2022年《金属切削原理与刀具》课程教案 .pdf

金属切削原理与刀具课程教案周次星期授 课 内 容 提 要时数教辅活动备注1 3 绪论1. 金属切削加工发展历史2. 本课程研究内容及地位3. 本课程学习方法2 课次一1 2 2 5 3 5 第一章基本定义1. 切削运动与切削用量2. 刀具几何参数3. 刀具标注角度的换算4. 切削层参数6 1-1，1-2 1-3，1-4 1-5，1-6 课次二课次三课次四3 3 3 5 第二章 刀具材料1. 刀具材料应具备的基本性能2. 高速钢3. 硬质合金4. 其他刀具材料4 2-1，2-2，2-5 课次五课次六4 4 3 5 第三章 金属切削过程的基本规律一、切削变形1. 金属切削过程定义2. 切削层的变形3. 第一变形区4. 第二变形区5. 第三变形区6切削变形的变化规律4 3-1，3-2 课次七课次八5 5 3 5 二、切 削 力1. 切削力的来源2. 合力与分力3. 切削力的实验公式与计算4. 影响切削力的因素4 3-4，3-6，3-7 课次九课次十6 6 3 5 三、切削热与切削温度1. 切削热的产生与传出影响切切削温度的主要因素4 3-8，3-9 课 次 十一 、 十二周次星期授 课 内 容 提 要时数教辅活动备注7 3 四、刀具磨损与刀具耐用度3-12 -13 ， 课 次 十名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 46 页 - - - - - - - - - 7 5 1. 刀具磨损的形态与原因2. 刀具磨损过程及磨钝标准3. 合理刀具耐用度的选用原则4 3-15 3-16 三 、 十四8 8 3 5 第四章 金属切削过程的基本规律应用一、切削的控制二、工件材料的切削加工性1. 定义及衡量标准2. 影响因素及改善途径3. 难加工材料4 4-4，4-5 4-8，4-10 4-11 4-15 课 次 十五 、 十六9 9 3 5 三、切削液1. 切削液的分类2. 切削液的作用切削液的选用四、已加工表面质量1. 概念2. 已加工表面粗糙度3 加工硬化及残余应力4 课 次 十七10 10 3 5 五、 刀具合理几何参数的选择1. 前角的功用及选择2. 后角的功用及选择3. 主偏角及副偏角的功用及选择4. 刃倾角的功用及选择4 课 次 十八 、 十九11 3 期中考试2 闭卷形式课 次 二十11 5 5. 切削用量的选择（1）制订原则（2）确定方法（3）切削用量的优化2 4-16 4-18周次星期授 课 内 容 提 要时数教辅活动备注12 3 第五章 车刀1. 车刀的种类及用途2. 各类车刀的结构2 5-1 5-2 课 次 二十一12 5 第六章 成形车刀1. 成形车刀的种类及用途2 6-1 6-2 6-9 课 次 二十 二 、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 46 页 - - - - - - - - - 2. 成形车刀的结构及设计方法3. 设计特点三13 13 3 5 第七，八章孔加工刀具1. 孔加工刀具的种类及用途2. 麻花钻3. 深孔钻4. 铰刀4 7-2 7-4 7-8 8-1 课 次 二十 四 、五14 3 第九章 拉刀1. 拉刀的种类及用途2. 拉刀的结构3. 圆孔拉刀的设计2 9-1 9-2 9-3 课 次 二十六14 15 5 3 第十章 铣刀1. 铣刀的种类及用途2. 铣刀的几何角度3. 铣削力及铣削方式第十一章螺纹刀具1. 螺纹刀具的种类及用途2. 丝锥第九章铣刀4 10-1 10-2 11-1 11-4 课 次 二十 七 、八15 16 5 3 第十二章齿轮刀具1. 齿轮刀具的种类及用途2. 插齿刀3. 齿轮滚刀的结构及工作原理4. 蜗轮滚刀的结构及工作原理4 12-1 12-2 12-3 课 次 二十 九 、三十16 5 复习2 课 次 三十 一 、二金属切削原理与刀具 课程授课教案课次一：绪论0.1 机械制造过程分析机械是由零件、组件、部件等组成的, 因而一台机器的制造过程包含了从零件, 部件加工到整机装配的全过程。这一过程可以用图4-1 所示的系统图来表示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 46 页 - - - - - - - - - 基准零部件机器产品总装过程零件零件零件零件加工过程加工过程加工过程加工过程毛坯毛坯毛坯毛坯零件基准件零件零件零件基准件零件基准件零件装配过程装配过程装配过程部件部件部件图 4-1 机械制造过程的构成首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件。它们都是由毛坯进过相应的机械加工工艺过程变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件的适当的加工方法。加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件。 部件是由若干组件、套件和零件在一个基准上装配而成的。部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能。这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的。部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。最后在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器。我们把零件和部件装配最终机械产品的过程为总装过程。总装过程是依据总装工艺文件进行的。在产品总装后，还要经过检验、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品。0.2 机械加工工艺系统与金属切削加工从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 46 页 - - - - - - - - - 合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器。因此，制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种加工方法得到的，其中在金属切削机床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得符合要求的尺寸精度和表面质量的这种加工方法称为金属切削加工。