機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 課件

1、第二章第二章 金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具第一節(jié)第一節(jié) 刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)一、切削運(yùn)動(dòng)與切削用量一、切削運(yùn)動(dòng)與切削用量（一）切削運(yùn)動(dòng)（一）切削運(yùn)動(dòng)刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稱為切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)（即表面成形運(yùn)動(dòng)表面成形運(yùn)動(dòng)）。按作用來分，切削運(yùn)動(dòng)可分為按作用來分，切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。給出了車刀進(jìn)行普通外圓車削給出了車刀進(jìn)行普通外圓車削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)，圖時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)，圖1中合成運(yùn)動(dòng)的切削速度中合成運(yùn)動(dòng)的切削速度Ve、主運(yùn)動(dòng)速度、主運(yùn)動(dòng)速度Vc和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度Vf之間之間的關(guān)系。的關(guān)系。合成切削運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng)是由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合

2、是由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件的成的運(yùn)動(dòng)。刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件的瞬時(shí)合成運(yùn)動(dòng)方向稱為合成切削運(yùn)動(dòng)方向，瞬時(shí)合成運(yùn)動(dòng)方向稱為合成切削運(yùn)動(dòng)方向，其速度稱為合成切削速度。其速度稱為合成切削速度。圖圖1(二)切削用量 1、切削速度切削速度vc 切削速度vc是刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)線速度。由于切削刃上各點(diǎn)的切削速度可能是不同，計(jì)算時(shí)常用最大切削速度代表刀具的切削速度。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)： 式中d切削刃上選定點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑，mm; n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min. 2、進(jìn)給速度、進(jìn)給速度vf 、進(jìn)給量、進(jìn)給量f 進(jìn)給速度進(jìn)給速度vf-切削刃上選定點(diǎn)相

3、對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)速度，度，mm/s或或mm/min.。 進(jìn)給量進(jìn)給量f-刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量，用刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)于工件的位移量，用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述，刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表述，mm/r或或mm/行程行程。 Vf= n f 3、切削深度、切削深度ap對(duì)于車削和刨削加工來說，切削深度ap（背吃刀量背吃刀量）是在與主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相垂直的方向上度量的已加工表面與待加工表面之間的距離，單位mm。對(duì)于鉆孔來說，式中dw-工件待加工表面直徑，mm。 dm-工件已加工表面直徑，mm。圖圖2二、切削層參數(shù)

4、二、切削層參數(shù) 在切削過程中，刀具的切削刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層，稱為切削層切削層。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(cè)量的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的距離。hD反映了切削刃單位長(zhǎng)度上的切削負(fù)荷。由圖得：hD=fsinkr其中：hD切削層公稱厚度，(mm)；f進(jìn)給量，(mm/r）；kr車刀主偏角，(。)。切削層公稱切削層公稱寬度寬度bD沿過渡表面測(cè)量的切削層尺寸。bD反映了切削刃參加切削的工作長(zhǎng)度。由圖得： bD=ap/sinkr其中：bD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

5、的乘積。由圖得： AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap其中: AD切削層公稱橫截面積，(mm2)。三、刀具切削部分的基本定義 金屬刀具的種類很多，但它們切削部分的幾何形狀與參數(shù)都有著共性，即不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，它們的切削部分總是近似地以外圓車刀的切削部分為基本形態(tài)。(一）車刀的組成 外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，由刀柄和刀頭組成，刀柄是刀具的夾持部位，其切削部分（又稱刀頭）由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所組成。其切削部分的結(jié)構(gòu)及其定義如下。（1）前刀面）前刀面 刀具上與切屑接觸并相互作用的表面（即切屑切屑流過的表面流過的表面）。圖圖3（2）

6、主后刀面）主后刀面 刀具上與工件過渡表面相對(duì)并相互作用的表面。（3）副后刀面）副后刀面 刀具上與已加工表面相對(duì)并相互作用的表面。（4）主切削刃）主切削刃 前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃）副切削刃 前刀面與副后刀面的交線。它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。（6）刀尖）刀尖 主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃。它可以是小的直線段或圓弧。 具體參見切削運(yùn)動(dòng)與切削表面圖和車刀的組成圖。其它各類刀具，如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可以看作是車刀的演變和組合。刨刀鉆頭圖圖4銑刀(二）刀具角度的參考系為了確定刀具切削部分各表面和刀刃的空間位置，需要建立平面參考系。按構(gòu)

