第一章金屬切削原理與刀具

1、第第1 1章章 金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具 1.1 1.1 金屬切削原理金屬切削原理 1.1.1 1.1.1 切削運動切削運動 金屬切削加工是利用工件和刀具之間的硬度差以及相對金屬切削加工是利用工件和刀具之間的硬度差以及相對 （切削）運動，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金（切削）運動，用刀具上的切削刃切除工件上的多余金 屬層，從而獲得具有一定加工質(zhì)量零件的過程。屬層，從而獲得具有一定加工質(zhì)量零件的過程。 切削加工時切削加工時, ,為了獲得各種形狀的零件為了獲得各種形狀的零件, ,刀具與工件必須刀具與工件必須 具有一定的相對運動具有一定的相對運動, ,即切削運動，切削運動按其所起的即

2、切削運動，切削運動按其所起的 作用可分為主運動和進給運動作用可分為主運動和進給運動 。 1 1主運動主運動 主運動的特點是速度最高，消耗功率最大。主運動的特點是速度最高，消耗功率最大。 由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件之間產(chǎn)生由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件之間產(chǎn)生 主要的相對運動。主要的相對運動。 例：例： 車床車削時，主運動車床車削時，主運動 是工件的回轉(zhuǎn)運動是工件的回轉(zhuǎn)運動 牛頭刨床刨削時，主運動是牛頭刨床刨削時，主運動是 刀具的往復直線運動刀具的往復直線運動 2 2進給運動進給運動 v 車削外圓時，進給運動是刀具的縱向運動；車削外圓時，進給運動是刀具的縱向運動； v 車削端

3、面時，進給運動是刀具的橫向運動。車削端面時，進給運動是刀具的橫向運動。 v 牛頭刨床刨削時，進給運動是工作臺的移動。牛頭刨床刨削時，進給運動是工作臺的移動。 由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件間產(chǎn)生附加由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件間產(chǎn)生附加 的相對運動，進給運動將使被切金屬層不斷地投入切削，的相對運動，進給運動將使被切金屬層不斷地投入切削， 以加工出具有所需幾何特性的已加工表面。以加工出具有所需幾何特性的已加工表面。 小結(jié)：小結(jié)： v 主運動的運動形式可以是旋轉(zhuǎn)運動，也可以是直線運動；主運動的運動形式可以是旋轉(zhuǎn)運動，也可以是直線運動； v 主運動可以由工件完成，也可以由刀具完成；

4、主運動可以由工件完成，也可以由刀具完成； v 主運動和進給運動可以同時進行，也可以間歇進行；主運動和進給運動可以同時進行，也可以間歇進行； v 主運動通常只有一個，而進給運動的數(shù)目可以有一個或幾主運動通常只有一個，而進給運動的數(shù)目可以有一個或幾 個。個。 3.3.主運動和進給運動的合成主運動和進給運動的合成 當主運動和進給運動同時當主運動和進給運動同時 進行時，切削刃上某一點進行時，切削刃上某一點 相對于工件的運動為合成相對于工件的運動為合成 運動，常用合成速度向量運動，常用合成速度向量 veve來表示。來表示。 合成速度合成速度 4.4.其他運動其他運動 不直接參加切除多余材料，但卻是完成零

5、件表面不直接參加切除多余材料，但卻是完成零件表面 加工全過程必不可少的運動。例如，分度，控制加工全過程必不可少的運動。例如，分度，控制 切削刃切入工件表面深度的吃刀運動，重復走刀切削刃切入工件表面深度的吃刀運動，重復走刀 前的退刀運動，刨刀、插齒刀等回程時的讓刀運前的退刀運動，刨刀、插齒刀等回程時的讓刀運 動等。動等。 1.1.2 1.1.2 切削加工過程切削加工過程 切削加工過程中，在切削運動的作用下，工件表面一層切削加工過程中，在切削運動的作用下，工件表面一層 金屬不斷地被切下來變?yōu)榍行迹瑥亩庸こ鏊枰男陆饘俨粩嗟乇磺邢聛碜優(yōu)榍行?，從而加工出所需要的?的表面，三個表面始終處于不斷的變

6、動之中：的表面，三個表面始終處于不斷的變動之中： v 待加工表面待加工表面 即將被切去金屬層的表面；即將被切去金屬層的表面； v 切削表面切削表面 切削刃正在切削而形成的表面切削刃正在切削而形成的表面, , 切削表面又稱加工表面或切削表面又稱加工表面或 過渡表面；過渡表面； v 已加工表面已加工表面 已經(jīng)切去多余金屬層而形成的新表面。已經(jīng)切去多余金屬層而形成的新表面。 1.1.3 1.1.3 切削用量三要素切削用量三要素 切削用量包括：切削用量包括： v切削速度切削速度 v進給量進給量 v背吃刀量三個要素背吃刀量三個要素 切削用量是用來描述切削加工中主運動和進給運動切削用量是用來描述切削加工中

