機(jī)械制造技術(shù) 吉衛(wèi)喜編 第一章 金屬切削基本知識(shí)

1、金屬切削加工的目的：金屬切削加工的目的： 金屬切削過程金屬切削過程就是刀具從工件上切除多余的金屬，使工件獲得就是刀具從工件上切除多余的金屬，使工件獲得規(guī)定的加工精度與表面質(zhì)量。規(guī)定的加工精度與表面質(zhì)量。 金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，金屬切削加工要切除工件上多余的金屬，形成已加工表面，必須具備兩個(gè)基本條件：形成已加工表面，必須具備兩個(gè)基本條件：切削切削運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)(造型運(yùn)動(dòng)造型運(yùn)動(dòng))和刀具和刀具(幾何形態(tài)幾何形態(tài))。造型運(yùn)動(dòng)的造型運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜程度將影響機(jī)床的結(jié)構(gòu)。刀具的復(fù)雜程度將復(fù)雜程度將影響機(jī)床的結(jié)構(gòu)。刀具的復(fù)雜程度將影響刀具刃磨制造的難易程度，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)刀影響刀具刃磨制造的難易程度，同時(shí)

2、也會(huì)促進(jìn)刀具材料、刀具制造工藝的發(fā)展。具材料、刀具制造工藝的發(fā)展。+車+銑+刨+磨+鏜第一節(jié)第一節(jié) 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素切削運(yùn)動(dòng)與切削要素 一一. 切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)切削切削運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)主運(yùn)主運(yùn)動(dòng)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)動(dòng) （1） 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)由機(jī)床或人力提供的刀具與由機(jī)床或人力提供的刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng), , 它使刀具切削刃及其鄰近的它使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料，使刀具表面切入工件材料，使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行急磺邢鲗愚D(zhuǎn)變?yōu)榍行? , 從而從而形成工件的新表面形成工件的新表面。在切削。在切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)速度最高、運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)速度最高、耗功最大，是切下切屑所必耗功

3、最大，是切下切屑所必須的基本運(yùn)動(dòng)須的基本運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)方向主運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。切削速度切削速度vc 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。度。切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。度。主運(yùn)動(dòng)方向：主運(yùn)動(dòng)方向：是指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬是指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。主運(yùn)動(dòng)速度：主運(yùn)動(dòng)速度：也就是切削速度，是指切削刃選定

4、也就是切削速度，是指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，用點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，用vcvc表示，表示， 單位：單位：m m/ /minmin（或或m m/ /s s）。）。 外圓車削時(shí)，切削速度的計(jì)算公式為：外圓車削時(shí)，切削速度的計(jì)算公式為：1000wcndv 刀具與工件之間附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng), 它配合主運(yùn)動(dòng)依次地或連續(xù)不斷地切除切屑, 從而形成具有所需幾何特性的已加工表面。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具完成(如車削)，也可由工件完成(如銑削)，可以是間歇的（如刨削）, 也可以是連續(xù)的（如車削）。 （2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)進(jìn)給方向。進(jìn)給速度

5、進(jìn)給速度vf 切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。（3）合成切削運(yùn)動(dòng)）合成切削運(yùn)動(dòng)切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)進(jìn)給方向。切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。+進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向：是指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于是指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。工件的瞬時(shí)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度：指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工指切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，用件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，用vf表示，單表示，單位常取為位常取為(mm / s)或或(mm / min)

6、 切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)過程切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)過程, , 就就是表面形成過程。是表面形成過程。在這個(gè)過程中在這個(gè)過程中, , 切削刃相對(duì)于工件切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡面就是工件上的加工表面的運(yùn)動(dòng)軌跡面就是工件上的加工表面和已加工表面。和已加工表面。二、切削加工過程中的工件表面二、切削加工過程中的工件表面 車削加工是一種最常見的、典型的切削加工方法。車削加工過程中工件上有三個(gè)不斷變化著的表面。（1）待加工表面待加工表面工件上待切除的表面。（2）已）已加工表面加工表面工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的新表面。（3）過渡表面）過渡表面工件上切削刃正在切削的表面。它是待加工表面和已加工表面之間的過渡表面。

