀具的结构,进给量的计算,进给运动速度还可以用进给速度vf（单位是mm/s）或每齿进给量fz(用于铣刀，铰刀等多刃刀具，单位为mm/齿)表示。,n主运动的转速， z刀具齿数。,第一节 刀具的结构,背吃刀量ap：,待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。,第一节 刀具的结构,背吃刀量的计算,dw，dm分别为待加工表 面和已加工表面的直径。,第一节 刀具的结构,3.切削层几何参数,切削层: 工件上正被切削刃切削的一层金属，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属； 切削层的大小反映了切削刃所受载荷的大小，直接影响到加工质量、生产率和刀具的磨损等。,第一节 刀具的结构,切削层

5、参数共有三个，它们通常都在垂直于切削速度v的平面内度量。,切削宽度； 切削厚度； 切削面积。,第一节 刀具的结构,切削宽度：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。,车削外圆时切削宽度：,第一节 刀具的结构,切削厚度：两相邻加工表面间的垂直距离。,车外圆时，切削厚度：,第一节 刀具的结构,切削面积：切削层垂直与切削速度截面内的面积。,车外圆时：,第一节 刀具的结构,刀具切削部分的组成 前面（前刀面):刀具上与切屑接触并相互作用的表面。 主后面（主后刀面):刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面。,二.刀具角度,第一节 刀具的结构,副后面（副后刀面):刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。 主切

6、削刃:前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。,第一节 刀具的结构,副切削刃:前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。 刀尖:连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧。,第一节 刀具的结构,其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车 刀的演变和组合。,其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。如上图所示，刨刀切削部分的形状与车刀相同(图a);,第一节 刀具的结构,钻头可看作是两把一正一反并在一起同时车削孔壁的车刀，因而有两个主切削刃，两个副切削刃，还增加了一个横刃(图b)； 铣刀可看作由多把车刀组合而成的复合

7、刀具，其每一个刀齿相当于一把车刀(图c)。,第一节 刀具的结构,刀具的参考平面 要确定和测量刀具角度，必须引入三个相互垂直的参考平面：,第一节 刀具的结构,切削平面：通过主切削刃上某一点并与工件加工表面相切的平面。,第一节 刀具的结构,正交平面:通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。,第一节 刀具的结构,前角 ：在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角，前角表示前刀面的倾斜程度，有正负之分； 后角 ：在正 交平面内测 量的主后刀面与 切削平面之间的 夹角，后角表示主 后刀面的倾斜程度；,刀具的标注角度,第一节 刀具的结构,基面:通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向相垂

8、直的平面。,第一节 刀具的结构,主偏角 ：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角，主偏角一般为正值；,第一节 刀具的结构,副偏角：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角，副偏角一般为正值。,第一节 刀具的结构,刃倾角：在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的 夹角。,当主切削刃呈水平时， =0 ； 当刀尖为主切削刃上最低点时， 0 。,第一节 刀具的结构,刀具的工作角度 产生原因:在实际的切削加工中，切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。 定义:以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。 影响：刀

9、具安装位置对工作角 度的影响、进给运动对工作 角度的影响。,第一节 刀具的结构,刀具安装位置对工作角度的影响,当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，刀具的工作前角和工作后角的变化情况：,当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的变化情况：,进给运动对工作角度的影响：,刀尖安装得高于或低于工件轴线,当刀尖高于工件轴线时： 工作前角变大，工作后角减小。,刀尖安装得高于或低于工件轴线,当刀尖低于工件轴线时： 工作前角变小，工作后角变大。,车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直,当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起工作主偏角 和工作副偏角 的变化,为切削时刀杆纵向轴线

10、的偏转角,进给运动对工作角度的影响,车削时由于进给运动的存在， 使车外圆及车螺纹的加工表面 实际上是一个螺旋面 ； 车端面或切断时，加工表面 是阿基米德螺旋面。 实际的切削平面和基面都要 偏转一个附加的螺旋升角，使 车刀的工作前角增大，工作后 角减小。,车外圆及车螺纹,车端面或切断,进给运动对工作角度的影响,一般车削时，进给量比工件直径小很多，故螺旋升角很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计 在车端面、切断和车外圆进给量(或加工螺纹的导程)较大时，则应考虑螺旋升角的影响。,第一节 刀具的结构,刀具种类 1.刀具分类： 按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮

11、刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。 按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等; 按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等; 按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。,第一节 刀具的结构,2.常用刀具简介 车刀:可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。,第一节 刀具的结构,a)直头外圆车刀 b)弯头外圆车刀 c)弯头外圆车刀 d)端面车刀 e)内孔车刀 f)切断刀 g)宽刃光刀,第一节 刀具的结构,车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀； 整体车刀常用高速钢制造

12、； 焊接装配式及机夹式刀片常用硬质合金制造； 机械夹固刀片的车刀又分为机夹车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀。,外圆刀具,内孔车刀,刀片的角度,刀片类型的选择,刀片可分为正型和负型两种基本类型。正型刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片 。,第一节 刀具的结构,孔加工刀具：一般可分为两大类: 一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等; 另一类是对工件上己有孔进行再加工用的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。,第一节 刀具的

13、结构,工作部分(刀体)的前端为切削部分，承担主要的切削工作，后端为导向部分， 起引导钻头的作用，也是切 削部分的后备部分。,麻花钻是应用最广的孔加工刀具，特别适合于30mm以下的孔的粗加工，有时也可用于扩孔。,工作部分有两个对称的刃 瓣 、两条对称的螺旋槽;导 向部分磨有两条棱边。,第一节 刀具的结构,标准麻花钻存在切削刃长、前角变化大、螺旋槽排屑不畅、横刃部分切削条件很差等结构问题，生产中为了提高钻孔的精度和效率，常将标准麻花钻按特定方式刃磨成 “群钻” 使用。,群钻的基本特征为：“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”。,第一节 刀具的结构,中心钻用于加工轴类工件

14、的中心孔。钻孔时，先打中心孔，也有利于钻头的导向，可防止孔的偏斜。,第一节 刀具的结构,深孔钻是专门用于钻削深孔的钻头。为解决深孔加工中的断屑、排屑、冷却润滑和导向等问题，人们先后开发了外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻和套料钻等多种深孔钻。,第一节 刀具的结构,扩孔钻常用作铰或磨前的预加工以及毛坯孔的扩大，扩孔效率和精度均比麻花钻高。,第一节 刀具的结构,铰刀是精加工刀具，加工精度可达IT6IT7。,第一节 刀具的结构,镗刀多用于箱体孔的粗、精加工，一般分为单刃镗刀和多刃镗刀两大类。,第一节 刀具的结构,铣刀：铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具。铣削的生产率一般较高，加工表面粗糙度值较大。,第

15、一节 刀具的结构,加工平面用的，如圆柱平面铣刀、端铣刀 (面铣刀)；,第一节 刀具的结构,加工沟槽用的，如立铣刀、两面刃或三面刃铣刀、锯片铣刀、T形槽铣刀和角度铣刀；,第一节 刀具的结构,加工成形表面用的，如凸半圆和凹半圆铣刀和加工其它复杂成形表面用的铣刀。,第一节 刀具的结构,第一节 刀具的结构,拉刀：拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具，广泛应用于大批量生产中，可加工各种内、外表面。,第一节 刀具的结构,可拉削加工的各种内外表面举例,a)圆孔 b)三角形孔 c)方孔 d)键槽 e)花键孔 f)内齿轮 g)平面 h)榫槽 I)燕尾槽,第一节 刀具的结构,螺纹刀具：螺纹可用切削法和滚压法进行加工。螺纹加工可在车床上车削完成(外螺纹) 也可用手动或在钻床上用丝锥进行加工 （内螺纹）；,第一节 刀具的结构,常用切削法加工螺纹所用的螺纹刀具。,a)平体螺纹梳刀 b)棱体螺纹梳刀 c)圆体螺纹梳刀 d)板牙 e）丝锥,第一节 刀具的结构,齿轮刀具：齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具,按刀具的工作原理，齿轮刀具分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具。,第一节 刀具的结构,常用的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀 和指形齿轮铣刀等。,第一节 刀具的结构,常用的展成齿轮刀具有插齿刀、滚刀和剃齿刀。,插齿刀,滚刀,盘形