7、主運動和進給運動 的參數(shù)。的參數(shù)。 1 1切削速度切削速度vcvc v它表示在單位時間內(nèi)工件和刀具沿主運動方向相它表示在單位時間內(nèi)工件和刀具沿主運動方向相 對移動的距離對移動的距離, ,單位為單位為m/minm/min或或m/sm/s。 在切削加工時，切削刃選定點相對于工件主運動的在切削加工時，切削刃選定點相對于工件主運動的 瞬時速度稱為切削速度瞬時速度稱為切削速度 v主運動為旋轉(zhuǎn)運動時主運動為旋轉(zhuǎn)運動時, ,切削速度切削速度vcvc計算公式為計算公式為: : )/min/( 1000 smm nd vc或 式中式中d d工件直徑（工件直徑（mmmm） n n工件或刀具每分工件或刀具每分( (

8、秒秒) )鐘轉(zhuǎn)數(shù)鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r/min(r/min或或r/sr/s) ) v主運動為往復運動時主運動為往復運動時, ,平均切削速度為：平均切削速度為： )/min/( 1000 2 smm nL v r c 或 式中式中L L一往復運動行程長度一往復運動行程長度(mm)(mm) nr nr一主運動每分鐘的往復次數(shù)一主運動每分鐘的往復次數(shù)( (往復次數(shù)往復次數(shù)/min) /min) 2 2進給量進給量f f v 車削時進給量的單位是車削時進給量的單位是mm/rmm/r，即工件每轉(zhuǎn)一圈，即工件每轉(zhuǎn)一圈, ,刀具沿進刀具沿進 給運動方向移動的距離。給運動方向移動的距離。 v 刨削等主運動為往復直線運動刨

9、削等主運動為往復直線運動, ,其間歇進給的進給量為其間歇進給的進給量為 mm/mm/雙行程，即每個往復行程刀具與工件之間的相對橫向雙行程，即每個往復行程刀具與工件之間的相對橫向 移動距離。移動距離。 進給量是刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，進給量是刀具在進給運動方向上相對工件的位移量， 可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述或度量?？捎玫毒呋蚬ぜ哭D(zhuǎn)或每行程的位移量來表述或度量。 v單位時間的進給量，稱為進給速度，車削時的進單位時間的進給量，稱為進給速度，車削時的進 給速度給速度vfvf 計算公式為計算公式為: : )/min/(smmmmfnv f 或 v銑削時，由于銑刀是多齒刀具，

10、進給量單位除銑削時，由于銑刀是多齒刀具，進給量單位除 mm/rmm/r外，還規(guī)定了每齒進給量，用外，還規(guī)定了每齒進給量，用azaz表示，單位表示，單位 是是(mm/z)(mm/z)，vfvf、f f、azaz三者之間的關系為：三者之間的關系為： zanfnv ff z z為多齒刀具的齒數(shù)為多齒刀具的齒數(shù) 3.3.背吃刀量（切削深度）背吃刀量（切削深度）apap v 對于外圓車削，背吃對于外圓車削，背吃 刀量刀量apap等于工件已加等于工件已加 工表面和待加工表面工表面和待加工表面 之間的垂直距離之間的垂直距離, ,單位單位 為為mm mm 。 背吃刀量背吃刀量apap是指主刀刃工作長度（在基面

11、上的投影）是指主刀刃工作長度（在基面上的投影） 沿垂直于進給運動方向上的投影值。沿垂直于進給運動方向上的投影值。 小結(jié)：小結(jié)： 切削用量三要素對刀具壽命影響的大小，按順序切削用量三要素對刀具壽命影響的大小，按順序 為為VcVc、f f、apap。因此，從保證合理的刀具壽命出。因此，從保證合理的刀具壽命出 發(fā)，在確定切削用量時：發(fā)，在確定切削用量時： v首先應采用盡可能大的背吃刀量首先應采用盡可能大的背吃刀量apap； v然后再選用大的進給量然后再選用大的進給量f f； v最后求出切削速度最后求出切削速度VcVc。 1.1.4 1.1.4 切削用量制定的步驟切削用量制定的步驟 v粗加工的切削用量

12、，一般以提高生產(chǎn)效率為主，粗加工的切削用量，一般以提高生產(chǎn)效率為主， 但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本；但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本； v半精加工和精加工的切削用量，應以保證加工質(zhì)半精加工和精加工的切削用量，應以保證加工質(zhì) 量為前提，并兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。量為前提，并兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。 1 1背吃刀量背吃刀量apap的選擇的選擇 v根據(jù)加工余量多少而定。除留給下道工序的余量根據(jù)加工余量多少而定。除留給下道工序的余量 外，其余的粗車余量盡可能一次切除，以使走刀外，其余的粗車余量盡可能一次切除，以使走刀 次數(shù)最小；次數(shù)最小； v當粗車余量太大或加工的工藝系統(tǒng)剛性較差時，當粗車余量