7、三、切削要素三、切削要素切削要素主要指控制切削過程的切削用量要素和在切削過程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。（1）切削用量要素）切削用量要素切削速度切削速度對(duì)切削運(yùn)動(dòng)定量描述的重要指標(biāo)之一。外圓車削的切削速度為vc =dwn/1000進(jìn)給量進(jìn)給量是指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/r； 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/str或mm/單行程； 背吃刀量背吃刀量a ap p在基面上垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測量的切削層最大尺寸,外圓車削: a

8、p(dw-dm)/2 v vc c、f f、a ap p 構(gòu)成了普通外圓車削的構(gòu)成了普通外圓車削的切削用量三要素切削用量三要素。材料切除率，用材料切除率，用Q Qz z表示表示三要素的乘積作為衡量指標(biāo)，單位為mm3/min， Qz=1000vcfap1. 切削速度切削速度 v (m/s 或或 m/min) 主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) v =d n/1000 切削用量三要素切削用量三要素2. 進(jìn)給量進(jìn)給量 f (mm/r 或或 mm/雙行程雙行程) 進(jìn)給速度進(jìn)給速度 vf=n f = n fz z （mm/s 或或 mm/min)3. 背吃刀量背吃刀量（切削深度）（切削深度） ap 車削外

9、圓車削外圓時(shí)時(shí) ap = (dw-dm)/2 鉆孔時(shí)鉆孔時(shí) ap = dm/2 例題：例題： 車外圓時(shí)工件加工前直徑為車外圓時(shí)工件加工前直徑為62mm，加工后直徑為，加工后直徑為56mm，工件轉(zhuǎn)速為，工件轉(zhuǎn)速為4r/s，刀具每秒鐘沿工件軸向移動(dòng)，刀具每秒鐘沿工件軸向移動(dòng)2mm，工件加工長度為工件加工長度為110mm。求。求v、f、ap解：解： v =dn/1000 = 624/1000 = 0.779 m/sf = vf /n = 2/4 = 0.5 mm/rap = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm（2 2）切削層參數(shù)切削層參數(shù) 切削層是指在切削過程中，切削層是指在切削過程中

10、，由刀具在切削部分的一個(gè)單一由刀具在切削部分的一個(gè)單一動(dòng)作（或指切削部分切過工件動(dòng)作（或指切削部分切過工件的一個(gè)單程，或指只產(chǎn)生一圈的一個(gè)單程，或指只產(chǎn)生一圈過渡表面的動(dòng)作）所切除的工過渡表面的動(dòng)作）所切除的工件材料層件材料層（圖圖1 12 2）。（2 2）切削層參數(shù)切削層參數(shù)切削層公稱厚度切削層公稱厚度h hD D 垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。h hD Df fsinKsinKr r切削層公稱寬度切削層公稱寬度b bD D平行于正在加工的表平行于正在加工的表面（過渡表面）度量面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。的切削層參數(shù)。b bD Da ap psinKsinKr r切削

11、層公稱橫截面積切削層公稱橫截面積A AD D在切削層參數(shù)平面內(nèi)在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量橫截面積。度量橫截面積。A AD Dh hD Db bD D= =a ap pf f切切削削層層參參數(shù)數(shù)切削層公稱切削層公稱厚度厚度hD在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的距離。距離。hD反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷。由圖得：反映了切削刃單位長度上的切削負(fù)荷。由圖得：hD=fsinkr其中：其中：hD切削層公稱厚度，切削層公稱厚度，(mm)；f進(jìn)給量，進(jìn)給量，(mm/r）；）；kr車刀主偏角，車刀主偏角，(。)。切削層公稱切削層

12、公稱寬度寬度bD 沿過渡表面測量的切削層尺寸。沿過渡表面測量的切削層尺寸。bD反映了切削刃參加切削的工作長反映了切削刃參加切削的工作長度。由圖得：度。由圖得：bD=ap/sinkr其中：其中：bD切削層公稱寬度，切削層公稱寬度，(mm)。切削層公稱切削層公稱橫截面積橫截面積AD切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積。由圖得：切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積。由圖得：AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap其中其中:AD切削層公稱橫截面積，切削層公稱橫截面積，(mm2)。第二節(jié)第二節(jié) 刀具切削部分的幾何參數(shù)刀具切削部分的幾何參數(shù)一一 刀具的構(gòu)成刀具的構(gòu)成 由工作部分和非工作部

