1、金屬切削機(jī)床與原理與刀具講稿

1、 機(jī)械制造工程2-1教案 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械制造教研室 霍文國1 金屬切削的基本要素課 次第1次，第2次學(xué)時4課 型理論課章節(jié)1 金屬切削的基本要素 1.1 工件表面的形成方法和成形運動教學(xué)目的1、了解金屬切削加工基礎(chǔ)（冷加工基礎(chǔ)及主要方法：車，銑，磨，鉆，拉等）；2、掌握工件的加工表面及其形成方法；3、掌握表面成形運動；4、掌握切削加工中的各種成形運動。教學(xué)重 點1、工件表面的形成方法，發(fā)生線的形成方法及所需運動，表面成形運動分析；2、主運動、進(jìn)給運動和合成切削運動。教學(xué)難 點發(fā)生線的形成方法及所需運動，表面成形運動分析教學(xué)方 法講授法、問答法教 具掛 圖授 課班 級授 課日 期1 金

2、屬切削的基本要素1.1 機(jī)械制造過程概述機(jī)器是由零件、組件、部件等組成的，一臺機(jī)器的制造過程包含了從零件、部件加工到整機(jī)裝配的全過程，這一過程可以用圖1所示的系統(tǒng)圖來表示。首先，從圖中可以看出機(jī)器中的組成單元是一個個的零件，它們都是由毛坯經(jīng)過相應(yīng)的機(jī)械加工工藝過程變?yōu)楹细窳慵模谶@一過程中要根據(jù)零件的設(shè)計信息制訂每一個零件的適當(dāng)加工方法，加工成在形狀、尺寸、表面質(zhì)量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。其次，要根據(jù)機(jī)器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，把某些零件裝配成部件，部件是由若干組件、套件和零件在一個基準(zhǔn)零件上裝配而成的，部件在整個機(jī)器中能完成一定的、完整的功能，這種把零件和組件、套件裝配成部件的過程

3、稱為部裝過程。部裝過程是依據(jù)部件裝配工藝，應(yīng)用相應(yīng)的裝配工具和技術(shù)完成的，部件裝配的質(zhì)量直接影響整個機(jī)器的性能和質(zhì)量。最后，在一個基準(zhǔn)零部件上把各個部件、零件裝配成一個完整的機(jī)器，我們把零件和部件裝配成最終機(jī)械產(chǎn)品的過程稱為總裝過程，總裝過程是依據(jù)總裝工藝文件進(jìn)行的，在產(chǎn)品總裝后，還要經(jīng)過檢測、試車、噴漆、包裝等一系列輔助過程最終形成合格的產(chǎn)品，如一輛汽車就是經(jīng)過這樣的機(jī)械制造過程而生產(chǎn)出來的。圖1 機(jī)械制造過程的構(gòu)成1.2機(jī)械加工工藝系統(tǒng) 從機(jī)械制造的整個過程來看，機(jī)器的最基本組成單元為零件，也就是首先要制造出合格的零件，然后組裝成部件，再由零、部件裝配成機(jī)器，因此，制造出符合要求的各種零件

4、是機(jī)械加工的主要目的，而機(jī)械加工中絕大部分材料是金屬材料，故機(jī)械加工主要是對各種金屬進(jìn)行切削加工。零件的表面通常是幾種簡單表面如平面、圓柱面、圓錐面、球面、成形表面等的組合，而零件的表面是通過各種切削加工方法得到的，其中在金屬切削機(jī)床上利用工件和刀具彼此間協(xié)調(diào)的相對運動切除被加工零件多余的材料，獲得在形狀、尺寸和表面質(zhì)量都符合要求的這種加工方法稱為金屬切削加工。金屬切削加工常作為零件的最終加工方法，它需要用金屬切削刀具直接對零件進(jìn)行加工，它們之間要有確定的相對運動和承受很大的切削力，通常需在金屬切削機(jī)床上進(jìn)行加工，零件和刀具需通過機(jī)床夾具和刀架與機(jī)床進(jìn)行可靠的聯(lián)接，帶動它們做相對的運動，實現(xiàn)切

5、削加工，這種由金屬切削機(jī)床、刀具、夾具和工件構(gòu)成的機(jī)械加工封閉系統(tǒng)稱為機(jī)械加工工藝系統(tǒng)（如圖2所示），其中金屬切削機(jī)床是加工機(jī)械零件的工作機(jī)械，起支承和提供動力作用；刀具起直接對零件進(jìn)行切削加工作用；機(jī)床夾具用來對零件定位和夾緊，使之有正確的加工位置。本章就圍繞機(jī)械加工工藝系統(tǒng)四個組成部分進(jìn)行分析，闡述機(jī)械零件加工的整個過程。圖2 機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的構(gòu)成1.3主要切削加工工藝簡介方法：工藝-設(shè)備：機(jī)床-工具-冷卻-裝夾-定位-測定-檢測。1.4 工件表面的形成方法和成形運動機(jī)械零件的表面形狀不外乎是是由若干個表面元素組成的，這些表面元素是：平面、直線成形表面、圓柱面、圓錐面、球面、圓環(huán)面、成形

6、表面（螺旋面）等。當(dāng)精度和表面粗糙度要求較高時，需要在機(jī)床上用刀具經(jīng)切削加工而形成。工件在被切削加工過程中，通過機(jī)床的傳動系統(tǒng)，使機(jī)床上的工件和刀具按一定規(guī)律作相對運動，從而切削出所需要的表面形狀。從幾何觀點來看，任何表面都可以看作是一條線沿另一條線運動的軌跡。如一條直線沿著另一條直線運動形成了平面;一條直線沿著一個圓的運動則形成了圓柱面。這兩條線分別被稱為母線與導(dǎo)線，統(tǒng)稱為發(fā)生線。母線和導(dǎo)線的運動軌跡形成了工件表面，因此分析工件加工表面的形成方法關(guān)鍵在于分析發(fā)生線的形成方法。 機(jī)械零件的任何表面都可看作是一條線(稱為母線)沿著另一條線(稱為導(dǎo)線)運動的軌跡。請看圖3，平面可看作是是由一根直線

