精密機械制造技術1.1金屬切削刀具基本知識

精密機械制造技術1.1金屬切削刀具基本知識第一頁，共49頁。GDUT第二頁，共49頁。金屬切削刀具：概念、角度、材料、刀具種類本章的重點內容第三頁，共49頁。一.切削運動與切削用量金屬切削加工的基本概念１、切削運動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，從而使工件達到規(guī)定的幾何形狀、尺寸精度和表面質量的機械加工方法。為了切除多余的金屬，刀具和工件之間必須有相對運動，即切削運動。切削運動可分為主運動和進給運動。如圖2－1和圖2－2。<>第四頁，共49頁。主運動：使工件與刀具產生相對運動以進行切削的最基本運動。其速度最高，消耗功率最大。切削運動中，主運動只有一個.進給運動：不斷地把被切削層投入切削，以逐漸切削出整個工件表面的運動，為進給運動。一般速度低，消耗功率小，可由一個或多個運動組成

①與②合成為切削運動<>第五頁，共49頁。2.切削時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：工件上經刀具切削后形成的表面過渡表面（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<>*6第六頁，共49頁。3、切削用量（切削三要素）切削速度:

Vc=πdn/1000(m/s)進給量:

forVf背吃刀量:ap=(dw-dm)/2(mm)三者的總稱為切削用量<>第七頁，共49頁。<>第八頁，共49頁。(1)前刀面（前面):刀具上與切屑接觸并相互作用的表面。切屑流過的表面，以Ar表示。(2)主后刀面（主后面):刀具上與工件過渡表面接觸并相互作用的表面。以Aα表示。<>第九頁，共49頁。(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。<>第十頁，共49頁。(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．<>第十一頁，共49頁。<>第十二頁，共49頁?；鍼r：通過主切削刃上選定點，垂直于該點切削速度方向的平面。切削平面Ps：通過主切削刃上選定點，與主切削刃相切，垂直于該點基面的平面。正交平面P0：通過主切削刃上選定點，垂直于基面和切削平面的平面。

基面、切削平面和正交平面組成標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。<>第十三頁，共49頁。(1)前角：在正交平面內測量前刀面與基面之間的夾角，前角表示前刀面的傾斜程度，前角的正負方向按圖示規(guī)定表示。(2)后角：在正交平面內測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：在基面內測量的主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角，主偏角一般為正值；<>第十四頁，共49頁。(4)副偏角在基面內測量的副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角，副偏角一般為正值。(5)刃傾角在切削平面內測量的主切削刃與基面之間的夾角。<>第十五頁，共49頁。前角γ0：在正交平面上度量，前刀面與基面間的夾角，數(shù)值有正、負。后角α0

：在正交平面上度量，主后刀面與切削平面的夾角；主偏角κr

：在基面上度量，主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角。副偏角κ’r

：在基面上度量，副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角。刃傾角λs：主刃—基面之間的夾角（切削平面測量）<>第十六頁，共49頁。刀具的主要標注角度<>第十七頁，共49頁。<>第十八頁，共49頁。a)刀具安裝位置對工作角度的影響

①當?shù)都獍惭b得高于或低于工件軸線時，刀具的工作前角和工作后角的變化情況②當車刀刀桿的縱向軸線與進給方向不垂直時，刀具的工作主偏角和工作副偏角的變化情況b)進給運動對工作角度的影響<>第十九頁，共49頁。<>第二十頁，共49頁。刀尖安裝得高于或低于工件軸線時的工作角度的情況<>第二十一頁，共49頁。<>第二十二頁，共49頁。刀具的工作角度：切削過程中的實際基面、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：橫向進給運動（圖2-9）；刀具安裝高低（圖2-11）；軸向進給運動（圖2-10）；刀桿中心線偏移（圖2-12）。<>第二十三頁，共49頁。三.切削層參數(shù)與切削方式公稱厚度hD：垂直于過渡表面測量的切削層的尺寸,相鄰兩過渡表面之間的距離。