13、分構(gòu)成。由工作部分和非工作部分構(gòu)成。車刀的車刀的工作部分比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分比較簡單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部工作部分就是車刀的柄部( (或刀桿或刀桿) )。不論刀。不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來，可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來，本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。本節(jié)以外圓車刀為例來介紹其幾何參數(shù)。車刀切削部分的組成要素車刀切削部分的組成要素1、刀面前面主后面副后面(1)前面：前面： 直接作用于被切削的金屬層，并控制切屑沿其排出的刀面。直接作用于被切削的金屬層，并

14、控制切屑沿其排出的刀面。主后面主后面：是指與工件上加工表面相對(duì)著的刀面；是指與工件上加工表面相對(duì)著的刀面； 副后面副后面：是與工件上已加工表面相對(duì)著的刀面是與工件上已加工表面相對(duì)著的刀面。 2. 2.刀刃刀刃（1 1）主切削刃）主切削刃S S 前面與主后面在空間的交線。前面與主后面在空間的交線。（2 2）副切削刃）副切削刃SS 前面與副后面在空間的交線。前面與副后面在空間的交線。 3 3刀尖刀尖 三個(gè)刀面在空間的交點(diǎn)，也可理解三個(gè)刀面在空間的交點(diǎn)，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。小段切削刃。 在實(shí)際應(yīng)用中，為增加刀尖的在實(shí)際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)

15、度與耐磨性，一般在刀尖處磨出強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過渡刃。直線或圓弧形的過渡刃。車刀的組成：車刀的組成：三面三面 前面前面A 主后面主后面A 副后面副后面A 兩刃兩刃 主切削刃主切削刃 S 副切削刃副切削刃 S一尖一尖 過渡刃過渡刃 刀具角度是為刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量時(shí)所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。 用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面稱為參考系; 參考系可分為刀具靜止參考系和刀具工作參考系兩類。 三三 刀具角度刀具角度在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量時(shí)，用于定義刀具幾何在設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測量時(shí)，用于定義刀具幾何參數(shù)的參考系稱

16、為刀具參數(shù)的參考系稱為刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系靜止參考系或標(biāo)注角度參考系。1 1刀具靜止參考系刀具靜止參考系在該參考系中定義的角度稱為刀具的在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。標(biāo)注角度。靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系靜止參考系中最常用的刀具標(biāo)注角度參考系是是正交平面參考系正交平面參考系, ,其它參考系有其它參考系有法平面參考法平面參考系、假定工作平面參考系等。系、假定工作平面參考系等。 刀具的參考平面刀具的參考平面 2.正交平面參考系由以下三個(gè)在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成。圖14(1)基面基面p pr r通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。通常平行于車刀的安裝

17、面（底面）。(2)切削平面切削平面p ps s 通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。(3)正交平面正交平面p po o 通過切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)與基面和切削平面垂直的平面。 圖1-4 正交平面參考系刀具的幾何角度刀具的幾何角度（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（1 1）基面中測量的刀具角度）基面中測量的刀具角度1）主偏角主偏角r 主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度vf 方向之間的夾角。方向之間的夾角。（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（1 1）基面中測量的刀具角度）基面中

18、測量的刀具角度2）副偏角副偏角r 副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度vf反方向之間的夾角反方向之間的夾角。（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（1 1）基面中測量的刀具角度）基面中測量的刀具角度3）刀尖角刀尖角r 主、副切削刃在基面上的投影之主、副切削刃在基面上的投影之間的夾角，它是派生角度。間的夾角，它是派生角度。r=180-(r r)r是標(biāo)注角度是否正確的驗(yàn)證公式之一。是標(biāo)注角度是否正確的驗(yàn)證公式之一。（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（三）正交平面參照系刀具的標(biāo)注角度（1 1）基面中測量的刀具角度）基面中測量的刀具角度