13、太大或加工的工藝系統(tǒng)剛性較差時， 則加工余量分兩次或數(shù)次走刀后切除。則加工余量分兩次或數(shù)次走刀后切除。 2.2.進給量進給量f f的選擇的選擇 可利用計算的方法或查手冊資料來確定進給量可利用計算的方法或查手冊資料來確定進給量f f 的值。的值。 3.3.切削速度切削速度vcvc的確定的確定 按刀具的耐用度按刀具的耐用度T T所允許的切削速度所允許的切削速度VTVT來計算。來計算。 除了用計算方法外，生產(chǎn)中經(jīng)常按實踐經(jīng)驗和有除了用計算方法外，生產(chǎn)中經(jīng)常按實踐經(jīng)驗和有 關手冊資料選取切削速度。關手冊資料選取切削速度。 4 4校驗機床功率校驗機床功率 Vc PE*/（1000Fz）m/s 1.1.5

14、 1.1.5 提高切削用量的途徑提高切削用量的途徑 v采用切削性能更好的新型刀具材料；采用切削性能更好的新型刀具材料； v在保證工件機械性能的前提下，改善工件材料加在保證工件機械性能的前提下，改善工件材料加 工性；工性； v改善冷卻潤滑條件；改善冷卻潤滑條件； v改進刀具結(jié)構(gòu)，提高刀具制造質(zhì)量。改進刀具結(jié)構(gòu)，提高刀具制造質(zhì)量。 1.2 1.2 金屬切削刀具金屬切削刀具 切削刀具的種類很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣切削刀具的種類很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣, ,雖然它雖然它 們形狀不同，但它們切削部分的結(jié)構(gòu)要素及其幾們形狀不同，但它們切削部分的結(jié)構(gòu)要素及其幾 何形狀都具有許多共同的特征，因此正確認識與何形狀都具有

15、許多共同的特征，因此正確認識與 理解單刃刀具是認識與理解多刃刀具的基礎。車理解單刃刀具是認識與理解多刃刀具的基礎。車 刀是形狀最典型的單刃刀具，其它各種復雜刀具刀是形狀最典型的單刃刀具，其它各種復雜刀具 都可以看作是車刀的組合和演變，有關車刀角度都可以看作是車刀的組合和演變，有關車刀角度 的定義，均適用于其它刀具。的定義，均適用于其它刀具。 1.2.1 1.2.1 刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素 1 1車刀切削部分的組成車刀切削部分的組成 車刀切削部分由下列要素組成：三面、兩刃、一車刀切削部分由下列要素組成：三面、兩刃、一 尖，如圖所示。尖，如圖所示。 v 前刀面：切削時，切屑流

16、出所經(jīng)過的表面。前刀面：切削時，切屑流出所經(jīng)過的表面。 v 主后刀面：切削時，與工件加工表面相對的表面。主后刀面：切削時，與工件加工表面相對的表面。 v 副后刀面：切削時，與工件已加工表面相對的表面。副后刀面：切削時，與工件已加工表面相對的表面。 v 主切削刃：前刀面與主后刀面的交線。它可以是直線或主切削刃：前刀面與主后刀面的交線。它可以是直線或 曲線，擔負著主要的切削工作。曲線，擔負著主要的切削工作。 v 副切削刃：前刀面與副后刀面的交線。一般只擔負少量副切削刃：前刀面與副后刀面的交線。一般只擔負少量 的切削工作。的切削工作。 v 刀尖：主切削刃與副切削刃的相交部分。刀尖：主切削刃與副切削刃

17、的相交部分。 2 2車刀切削部分的幾何角度車刀切削部分的幾何角度 刀具角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參刀具角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參 數(shù)，要確定刀具的角度，必須先確定用于定義和數(shù)，要確定刀具的角度，必須先確定用于定義和 規(guī)定刀具角度的各種基準坐標平面，組成各種參規(guī)定刀具角度的各種基準坐標平面，組成各種參 考坐標系，一般有：考坐標系，一般有： v正交平面參考系正交平面參考系 v法平面參考系法平面參考系 v背平面和假定工作平面參考系背平面和假定工作平面參考系 外圓車刀在生產(chǎn)實踐中最常用的坐標系是正交平外圓車刀在生產(chǎn)實踐中最常用的坐標系是正交平 面參考坐標系。按刀具的狀態(tài)還有靜止參

18、考系與面參考坐標系。按刀具的狀態(tài)還有靜止參考系與 工作參考系之分。工作參考系之分。 v刀具靜止參考系：在刀具設計、制造、刃磨和測刀具靜止參考系：在刀具設計、制造、刃磨和測 量幾何參數(shù)時用的參考系量幾何參數(shù)時用的參考系 v刀具工作參考系：用于規(guī)定刀具進行切削加工時刀具工作參考系：用于規(guī)定刀具進行切削加工時 幾何參數(shù)的參考系幾何參數(shù)的參考系 （1 1）刀具靜止參考系）刀具靜止參考系 v 基面：過切削刃選定點，垂直于基面：過切削刃選定點，垂直于 該點假定主運動方向的平面，以該點假定主運動方向的平面，以 prpr表示。表示。 v 切削平面：過切削刃選定點，與切削平面：過切削刃選定點，與 切削刃相切，并

