精密機(jī)械制造技術(shù)金屬切削刀具基本知識(shí)

1、精密機(jī)械制造技術(shù)金屬切削刀具基本知識(shí)第一章 切削與磨削過(guò)程金屬切削刀具：概念、角度、材料、刀具種類(lèi)本章的重點(diǎn)內(nèi)容*2第一節(jié) 金屬切削過(guò)程與刀具的基本知識(shí)一.切削運(yùn)動(dòng)與切削用量金屬切削加工的基本概念、切削運(yùn)動(dòng)金屬切削加工是利用刀具從工件毛坯上切去一層多余的金屬，從而使工件達(dá)到規(guī)定的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的機(jī)械加工方法。為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。如圖21和圖22。*3主運(yùn)動(dòng)：使工件與刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最基本運(yùn)動(dòng)。其速度最高，消耗功率最大。切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)只有一個(gè).進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：不斷地把被切削層投入切削，以逐漸切削出整

2、個(gè)工件表面的運(yùn)動(dòng)，為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。一般速度低，消耗功率小，可由一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)組成 與合成為切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)*42.切削時(shí)的工件表面待加工表面： 工件上即將被切除的表面已加工表面：工件上經(jīng)刀具切削后形成的表面過(guò)渡表面（加工表面）：工件上被切削正在切削著的表面，它總在待加工表面和與加工表面之間*53、 切削用量（切削三要素）切削速度: Vc=dn/1000(m/s)進(jìn)給量: f or Vf背吃刀量:ap =(d w - d m )/2 (mm)三者的總稱(chēng)為切削用量*6二、刀具角度1、刀具切削部分的組成（車(chē)刀）*7(1)前刀面（前面):刀具上與切屑接觸并相互作用的表面。切屑流過(guò)的表面，以Ar 表示。(2

3、)主后刀面（主后面):刀具上與工件過(guò)渡表面接觸并相互作用的表面。以A表示。*8(3)副后刀面（副后面):刀具上與工件已加工表面接觸并相互作用的表面。(4)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。*9(5)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:連接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直線段或圓弧*10*112、定義刀具角度的參考系基面Pr：通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。切削平面Ps：通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切，垂直于該點(diǎn)基面的平面。正交平面P0：通過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面和切削平

4、面的平面。 基面、切削平面和正交平面組成標(biāo)注刀具角度的正交平面參考系。常用的參考系還有法平面、假定工作平面和背平面參考系。*123、刀具的標(biāo)注角度(1)前角：在正交平面內(nèi)測(cè)量前刀面與基面之間的夾角，前角表示前刀面的傾斜程度，前角的正負(fù)方向按圖示規(guī)定表示。(2)后角：在正交平面內(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；后角一般為正值。(3)主偏角：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；*13(4)副偏角 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，副偏角一般為正值。(5)刃傾角 在切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾

5、角。*14刀具標(biāo)注角度（小結(jié)）前角0：在正交平面上度量，前刀面與基面間的夾角，數(shù)值有正、負(fù)。后角0 ：在正交平面上度量，主后刀面與切削平面的夾角；主偏角r ：在基面上度量，主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。副偏角r ：在基面上度量，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。刃傾角s：主刃基面之間的夾角（切削平面測(cè)量）*15刀具的主要標(biāo)注角度*164、刀具的工作角度*17a)刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響 當(dāng)?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時(shí)，刀具的工作前角和工作后角的變化情況當(dāng)車(chē)刀刀桿的縱向軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，刀具的工作主偏角和工作副偏角的變化情況b)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響*18

6、*19刀尖安裝得高于或低于工件軸線時(shí)的工作角度的情況刀尖安裝得高于或低于工件軸線時(shí)的工作角度*20當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜS線時(shí)：工作前角變小，工作后角變大。*21刀具工作角度的影響因素（小結(jié)）刀具的工作角度： 切削過(guò)程中的實(shí)際基面、切削平面和正交平面為參考系所確定的刀具角度。影響刀具工作角度因素：橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（圖2-9）；刀具安裝高低（圖2-11） ；軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（圖2-10）；刀桿中心線偏移（圖2-12） 。*22三.切削層參數(shù)與切削方式公稱(chēng)厚度hD：垂直于過(guò)渡表面測(cè)量的切削層的尺寸,相鄰兩過(guò)渡表面之間的距離。 hDfsinKr (mm)公稱(chēng)寬度bD：沿過(guò)渡表面測(cè)量的切削層尺寸。反應(yīng)了切削刀刃參加切

