第一章機(jī)械加工工藝裝備-刀具

第1章機(jī)械加工工藝裝備本章要點(diǎn)機(jī)床的分類、型號(hào)及技術(shù)參數(shù)典型機(jī)床的加工工藝范圍車床的傳動(dòng)原理工件定位、夾緊與典型夾具刀具幾何角度、種類與選用金屬切削加工的基本概念1機(jī)械制造基礎(chǔ)第1章

機(jī)械加工工藝裝備

MechanicalManufacturingProcessEquipments1.2

刀具CuttingTool21.2.1金屬切削加工的基本概念☆1.2.2刀具材料1.2.3刀具幾何角度☆1.2.4刀具種類及選用1.2.5砂輪3切削加工定義切削加工（Cutting）是指采用具有規(guī)則形狀的刀具從工件表面切除多余材料，從而保證幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度以及表面層質(zhì)量等的機(jī)械加工方法。1.2.1金屬切削加工的基本概念4切削加工種類5軌跡法成形法相切法展成法a）軌跡法b）成形法c）相切法d）展成法圖2-6零件表面成形方法6主運(yùn)動(dòng)

指直接切除工件上的余量形成加工表面的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的速度即切削速度，用v（m/s）表示。

◆主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削加工的基本運(yùn)動(dòng)，可以由刀具來(lái)完成，也可以由工件來(lái)完成；可以是直線運(yùn)動(dòng)（用T

表示），也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（用

R

表示）。正是由于上述不同運(yùn)動(dòng)形式和不同運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的多種組合，產(chǎn)生了不同的加工方法。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

指為不斷把余量投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度用進(jìn)給量（f—mm/r）或進(jìn)給速度（vf—mm/min）表示。定位和調(diào)整運(yùn)動(dòng)

使工件或刀具進(jìn)入正確加工位置的運(yùn)動(dòng)。如調(diào)整切削深度，工件分度等。7

外圓磨無(wú)心磨車銑加工滾壓加工銑削成形磨（橫磨）主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-2外圓表面加工方法刀具T/RT主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RRRRRTRRT/R車削成形車削拉削研磨8表2-3內(nèi)圓表面加工方法表面成形原理圖鉆擴(kuò)鉸鏜拉擠行星式內(nèi)圓磨主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件RRTRRT/RTRTRTTRTT內(nèi)圓磨無(wú)心磨9主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-4平面加工方法刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RTRTTT刨插周銑端銑平磨端面平磨車?yán)璗10車螺紋板牙主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-5螺紋加工方法刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RTRRTTR滾壓絲錐銑螺紋梳形銑刀旋風(fēng)銑磨螺紋RR11主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-6齒形加工方法刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RTRTTR/TRRR/T銑齒指狀銑刀銑齒成形磨齒滾齒剃齒插齒蝸桿砂輪磨齒碟形砂輪磨齒錐形砂輪磨齒121.2.1金屬切削加工的基本概念切削運(yùn)動(dòng)待加工表面：工件上即將被切除的表面。已加工表面：工件上已切去切削層而形成的新表面。過(guò)渡表面(正在加工表面)：工件上正被刀具切削著的表面，介于已加工表面和待加工表面之間。主運(yùn)動(dòng)：速度最高、消耗機(jī)床功率最多的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：金屬層不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)，以逐漸加工出完整表面所需的運(yùn)動(dòng)。合成運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。加工表面131.2.1金屬切削加工的基本概念工件刀具141.2.1金屬切削加工的基本概念此方向?yàn)檫M(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)刀具15常見(jiàn)機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)161.2.1金屬切削加工的基本概念切削參數(shù)（切削用量三要素）切削速度vc：切削刃上點(diǎn)在主運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度，m/min進(jìn)給量f：每轉(zhuǎn)刀具相對(duì)工件的位移量，mm/轉(zhuǎn)（齒）背吃刀量ap：垂直于主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的切削層最大尺寸，俗稱切削深度。mm切削速度的計(jì)算公式：進(jìn)給速度的計(jì)算公式：車銑車、銑、磨171.2.1金屬切削加工的基本概念式中:dw-工件上待加工表面直徑（mm）