19、4）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數(shù)將改變刀尖）主切削刃和副切削刃之間的過渡刃參數(shù)將改變刀尖的幾何形狀的幾何形狀,用刀尖圓弧半徑用刀尖圓弧半徑r描述，當(dāng)描述，當(dāng)r=0時(shí)為時(shí)為尖角過渡，尖角過渡，r0時(shí)為圓角過渡，直線過渡時(shí)用時(shí)為圓角過渡，直線過渡時(shí)用 和和 b參數(shù)描述參數(shù)描述。圖1-6 各種刀尖和過渡刃a)直線過渡刃 b)圓弧過渡刃 c)修光刃（2）切削平面中測量的刀具角度）切削平面中測量的刀具角度1）刃傾角s 主切削刃與基面之間的夾角。它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或測量，但有正負(fù)之分。當(dāng)主切削刃與基面平行時(shí)s=0；當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對(duì)基面處于主切削刃上的最高點(diǎn)時(shí)s 0；反之s 0。 （3 3）正交平面中測量

20、的刀具角度）正交平面中測量的刀具角度1)前角O 前面與基面之間的夾角。2)后角o 后面與切削平面之間的夾角。3)楔角o 前面與后面之間的夾角，它是個(gè)派生角。 它與前角、后角有如下的關(guān)系：o90(Oo)o也是判斷標(biāo)注是否正確的驗(yàn)證式之一。 3.其它刀具標(biāo)注參考系其它刀具標(biāo)注參考系（1 1）法平面）法平面p pn n與法平面參考系與法平面參考系 1)法平面 通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于切削刃的平面2)法平面參考系 pr、ps、pn組成的參考系。 （圖1-4） 刀具角度標(biāo)注見圖1-5。（2 2）假定工作平面）假定工作平面p pf f、及其參考系及其參考系1)1)假定工作平面假定工作平面 通過切削刃上選

21、定點(diǎn)并垂直通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)基面以及其方位平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方于該點(diǎn)基面以及其方位平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的平面向的平面。3)3)假定工作平面參考系假定工作平面參考系 p pr r、p pf f、p pp p組成的參組成的參考系?？枷?。六六 刀具工作角度刀具工作角度刀具在工作參考系中確刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作定的角度稱為刀具工作角度。角度。 研究刀具工作角度研究刀具工作角度的變化趨勢，對(duì)刀具的的變化趨勢，對(duì)刀具的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、革新有重設(shè)計(jì)、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義要的指導(dǎo)意義。1 1刀具工作參考系的建立刀具工作參考系的建立 與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和與靜態(tài)

22、系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng)程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng)e e或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面p prere。 由于工作基面的變化，將帶來工作切削平由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面面p psese的變化，從而導(dǎo)致工作前角的變化，從而導(dǎo)致工作前角oeoe、工作后角工作后角oeoe 的變化。的變化。刀具工作參考系刀具工作參考系(1)工作基面pre 通過切削刃上的考查點(diǎn)，垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)速度方向的平面。(2)工作切削平面pse通過切削刃上的考查點(diǎn)，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。(3)工作

23、正交平面poe通過切削刃上的考查點(diǎn)，同時(shí)垂通過切削刃上的考查點(diǎn)，同時(shí)垂直于工作基面、工作切削平面的直于工作基面、工作切削平面的平面平面。2 2刀具工作角度的分析刀具工作角度的分析 在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度(oe 、oe 、re、re、oe 、se)的變化，對(duì)刀具角度設(shè)計(jì)補(bǔ)償量以及對(duì)切削加工過程的變化，對(duì)刀具角度設(shè)計(jì)補(bǔ)償量以及對(duì)切削加工過程的影響情況。的影響情況。 在車削在車削(切斷、車螺紋、車絲杠切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對(duì)工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造

24、成不利影響。作角度的變化，對(duì)工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。1 1）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作前、后角的影響）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作前、后角的影響 縱向進(jìn)給車外圓時(shí)，合成切削運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加工軌跡是阿基米德螺旋線，從而使工作前角oe增大、工作后角oe 減小(圖1-9) 。v用刃傾角s=0車刀車削外圓時(shí)，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工作前角oe增大，而工作后角oe減小。v若切削刃低于工件中心，則工作角度的變化情況正好相反。v加工內(nèi)表面時(shí)，情況與加工外表面相反。如圖2-11所示。（2 2）刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響）刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響1)1)刀尖安裝

25、高低對(duì)工作前、后角的影響刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響圖圖111+ 圖圖111 刀尖安裝高低對(duì)工作角度的影響刀尖安裝高低對(duì)工作角度的影響v當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直且逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)G角時(shí)，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。如圖1-12所示。3 3）刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響）刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響第三節(jié)第三節(jié) 刀具材料刀具材料 金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求金屬切削過程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對(duì)工件要有良好的切削性能。刀具材料對(duì)工件要有良好的切削性能。 刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)刀具切削性能的優(yōu)劣