19、垂直于基面的平切削刃相切，并垂直于基面的平 面，主切削平面以面，主切削平面以psps表示。表示。 v 正交平面：過切削刃選定點，并正交平面：過切削刃選定點，并 同時垂直于基面和切削平面的平同時垂直于基面和切削平面的平 面，以面，以popo表示。表示。 v 假定工作平面：過切削刃選定點，假定工作平面：過切削刃選定點， 垂直于基面并平行于假定進給運垂直于基面并平行于假定進給運 動方向的平面，以動方向的平面，以pfpf表示。表示。 （2 2）車刀的主要角度）車刀的主要角度 1 1）主偏角）主偏角krkr v 主偏角的作用：影響切削刃的工作長度、切深抗力、刀主偏角的作用：影響切削刃的工作長度、切深抗力

20、、刀 尖強度和散熱條件。主偏角越小，則切削刃工作長度越尖強度和散熱條件。主偏角越小，則切削刃工作長度越 長，散熱條件越好，但切深抗力越大。長，散熱條件越好，但切深抗力越大。 v 選擇原則：車刀常用的主偏角有選擇原則：車刀常用的主偏角有4545、6060、7575、 9090幾種。工件粗大、剛性好時，可取較小值。車細長幾種。工件粗大、剛性好時，可取較小值。車細長 軸時，為了減少徑向力而引起工件彎曲變形，宜選取較軸時，為了減少徑向力而引起工件彎曲變形，宜選取較 大值。大值。 在基面中測量的主切削平面與假定工作平面間的夾角。在基面中測量的主切削平面與假定工作平面間的夾角。 主切削刃與進給方向在基面上

21、投影間的夾角。主切削刃與進給方向在基面上投影間的夾角。 2 2）副偏角）副偏角krkr v 副偏角會影響已加工表面的粗糙度；副偏角會影響已加工表面的粗糙度； v 副偏角還有減小副后刀面與已加工表面間摩擦的作用。副偏角還有減小副后刀面與已加工表面間摩擦的作用。 v 主、副偏角應根據(jù)工件的剛度及加工要求選取合理的數(shù)主、副偏角應根據(jù)工件的剛度及加工要求選取合理的數(shù) 值。一般車刀常用的主偏角有值。一般車刀常用的主偏角有4545、6060、7575、9090 等幾種；副偏角為等幾種；副偏角為5 51515，粗加工時取較大值。，粗加工時取較大值。 在基面中測量的副切削平面與假定工作平面間的夾角。在基面中測

22、量的副切削平面與假定工作平面間的夾角。 3 3）前角）前角0 0 v 前角表示前刀面的傾斜程度。前角表示前刀面的傾斜程度。 v 前角可分為正、負、零，前刀面在基面之下則前角為正前角可分為正、負、零，前刀面在基面之下則前角為正 值，反之為負值，相重合為零。一般所說的前角是指正值，反之為負值，相重合為零。一般所說的前角是指正 前角而言。前角而言。 在正交平面中測量的前刀面與基面間的夾角。在正交平面中測量的前刀面與基面間的夾角。 v 前角的作用為，增大前角，可使刀刃鋒利、切削力降低、前角的作用為，增大前角，可使刀刃鋒利、切削力降低、 切削溫度低、刀具磨損小、表面加工質(zhì)量高。但過大的切削溫度低、刀具磨

23、損小、表面加工質(zhì)量高。但過大的 前角會使刃口強度降低，容易造成刃口損壞。前角會使刃口強度降低，容易造成刃口損壞。 v 前角的大小常根據(jù)工件材料、刀具材料和加工性質(zhì)來選前角的大小常根據(jù)工件材料、刀具材料和加工性質(zhì)來選 擇。用硬質(zhì)合金車刀加工鋼件擇。用硬質(zhì)合金車刀加工鋼件( (塑性材料等塑性材料等) )時，一般選時，一般選 取取0 =100 =102020；加工灰口鑄鐵；加工灰口鑄鐵( (脆性材料等脆性材料等) )，一般，一般 選取選取0=50=51515。精加工時，可取較大的前角，粗加。精加工時，可取較大的前角，粗加 工應取較小的前角。工件材料的強度和硬度大時，前角工應取較小的前角。工件材料的強

24、度和硬度大時，前角 取較小值，有時甚至取負值。取較小值，有時甚至取負值。 4 4）后角）后角 v 后角表示主后刀面的傾斜程度。后角表示主后刀面的傾斜程度。 v 后角的主要作用是減少刀具后刀面與工件表面間的摩擦，后角的主要作用是減少刀具后刀面與工件表面間的摩擦， 并配合前角改變切削刃的鋒利與強度。并配合前角改變切削刃的鋒利與強度。 v 后角只能是正值，后角大，摩擦小，切削刃鋒利。但后后角只能是正值，后角大，摩擦小，切削刃鋒利。但后 角過大，將使切削刃變?nèi)酰釛l件變差，加速刀具磨角過大，將使切削刃變?nèi)?，散熱條件變差，加速刀具磨 損。損。 v 后角的大小常根據(jù)加工的種類和性質(zhì)來選擇，一般后角后角的