dm-工件上已加工表面直徑（mm）181.2.1金屬切削加工的基本概念切削截面參數(shù)（切削層三要素）切削層公稱厚度

（2-4）切削層公稱寬度

（2-5）圖2-7切削層截面bDhD=ffdwdmapa）ΚrhDbD

=apb）c）切削層公稱橫截面積AD=hDbD=apf191.2.1金屬切削加工的基本概念20刀具材料應(yīng)具備的性能足夠的硬度和耐磨性：足夠的耐磨性。足夠的強(qiáng)度和韌性：承受振動(dòng)和沖擊，不致斷裂。足夠的熱硬性——紅硬性：高溫下能繼續(xù)切削，高溫下能抗氧化、抗粘結(jié)、抗擴(kuò)散。良好的工藝性：便于制造經(jīng)濟(jì)性：壽命與加工零件數(shù)量的比值。1.2.2刀具材料21常用刀具材料◆碳素工具鋼◆合金工具鋼◆高速鋼◆硬質(zhì)合金◆陶瓷、立方氮化硼、金剛石、聚晶金剛石＞手工工具和切削速度較低的刀具22圖2-55刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼PCBN陶瓷聚晶金剛石（PCD）23天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細(xì)粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性圖2-56刀具材料的耐磨性與斷裂韌性24◆高速鋼高速鋼是一種加入了較多的W鎢、Mo鉬、Cr鉻、V釩等合金元素的高合金工具鋼。特點(diǎn)：1）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的2～3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）。1.2.2刀具材料常用刀具材料CVD（化學(xué)氣相沉積法）900～10500C，5um～10um，用于硬質(zhì)合金PVD（物理氣相沉積法）300～5000C，2um～5um，用于高速鋼保持原有韌性的情況下，大大提高刀具耐磨性，刃磨前刀面提高刀具壽命。25切削速度比碳素工具鋼及合金工具鋼高1—3倍，故稱為高速鋼，又稱鋒鋼、白鋼。高速鋼的常溫硬度為63—70HRC，熱硬性為540—6200C。高速鋼刀具易磨出較鋒利的刀口，特別適用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成形刀具、孔加工刀具及銑刀、拉刀、螺紋刀具、切齒刀具等。高速鋼分為普通高速鋼和高性能高速鋼，普通高速鋼常用牌號(hào)有W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V等。高性能高速鋼是指在普通高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素的新鋼種，常見(jiàn)有高碳高速鋼(如9W18Cr4V)、高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)、鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2AI)。高速鋼刀具的表面進(jìn)行氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)等涂層后，使其硬度高和耐磨性強(qiáng)．同時(shí)又有較好的強(qiáng)度與韌性，目前廣泛應(yīng)用在鉆頭、絲錐、成形銑刀、切齒刀具上。1.2.2刀具材料26表2-9常用高速鋼牌號(hào)及其應(yīng)用范圍類別牌號(hào)主要用途普通高速鋼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9W18Cr4V用于制造對(duì)韌性要求不高，但對(duì)耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡(jiǎn)單，對(duì)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W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡(jiǎn)單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si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(jià)格昂貴1.2.2刀具材料271.2.2刀具材料◆硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼，且能切削諸如淬火鋼等硬材料。硬質(zhì)合金的不足是與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動(dòng)和沖擊性能也較差。硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來(lái)制作各種刀具。在我國(guó)，絕大多數(shù)車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造，目前，在一些較復(fù)雜的刀具上，如立銑刀、孔加工刀具等也開(kāi)始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造。28①鎢鈷類硬質(zhì)合金（YG）切削鑄鐵等脆性材料和有色金屬及其合金