7、(母線)沿著另一根直線(導(dǎo)線)運動而形成 (圖3a)；圓柱面和圓錐面可看作是由一根直線(母線)沿著一個圓(導(dǎo)線)運動而形成(圖3b和c)；普通螺紋的螺旋面是由“八”形線(母線)沿螺旋線(導(dǎo)線)運動而形成 (圖3d)；直齒圓柱齒輪的漸開線齒廓表面是由漸開線(母線)沿直線(導(dǎo)線)運動而形成(圖3e)等等。形成表面的母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為發(fā)生線。 圖 3 零件表面的成形 1-母線 2-導(dǎo)線 由圖3可以看出，有些表面，其母線和導(dǎo)線可以互換，如：平面、圓柱面和直齒圓柱齒輪的漸開線齒廓表面等，稱為可逆表面；而另一些表面，其母線和導(dǎo)線不可互換。如：圓錐面、螺旋面等，稱為不可逆表面。 切削加工中發(fā)生線是由刀具的切削

8、刃和工件的相對運動得到的，由于使用的刀具切削刃形狀和采取的加工方法不同，形成發(fā)生線的方法可歸納為以下四種： (1)軌跡法 它是利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運動對工件進(jìn)行加工的方法。切削刃與被加工表面為點接觸，發(fā)生線為接觸點的軌跡線。圖4a中母線Al(直線)和導(dǎo)線A2，(曲線)均由刨刀的軌跡運動形成。采用軌跡法形成發(fā)生線需要一個成形運動。 (2)成形法 它是利用成形刀具對工件進(jìn)行加工的方法。切削刃的形狀和長度與所需形成的發(fā)生線(母線)完全重合。圖4b中，曲線形母線由成形刨刀的切削刃直接形成，直線形的導(dǎo)線則由軌跡法形成。 (3)相切法 它是利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運動對工件進(jìn)行加工的方法。見圖4c中，采

9、用銑刀、砂輪等旋轉(zhuǎn)刀具加工時，在垂直于刀具旋轉(zhuǎn)軸線的截面內(nèi)，切削刃可看作是點，當(dāng)切削點繞著刀具軸線作旋轉(zhuǎn)運動B1，同時刀具軸線沿著發(fā)生線的等距線作軌跡運動A2時，切削點運動軌跡的包絡(luò)線，便是所需的發(fā)生線。為了用相切法得到發(fā)生線，需要二個成形運動，即刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具中心按一定規(guī)律運動。圖 4 形成發(fā)生線的方法 (4)展成法 它是利用工件和刀具作展成切削運動進(jìn)行加工的方法。切削加工時，刀具與工件按確定的運動關(guān)系作相對運動(展成運動或稱范成運動)，切削刃與被加工表面相切 (點接觸)，切削刃各瞬時位置的包絡(luò)線，便是所需的發(fā)生線。例如，圖4d所示，用齒條形插齒刀加工圓柱齒輪，刀具沿箭頭A1方向所作的

10、直線運動，形成直線形母線(軌跡法)，而工件的旋轉(zhuǎn)運動B21和直線運動A22，使刀具能不斷地對工件進(jìn)行切削，其切削刃的一系列瞬時位置的包絡(luò)線，便是所需要漸開線形導(dǎo)線(見圖4e)。用展成法形成發(fā)生線需要一個成形運動(展成運動)。 1.5示例1.用普通車刀車削外圓 母線圓，由軌跡法形成，需要一個成形運動B1。 導(dǎo)線直線，由軌跡法形成，需要一個成形運動A2。 表面成形運動的總數(shù)為兩個，即B1和A2，都是簡單的成形運動。 2.用成形車刀車削成形回轉(zhuǎn)表面 母線曲線，由成形法形成，不需要成形運動。 導(dǎo)線圓，由軌跡法形成，需要一個成形運動B1。 表面成形運動的總數(shù)為一個，即B1，是簡單的成形運動。圖5圖63.

11、用螺紋車刀車削螺紋 母線螺紋軸向剖面輪廓（牙型），母線由成形法形成，不需要成形運動。 導(dǎo)線螺旋線，由軌跡法形成，需要一個成形運動。這是一個復(fù)合運動，把它分解為工件旋轉(zhuǎn)B11和刀具直線移動A12 。 表面成形運動的總數(shù)為一個B11 A12 是復(fù)合的成形運動。4.用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪齒面 母線漸開線，由展成法形成，需要一個成形運動，是復(fù)合運動，可分解為滾刀旋轉(zhuǎn)B11和工件旋轉(zhuǎn)B12兩個部分，B11和B12，之間必須保持嚴(yán)格的相對運動關(guān)系。 導(dǎo)線直線，由相切法形成，需要兩個獨立的成形運動，即滾刀的旋轉(zhuǎn)運動和滾刀沿工件的軸向移動A2 。其中滾刀的旋轉(zhuǎn)運動與復(fù)合展成運動的一部分B11重合。 因此，

12、形成表面所需的成形運動的總數(shù)只有兩個：一個是復(fù)合的成形運動B11B12 ，另一個是簡單的成形運動A2。在車削圓錐螺紋時，刀具相對于工件的運動軌跡為圓錐螺旋線。可分解為3部分：工件的旋轉(zhuǎn)運動B11刀具縱向直線移動A12和刀具橫向直線移動A13 。為了保證一定的螺距，B11和A12之間必須保持嚴(yán)格的相對運動關(guān)系，為了保證一定的錐體，A12和A13之間也必須保持嚴(yán)格的相對運動關(guān)系。1.6機(jī)床的運動 在機(jī)床上，為了要獲得所需的工件表面形狀，必須形成一定形狀的發(fā)生線 (母線和導(dǎo)線)。除成形法外，發(fā)生線的形成都是靠刀具和工件作相對運動實現(xiàn)的。這種運動稱為表面成形運動。此外，還有多種輔助運動。 成形運動按其