25、大小常根據(jù)加工的種類和性質(zhì)來選擇，一般后角 可取可取=6=688。 在正交平面中測量的后刀面與切削平面間的夾角。在正交平面中測量的后刀面與切削平面間的夾角。 5 5）刃傾角）刃傾角ss v 刃傾角也有正、負和零值之分。刃傾角也有正、負和零值之分。 v 刃傾角主要影響刀頭的強度、切削分力和排屑方向。刃傾角主要影響刀頭的強度、切削分力和排屑方向。 v 粗加工時為了增強刀頭，粗加工時為了增強刀頭，ss常取負值；精加工時為了保常取負值；精加工時為了保 護已加工表面，護已加工表面，ss常取正值或零度；常取正值或零度； v 車刀的刃傾角一般在車刀的刃傾角一般在-5-5+5+5之間選取。之間選取。 在主切削

26、平面中測量的主切削刃與基面間的夾角。在主切削平面中測量的主切削刃與基面間的夾角。 刀具主要角度及作用刀具主要角度及作用 角角 度度定定 義義測量平面測量平面作作 用用 前角前角0 0前面和基面間的夾角前面和基面間的夾角正交平面正交平面1 1、使切削刃鋒利、使切削刃鋒利2 2、切削、切削 省力省力3 3、便于排屑、便于排屑 后角后角0 0后面與切削平面間的夾后面與切削平面間的夾 角角 正交平面正交平面改變車刀主后刀面與工件改變車刀主后刀面與工件 間的摩擦狀況間的摩擦狀況 主偏角主偏角r r主切削刃與進給方向之主切削刃與進給方向之 間的夾角間的夾角 基基 面面改變主切削刃與刀頭的受改變主切削刃與刀

27、頭的受 力和散熱情況力和散熱情況 副偏角副偏角r r副切削刃與進給方向的副切削刃與進給方向的 反方向間的夾角反方向間的夾角 基基 面面改變副切削刃與工件已加改變副切削刃與工件已加 工表面之間的摩擦狀工表面之間的摩擦狀 況況 刃傾角入刃傾角入s s主切削刃與基面間的夾主切削刃與基面間的夾 角角 主切削平面主切削平面影響刀尖強度，并控制切影響刀尖強度，并控制切 屑的流出方向屑的流出方向 （3 3）刀具的工作角度）刀具的工作角度 它是指在工作參考系中定義的刀具角度。刀具工它是指在工作參考系中定義的刀具角度。刀具工 作角度考慮了合成運動和刀具安裝條件的影響。作角度考慮了合成運動和刀具安裝條件的影響。

28、3 3刀具結(jié)構(gòu)刀具結(jié)構(gòu) 以車刀為例：以車刀為例： v整體式車刀：整體式車刀： 切削部分與夾持部分材料相同，對貴重的刀具材切削部分與夾持部分材料相同，對貴重的刀具材 料消耗較大，常用高速鋼制造。料消耗較大，常用高速鋼制造。 v焊接式車刀：焊接式車刀： 將硬質(zhì)合金刀片用紫銅、黃銅等焊接在開有刀槽將硬質(zhì)合金刀片用紫銅、黃銅等焊接在開有刀槽 的刀桿上。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好、靈活性大，的刀桿上。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、剛性好、靈活性大， 應用十分普遍。但焊接式車刀的硬質(zhì)合金刀片經(jīng)應用十分普遍。但焊接式車刀的硬質(zhì)合金刀片經(jīng) 過高溫焊接和刃磨后，產(chǎn)生內(nèi)應力和裂紋，使切過高溫焊接和刃磨后，產(chǎn)生內(nèi)應力和裂紋，使切 削

29、性能下降，對提高生產(chǎn)效率不利。削性能下降，對提高生產(chǎn)效率不利。 v 機夾重磨式車刀：機夾重磨式車刀： 避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀桿可重復使避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀桿可重復使 用利用率較高。但結(jié)構(gòu)復雜、不能完全避免由于刃磨而用利用率較高。但結(jié)構(gòu)復雜、不能完全避免由于刃磨而 可能引起刀片的裂紋。可能引起刀片的裂紋。 v 機夾可轉(zhuǎn)位式車刀：機夾可轉(zhuǎn)位式車刀： 將壓制有一定幾何參數(shù)的多邊形刀片，用機械夾固的方法將壓制有一定幾何參數(shù)的多邊形刀片，用機械夾固的方法 裝夾在標準的刀體上。使用時，刀片上一個切削刃用鈍裝夾在標準的刀體上。使用時，刀片上一個切削刃用鈍 后，只需松開夾

30、緊機構(gòu)，將刀片轉(zhuǎn)位換成另一個新的切后，只需松開夾緊機構(gòu)，將刀片轉(zhuǎn)位換成另一個新的切 削刃便可繼續(xù)切削。因機械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，削刃便可繼續(xù)切削。因機械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定， 又不必磨刀，又不必磨刀， 所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中應用越來越多。所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中應用越來越多。 1.2.2 1.2.2 刀具材料刀具材料 刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削 性能的優(yōu)劣，直接影響著生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和性能的優(yōu)劣，直接影響著生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和 生產(chǎn)成本。而刀具的切削性能，首先取決于切削生產(chǎn)成本。而刀具的切削性能，首先取決于切削 部分的材料；其次是幾何形狀及刀