精加工—YG3，半精加工—YG6，粗加工—YG8

Co量增加，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性增加加工鋼時(shí)易發(fā)生粘結(jié)和擴(kuò)散磨損29②鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金（YT）切削塑性金屬材料精加工—YT30，半精加工—YT15，粗加工—YT5抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性略于YG類③添加稀有金屬碳化物的硬質(zhì)合金（YA、YW）通用硬質(zhì)合金切削難加工材料30④鎳鉬鈦類硬質(zhì)合金（YN）填補(bǔ)硬質(zhì)合金和陶瓷間的空白切削碳鋼、合金鋼等（精加工），大尺寸時(shí)效果尤其顯著⑤復(fù)合材料表面涂層硬質(zhì)合金刀具TiC、TiN、A12O3等強(qiáng)度、韌性和切削刃鋒性有所下降。不適合粗加工，宜小進(jìn)給量和低速加工。31⑥其他硬質(zhì)合金刀具超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金：0.2～1um難加工材料的斷續(xù)切削和低速切削鋼結(jié)硬質(zhì)合金：60～70％高速鋼為粘結(jié)相退火狀態(tài)可進(jìn)行鍛造和切削加工321.2.2刀具材料表2-10各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌號(hào)應(yīng)用范圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時(shí)的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時(shí)的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度33◆陶瓷刀具材料陶瓷材料比硬質(zhì)合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐熱性，在1200℃的溫度下仍能切削，耐磨性和化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)和擴(kuò)散磨損能力強(qiáng)，因而能以更高的速度切削，并可切削難加工的高硬度材料。主要缺點(diǎn)是性脆、抗沖擊韌性差，抗彎強(qiáng)度低。1.2.2刀具材料常用刀具材料34以Al2O3或Si3N4為基體，添加少量金屬，高溫?zé)Y(jié)而成，高的硬度和耐熱性，可切削高硬度材料。性脆，抗沖擊韌性差。5.1各種刀具材料的顯微硬度值材料努氏硬度值（壓力=1N,加載時(shí)間=15s）PCD7000CBN3800SiC2500WC2100TiN1770HSS98035◆超硬刀具材料

天然金剛石是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm，刀具壽命可達(dá)數(shù)百小時(shí)。因價(jià)格昂貴，主要用于高速、精密加工。

聚晶金剛石由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低（HK6500～8000），價(jià)格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料。

金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵，700～8000C碳化。

聚晶立方氮化硼（CBN）由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。硬度為HV3000～4500，耐熱性達(dá)1200℃，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加工。36刀具材料種類合金高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷天然

聚晶金剛石聚晶立方氮工具鋼W18Cr4VYG6Si3N4

金剛石

PCD化硼PCBN材料性能硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500HV4000抗彎強(qiáng)度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa導(dǎo)熱系數(shù)40-5020-3070-10030-40146.5

100-12040-100熱穩(wěn)定性350℃620℃1000℃1400℃800℃

600-800℃＞1000℃化學(xué)惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低較高高最高最高很高一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4-0.2加工質(zhì)量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05IT5-6IT7-8IT5-6可替代磨削加工對(duì)象低速加工一般鋼材、鑄鐵一般鋼材、鑄鐵粗、精加工一般鋼材、鑄鐵粗、精加工高硬度鋼材精加工硬質(zhì)合金、銅、鋁有色金屬及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料表2-11普通刀具材料與超硬刀具材料性能與用途對(duì)比371.2.3刀具幾何角度38外圓車刀參與切削加工的刀頭部分可粗略地概括為一點(diǎn)、兩線、三面：一點(diǎn)：刀尖——主切削刃與副切削刃之間的相交處，實(shí)際在刀具上它不是一個(gè)點(diǎn)，而是一段過(guò)渡切削刃。特殊情況下有兩個(gè)刀尖，如切斷刀。

兩線：主切削刃和副切削刃。有時(shí)不一定是直線，也有曲線刃。主切削刃——前刀面與主后刀面的交線，用以完成主要切除工作；副切削刃——前刀面與副后刀面的交線，輔助形成加工表面。三面：前刀面、主后刀面和副后刀面。副后刀面——與工件上已加工表面相對(duì)的表面。前刀面——切屑流經(jīng)的表面；主后刀面——與工件上過(guò)渡表面相對(duì)的表面刀具切削部分的組成——車刀39a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機(jī)夾式車刀圖2-47車刀的結(jié)構(gòu)1.2.3刀具幾何角度40刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合圖2-48各種刀具切削部分的形狀1.2.3刀具幾何角度41車刀的標(biāo)注角度用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)平面稱為參考系。參考系有兩類：刀具標(biāo)注角度參考系或靜止參考系：刀具設(shè)計(jì)、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；刀具工作參考系：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刀具工作角度。為了便于測(cè)量車刀，在建立刀具靜止參考系時(shí)，特作以下假設(shè)：①不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，f=0；②安裝車刀時(shí)，刀柄底面水平放置，且刀柄與進(jìn)給方向垂直；刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心等高。靜止參考系是在簡(jiǎn)化了切削運(yùn)動(dòng)和設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)刀具位置的條件下建立的參考系。42正交平面參考系（主剖面坐標(biāo)系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）基面Pr：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面?；媾c刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr圖2-49車刀正交平面參考系2）切削平面Ps：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）正交平面（主剖面）Po：通過(guò)切削刃選定點(diǎn)同時(shí)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。43正交平面參考系標(biāo)注角度Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs441）前角γo