hD＝f×sinKr(mm)公稱寬度bD：沿過渡表面測量的切削層尺寸。反應了切削刀刃參加切削的工作長度。

bD＝ap/sinKr(mm)公稱橫截面積：切削層在切削層尺寸平面內的實際橫截面積。AD＝hD×bD

＝f×ap(mm2)<>*24第二十四頁，共49頁。<>第二十五頁，共49頁。第二十六頁，共49頁。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HRC62—67）和耐熱性（切削溫度可達550—600o）；切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高1~3倍(由此得名)，刀具耐用度高10~40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；<>第二十七頁，共49頁。制造工藝簡單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃；在復雜刀具（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<>第二十八頁，共49頁。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）與金屬粘結劑（鈷、鎳、鉬等）在高溫下燒結而成的粉末冶金制品。硬度：HRA89-93，能耐850-1000oC的高溫，擁有良好的耐磨性，切速可達100~300m/min，可加工包括淬硬鋼在內的多種材料，應用非常廣泛。<>第二十九頁，共49頁。硬質合金的抗彎強度低，沖擊韌性差，刃口不鋒利，較難加工，不易做成形狀復雜的整體刀具。常用的硬質合金有鎢鈷類（YG類）、鎢鈦鈷類（YT類）和通用硬質合金（YW類）三類。<>第三十頁，共49頁。涂層刀具：在韌性較好的硬質合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1~3倍（硬質合金刀片），或2~10倍（高速鋼）。加工材料的硬度愈高，涂層刀具效果愈好。<>第三十一頁，共49頁。

陶瓷材料：以氧化鋁為主要成分，經壓制成形后燒結而成硬度可達HRA91~95，在1200°C時可保持HRA80的硬度；摩擦系數(shù)小，耐磨性好。缺點：脆性大，抗彎強度和沖擊韌性低。<>第三十二頁，共49頁。

應當指出，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。<>第三十三頁，共49頁。前角對切削的難易程度影響很大優(yōu)點：增大前角，使刀刃變得鋒利，使切削更輕快，切屑變形減小，切削力和切削功率減??；缺點：增大前角，刀刃和刀尖強度降低，散熱體積變小，影響刀具壽命。對表面粗糙度，排、斷屑等有一定的影響。<>第三十四頁，共49頁。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。工件材料強度、硬度較低時，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（如硬質合金）則前角應選得小一些。粗加工時，特別是斷續(xù)切削時，應選用較小的前角，精加工時應選用較大前角。

硬質合金車刀的前角g0在－5°～＋20°范圍內選，高速鋼刀具的前角應比硬質合金刀具大5°～10°，而陶瓷刀具的前角一般?。?°～15°。<>第三十五頁，共49頁。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，其大小對刀具耐用度和加工表面質量都有很大影響。合理后角的大小主要取決于：切削厚度（或進給量）、也與工件材料、工藝系統(tǒng)的剛性有關：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，適當減小后角；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，車刀后角常選用4°~6°。<>第三十六頁，共49頁。對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。<>第三十七頁，共49頁。主偏角和副偏角還會影響各切削分力的大小和比例。車外圓時，增大主偏角，可使背向力FP明顯減小，進給力Ff增大，有利于減小工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動。工藝系統(tǒng)剛性較好時

主偏角κr取較小值，如30°~45°工藝系統(tǒng)剛性較差或強力切削時

取κr=60°~75°<>第三十八頁，共49頁。刃傾角λs主要影響刀頭的強度和切削流動的方向。

加工一般鋼材和鑄鐵時：

無沖擊的粗車，取λs=0°~－5°；

無沖擊的精車，取λs=0°~5°；

有沖擊負荷時，取λs=－5°~－15°；

負荷沖擊特別大時，取λs=－30°~－45°。切削高強度鋼、冷硬鋼