31、具結(jié)構(gòu)的選擇部分的材料；其次是幾何形狀及刀具結(jié)構(gòu)的選擇 和設計是否合理。和設計是否合理。 1.1.刀具材料應具備的性能刀具材料應具備的性能 刀具材料應具備以下基本性能：刀具材料應具備以下基本性能： v較高的硬度和耐磨性較高的硬度和耐磨性 v足夠的強度和韌度足夠的強度和韌度 v良好的耐熱性和導熱性良好的耐熱性和導熱性 v良好的工藝性和經(jīng)濟性良好的工藝性和經(jīng)濟性 2 2常用刀具材料常用刀具材料 刀具材料的種類很多，常用材料的包括：刀具材料的種類很多，常用材料的包括： v碳素工具鋼碳素工具鋼 v合金工具鋼合金工具鋼 這兩種刀具材料的耐熱性較低，常用來制造一些這兩種刀具材料的耐熱性較低，常用來制造一些

32、 切削速度不高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀切削速度不高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀 等，較少用于制造其它刀具。等，較少用于制造其它刀具。 v高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化 硼等。硼等。 陶瓷、金剛石和立方氮化硼，由于質(zhì)脆、工藝陶瓷、金剛石和立方氮化硼，由于質(zhì)脆、工藝 性差及價格昂貴等原因，僅在較小的范圍內(nèi)使性差及價格昂貴等原因，僅在較小的范圍內(nèi)使 用。目前最常用的刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合用。目前最常用的刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合 金。金。 （1 1）高速鋼）高速鋼 國家標準國家標準GB/T17111-2008GB/T17111-2008把切削

33、刀具高速鋼分為：把切削刀具高速鋼分為： v 常規(guī)高速鋼常規(guī)高速鋼 v 高性能高速鋼高性能高速鋼 v 普通高速鋼普通高速鋼 v 低合金高速鋼低合金高速鋼 v 粉末冶金高速鋼等粉末冶金高速鋼等 高速鋼是在合金工具鋼中加入較多的鎢、鉬、鉻、高速鋼是在合金工具鋼中加入較多的鎢、鉬、鉻、 釩等合金元素的高合金工具鋼。釩等合金元素的高合金工具鋼。 （2 2）硬質(zhì)合金）硬質(zhì)合金 v 硬質(zhì)合金常溫硬度可達硬質(zhì)合金常溫硬度可達89 HRA 92HRA89 HRA 92HRA，能耐，能耐850850 10001000的高溫，切削速度可比高速鋼高的高溫，切削速度可比高速鋼高4 41010倍。但其沖倍。但其沖 擊韌性

34、與抗彎強度遠比高速鋼差，因此很少做成整體式擊韌性與抗彎強度遠比高速鋼差，因此很少做成整體式 刀具。實際使用中，常將硬質(zhì)合金刀片焊接或用機械夾刀具。實際使用中，常將硬質(zhì)合金刀片焊接或用機械夾 固的方式固定在刀體上。固的方式固定在刀體上。 硬質(zhì)合金是由硬度和熔點都很高的碳化物，用硬質(zhì)合金是由硬度和熔點都很高的碳化物，用CoCo、MoMo、 NiNi作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品。作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 我國目前生產(chǎn)的硬質(zhì)合金主要分為三類：我國目前生產(chǎn)的硬質(zhì)合金主要分為三類： 1 1）K K類（類（YGYG） 用紅色作標志，又稱通用硬質(zhì)合金，相當于原鎢用紅色作標志，又稱通用硬質(zhì)合金，相當于

35、原鎢 鈷類鈷類(YG)(YG)。由碳化鎢和鈷組成。這類硬質(zhì)合金韌。由碳化鎢和鈷組成。這類硬質(zhì)合金韌 性較好，但硬度和耐磨性較差，適用于加工鑄鐵、性較好，但硬度和耐磨性較差，適用于加工鑄鐵、 青銅等脆性材料。青銅等脆性材料。 v 常用的牌號有：常用的牌號有：YG8YG8、YG6YG6、YG3YG3，它們制造的刀具依次適，它們制造的刀具依次適 用于粗加工、半精加工和精加工。數(shù)字表示用于粗加工、半精加工和精加工。數(shù)字表示CoCo含量的百含量的百 分數(shù)，分數(shù)，YG6YG6即含即含CoCo為為6%6%，含，含CoCo越多，則韌性越好。越多，則韌性越好。 2 2）P P類（類（YTYT） 用藍色作標志，相