在正交平面內(nèi)測(cè)量，是前刀面與基面的夾角。通過(guò)選定點(diǎn)的基面位于刀頭實(shí)體之外時(shí)γo定為正值；位于刀頭實(shí)體之內(nèi)時(shí)γo定為負(fù)值。γo影響切削難易程度。增大前角可使刀具鋒利，切削輕快。但前角過(guò)大，刀刃和刀尖強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，影響刀具壽命。Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ0用硬質(zhì)合金車刀切削鋼件，γo取10～20°；切削灰鑄鐵，γo取5～15°；切削鋁及鋁臺(tái)金，γo取25～35°；切削高強(qiáng)度鋼，γo取-5～-10°。1.2.3刀具幾何角度45Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）后角αo

后角αo在正交平面內(nèi)測(cè)量，是主后刀面與切削平面的夾角。后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工表面之間的摩擦以及主后刀面的磨損。但后角過(guò)大，刀刃強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，反而會(huì)加快主后刀面的磨損。α0粗加工和承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強(qiáng)度，后角可選小些，一般為4°～6°；精加工時(shí)切深較小，為保證加工的表面質(zhì)量，后角可選大一些，一般為8°～12°。1.2.3刀具幾何角度46主偏角應(yīng)根據(jù)加工對(duì)象正確選取，車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。3）主偏角κr

在基面內(nèi)測(cè)量，是主切削刃在基面上投影與假定進(jìn)給方向的夾角。κr的大小影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削的長(zhǎng)度增加，負(fù)荷減輕，同時(shí)加強(qiáng)了刀尖，增大了散熱面積，使刀具壽命提高。κr的大小還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大，當(dāng)加工剛性較弱的工件時(shí)，易引起工件變形和振動(dòng)。Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr1.2.3刀具幾何角度47κr′AA向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面內(nèi)測(cè)量，是副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給反方向的夾角。副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦，以防止切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。副偏角的大小影響刀尖強(qiáng)度和表面粗糙度。κr′在切深、進(jìn)給量和主偏角相同的情況下，減小副偏角可使殘留面積減小，表面粗糙度降低。48a）b）c）圖2-51刃傾角對(duì)排屑方向的影響5）刃傾角λs——切削平面內(nèi)測(cè)量，是主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí),λs定為正值；反之位負(fù)。

λs影響刀尖強(qiáng)度和切屑流動(dòng)方向。粗加工時(shí)為增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，λs常取負(fù)值；精加工時(shí)為防止切屑劃傷已加工表面，λs常取正值或零。496）副后角——副后刀面與副切削平面之間的夾角。過(guò)副切削刃上選定點(diǎn)且垂直于副切削刃在基面上投影的平面稱為副正交平面。過(guò)副切削刃上選定點(diǎn)的切線且垂直于基面的平面稱為副切削平面，副正交平面、副切削平面與基面組成副正交平面參考系。505152535455

下圖為外圓車削示意圖，在圖上標(biāo)注：

（1）主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（過(guò)渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10

5657585960在標(biāo)注可轉(zhuǎn)位刀具或大刃傾角刀具時(shí)，常用法平面參考系。61刀具工作角度◆刀刃安裝對(duì)工作角度的影響圖2-52車刀安裝高度對(duì)工作角度的影響γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr1.2.3刀具幾何角度刀具標(biāo)注角度是在假定運(yùn)動(dòng)條件和假定安裝條件下定義的。在實(shí)際切削過(guò)程中，由于刀具受安裝位置和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，刀具的參考平面發(fā)生了變化，刀具角度就應(yīng)在工作參考平面內(nèi)定義。在工作參考系里標(biāo)注的角度稱為工作角度。62◆刀柄安裝偏斜的影響63刀具工作角度