13、組成情況不同，可分為簡單的和復(fù)合的二種。如果一個獨立的成形運動，是由單獨的旋轉(zhuǎn)運動或直線運動構(gòu)成的，則此成形運動稱為簡單成形運動。例如，用尖頭車刀車削外圓柱面時(見圖8a)，工件的旋轉(zhuǎn)運動B1和刀具直線運動A2就是兩個簡單運動；用砂輪磨削外圓柱面時(見圖8b)，砂輪和件的旋轉(zhuǎn)運動B1、B2，以及工件的直線移動A3，也都是簡單運動。如果一個獨立的成形運動，是由兩個或兩個以上的旋轉(zhuǎn)運動或(和)直線運動，按照某種確定的運動關(guān)系組合而成，則稱此成形運動為復(fù)合成形運動。例如，車削螺紋時(見圖8c)，形成螺旋形發(fā)生線所需的刀具和工件之間的相對螺旋軌跡運動，為簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)和較易保證精度，通常將其分解為工件的

14、等速旋轉(zhuǎn)運動B11和刀具的等速直線移動A12。B11和A12不能彼此獨立，它們之間必須保持嚴(yán)格的運動關(guān)系，即工件每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)時，刀具直線移動的距離應(yīng)等于螺紋的導(dǎo)程，從而B11和Al2這兩個單元運動組成一個復(fù)合運動。用軌跡法車回轉(zhuǎn)體成形面時(見圖8d)，尖頭車刀的曲線軌跡運動，通常由相互垂直坐標(biāo)方向上的、有嚴(yán)格速比關(guān)系的兩個直線運動A21和A22來實現(xiàn)，A21和A22也組成一個復(fù)合運動。上述復(fù)合運動組成部分符號中的下標(biāo)，第一位數(shù)字表示成形的序號 (第一個、第二個、成形運動)，第二位數(shù)字表示同一個復(fù)合運動中單元運動的序號。圖 8 成形運動的組成 成形運動中各單元運動根據(jù)其在切削中所起的作用不同，又可分

15、為主運動和進(jìn)給運動，我們將在第四節(jié)中討論。 機(jī)床在加工過程中還需要一系列輔助運動，以實現(xiàn)機(jī)床的各種輔助動作，為表面成形創(chuàng)造條件，它的種類很多，一般包括： (1)切入運動 刀具相對工件切人一定深度，以保證工件達(dá)到要求的尺寸。 (2)分度運動 多工位工作臺、刀架等的周期轉(zhuǎn)位或移位，多頭螺紋的車削等。 (3)調(diào)位運動 加工開始前機(jī)床有關(guān)部件的移位，以調(diào)整刀具和工件之間的正確相對位置。 (4)各種空行程運動 切削前后刀具或工件的快速趨近和退回運動，開車、停車、變速、變向等控制運動，裝卸、夾緊、松開工件的運動等。 1.6切削運動1)切削運動 指切削加工時，切削工具和工件之間的相對運動。如圖9 所示，車削

16、時工件的旋轉(zhuǎn)運動是切除多余金屬的基本運動，車刀平行于工件軸線的直線運動，是保證切削連續(xù)進(jìn)行，由這兩個運動組成的切削運動，完成工件外圓表面的加工。一般按運動在切削加工中所起作用的不同，又分為主運動和進(jìn)給運動兩大類。圖9 車削運動和切削表面（1）主運動主運動是由機(jī)床或人力提供的主要運動，是使切削工具和工件之間產(chǎn)生相對運動，從而切下切削所必需的最基本的運動。也是切削加工中速度最高、消耗功率最多的運動。如圖10所示，車削時工件的旋轉(zhuǎn)運動、鉆削時鉆頭的旋轉(zhuǎn)運動、刨削時刨刀的往復(fù)直線運動、銑削時銑刀的旋轉(zhuǎn)運動以及磨削時砂輪的旋轉(zhuǎn)運動等都是主運動。 a)車削 b)鉆削 c)刨削 d)銑削 e）磨削 圖10

17、各種切削運動（2）進(jìn)給運動進(jìn)給運動是由機(jī)床或人力提供的運動，它使切削工具和工件之間產(chǎn)生附加的相對運動，連續(xù)切下切屑，得到所需的已加工表面。一般情況下進(jìn)給運動是切削加工中速度較低、消耗功率較少的運動。 如圖3所示，車削時車刀的直線運動、鉆削時鉆頭的軸向直線運動、刨削時工件的間歇直線運動、銑削時工件的直線運動、縱磨時砂輪的間歇橫向直線運動及工件的旋轉(zhuǎn)運動、縱向往復(fù)直線運動都是進(jìn)給運動。 各種切削加工都具有特定的切削運動。切削運動的形式很多，有旋轉(zhuǎn)的、直線的、連續(xù)的、間歇的等等。一般主運動只有一個，進(jìn)給運動可以有一個或幾個。主運動和進(jìn)給運動可由刀具和工件分別完成，也可由刀具單獨完成（如鉆頭）。在切削

18、加工中，工件上產(chǎn)生三個不斷變化的表面。待加工表面：加工時即將切除的工件表面。已加工表面：已被切除多余金屬而形成的工件新表面。小結(jié)：1 金屬切削的基本要素課 次第3次學(xué)時2章節(jié)1 金屬切削的基本要素 1.2 加工表面和切削用量三要素教學(xué)目的1、了解金屬切削加工（冷加工的主要方法）0本課程的發(fā)展變化情況2、了解本課程的任務(wù)和內(nèi)容；3、掌握本課程的學(xué)習(xí)方法；4、了解金屬切削及機(jī)床的國內(nèi)外發(fā)展簡史。教學(xué)重 點課程特點、學(xué)習(xí)方法及機(jī)械制造技術(shù)新發(fā)展。教學(xué)難 點課程學(xué)習(xí)方法教學(xué)方 法講授法、問答法教 具授 課班 級授 課日 期 1.2 加工表面和切削用量三要素1.2.1 切削過程中工件上的加工表面金屬切削