36、當于原鎢鈦鈷類用藍色作標志，相當于原鎢鈦鈷類(YT)(YT)。由碳化。由碳化 鎢、碳化鈦和鈷組成。這類硬質(zhì)合金耐熱性和耐鎢、碳化鈦和鈷組成。這類硬質(zhì)合金耐熱性和耐 磨性較好，但抗沖擊韌性較差，適用于加工鋼料磨性較好，但抗沖擊韌性較差，適用于加工鋼料 等韌性材料。等韌性材料。 v 常用的牌號有：常用的牌號有：YT5YT5、YT14YT14、 YT15YT15等，其中的數(shù)字表示等，其中的數(shù)字表示 碳化鈦含量的百分數(shù)，碳化鈦的含量越高，則耐磨性較碳化鈦含量的百分數(shù)，碳化鈦的含量越高，則耐磨性較 好、韌性越低。這三種牌號的硬質(zhì)合金制造的刀具分別好、韌性越低。這三種牌號的硬質(zhì)合金制造的刀具分別 適用于粗

37、加工、半精加工和精加工。適用于粗加工、半精加工和精加工。 3 3）M M類（類（YWYW） 用黃色作標志，又稱通用硬質(zhì)合金，相當于原鎢用黃色作標志，又稱通用硬質(zhì)合金，相當于原鎢 鈦鉭類通用合金鈦鉭類通用合金(YW)。由在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金中。由在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金中 加入少量的稀有金屬碳化物（加入少量的稀有金屬碳化物（TaC或或NbC）組成。）組成。 它具有前兩類硬質(zhì)合金的優(yōu)點，用其制造的刀具它具有前兩類硬質(zhì)合金的優(yōu)點，用其制造的刀具 既能加工脆性材料，又能加工韌性材料。同時還既能加工脆性材料，又能加工韌性材料。同時還 能加工高溫合金、耐熱合金及合金鑄鐵等難加工能加工高溫合金、耐熱合金及合金鑄鐵等

38、難加工 材料。材料。 v常用牌號有常用牌號有YW1YW1、YW2YW2。 （3 3）陶瓷）陶瓷 其主要成分是其主要成分是AlAl2 2O O3 3，刀片硬度可達，刀片硬度可達91HRA91HRA95HRA95HRA 以上，能耐以上，能耐1200120014501450的高溫，故能承受較高的高溫，故能承受較高 的切削速度。但抗彎強度低，沖擊韌性差，易崩的切削速度。但抗彎強度低，沖擊韌性差，易崩 刃。主要用于鋼、鑄鐵、高硬度材料及高精度零刃。主要用于鋼、鑄鐵、高硬度材料及高精度零 件的精加工。件的精加工。 （4 4）金剛石）金剛石 金剛石分人造和天然兩種，做切削刀具的材料，金剛石分人造和天然兩種，

39、做切削刀具的材料， 大多數(shù)是人造金剛石，其硬度極高，可達大多數(shù)是人造金剛石，其硬度極高，可達10000 10000 HVHV（硬質(zhì)合金僅為（硬質(zhì)合金僅為1300 HV1300 HV1800 HV1800 HV）。其耐磨）。其耐磨 性是硬質(zhì)合金的性是硬質(zhì)合金的8080120120倍。倍。 v 金剛石刀具刃性差，金剛石刀具是目前高速切削金剛石刀具刃性差，金剛石刀具是目前高速切削(2500(2500 5000m/min)5000m/min)鋁合金較理想的刀具材料，但不宜于切削鐵鋁合金較理想的刀具材料，但不宜于切削鐵 及其合金工件。及其合金工件。 v 主要用于硬質(zhì)合金、玻璃纖維塑料、硬橡膠、石墨、陶主

40、要用于硬質(zhì)合金、玻璃纖維塑料、硬橡膠、石墨、陶 瓷、有色金屬等材料的高速精加工。瓷、有色金屬等材料的高速精加工。 （5 5）立方氮化硼）立方氮化硼 立方氮化硼是人工合成的超硬刀具材料，其硬度立方氮化硼是人工合成的超硬刀具材料，其硬度 可達可達7300HV7300HV9000HV9000HV，僅次于金剛石的硬度。但，僅次于金剛石的硬度。但 熱穩(wěn)定性好，可耐熱穩(wěn)定性好，可耐1300130015001500高溫，優(yōu)良的化高溫，優(yōu)良的化 學穩(wěn)定件學穩(wěn)定件( (遠優(yōu)于金剛石遠優(yōu)于金剛石) )和導熱性，低的摩擦系和導熱性，低的摩擦系 數(shù)，與鐵族材料親和力小。但強度低，焊接性差。數(shù)，與鐵族材料親和力小。但強

41、度低，焊接性差。 目前主要用于加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金目前主要用于加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金 和一些難加工材料。和一些難加工材料。 刀具材料的特點與選用刀具材料的特點與選用 續(xù)上表：續(xù)上表： 刀具材料的特點與選用刀具材料的特點與選用 1.2.3 1.2.3 刀具的磨損與耐用度刀具的磨損與耐用度 刀具的失效形式：刀具的失效形式： v磨損磨損 （正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗）（正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗） v破損破損 （突發(fā)的破壞，隨機發(fā)生）（突發(fā)的破壞，隨機發(fā)生） 1 1刀具的磨損形式刀具的磨損形式 在切削過程中，刀具在高壓、高溫和強烈摩擦條在切削過程中，刀具在高壓、高溫和強烈摩擦條 件下工