式中μ角是主運(yùn)動(dòng)方向與合成切削速度方向間的夾角?！暨M(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響橫切（圖2-53）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPse圖2-53切斷刀的工作角度f(wàn)xα0（2-8）（2-8a）64

縱切（圖2-54）

在進(jìn)給剖面，有：將其換算到主剖面內(nèi)得到：在正交平面內(nèi)：（2-9）O—O圖2-54外圓車刀工作角度μffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe65661.2.4刀具種類及選用刀具可以分為單刃(單齒)刀具和多刃(多齒)刀具；標(biāo)準(zhǔn)刀具(如麻花鉆、銑刀、絲錐)和非標(biāo)準(zhǔn)刀只(如拉刀、成形刀具等)；定尺寸刀具(如擴(kuò)孔鉆、鉸刀等)和非定尺寸刀具(如外圓車刀、直刨刀等)；整體式刀具、裝配式刀具和復(fù)合式刀具等。根據(jù)用途和加工方法不同，通常把刀具分為以下類型：切刀(包括各種車刀、刨刀、插刀、成形車刀等)、孔加工刀具、拉刀、銑刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)化加工刀具等。67按用途分：外圓車刀內(nèi)孔車刀端面車刀切斷車刀螺紋車刀按結(jié)構(gòu)分：整體式焊接式機(jī)夾重磨式可轉(zhuǎn)位式等車刀6869圖1.30車刀結(jié)構(gòu)a)整體式b)焊接式c)機(jī)夾重磨式d)可轉(zhuǎn)位式70◆可轉(zhuǎn)位車刀①避免焊接缺陷，刀具壽命高，能使用大切削用量②刀桿可重復(fù)使用，節(jié)約大量材料③采用先進(jìn)的幾何參數(shù)，切削性能穩(wěn)定，斷屑可靠④刀片轉(zhuǎn)位方便迅速，生產(chǎn)率高⑤刀片不焊接不刃磨，有利涂層刀片的使用⑥減少了硬質(zhì)合金及超硬材料的消耗⑦便于刀具的管理71圖1.31可轉(zhuǎn)位車刀組成1.刀片2.刀墊3.卡簧4.杠桿5.彈簧6.螺釘7.刀桿72◆成形車刀特點(diǎn)：加工質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)效率高刀具使用壽命長(zhǎng)類型：平體成形車刀棱體成形車刀圓體成形車刀73圖1.32成形車刀類型a）平體b）棱體c）圓體74◆麻花鉆組成：柄部頸部工作部分切削部分—承擔(dān)切削導(dǎo)向部分—引導(dǎo)鉆頭〈75圖1.33麻花鉆的組成76—用于擴(kuò)大孔徑類型：特點(diǎn)：高速鋼整體式硬質(zhì)合金鑲齒套式形與麻花鉆相似，但齒數(shù)較多（3～4齒）容屑槽較淺，無(wú)橫刃，導(dǎo)向性好加工質(zhì)量好，生產(chǎn)率高◆擴(kuò)孔鉆