26、，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。 金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加金屬切削過程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評(píng)估的三要素。削性能評(píng)估的三要素。刀具的切削性能決定于刀具結(jié)構(gòu)、切削部分的材料和幾何參數(shù)刀具的切削性能決定于刀具結(jié)構(gòu)、切削部分的材料和幾何參數(shù)（一）刀具材料必須具備的性能（一）刀具材料必須具備的性能 1. 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐

27、磨性 常溫硬度常溫硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、以上，耐磨性是硬度、 組織組織 結(jié)構(gòu)及化結(jié)構(gòu)及化 學(xué)性能等的綜合反映。學(xué)性能等的綜合反映。 2. 足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性3. 高耐熱性高耐熱性 高溫硬度、強(qiáng)度、耐磨性，抗氧化性、抗擴(kuò)散粘結(jié)性等高溫硬度、強(qiáng)度、耐磨性，抗氧化性、抗擴(kuò)散粘結(jié)性等4. 良好的工藝性良好的工藝性 鍛造性能、磨削性能、熱處理性能等鍛造性能、磨削性能、熱處理性能等5. 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性1. 刀具材料的基本要求刀具材料的基本要求+刀具是從工件上去除材料，刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。的硬度必須高于工件材料的硬度。

28、+刀具材料最低硬度應(yīng)在刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。以上。+對(duì)于對(duì)于碳素工具鋼材料碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度，在室溫條件下硬度應(yīng)在應(yīng)在62HRC以上；以上；高速鋼高速鋼硬度為硬度為63HRC70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金刀具硬度為硬度為89HRC93HRC。+刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力。力。+如車削如車削45鋼，在背吃刀量鋼，在背吃刀量ap4，進(jìn)給量，進(jìn)給量f 0.5/r的條件下，刀片所承受的的條件下，刀片所承受的切削力達(dá)切削力達(dá)到到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的，可見，刀具材料必須具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌性。強(qiáng)度和較

29、強(qiáng)的韌性。+一般刀具材料的韌性用沖擊韌度一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。映刀具材料抗脆性和崩刃能力。+A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。+一般刀具一般刀具硬度硬度越高，越高，耐磨性耐磨性越好。越好。+刀具金相組織中刀具金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好耐磨性越好。+B、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的

30、性能來衡量，也稱衡量，也稱熱硬性熱硬性。+刀具材料刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性高溫硬度越高，則耐熱性越好，越好，在在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。+刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。少刀具磨損。+刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強(qiáng)。裂紋性能也強(qiáng)。 +刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的該易于制造，這要求刀具材料有

31、較好的工工藝性藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。溫塑性變形等功能。+經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時(shí)，要擇刀具時(shí)，要考慮經(jīng)濟(jì)效果考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。成本。 2. 常用刀具材料常用刀具材料工具鋼工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷陶瓷超硬刀具材料超硬刀具材料 推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼等。 +布氏硬度的含意：用一定直徑的淬布氏硬度的含意：用一定直徑的淬硬鋼球，在一定

32、的載荷（硬鋼球，在一定的載荷（p）作用下，）作用下，壓入試件表面，停留一段時(shí)間，然壓入試件表面，停留一段時(shí)間，然后除去載荷，測量壓痕的面積，壓后除去載荷，測量壓痕的面積，壓痕越小表示抵抗塑性變形能力（即痕越小表示抵抗塑性變形能力（即硬度）越大，用硬度）越大，用“HB”來表示。來表示。 +洛氏硬度的含意：在規(guī)定的外加載荷下，洛氏硬度的含意：在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表面，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入試件表面，產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深度，利用洛氏硬產(chǎn)生壓痕，測試壓痕深度，利用洛氏硬度計(jì)算公式度計(jì)算公式HR=（K-H)/C便可計(jì)算出洛氏便可計(jì)算出洛氏硬度。簡單說就是壓痕越淺，硬度。