7、成參考系時(shí)所依據(jù)的切削運(yùn)動(dòng)的差異，參考系分成以下兩類：刀具標(biāo)注角度參考系刀具工作角度參考系刀具標(biāo)注角度參考系刀具標(biāo)注角度參考系（又稱刀具靜止參考系）是刀具設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)注、刃磨和測(cè)量的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱刀具標(biāo)注角度。刀具工作角度參考系刀具工作角度參考系是確定刀具切削工作時(shí)角度的基準(zhǔn)，用此定義的刀具角度稱為刀具工作角度。圖圖51、正交平面參考系、正交平面參考系要確定正交平面參考系，必須提出以下兩個(gè)假設(shè)條件：要確定正交平面參考系，必須提出以下兩個(gè)假設(shè)條件：假定運(yùn)動(dòng)條件：用刀具主運(yùn)動(dòng)向量用刀具主運(yùn)動(dòng)向量vc近似代替合成運(yùn)動(dòng)向量近似代替合成運(yùn)動(dòng)向量ve，然后再用平行或垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的坐標(biāo)平面構(gòu)成參

8、考系。然后再用平行或垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的坐標(biāo)平面構(gòu)成參考系。假定安裝條件：假定刀具的安裝位置恰好使其底面或軸線與參考假定刀具的安裝位置恰好使其底面或軸線與參考系的平面平行或垂直。系的平面平行或垂直。 正交平面參考系由以下正交平面參考系由以下三個(gè)平面組成：三個(gè)平面組成： 1) 基面基面pr：通過：通過切削刃某一點(diǎn)，垂直切削刃某一點(diǎn)，垂直于假定主運(yùn)動(dòng)方向的于假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。它平行或垂直平面。它平行或垂直于刀具在制造、刃磨于刀具在制造、刃磨及測(cè)量時(shí)適合于安裝及測(cè)量時(shí)適合于安裝的平面或軸線。的平面或軸線。圖圖6 2)切削平面ps：通過切削刃某一點(diǎn)，與工件加工表面（或與主切削刃）相切的平面。切削平面

9、ps與基面pr垂直。 3)正交平面P0：通過切削刃某一點(diǎn)，同時(shí)垂直于切削平面ps與基面pr的平面。2、法平面參考系法剖面Pn：通過切削刃某一點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。圖圖73、假定工作平面參考系假定平面參考系由pr、Pf、Pp三個(gè)平面組成。 1)假定工作平面Pf：通過切削刃某一點(diǎn)，平行于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向并垂直于基面pr的平面。2)背平面Pp：通過切削刃某一點(diǎn)，同時(shí)垂直于進(jìn)給剖面Pf與基面pr的平面。（三）刀具標(biāo)注角度 刀具的標(biāo)注角度是制造和刃磨刀具所需要刀具的標(biāo)注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具設(shè)計(jì)圖上予以標(biāo)注的角度。刀具的，并在刀具設(shè)計(jì)圖上予以標(biāo)注的角度。刀具的標(biāo)注角度主要有五個(gè)，以車刀為例

10、，表示了的標(biāo)注角度主要有五個(gè)，以車刀為例，表示了幾個(gè)角度的定義。幾個(gè)角度的定義。圖圖81、在正交平面內(nèi)測(cè)量的角度1)前角o在主剖面P0內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分，其符號(hào)規(guī)定如圖所示。圖圖92）后角o在主剖面P0內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。3）楔角o在正交平面內(nèi)度量的前刀面與后刀面之間的夾角。o=90（o + o ）2、在基面內(nèi)標(biāo)注的角度1）主偏角r 在基面內(nèi)測(cè)量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。主偏角一般為正值。2）副偏角r在基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。