77圖1.35擴(kuò)孔鉆a)高速鋼整體式b)硬質(zhì)合金鑲齒套式78◆锪鉆—用于加工圓柱形沉頭孔、錐形沉頭孔和凸臺(tái)面等類型：高速鋼整體結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金鑲齒結(jié)構(gòu)79圖1.36锪鉆及加工示意圖a)帶導(dǎo)柱平底锪鉆b)錐面锪鉆c)端面锪鉆80◆鉸刀—用于中小孔的半精加工和精加工結(jié)構(gòu)：切削部分校準(zhǔn)部分圓柱部分倒錐部分工作部分頸部柄部特點(diǎn)：齒數(shù)多（6～12個(gè)），齒槽淺，剛性和導(dǎo)向性好，加工精度高。81圖1.37鉸刀的結(jié)構(gòu)82圖1.38鉸刀的類型a）機(jī)用鉸刀b）套式鉸刀c）手用鉸刀d）錐度鉸刀83◆鏜刀—用于箱體孔及較大直徑孔的粗精加工結(jié)構(gòu)分為：—結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便可加工尺寸不同的孔徑調(diào)整費(fèi)時(shí)，精度不易控制—可消除鏜孔力的影響單刃鏜刀雙刃鏜刀84圖1.39單刃鏜刀85圖1.40微調(diào)鏜刀1.緊固螺釘2.微調(diào)螺母3.鏜刀頭4.刀片5.鏜桿6.導(dǎo)向鍵86圖1.41浮動(dòng)鏜刀87◆復(fù)合孔加工刀具特點(diǎn)：保證各加工面間的相互位置精度生產(chǎn)率高，可減少機(jī)床臺(tái)數(shù)制造復(fù)雜重磨和調(diào)整尺寸較困難同類工藝復(fù)合孔加工刀具不同類工藝復(fù)合孔加工刀具按工藝分：—兩把或以上同類或不同類刀具組合而成88圖1.42同類工藝復(fù)合孔加工刀具a）復(fù)合鉸刀b）復(fù)合鏜刀89圖1.43不同類工藝復(fù)合孔加工刀具a）鉆—鏜b）鉆—擴(kuò)—鉸90●拉刀—利用拉刀相鄰齒尺寸變化來(lái)切除加工余量可加工各種形狀的內(nèi)外表面精度和生產(chǎn)率高、壽命長(zhǎng)制造較復(fù)雜，成本高—用于成批大量生產(chǎn)圓孔拉刀花鍵拉刀鍵槽拉刀四方拉刀平面拉刀等按用途分為：特點(diǎn)：91圖1.44拉削的各種表面92圖1.45圓孔拉刀結(jié)構(gòu)與切削部分的主要幾何參數(shù)1.前柄2.頸部3.過(guò)渡錐4.前導(dǎo)部5.切削齒6.校準(zhǔn)齒7.后導(dǎo)部8.后柄93●銑刀—多刃回轉(zhuǎn)刀具(2)硬質(zhì)合金面銑刀—加工中、大平面(3)三面刃銑刀—加工溝槽和臺(tái)階面(5)立銑刀—加工平面、凹槽、臺(tái)階面及成形面(4)鋸片銑刀—切窄槽或切斷工件(1)圓柱形銑刀—加工平面(6)模具銑刀—加工模具型腔或凸模成形面

(7)鍵槽銑刀—加工圓頭封閉鍵槽(8)角度銑刀—加工帶角度的溝槽和斜面(9)成形銑刀—加工成形表面94圖1.46

常用的幾種銑刀a)圓柱形銑刀b)硬質(zhì)合金面銑刀c)錯(cuò)齒三面刃銑刀d)鋸片銑刀

e)立銑刀f)模具銑刀g)鍵槽銑刀h)單角銑刀i)雙角銑刀j）成形銑刀95●螺紋刀具螺紋車刀—螺紋刃形的成形車刀螺紋梳刀—多齒的成形車刀絲錐—加工內(nèi)螺紋的標(biāo)準(zhǔn)刀具板牙—加工外螺紋的標(biāo)準(zhǔn)刀具—加工內(nèi)、外螺紋表面螺紋銑刀—粗切蝸桿或梯形螺紋螺紋滾壓工具—無(wú)屑加工螺紋的高效工具96圖1.47圓板牙97圖1.48常用的幾種絲錐a)手用絲錐b）機(jī)用絲錐c）螺母絲錐d）錐形絲錐98圖1.49螺紋銑刀99圖1.50螺紋滾壓工具a）滾絲輪b）搓絲板100●齒輪刀具成形法

展成法—刀具刃形與齒槽形狀相同—利用齒輪的嚙合原理來(lái)加工齒輪盤狀齒輪銑刀指狀齒輪銑刀齒輪拉刀等—用于切削齒輪齒形滾刀—加工直齒、斜齒圓柱齒輪插齒刀—加工直齒輪、內(nèi)齒輪、多聯(lián)齒輪、齒條剃齒刀—未淬硬的直齒、斜齒圓柱齒輪精加工101圖1.51成形齒輪銑刀a)盤形銑刀b)指狀銑刀102圖1.52齒輪滾刀103圖1.53硬質(zhì)合金刮削滾刀104涂層滾刀105圖1.54插齒刀的類型a)盤形b)碗形c)帶錐柄形106圖1.55硬質(zhì)合金插齒刀107圖1.56剃齒刀1081.2.5砂輪磨料加工（AbrasiveMachining），是指采用固結(jié)的硬質(zhì)磨料工具或游離的硬質(zhì)磨料對(duì)工件進(jìn)行切除的加工方法。磨削加工是指用固結(jié)磨具進(jìn)行加工的過(guò)程，常用的固結(jié)磨具有：砂輪、油石、砂布和砂帶等，其中砂輪應(yīng)用最廣，狹義上的磨削加工專指砂輪磨削109圖3.1.3各式砂輪110特性：磨料粒度結(jié)合劑硬度組織