19、加工時刀具和工件之間的相對運動，稱為切削運動。圖1表示車削外圓時車刀與工件的相互運動過程，整個切削運動由工件的旋轉(zhuǎn)運動和車刀的連續(xù)軸向直線進(jìn)給運動組成。圖1(a)車削用量 (b)周銑切削用量 (C)端銑切削用量圖2切削用量示意圖1.2.2切削用量三要素切削速度v如圖2（a）（b）（c）,切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度，單位為mmin。當(dāng)主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，其計算公式為=式中:d切削刃上選定點所對應(yīng)的工件或刀具的直徑，單位為mm。n主運動的轉(zhuǎn)速，單位為rmin。選擇切削速度時，不可忽視以下幾點：刀具材料硬度高，耐磨、耐熱性好時，可取較高的切削速度。工件材料的切削加工性差時，如強(qiáng)度、硬

20、度高、塑性太大或太小，切削速度應(yīng)取低些。工藝系統(tǒng)(機(jī)床、夾具、工件、刀具)剛度較差時，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度以防止振動。切削速度的選用應(yīng)與切深、進(jìn)給量的選擇相適應(yīng)，當(dāng)切深、進(jìn)給量增大時，刀刃負(fù)荷增加，使切削熱增加，刀具磨損加快，從而限制了切削速度的提高；當(dāng)切深、進(jìn)給量均小時，可選擇較高的切削速度。在機(jī)床功率較小的機(jī)床上，限制切削速度的因素也可能是機(jī)床功率。在一般情況下，可以先按刀具耐用度來求出切削速度，然后再校驗機(jī)床功率是否超載。進(jìn)給量f(1)車削時的進(jìn)給量如圖2（a）,車削刀具在進(jìn)給運動方向上相對于工件的位移量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)(主運動為旋轉(zhuǎn)運動時)的位移量來表達(dá)和測量，單位為mmr (2)銑

21、削時的進(jìn)給量如圖2（b）（c）,銑削加工的進(jìn)給量f（/r）是指刀具轉(zhuǎn)一周，工件與刀具沿進(jìn)給運動方向的相對位移量；對于多齒刀具(如鉆頭、銑刀)，每轉(zhuǎn)中每齒相對于工件在進(jìn)給運動方向上的位移量稱為每齒進(jìn)給量fZ。，單位為mmz。顯然：fZ= （式中，z為刀齒數(shù)）進(jìn)給速度F（/min）是單位時間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對位移量。進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系為：。 （n為銑刀轉(zhuǎn)速，單位r /min）(3) 進(jìn)給量的選用進(jìn)給量的選取主要依據(jù)工件材料的力學(xué)性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強(qiáng)度和硬度越高，切削力越大，每齒進(jìn)給量宜選得小些；刀具強(qiáng)度、韌性越高，可承受的切削力越大，每齒進(jìn)給量可選得大一些

22、；工件表面粗糙度要求越高，每齒進(jìn)給量選小些；工藝系統(tǒng)剛性差，每齒進(jìn)給量應(yīng)取較小值。背吃刀量ap(1)車削時的背吃刀量背吃刀量是在與主運動和進(jìn)給運動方向相垂直的方向上測量的已加工表面與待加工表面之間的距離，單位為mm。如圖2（a），外圓車削時，其背吃刀量（ap）可由下式計算： 式中 ： dww工件待加工表面直徑，單位為mm；dm工件已加工表面直徑，單位為mm。(2)銑削吃刀量如圖2（b）（c）,銑削加工的背吃刀量（ap）為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為。端銑時，背吃刀量為切削層深度；而圓周銑削時，為被加工表面的寬度。側(cè)吃刀量（ae）為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為。端銑時，ae為

23、被加工表面寬度；而圓周銑削時，側(cè)吃刀量為切削層深度。(3)切削深度的選用切削深度的選取主要由加工余量和對表面質(zhì)量的要求決定：余量不大，力求粗加工一次進(jìn)給完成，但是在余量較大，或工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動力不足時，可多次分層切削完成。當(dāng)工件表面粗糙度值要求不高時，粗加工，或分粗、半精加工兩步加工；當(dāng)工件表面粗糙度值要求較高，宜分粗、半精、精加工三步進(jìn)行。1.2.3學(xué)會切削用量選用一般方法合理的切削用量應(yīng)滿足以下要求：在保證安全生產(chǎn)，不發(fā)生人身、設(shè)備事故，保證工件加工質(zhì)量的前提下，能充分地發(fā)揮機(jī)床的潛力和刀具的切削性能，在不超過機(jī)床的有效功率和工藝系統(tǒng)剛性所允許的額定負(fù)荷的情況下，盡量選用較大的切削

24、用量。一般情況下我們對切削用量選擇時應(yīng)考慮到下列問題：l 保證加工質(zhì)量：主要是保證加工表面的精度和表面粗糙度達(dá)到工件圖樣的要求。l 保證切削用量的選擇在工藝系統(tǒng)的能力范圍內(nèi)：要保證切削用量的選擇在工藝系統(tǒng)的能力范圍內(nèi)，不應(yīng)超過機(jī)床允許的動力和轉(zhuǎn)矩的范圍，不應(yīng)超過工藝系統(tǒng)(銑床、刀具、工件)的剛度和強(qiáng)度范圍，同時又能充分發(fā)揮它們的潛力。l 保證刀具有合理的使用壽命：在追求較高的生產(chǎn)效率的同時，保證刀具有合理的使用壽命，并考慮較低的制造成本。以上三條，要根據(jù)具體情況有所側(cè)重。一般在粗加工時，應(yīng)盡可能地發(fā)揮刀具、機(jī)床的潛力和保證合理的刀具使用壽命。精加工時，則應(yīng)首先要保證切削加工精度和表面粗糙度，同