33、簡單說就是壓痕越淺，HR值越大，值越大，材料硬度越高。用材料硬度越高。用HRC來表示。比如來表示。比如HRC60，即代表在試驗(yàn)載荷為，即代表在試驗(yàn)載荷為150kg下，下，使用頂角為使用頂角為120度的金剛石圓錐壓頭時(shí)，度的金剛石圓錐壓頭時(shí)，試件的壓痕深度為試件的壓痕深度為0.08mm。+維氏硬度的含意：是利用頂角為維氏硬度的含意：是利用頂角為136度的度的金剛石四方角錐體作壓頭，在一定的載金剛石四方角錐體作壓頭，在一定的載荷下壓入試件表面，留下方形壓痕，根荷下壓入試件表面，留下方形壓痕，根據(jù)對(duì)角線的長度，即可查出硬度值，用據(jù)對(duì)角線的長度，即可查出硬度值，用“HV”來表示。來表示。 一般都是用洛

34、氏硬度來衡一般都是用洛氏硬度來衡量刀刃的硬度，也就是量刀刃的硬度，也就是HRC值，通常一把值，通常一把好刀的刀刃硬度應(yīng)在洛氏硬度好刀的刀刃硬度應(yīng)在洛氏硬度50s以上，以上，60s以下，簡而言之，硬度越高，抗磨損以下，簡而言之，硬度越高，抗磨損能力越高，但脆性也越大。能力越高，但脆性也越大。常用的刀具材料常用的刀具材料(工具鋼工具鋼) 1.碳素工具鋼碳素工具鋼 含含c%為為0.71.3%。加工性好、。加工性好、刃易磨鋒利。淬火后刃易磨鋒利。淬火后HRC6164，價(jià)格低。，價(jià)格低。 在在200以上失去原有硬度，使刀刃燒損，切削速度以上失去原有硬度，使刀刃燒損，切削速度不能提高，淬火時(shí)易產(chǎn)生裂紋和變

35、形，適應(yīng)于做銼刀、不能提高，淬火時(shí)易產(chǎn)生裂紋和變形，適應(yīng)于做銼刀、手用鉸刀等。牌號(hào)手用鉸刀等。牌號(hào)T10、T10A 2.合金工具鋼合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入一定的在碳素工具鋼中加入一定的W、 Cr、Mn而成。加入這些元素可提高刀具材料的耐磨性、耐而成。加入這些元素可提高刀具材料的耐磨性、耐熱性、韌性、減少熱處理時(shí)的變形。熱性、韌性、減少熱處理時(shí)的變形。 淬火后淬火后HRC6165，耐，耐250300高溫，用于制造高溫，用于制造鉸刀、拉刀等。鉸刀、拉刀等。 3.高速鋼高速鋼 合金鋼中含較多合金鋼中含較多W、 Cr耐磨性耐磨性，耐，耐熱性熱性。高速鋼約含。高速鋼約含 Cr4%、W1020%、V

36、1% 。 高速鋼高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)熱處理后硬度可達(dá)62626666HRC, HRC, 抗彎強(qiáng)度約抗彎強(qiáng)度約3.33.3GPaGPa，有較高的熱穩(wěn)定性有較高的熱穩(wěn)定性 、耐磨性、耐磨性 、耐熱性。切削溫度、耐熱性。切削溫度在在500500650650C C時(shí)仍能進(jìn)行切削。時(shí)仍能進(jìn)行切削。l由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具形車刀、銑刀、鉆頭、切齒

37、刀、螺紋刀具和拉刀等。和拉刀等。按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為: 熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為: 鎢系和鉬系。 （1 1）高速鋼的分類）高速鋼的分類 等。等。高速鋼高速鋼（1 1）通用型高速鋼）通用型高速鋼（含碳量含碳量0.70.70.9%0.9%，626266 HRC66 HRC） 鎢系高速鋼鎢系高速鋼 W18Cr4VW18Cr4V W14Cr4MnREW14Cr4MnRE 鉬系高速鋼鉬系高速鋼 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 高溫塑性好高溫塑性好 主要用于一般材料的常規(guī)加工，速度不高于主要用于一般材料的常規(guī)加工，速度不