硬質(zhì)磨料中加入結(jié)合劑，經(jīng)壓坯、干燥、焙燒而制成砂輪111—即砂粒，是構(gòu)成砂輪的主要成分。磨料直接擔(dān)負(fù)著切削工作，應(yīng)具有很高的硬度、耐熱性和一定的韌性，破碎時(shí)應(yīng)能形成尖銳的棱角。目前生產(chǎn)中常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系三類。①磨料112113—即磨料顆粒的大小分為：②粒度磨粒微粉—每英寸篩網(wǎng)長(zhǎng)度上的篩孔數(shù)表示30#～46#—一般磨削54#～100#—半精磨、精磨120#～240#—精密磨、超精磨—以顆粒最大尺寸的微米數(shù)表示W(wǎng)60～W28—精密磨、超精磨W20～W0.5—超精磨、鏡面磨114普通磨料根據(jù)使用要求，通常采用篩分法和水洗法制成各種粒度規(guī)格的磨粒和微粉。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2481.1~2481.2-1998規(guī)定，磨料粒度按顆粒尺寸大小分為37個(gè)粒度號(hào)。粒度號(hào)F4～F220稱為粗磨粒，粒度號(hào)F230~F1200稱為微粉。115—起粘結(jié)磨粒的作用分為：③結(jié)合劑陶瓷結(jié)合劑樹(shù)脂結(jié)合劑橡膠結(jié)合劑金屬結(jié)合劑—耐酸堿、強(qiáng)度較高、較脆各種砂輪—不耐酸堿、強(qiáng)度高、有彈性切斷砂輪、高速砂輪等—金剛石砂輪116—磨粒從砂輪表面脫落的難易程度取決于磨粒與粘合劑的粘結(jié)強(qiáng)度④硬度砂輪硬度高，磨粒不易脫落硬度低，磨粒易脫落磨未淬硬鋼L～N磨淬硬鋼H～K磨硬質(zhì)合金H～J精密磨K～L超軟軟中軟中中硬硬超硬DEFGHJKLMNPQRSTY117—磨料、結(jié)合劑、氣孔三者之間的比例關(guān)系磨料所占比例越大，組織越緊密，氣孔少反之，組織疏松，氣孔多⑤組織組織號(hào)：0～14組織號(hào)大，磨料所占體積小，砂輪疏松常用：4～7118圖3.1.6砂輪的組織119表1.8常用砂輪的形狀及用途120PSA400×100×127A60L5B35PSA—砂輪形狀：雙面凹砂輪砂輪特性代號(hào)實(shí)例：400—尺寸外徑：400mm100—厚度：100mm127—內(nèi)徑：127mmA—磨料：棕剛玉60—粒度：60#L—硬度：中軟5—組織號(hào)：5號(hào)（中等）B—結(jié)合劑：樹(shù)脂（B）35—最高線速度：35m/s121機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2章

機(jī)械制造過(guò)程基礎(chǔ)知識(shí)FundamentalofMechanicalManufacturingProcess1.2.6

工件材料可加工性MachiningabilityforWorkpieceMaterial122一、材料切削加工性概念和指標(biāo)

工件材料的切削加工性是指材料在一定條件下被切削加工成合格零件的難易程度。材料切削加工性的概念考慮生產(chǎn)率和耐用度的表示方法

1）一定生產(chǎn)率條件下，加工這種材料時(shí)刀具耐用度；

2）一定刀具耐用度前提下，加工這種材料所允許的切削速度；

3）相同的切削條件下，刀具達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所能切除工件材料的體積?？紤]已加工表面質(zhì)量的表示方法考慮切削力或切削功率的表示方法考慮是否易于斷屑的表示方法材料切削加工性的不同表示方法123材料切削加工性的概念材料切削加工性指標(biāo)通常用vT表示，vT是指耐用度為T秒（或分）時(shí)，切削某種材料所允許的切削速度。vT越高，表示材料的切削加工性越好。通常取T＝3600秒（60分），vT寫作v3600（v60）；對(duì)于一些特別難加工的材料，也可取T＝1800秒（30分），vT寫作v1800（v30）。如果以45鋼的v3600（v60）作為基準(zhǔn)，寫作（v3600）j