25、時兼顧合理的刀具的使用壽命。在工件材料、刀具材料、刀具幾何參數(shù)以及其他切削條件已確定的條件下，切削時切削用量選擇得正確與否，將直接關(guān)系到工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本。合理的切削用量應(yīng)該是在充分發(fā)揮機(jī)床效能、刀具切削性能和保證加工質(zhì)量的前提下，能夠獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本。借助經(jīng)驗表格的刀具切削參數(shù)選擇數(shù)控加工的多樣性、復(fù)雜性以及日益豐富的數(shù)控刀具，決定了選擇刀具時不能再主要依靠經(jīng)驗。借助經(jīng)驗表格對刀具切削參數(shù)進(jìn)行選擇是實踐中常用的、有效的簡便方法。有關(guān)刀具切削參數(shù)選擇的經(jīng)驗表格，其格式、內(nèi)容多種多樣。有的是刀具制造廠在開發(fā)每一種刀具時，通過做了大量的試驗，在向用戶提供刀具的同時，提供

26、了詳細(xì)的刀具的使用說明和經(jīng)驗表格，針對性較強(qiáng)；有的經(jīng)驗表格則屬于通用的技術(shù)資料，針對性一般。編程者應(yīng)對自己常用牌號的刀具，能夠熟練地使用刀具廠商提供的技術(shù)手冊，或通用的技術(shù)資料，通過經(jīng)驗表格選擇合適的刀具，并根據(jù)手冊提供的參數(shù)合理選擇刀具的切削參數(shù)。但不管多么詳細(xì)的經(jīng)驗表格，它不可能完全吻合于具體的切削加工情況。經(jīng)驗表格是選擇刀具的切削參數(shù)的重要的依據(jù)，但不是完全的依據(jù)。應(yīng)知道：與切削用量的選用的相關(guān)因素是多種多樣的，每一個相關(guān)因素都可能對切削用量的選用的合理性產(chǎn)生影響，因此在選擇刀具的切削參數(shù)時，把經(jīng)驗表格為重要的依據(jù)，并具體分析切削加工的條件、要求、各種限制因素，全面考量，并在實踐中驗證、

27、修改調(diào)整，才是得到具體應(yīng)用的、合理的刀具切削參數(shù)的有效的途徑。1.3 刀具切削部分幾何角度課 次第4、5、6次學(xué)時6課 型理論課章節(jié)1 金屬切削的基本要素 1.3 車刀的刀具角度教學(xué)目的1、掌握車刀的切削部分的結(jié)構(gòu)要素；2、掌握刀具角度的參考系；3、掌握刀具標(biāo)注角度。教學(xué)重 點車刀的結(jié)構(gòu)、刀具的標(biāo)注角度和刀具的工作角度。教學(xué)難 點刀具的標(biāo)注角度教學(xué)方 法講授法、問答法教 具掛 圖授 課班 級授 課日 期 同學(xué)們想一想，為什么要以外圓車刀為例？切削刀具的種類繁多，形狀各異。但從切削部分的幾何特征上看，卻具有共性。外圓車刀切削部分的基本形態(tài)可作為其他各類刀具的切削部分的基本形態(tài)。因此外圓車刀可以看

28、是其他各類刀具的演變，都是在這個基本形態(tài)上演變出各自的特點，所以本節(jié)以外車刀切削部分為例，給出刀具幾何參數(shù)方面的有關(guān)定義。一、外圓車刀切削部分的組成車刀由刀桿和刀頭組成，也就是導(dǎo)體和切削部分。刀體用于安裝切削部分用于進(jìn)行金屬切削加工。切削部分的組成：1、前刀面Ar:切屑流經(jīng)的刀面 。2、后刀面A：與加工表面相對的刀面 。3、副后刀面A:與已加工表面相對的刀面。4、主切削刃S：前后刀面的交線。負(fù)擔(dān)主要的切削工作。也稱主刀刃。5、副切削刃S:前面與副后刀面的交線。只參加少量的切削，形成已加工表面。也稱副刀刃。6、 刀尖：主副刀刃的交點。它可以是一個點、直線或圓弧。由此可看出：外圓車刀切削部分的特點

29、是“321”；即3面2刃1尖。而切斷刀切削部分的特點是“432”。即4面3刃2尖。二、刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系 刀具要從工件上切下金屬，就必須是它具備一定的切削角度，也正是由于這些角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。為了確定切削部分各刀面在空間的位置，要人為的建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系。要建立坐標(biāo)系，首先應(yīng)建立坐標(biāo)平面。以這些坐標(biāo)平面為基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系，平面稱為基準(zhǔn)坐標(biāo)平面。基準(zhǔn)坐標(biāo)平面 基面Pr 二者以切削速度Vc為依據(jù) 切削平面Ps 在建立基準(zhǔn)坐標(biāo)平面以前，首先要做兩點假設(shè)： （1）假設(shè)主運動方向垂直于車刀刀桿底面；（2）假定進(jìn)給運動方向平行于車刀刀桿底面。有了這兩點假設(shè)，我們就好定義基準(zhǔn)坐標(biāo)平面了。

30、（1）基面Pr：過切削刃上的選定點，垂直于切削速度方向的平面。特點：Vc相切于外圓，則Pr刀桿底面。進(jìn)給方向在Pr內(nèi)。（2）切削平面Ps：過切削刃上的選定點，包括切削刃或切于切削刃（曲面刃）且垂直于基面Pr的平面。特點：Ps刀桿底面，Vc方向在Ps內(nèi)。PsPr。Vf不垂直于Ps。 考慮問題：分析切斷刀的基面Pr和切削平面Ps。為了能清楚的表達(dá)切削部分的空間幾何角度，人為的建立起空間坐標(biāo)系。 主剖面系 最常用 空間坐標(biāo)系 法剖面系較常用 進(jìn)給、切深剖面系較常用 最大前角、最小后角剖面系少用下面先學(xué)習(xí)主剖面參考系（一）主剖面參考系（Pr-Ps-Po）主剖面參考系包括基面Pr、切削平面Ps：基準(zhǔn)坐標(biāo)