38、高于50m/min.50m/min.（2 2）高性能高速鋼）高性能高速鋼（增加碳量釩量，添加鈷鋁等增加碳量釩量，添加鈷鋁等666670HRC70HRC） 9 9W18Cr4V W6Mo5Cr4VW18Cr4V W6Mo5Cr4V3 3 W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2Co8Co8 W W2 2MoMo9 9Cr4Cr4VCo8VCo8 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2AlAl W W1010MoMo4 4Cr4VCr4V3Al3Al 主要用于難加工材料的加工，加工普通材料可達(dá)主要用于難加工材料的加工，加工普通材料可達(dá)90m/min.90m/min.粉末冶金化，表面處理及涂層等

39、粉末冶金化，表面處理及涂層等（2）常用高速鋼的牌號(hào)與性能）常用高速鋼的牌號(hào)與性能硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物( (碳化碳化鎢鎢WCWC、碳化鈦碳化鈦TiCTiC、碳化鉭碳化鉭TaCTaC、碳化鈮碳化鈮NbCNbC等等) )和金和金屬粘結(jié)劑屬粘結(jié)劑( (CoCo、MoMo、NiNi等等) )用粉末冶金工藝制成。用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89899393H

40、RAHRA，化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)80080010001000C C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5 51010倍倍 。 2 2硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金+2硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金+（1）硬質(zhì)合金組成硬質(zhì)合金組成+硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成。冶金方法制成。+（2）硬質(zhì)合金的）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)+硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物：硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，熱熔性好含量高，熱熔性好

41、 ,熱硬性好，切削速度高。熱硬性好，切削速度高。+硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金缺點(diǎn)缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不：脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不強(qiáng)?？箯潖?qiáng)度只有高速鋼的強(qiáng)?？箯潖?qiáng)度只有高速鋼的1/31/2，沖擊韌性只，沖擊韌性只有高速鋼的有高速鋼的1/41/35。+硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金力學(xué)性能：力學(xué)性能：主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和粘化劑的含量決定。種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和粘化劑的含量決定。 鎢鈷類（鎢鈷類（WC+Co）；）；鎢鈦鈷類（鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）；）；添 加 稀 有 金 屬 碳 化 物 類添 加 稀 有 金 屬 碳 化 物 類（

42、WC+TiC+TaC+（NbC）+Co）；）；碳化鈦基類（碳化鈦基類（TiC+WC+Ni+Mo）。）。（1 1）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的分類的分類 +普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及適用范圍普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及適用范圍+按其化學(xué)成分的不同按其化學(xué)成分的不同可分為可分為 ：+、鎢鈷類鎢鈷類（WC+Co）（合金代號(hào)為（合金代號(hào)為YG，對(duì)應(yīng)于國標(biāo)對(duì)應(yīng)于國標(biāo)K類類 ）+合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；工；+鈷含量低，適于精加工。鈷含量低，適于精加工。 +鎢鈦鈷類鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（合金代號(hào)為（合金代號(hào)為YT，對(duì)應(yīng)于國標(biāo)對(duì)應(yīng)于國標(biāo)P類類 ）+此類合金有較高的

43、硬度和耐熱性，主要此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。 +合金中合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強(qiáng)度降低但強(qiáng)度降低 粗加工一般選擇粗加工一般選擇TiC含量少的含量少的牌號(hào)，精加工選擇牌號(hào)，精加工選擇TiC含量多的牌號(hào)。含量多的牌號(hào)。+鎢鈦鉭（鈮）鈷類鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（）（合金代號(hào)為合金代號(hào)為YW，對(duì)應(yīng)于國標(biāo)，對(duì)應(yīng)于國標(biāo)M類）類）+適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、半精加工，也能用

44、于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。工。金屬碳化物金屬碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等等)金屬粘接劑金屬粘接劑 (Co、Ni等等) 高壓成形后，高溫?zé)Y(jié)而成。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(dòng)性能差抗彎強(qiáng)度低、脆性大，抗沖擊振動(dòng)性能差分分類類 YG (K) 類類 YT (P)類類 YW (M)類類短切屑黑色金屬短切屑黑色金屬 加工長切屑的加工長切屑的 鋼材、鑄鐵等鋼材、鑄鐵等有色金屬非金屬有色金屬非金屬 黑色金屬黑色

45、金屬 有色金屬非金屬有色金屬非金屬 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co 常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及其性能常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及其性能+超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金多用于超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金多用于YG類合金，它類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強(qiáng)的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。鋼。+適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。加工高硬度難加工材料。+（1）概念：概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。金