11、副偏角一般為正值。3）刀尖角r 在基面內(nèi)度量的主切削刃與副切削刃之間的夾角。 r =180 （ r + r ）3、在切削平面內(nèi)標(biāo)注的角度刃傾角s在切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角。 當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)，s=0；刀尖為主切削刃最低點(diǎn)時(shí)，s0；刀尖為主切削刃上最高點(diǎn)是，s0，如圖示。 上述角度中， o和r 是派生角度，由前、后刀面磨出的主切削刃只需要四個(gè)基本角度即可確定它的空間位置，即為o 、 o 、 r 、 r 。 對(duì)于副切削刃，可采用與上述相同的方法，在副切削刃的選定點(diǎn)上作參考系Pr-Ps-Po。當(dāng)主切削刃上的四個(gè)基本角度o 、 o 、 r 、 s以及副偏角r 確定之后，副前角o和副刃

12、傾角r隨之而定，圖樣上也不用標(biāo)注。圖圖10在法平面、假定工作平面參考系中，有法前角n 、 、法后角n 、 側(cè)前角f 、側(cè)后角f 、背前角p 、 和背后角p 。這些角度可以參照給正交平面參考系標(biāo)注角度下定義的方法加以定義。 在法平面參考系中，只需標(biāo)注n 、 n 、 r 和s四個(gè)角度即可確定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面參考系中，只需標(biāo)注f 、f 、p 、 p 四個(gè)角度便可確定車刀的主切削刃和前、后刀面的方位。四、刀具的工作角度四、刀具的工作角度 在實(shí)際的切削加工中，由于刀具安裝位置和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，上述標(biāo)注角度會(huì)發(fā)生一定的變化。角度變化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變。

13、以切削過程中實(shí)際的切削平面Ps、基面Pr和主剖面P0為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實(shí)際角度。 在一般的條件下，刀具的工作角度與標(biāo)注角度相差無幾，兩者差別不予考慮，只有在角度變化值較大時(shí)才需要計(jì)算工作角度。（一）刀具安裝對(duì)工作角度的影響1、車刀安裝高度對(duì)工作角度的影響 以車刀車外圓為例，若不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時(shí)，將引起工作前角oe和工作后角oe的變化,如上圖所示。圖圖112、車刀安裝偏斜對(duì)工作角度的影響車刀安裝偏斜對(duì)工作角度的影響 當(dāng)車刀刀桿的縱向軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，將會(huì)引起工作主偏角re和工作副偏角re的變化,如上圖所示。圖圖12（二）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

14、對(duì)工作角度的影響 車端面或切斷時(shí)，加工表面是阿基米德螺旋面，如上圖所示。因此，實(shí)際的切削平面和基面都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋升角，使車刀的工作前角oe增大，工作后角oe減小。一般車削時(shí)，進(jìn)給量比工作直徑小很多，故螺旋升角很小，它對(duì)車刀工作角度影響不大，可忽略不計(jì)。但在車端面、切斷和車外圓進(jìn)給量（或加工螺紋的導(dǎo)程）較大，則應(yīng)考慮螺旋升角的影響。1、橫向橫向進(jìn)給運(yùn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工動(dòng)對(duì)工作角度作角度的影響的影響圖圖132、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響 車端面或切斷時(shí)，加工表面是阿基米德螺旋面，如左圖所示。因此，實(shí)際的切削平面和基面都要偏轉(zhuǎn)一個(gè)附加的螺旋升角，使車刀的工作前角oe

15、增大，工作后角oe減小。一般車削時(shí)，進(jìn)給量比工作直徑小很多，故螺旋升角很小，它對(duì)車刀工作角度影響不大，可忽略不計(jì)。但在車端面、切斷和車外圓進(jìn)給量（或加工螺紋的導(dǎo)程）較大，則應(yīng)考慮螺旋升角的影響。圖圖14五、刀具種類五、刀具種類1、刀具分類（1）按加工方式和具體用途分：車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等。（2）按所用材料分：高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和金剛石刀具。（3）按結(jié)構(gòu)形式分：整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具、復(fù)合刀具等。 （4）按是否標(biāo)準(zhǔn)化分：標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具。2、常用刀具簡(jiǎn)介（1）車刀 車刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體車刀、焊接