31、平面主剖面Po：測量平面Pr和Ps的概念已講過，這里主要講主剖面Po：（1）概念：過切削刃上選定點，同時垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面，或者說垂直于切削刃在基面Pr上的投影。（2）特點：PoPsPr Po包含切削速度Vc的方向。通過以上分析我們知道，用坐標(biāo)平面和測量平面與刀具各刀面間形成相應(yīng)的角度，從而可以確定各刀面在空間的位置。例：前刀面Ar的位置是由前刀面Ar和基面Pr在主剖面Po內(nèi)形成的角度確定；后刀面A由后刀面A與切削平面在主剖面Po內(nèi)形成的角度確定。（二）主剖面參考系中表達(dá)的角度在主剖面系中，刀具的標(biāo)注角度有六個：r、r、o 、o 、o和s 。下面我們逐一討論。1）在基面Pr內(nèi)度

32、量的角度（俯視圖，讓刀具投影到基面上）主偏角r：在基面Pr內(nèi)，切削刃與進(jìn)給運動方向間的夾角；副偏角r：在基面Pr內(nèi)，副切削刃與進(jìn)給運動反方向間的夾角；刀尖角r：r=180o-（r + r），是函數(shù)角；2）在主剖面Po內(nèi)度量的角度（O-O 剖面Po內(nèi)）前角o：在主剖面Po內(nèi)，前面與基面Pr之間的夾角；前角o的正負(fù)的判定：前面高于基面Pr時為負(fù)；前面低于基面Pr時為正；前面與基面Pr重合時為零。后角o：在主剖面Po內(nèi)，后面與切削平面Ps間的夾角；楔角o：在主剖面Po內(nèi)，前、后面間的夾角。o=90o-(o+o)；是一個函數(shù)角；3）在副剖面Po內(nèi)度量的角度（O-O剖面Po內(nèi)）副后角o：在剖面Po內(nèi)，副

33、后面與副切削平面Ps間的夾角;副前角o：在剖面Po內(nèi)，基面Pr與前面間的夾角;補(bǔ)充說明：副切削刃同主切削刃一樣，也可以建立副切削平面Ps、副基面Pr、副剖面Po，此時是在副切削刃上找一任意選定點。4）在切削平面Ps內(nèi)度量的角度（刀具在切削平面Ps內(nèi)投影）刀具在切削平面Ps內(nèi)投影，就相當(dāng)于在車刀的后面有一個平面，這個平面與切削平面Ps平行，然后將車刀投影在這個平面內(nèi)。刃傾角s：在切削平面Ps內(nèi)，切削刃與基面Pr間的夾角；刃傾角s正負(fù)的判定：以刀尖點為基準(zhǔn)點刀尖點是刀刃的最高點，則刃傾角s為正；刀尖點是刀刃的最低點，則刃傾角s為負(fù)；刀刃與基面重合或平行，則刃傾角s為零；以上四點，分別闡述了在主剖面

34、系中四個平面即基面Pr、主剖面Po、副剖面Po、切削平面Ps內(nèi)要度量的角度。由于主刀刃與副刀刃在一個前面上，當(dāng)前角o和刃傾角s確定時，副前角o也就確定了，因此它是函數(shù)角，不做標(biāo)注。對于一把外圓車刀，在主剖面系中要表達(dá)的有： 在基面Pr內(nèi)主偏角r 、副偏角r 6個獨立的角度 在主剖面Po內(nèi)前角o、后角o（做標(biāo)注） 在副剖面Po內(nèi)副后角o 在切削平面Ps內(nèi)刃傾角s2個函數(shù)角 在基面Pr內(nèi)刀尖角r（不做標(biāo)注） 在主剖面Po內(nèi)楔角o 圖11 刀具的主要角度圖12 刃傾角的符號圖10 車刀在正交平面參考系中的標(biāo)注角度圖10 正交平面參考系 要完全確定車刀切削部分所有表面的空間位置，還需標(biāo)注副后角，副后角

35、確定副后刀面的空間位置。思考題主刀刃、前面、后面和副后面的空間位置由哪幾個角度表達(dá)出來？主刀刃主偏角r和刃傾角s；前 面前角o；后 面主偏角r和后角o；副后角副偏角r和副后角o 。（掌握：六個獨立的幾何角度的定義。）（三）法剖面參考系（Pr-Ps-Pn）法剖面參考系輔助刀具的設(shè)計、制造和切削性能分析。1、法剖面Pn：指過主切削刃上選定點與主切削刃相垂直的平面。特點：Pn主切削刃。2、法剖面參考系中度量的角度：（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角r 、副偏角r，在切削平面Ps內(nèi)度量的角度刃傾角s與主剖面系完全相同。（2）在法剖面Pn內(nèi)度量的角度：在主切削刃上選定點，作出法剖面法前角n：前面與基面P

36、r間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。法后角n：主后面與切削平面Ps間的夾角。法剖面Pn與主剖面Po間的夾角為刃傾角s ，當(dāng)s=0時，法剖面Pn與主剖面Po重合。（四）進(jìn)給、切深剖面參考系（Pr - Ps - Pf - Pp）進(jìn)給、切深剖面參考系（Pr-Ps-Pf-Pp）輔助刀具的設(shè)計、制造和刃磨。1、進(jìn)給剖面Pf：指過主切削刃上選定點，垂直與基面并平行于假定進(jìn)給運動方向的平面。特點：PfPr，Pf假定進(jìn)給運動方向。2、切深剖面Pp:指過主刀刃上選定點，并垂直與基面Pr和進(jìn)給剖面Pf的平面。特點：PpPrPf。3、進(jìn)給、切深剖面參考系中度量的角度：（1）在基面Pr內(nèi)度量的角度主偏角r 、副偏