42、作，切削刃由鋒利逐漸變鈍以致失去正常件下工作，切削刃由鋒利逐漸變鈍以致失去正常 切削能力。刀具磨損超過允許值后，須及時刃磨。切削能力。刀具磨損超過允許值后，須及時刃磨。 刀具正常磨損時，按磨損部位不同，可分為：刀具正常磨損時，按磨損部位不同，可分為： v主后面磨損主后面磨損 v前刀面磨損前刀面磨損 v邊界磨損三種形式邊界磨損三種形式 （1 1）前刀面磨損）前刀面磨損 前刀面磨損的特點是在前刀面前刀面磨損的特點是在前刀面 上離切削刃小段距離有一月牙上離切削刃小段距離有一月牙 洼，如圖所示，隨著磨損的加洼，如圖所示，隨著磨損的加 劇，主要是月牙洼逐漸加深，劇，主要是月牙洼逐漸加深， 洼寬變化并不是

43、很大。但當洼洼寬變化并不是很大。但當洼 寬發(fā)展到棱邊較窄時，會發(fā)生寬發(fā)展到棱邊較窄時，會發(fā)生 崩刃。磨損程度用洼深崩刃。磨損程度用洼深KTKT表示。表示。 這種磨損一般不多。主要原因：這種磨損一般不多。主要原因： 切削塑性材料時切削速度切削塑性材料時切削速度v v較較 高，切削厚度高，切削厚度a ac c較大。較大。 （2 2）后刀面磨損）后刀面磨損 后刀面磨損的特點是在刀后刀面磨損的特點是在刀 具后刀面上出現(xiàn)與加工表具后刀面上出現(xiàn)與加工表 面基本平行的磨損帶。如面基本平行的磨損帶。如 圖所示，加工鑄件、鍛件圖所示，加工鑄件、鍛件 等外皮粗糙的工件時，這等外皮粗糙的工件時，這 個區(qū)域容易磨損。

44、切削塑個區(qū)域容易磨損。切削塑 性材料時切削速度性材料時切削速度v v較低，較低， 切削厚度切削厚度a ac c較小，這個區(qū)較小，這個區(qū) 域也容易磨損。域也容易磨損。 （3 3）邊界磨損（前、后刀面同時磨損）邊界磨損（前、后刀面同時磨損） 切鋼料時，主刃、副刃與工件待加工表面或已加切鋼料時，主刃、副刃與工件待加工表面或已加 工表面接觸處磨出溝紋。邊界處的加工硬化層、工表面接觸處磨出溝紋。邊界處的加工硬化層、 硬質(zhì)點、較大的應力梯度和溫度梯度所造成。硬質(zhì)點、較大的應力梯度和溫度梯度所造成。 2 2刀具磨損過程及磨鈍標準刀具磨損過程及磨鈍標準 （1 1）刀具磨損過程）刀具磨損過程 1) 1) 初期磨

45、損階段初期磨損階段 特點：時間較短。通常原因是刀刃不直、刀面不特點：時間較短。通常原因是刀刃不直、刀面不 平平, ,，與刀具刃磨質(zhì)量有關。，與刀具刃磨質(zhì)量有關。 2 2）正常磨損階段）正常磨損階段 特點：時間較長，是刀具的有效工作時期。過程特點：時間較長，是刀具的有效工作時期。過程 穩(wěn)定，穩(wěn)定， 近似直線，近似直線，VBVB與切削時間近似正比，斜與切削時間近似正比，斜 率表示磨損強度。率表示磨損強度。 3 3）急劇磨損階段）急劇磨損階段 特點：切削性能急劇下降，當?shù)毒叩哪p帶達到特點：切削性能急劇下降，當?shù)毒叩哪p帶達到 到一定程度后，刀面與工件摩擦過大，導致切削到一定程度后，刀面與工件摩擦過

46、大，導致切削 力與切削溫度均迅速增高。磨損速度急劇增加。力與切削溫度均迅速增高。磨損速度急劇增加。 生產(chǎn)中為了合理使用刀具，保證加工質(zhì)量，應該生產(chǎn)中為了合理使用刀具，保證加工質(zhì)量，應該 在發(fā)生急劇磨損之前就及時換刀。在發(fā)生急劇磨損之前就及時換刀。 （2 2）刀具磨損標準（）刀具磨損標準（VB)VB)（后刀面的磨損）（后刀面的磨損） v 一般用時間來衡量。一般用時間來衡量。. . 以后帶面上測定的磨損帶寬度以后帶面上測定的磨損帶寬度VBVB 作為刀具磨損鈍標準。作為刀具磨損鈍標準。 v 在生產(chǎn)實際中，為可更方便、快速、準確地判斷刀具的在生產(chǎn)實際中，為可更方便、快速、準確地判斷刀具的 磨損情況，一般是以刀具耐用度磨損情況，一般是以刀具耐用度T T來間接地反映刀具的磨來間接地反映刀具的磨 鈍標準。鈍標準。 刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準刃磨后的刀具自開始切削直到磨損量達到磨鈍標準 所經(jīng)歷的總切削時間稱為刀具耐用