16、裝配式車刀和機(jī)械夾固刀片的車刀。如圖15、16所示。圖圖15圖圖16（2）孔加工刀具 孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實(shí)體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對(duì)工件上已有孔進(jìn)行再加工用的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆、鉸刀及鏜刀等。圖圖17 麻花鉆是最常用的孔加工刀具，一般用于實(shí)體材料上孔的粗加工。鉆孔的尺寸精度為IT11-IT12，Ra為50-12.5m。加工范圍為0.1-80mm,以30mm以下時(shí)最常用。麻花鉆的結(jié)構(gòu)由柄部、頸部和工作部分組成：柄部柄部是鉆頭的夾持部分，有錐柄和直柄兩種型式；頸部頸部位于工作部分和柄部的過渡部分，是磨削柄 部時(shí)的退刀槽，此處常用于打印鉆

17、頭標(biāo)記；鉆頭的工作部分鉆頭的工作部分包括切削部分和導(dǎo)向部分，導(dǎo)向部分有兩條螺旋槽和兩條棱邊，螺旋槽起排屑和輸送切削液的作用，棱邊起導(dǎo)向、修光孔壁的作用。麻花鉆的主要幾何角度有螺旋角，前角，后角 ，鋒角2和橫刃斜角 。麻花鉆結(jié)構(gòu)上的缺陷：鉆頭在外緣處的磨損特別嚴(yán)重；橫刃較長(zhǎng)，橫刃前角為負(fù)值，軸向抗力較大，鉆頭定心差，易產(chǎn)生引偏和振動(dòng)。鉆頭主切削刃全長(zhǎng)參加工作，切削寬度大，排屑困難，切削液不易進(jìn)入切削區(qū)，冷卻散熱條件不良，鉆頭使用壽命短，鉆孔質(zhì)量和效率不高。 因此，為提高鉆孔的精度和效率，常將標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆按特定方式刃磨成“群鉆”使用。如圖18所示。群鉆的基本特征為：三尖七刃銳當(dāng)先，月牙弧槽分兩邊，一

18、側(cè)外刃開屑槽，橫刃磨得低窄尖。 中心鉆如圖19所示，用于加工軸類工件的中心孔。鉆孔時(shí)，先打中心孔，有利于鉆頭的導(dǎo)向。 深孔鉆是專門用于鉆削深孔（長(zhǎng)徑比5）的鉆頭。為解決深孔加工中的斷屑、排屑、冷卻潤(rùn)滑和導(dǎo)向等問題，人們先后開發(fā)了外排屑深孔鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、噴吸鉆和套料鉆等。圖20所示為用于加工槍管的外排屑深孔鉆的工件原理。圖圖18圖圖19圖圖20圖圖21 擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔鉆常用作鉸或常用作鉸或磨前的預(yù)加磨前的預(yù)加工以及毛坯工以及毛坯孔的擴(kuò)大，孔的擴(kuò)大，擴(kuò)孔效率和擴(kuò)孔效率和精度均比麻精度均比麻花鉆高。?；ㄣ@高。常見結(jié)構(gòu)如圖見結(jié)構(gòu)如圖21所示。所示。 鉸刀是精加工刀具，加工精度可達(dá)IT6IT7，加工表面粗糙度可達(dá)Ra1.60.4um。圖22是幾種常用鉸刀。圖圖22 鏜刀多鏜刀多用于箱體孔用于箱體孔的粗、精加的粗、精加工，一般分工，一般分為單刃和多為單刃和多刃鏜刀兩大刃鏜刀兩大類。如圖類。如圖23所示。所示。圖圖23(3)銑刀銑刀 銑刀是一種應(yīng)用廣泛的多刃回轉(zhuǎn)刀具,其種類很多。按用途分：1）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、面銑刀等如圖24所示。2）加工溝槽用的，如立銑刀、兩面刃或三面刃銑刀、鋸片銑刀、T形槽銑刀和角度銑刀等如圖25所示。3）加工成形面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀（圖26）和加工其它復(fù)雜成形表面用的銑刀（圖27）圖圖24圖圖25