37、角r，在切削平面Ps內(nèi)度量的角度刃傾角s與主剖面系完全相同。（）在進(jìn)給剖面Pf內(nèi)度量的角度進(jìn)給前角：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。進(jìn)給后角：主后面與切削平面Ps間的夾角。（）在切深剖面Pp內(nèi)度量的角度切深前角：前面與基面Pr間的夾角，其正負(fù)判別方法與前角o相同。切深后角：主后面與切削平面Ps間的夾角。（要求：理解法剖面系和進(jìn)給、切深剖面系中的角度、平面定義。）描述刀具的幾何形狀除必要的尺寸外，主要使用的是刀具角度。刀具標(biāo)注角度主要有四種類型，即前角、后角、偏角和傾角。正交平面參考系中的刀具標(biāo)注角度圖16 正交平面參考系刀具標(biāo)注角度如圖16所示，在正交平面參考系中，刀具標(biāo)注

38、角度分別標(biāo)注在構(gòu)成參考系的三個切削平面上。在基面Pr上刀具標(biāo)注角度有：主偏角r主切削平面Ps與假定工作平面Pf間的夾角；副偏角r副切削平面Ps與假定工作平面Pf間的夾角。在切削平面Ps上刀具標(biāo)注角度有：刃傾角s主切削刃與基面Pr間的夾角。刃傾角s有正負(fù)之分，當(dāng)?shù)都馓幱谇邢魅凶罡唿c時為正，反之為負(fù)。在正平面Po上刀具標(biāo)注角度有：前角前面r與基面Pr間的夾角。前角有正負(fù)之分，當(dāng)前面r與切削平面Ps間的夾角小于900時，取正號；大于900時，則取負(fù)號；后角O后面A與切削平面Ps間的夾角。以上五個角度r、r、s、為車刀的基本標(biāo)注角度。在此，r、s確定了主切削刃的空間位置，r、s確定了副切削刃的空間位置

39、；、則確定了前面Ar和后面A的空間位置，、則確定了副前面Ar和副后面A的空間位置。此外，還有以下派生角度：刀尖角r在基面Pr內(nèi)測量的主切削平面Ps與副切削平面Ps間的夾角，r1800（rr）；余偏角r在基面Pr內(nèi)測量的主切削平面Ps與背平面P間的夾角，r900r；楔角在正平面Po內(nèi)測量的前面Ar與后面A間的夾角，900（）。其它參考系刀具標(biāo)注角度在法平面Pn內(nèi)測量的前、后角稱為法前角和法后角，如圖17所示。圖17法平面參考系刀具標(biāo)注角度在假定工作平面f和背平面Pp中測量的刀具角度有：側(cè)前角f、側(cè)后角f、背前角p和背后角p。如圖18所示。圖18 假定工作平面參考系刀具標(biāo)注角度上述各參考系平面及角

40、度的定義歸納在表11中。表11刀具各參考系與刀具角度定義刀具組成標(biāo)注參考系刀具角度定義切削刃相關(guān)刀面代號組成平面特征符號名稱構(gòu)成平面測量平面SAAPoPrco前角Ar、PrPoo后角A、PsPsPr與S相切r主偏角Ps、PfPrPoPrPss刃傾角A、PrPsPnPrcn法前角A、PrPnn法后角A、PsPsPr與S相切r主偏角同Po系PnSs刃傾角PfPrcf側(cè)前角A、PrPfp背前角PpPff、Prf側(cè)后角A、PsPfPpPr、Pfp背后角Pp（本次課還需掌握外圓車刀切削部分的組成；掌握主剖面參考系中基面、切削平面以及主剖面的概念及特點。）課后作業(yè)：課后習(xí)題第一章：（1）、（2）、（3）小

41、結(jié)：主剖面參考系中表達(dá)的角度有六個：r、r、o 、o 、o和s 法剖面參考系中度量的角度有六個：r、r、n 、n、n和s 進(jìn)給、切深剖面參考系中度量的角度有七個：r、r、和s 課后作業(yè)：課后習(xí)題第一章 （5）、（6）1.750 內(nèi)孔車刀幾何角度：主偏角Kr750 ，副偏角Kr150 ，前角0100 ，后角080 ，副后角080，刃傾角s50 答案：2. 750 外圓車刀幾何角度：主偏角Kr750 ，副偏角Kr150 ，前角0100 ，后角080 ，副后角080，刃傾角s50 答案：3.600 內(nèi)孔車刀幾何角度：主偏角Kr600 ，副偏角Kr150 ，前角0100 ，后角080 ，副后角080，

42、刃傾角s50 答案：4.900 外圓車刀幾何角度：主偏角Kr900 ，副偏角Kr150 ，前角0100 ，后角080 ，副后角080，刃傾角s50 答案：5.450 內(nèi)孔車刀幾何角度： 主偏角Kr450 ，副偏角Kr150 ，前角0100 ，后角0100 ，副后角0100，刃傾角s-50 答案：6.450 端面車刀幾何角度：主偏角Kr450 ，副偏角Kr450 ，前角050 ，后角080 ，副后角080，刃傾角s50 答案：切斷刀1 金屬切削的基本要素課 次第7、8次學(xué)時4課 型理論課章節(jié)1 金屬切削的基本要素 1.5 刀具材料教學(xué)目的了解刀具材料應(yīng)具備的性能；掌握刀具材料的種類及各種刀具材料