7、削的工作長(zhǎng)度。 bDap/sinKr (mm)公稱(chēng)橫截面積：切削層在切削層尺寸平面內(nèi)的實(shí)際橫截面積。 ADhDbD fap (mm2)*23四、刀具材料*241、刀具材料應(yīng)具備的性能*252、高速鋼(表1-1)含有較多鎢、鉬、鉻、釩等元素的高合金工具鋼；具有較高的硬度（熱處理硬度達(dá)HRC6267）和耐熱性（切削溫度可達(dá)550600）；切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高13倍(由此得名)，刀具耐用度高1040倍，甚至更多；可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的材料；*26制造工藝簡(jiǎn)單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃；在復(fù)雜刀具（鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等）的制造中占有重要地位。用途分：通用

8、型高速鋼和高性能高速鋼制造工藝分：熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼*273、硬質(zhì)合金(表2-2)用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物（碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮等）與金屬粘結(jié)劑（鈷、鎳、鉬等）在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬度：HRA89-93，能耐850-1000C的高溫，擁有良好的耐磨性，切速可達(dá)100300m/min，可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料，應(yīng)用非常廣泛。*28硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，刃口不鋒利，較難加工，不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具。常用的硬質(zhì)合金有鎢鈷類(lèi)（YG類(lèi)）、鎢鈦鈷類(lèi)（YT類(lèi)）和通用硬質(zhì)合金（YW類(lèi)）三類(lèi)。*294、涂層刀具和其它刀具材料涂層刀具：在韌性較好的硬質(zhì)合

9、金或高速鋼刀具的基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物。涂層材料有：碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁（剛玉）等。耐用度至少可提高13倍（硬質(zhì)合金刀片），或210倍（高速鋼）。加工材料的硬度愈高，涂層刀具效果愈好。*30陶瓷材料：以氧化鋁為主要成分，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而成硬度可達(dá)HRA9195，在1200C時(shí)可保持HRA80的硬度；摩擦系數(shù)小，耐磨性好。缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性低。*31第七節(jié) 刀具材料及幾何參數(shù)的選擇 應(yīng)當(dāng)指出，刀具各角度之間是相互聯(lián)系，相互影響的，孤立地選擇某一角度并不能得到所希望的合理值。*321.選擇前角前角對(duì)切削的難易程度影響很大優(yōu)點(diǎn)：增大前角，使刀刃變得鋒利，使切削更

10、輕快，切屑變形減小，切削力和切削功率減?。蝗秉c(diǎn)：增大前角，刀刃和刀尖強(qiáng)度降低 ，散熱體積變小 ，影響刀具壽命。對(duì)表面粗糙度，排、斷屑等有一定的影響。*33前角的合理選擇：主要取決于工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料強(qiáng)度、硬度較低時(shí)，取較大的前角，反之取較小的前角；加工塑性材料（如鋼）選較大的前角，脆性材料（如鑄鐵）選較小的前角。刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反之（如硬質(zhì)合金）則前角應(yīng)選得小一些。粗加工時(shí)，特別是斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)選用較小的前角，精加工時(shí)應(yīng)選用較大前角。硬質(zhì)合金車(chē)刀的前角g0在520范圍內(nèi)選，高速鋼刀具的前角應(yīng)比硬質(zhì)合金刀具大510，而陶瓷刀具的前角一般取515。*

11、342.選擇后角后角的主要功用是減小后刀面與工件的摩擦和后刀面的磨損，其大小對(duì)刀具耐用度和加工表面質(zhì)量都有很大影響。合理后角的大小主要取決于：切削厚度（或進(jìn)給量）、也與工件材料、工藝系統(tǒng)的剛性有關(guān)：切削厚度越大，刀具后角越??；工件材料越軟，塑性越大，后角越大；工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，適當(dāng)減小后角；刀具尺寸精度要求較高的刀具，后角宜取小值。切削一般鋼和鑄鐵時(shí)，車(chē)刀后角常選用46。 *353.主偏角和副偏角對(duì)刀具的耐用度有很大影響：減小主偏角和副偏角，可使刀尖角增大，刀尖強(qiáng)度提高，散熱條件改善，可提高刀具耐用度。減小主偏角和副偏角，可降低殘留面積的高度，減小加工表面的粗糙度。*36主偏角和副偏角還會(huì)影響各切削分力的大小和比例。車(chē)外圓時(shí)，增大主偏角，可使背向力FP明顯減小，進(jìn)給力Ff增大，有利于減小工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動(dòng)。工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)主偏角r取較小值，如3045工藝系統(tǒng)剛性較差或強(qiáng)力切削時(shí)取r =6075*374.選擇刃傾角s刃傾角s主要影響刀頭的強(qiáng)度和切削流動(dòng)的方向。加工一般鋼材和鑄鐵時(shí)：無(wú)沖擊的粗車(chē)，取s =0 5；無(wú)沖擊的精車(chē)，取s =0