；而把其它各種材料的v3600（v60）同它相比，這個(gè)比值Kr稱為材料的相對(duì)加工性。即：（2-10）一、材料切削加工性概念和指標(biāo)

124加工性等級(jí)表2-12材料相對(duì)加工性等級(jí)材料名稱及種類相對(duì)加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金屬＞3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自動(dòng)機(jī)鋼，σb＝0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.6～2.5正火30鋼，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.0～1.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.02Crl3，調(diào)質(zhì)σb＝0.834GPa85，鋼σb＝0.883GPa6難加工材料較難切削材料0.5～0.6545Cr，調(diào)質(zhì)σb＝1.03GPa65Mn，調(diào)質(zhì)σb＝0.932～0.9817難切削材料0.15～0.550CrV,調(diào)質(zhì)；1Crl8Ni9Ti,鈦合金8很難切削材料＜0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫合金一、材料切削加工性概念和指標(biāo)

125二、材料性能對(duì)切削加工性影響

材料力學(xué)性能對(duì)切削加工性的影響◆工件材料硬度的影響1）工件材料常溫硬度對(duì)切削加工性影響：工件材料硬度越高，切削力越大，切削溫度越高，刀具磨損越快。2）工件材料高溫硬度的影響：工件材料高溫硬度越高，加工性越差。這是因?yàn)榍邢鳒囟葘?duì)切削過(guò)程的有利影響（軟化）對(duì)高溫硬度高的材料不起作用。3）金屬材料中硬質(zhì)點(diǎn)對(duì)加工性的影響：金屬中硬質(zhì)點(diǎn)越多，形狀越尖銳、分布越廣，則材料的加工性越差。4）材料的加工硬化對(duì)切削加工性的影響：加工硬化性越嚴(yán)重，切削加工性越差。126二、材料性能對(duì)切削加工性影響

強(qiáng)度越高的材料，產(chǎn)生的切削力越大，切削時(shí)消耗的功率越多，切削溫度亦越高，刀具容易磨損。因此，在一般情況下，加工性隨工件材料強(qiáng)度提高而降低。◆

工件材料強(qiáng)度的影響◆工件材料塑性的影響材料塑性大，切削加工性差：①切削力大；②刀具容易產(chǎn)生粘結(jié)和擴(kuò)散磨損；③低速切削時(shí)易出現(xiàn)刀瘤與鱗刺；④斷屑困難。但材料塑性太小時(shí)，切屑與前刀面的接觸變得很短，切削力、切削熱集中在切削刃附近，使刀具磨損嚴(yán)重，故切削性也差。127◆工件材料韌性的影響韌性大的材料，切削加工性較差：在斷裂前吸收的能量多，切削功率消耗多；且斷屑困難?！艄ぜ牧蠌椥阅Ａ康挠绊懖牧系膹椥阅Ａ縀是衡量材料剛度（抵抗彈性變形的性能）的指標(biāo)，E值越大，材料剛度越大，切削加工性越差?！锊牧系那邢骷庸ば允巧鲜鲞@些機(jī)械性能（硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性、彈性模量等）綜合影響的結(jié)果。100圖3-47碳鋼硬度與可切削性的關(guān)系0100200300400500255075可切削性布氏硬度（HB）二、材料性能對(duì)切削加工性影響

128材料物理化學(xué)性能對(duì)切削加工性的影響如鎂合金易燃燒，鈦合金切屑易形成硬脆化合物等，不利于切削進(jìn)行?！艄ぜ牧蠈?dǎo)熱系數(shù)的影響工件材料導(dǎo)熱系數(shù)低，切削溫度高，刀具易磨損，切削加工性差。金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)大小順序：純金屬、有色金屬、碳結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵、低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、耐熱鋼、不銹鋼?！艄ぜ牧衔锢砘瘜W(xué)反應(yīng)的影響二、材料性能對(duì)切削加工性影響

129三