43、的性能；能夠合理選用刀具材料并正確使用。教學(xué)重 點刀具材料應(yīng)具備的性能及高速鋼、硬質(zhì)合金的性能與選用教學(xué)難 點本課題難點為在不同條件下刀具材料的合理選擇教學(xué)方 法講授法、問答法教 具掛 圖授 課班 級授 課日 期1.5常用刀具材料1刀具材料應(yīng)具備的性能 1.高硬度 刀具材料的硬度必須高于被切工件的硬度，常溫硬度必須在HRC62以上。 2.高耐磨性刀具在切削時承受著劇烈摩擦，因此刀具材料應(yīng)具有較強(qiáng)的耐磨性，它取決于材料本身的硬度、化學(xué)成分和金相組織。 3.足夠的強(qiáng)度和韌度刀具切削時要承受很大的壓力、沖擊和振動，刀具材料必須具有足夠的抗彎強(qiáng)度b和沖擊韌度K。4.高耐熱性 指在高溫下保持材料硬度的性

44、能，用高溫硬度或紅硬性表示。耐熱性越好，允許的切削速度越高。因此它是衡量刀具材料性能的重要指標(biāo)。 5.具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性 即要求刀具材料本身的可切削性能、磨削性能、熱處理性能、焊接性能等要好，且又要資源豐富，價格低廉。 刀具材料的種類：有工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、超硬材料四大類，其主要物理力學(xué)性能 見表2-1。表1 各類刀具材料的物理力學(xué)性能材料種類密度/g/cm3硬度HRC（HRA）HV抗彎強(qiáng)度bb/GPa沖擊韌度K /(MJ / m2)導(dǎo)熱系數(shù)K /W / （mK）耐熱性 /切削速度大致比值工具鋼碳素工具鋼7.67.86065(81.284)2.16-41.872002500.320.

45、4合金工具鋼7.77.96065(81.284)2.35-41.873004000.480.6高速鋼8.08.86370(8386.6)1.964.41-16.7525.160070011.2硬質(zhì)合金鎢鈷類14.315.3(8991.5)1.082.160.0980.58875.487.98003.24.8鎢鈦鈷類9.3513.2(8992.5)0.8821.370.0190.05920.962.890044.8含有碳化鉭、鈮類-(92)1.470.00290.0068-10001100610碳化鈦基類5.566.3(9293.3)0.781.08-1100610陶瓷氧化鋁陶瓷3.64.7(9

46、195)0.440.686-4.1920.931200812氧化鋁碳化物混合陶瓷0.710.880.00490.01171100610氮化硅陶瓷3.2650000.7350.53-37.681300-超硬材料立方氮化硼3.443.49800090000.294-75.5514001500-人造金剛石3.473.5610000.210.48-146.54700800252 刀具材料 刀具材料種類很多，常用的有工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具。1)高速鋼高速鋼是一種加入了較多

47、的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。特點：1）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的23倍；2）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍；3）硬度HRc63以上，且有較好的耐熱性；4）可加工性好，熱處理變形較小。應(yīng)用：常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。加工材料范圍廣泛，如鋼、鐵和有色金屬等。 高速鋼按化學(xué)成分可分為鎢系、鉬系（含Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%以上）；按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。普通高速鋼指用來加工一般工程材料的高速鋼，常用的牌號有：(1)W18Cr4V 屬鎢系高速鋼，具有較好的切削性能，使用最為普遍。(2)W6Mo5Cr4V2 屬鎢鉬系高速鋼、碳化物分布均勻性

48、、韌性和高溫塑性均超過W18Cr4V，但磨削性能較差，目前主要用于熱軋刀具，如麻花鉆等。(3)W9Mo3Cr4V 它是國內(nèi)新近使用的一種高速鋼，綜合性能好，刀具耐用度有所提高，可代替W6Mo5Cr4V2使用。 普通高速鋼具有一定的硬度和耐磨性，較高的強(qiáng)度和韌性，較好的塑性，可制造各種刀具，尤其是復(fù)雜刀具。高性能高速鋼在普通高速鋼內(nèi)增加C、V的含量和添加Co、Al等合金元素就得到高性能高速鋼。它可進(jìn)一步提高耐熱性和耐磨性。(1)鈷高速鋼（W2Mo9Cr4VCo8）具有良好的綜合性能，加入鈷可提高它的高溫硬度，在600時硬度為HRC55，故允許的切削速度較高，有一定韌性，可磨削性好，加工耐磨合金鋼

49、、不銹鋼時，刀具耐用度明顯提高。但鈷含量較多成本較貴。 (2)鋁高速鋼（W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al）加入了少量的鋁不但提高了鋼的耐熱性和耐磨性，而且還能防止含碳量高引起的強(qiáng)度和韌性下降。加工HRC3040的調(diào)質(zhì)鋼時，刀具耐用度提高34倍，但磨削性能差，熱處理溫度控制困難。(3).粉末冶金高速鋼 將高頻感應(yīng)爐熔煉的鋼液用高壓惰性氣體（如氬氣）霧化成粉末，再經(jīng)冷壓或熱壓（同時燒結(jié)）制成刀坯或鋼坯，最后經(jīng)軋制成鍛制成材。優(yōu)點是韌性、硬度較高，可磨削性能好，材質(zhì)均勻，熱處理變形小，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，故刀具耐用度高，可切削各種難加工材料，特別適宜制造精密刀具和復(fù)雜刀具。粉末冶金化，

50、表面處理及涂層等常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍普通高速鋼 W18Cr4V: 廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2: 用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe: 用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18 Cr4V：用于制造對韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4 Mo：用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al：用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al：耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiN

51、bAl：用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3 Mo3Co5Si：耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）：用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價格昂貴2) 硬質(zhì)合金金屬碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)金屬粘接劑 (Co、Ni等) 高壓成形后，高溫?zé)Y(jié)而成。硬度、耐熱性、耐磨性很高，切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼 抗彎強(qiáng)度低、脆性大，抗沖擊振動性能差分類： YG (K) 類 YT (P)類 YW (M)類短切屑黑色金屬 加工長切屑的 鋼材、鑄鐵等有色金屬非金屬 黑色金屬 有色金屬非金屬WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co 硬質(zhì)合金性質(zhì) 硬質(zhì)合金是由硬度很高的金屬碳化物（如Wc、