与其他金属加工方法相比具有如下特点：1. 2. 3. 因此金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动和承受很大的切削力，必须在金属切削机床上进行加工，零件和刀具需通过机床夹具和刀架与机床可靠的联接，带动它们做相对的运动，实现切削加工，这种由金属切削机床、刀具、夹具和工件（被加工零件的总称）构成的机械加工封闭系统称为机械加工工艺系统（如图4-2 所示） ，其中金属切削机床是加工机械零件的工作机械，起支承和提供动力作用；刀具起直接对零件进行切削加工作用；夹具用来对零件定位和夹紧，使之有正确的加工位置。本章就围绕机械加工工艺系统四个组成部分进行分析，阐述机械零件加工的整个过程。图 4-2 0.3 我国切削加工技术发展概况切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法。它加工的零件能获得较高的尺寸精度与表面质量，是机械制造业中最基本的加工方法，在国民经济中占有重要地位。我国古代切削加工方面有着光辉的成就。公元前二千多年青铜器时代已出现了金属切削的萌芽。当时青铜刀、锯、锉等已经类似于现代的刀具。春秋中晚期，有一部现存最早的工程技术著作考工记上面介绍了木工、金工等三十个专业技术知识。书中指出： “材美工巧”是制成良器的必要条件。“材美”是指用优良的材料， “工巧”则是指采用合理的制造工艺。由大量出土文物与文献推测，最迟在8 世纪（唐代）我国已有了原始的车床。公元 1668年（明代）加工 2m直径的天文仪器铜环，其外径、内孔、平面及刻度的精度与表面粗糙度均已达到相当高的水平。近代历史中，由于封建制度的腐败和帝国主义的侵略，我国机械工业非常落后。新中国成立以来， 我国切削加工技术得到飞速的发展。50 年代起广泛使用了硬质合金，推广高速切削、强力切削、多刀多刃切削，兴起了改革刀具的热潮。80 年代后，在改革开放的新阶段，机械行业从引进国外的先进技术中得到了进一步发展，在与国际学术组织、专家学者的交流活动中，促进了我国切削技术水平的进一步提高，并正在努力名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 46 页 - - - - - - - - - 赶上国际先进水平。当今能切削的材料十分广泛，除传统的金属材料外，非金属材料愈来愈多。从软的橡胶、塑料到坚硬的花岗岩石。从普通的钢材到高强度钢、钛合金、冷硬铸铁、淬硬钢以及 70HRC 左右的热喷涂材料等。切削技术不但已能解决各种硬、韧、脆、粘等难加工材料，而且能解决各种特高精度，特长、深、薄、小等特形件的加工。计算机已在切削研究、刀具设计与制造中得到广泛的应用，已有了一批我国自己开发的刀具CAD 、CAPP 、CAI、切削数据库软件。新的刀具标准参照了ISO 作了修定，已基本上与国际接轨。我国切削加工技术在不久的将来一定能赶上发达国家的水平，并能同步增长。0.4 本课程的内容与学习方法金属切削原理与刀具是研究金属切削过程基本规律、刀具设计与使用的一门科学，是机械制造专业的重要课程。一、金属切削原理金属切削原理研究的主要内容有：刀具材料的性能与选用；刀具切削部分的几何参数；切削过程现象与变化规律；被切削材料的加工性；提高加工表面质量与经济效益的方法；车削、钻削、铣削、磨削过程的特点等。归纳为两方面问题：1. 几何问题主要指刀具的几何参数及相互关系。2. 规律问题主要指切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损等规律。二、金属切削刀具金属切削刀具是指切削加工中的重要工具，也是切削加工中影响生产率、加工质量与成本的最活跃的因素。因为刀具变化灵活、改革简便、收效显著。刀具种类繁多。通常分为如下两类：1. 标准刀具指专业工具厂按国际或部标生产的刀具。如可转位车刀、麻花钻、铰刀、铣刀、丝锥、板牙、插齿刀、齿轮滚刀等。2. 非标准刀具指用户需专门设计制造的刀具，如成形车刀、成形铣刀、拉刀、蜗轮滚刀、组合刀具等。课次二： 第一章刀具几何角度及切削要素第一节切削运动与切削用量一、切削运动与切削层定义切削加工时，按工件与刀具的相对运动所起的作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。图 1-1 表示了车削运动、切削层及工件上形成的表面。图中待加工表面指工件上即将被切除的表面；过渡表面是工件上由切削刃正在形成的表面；已加工表面指工件上切削后形成的表面。1. 主运动进行切削时最主要的、消耗动力最多的运动，它使刀具与工件之间产生相对运动。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 46 页 - - - - - - - - - 车镗削的主运动是机床主轴的旋转运动。2. 进给运动刀具与工件之间产生的附加相对运动，以保持切削连续地进行。图1-1 中 Vf 是车外圆时纵向进给运动速度，它是连续的。而横向进给运动则是间断的。3. 切削层切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层。图1-1 中工件旋转一周，刀具从位置移到，切下的与之间工件材料层。ABCE 称为切削层公称横截面积。二、切削用量金属切削加工时，工件是机械加工过程中被加工对象的总称，任何一个工件都经过由毛坯加工到成品的过程，在这个过程中，切削运动可分为主运动和进给运动两种。图 4-3 切削速度、 进给量和背吃刀量 （切削深度） 合称切削用量， 又称为切削用量三要素。车削外圆时的切削用量如图4-3 所示。（1）切削速度刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的速度，单位为sm/。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。外圆车刀车削外圆时的切削速度计算式为：1000ndw式中wd 工件待加工表面的直径， （mm ） ；n工件的转速，（sr /） 。（2）进给量f在主运动每转一转或每一行程时，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，单位是rmm/（用于车削、镗削等）或/mm行程（用于刨削、磨削等） 。进给量表示进给运动的速度。进给运动速度还可以用进给速度f（单位是smm/）或每齿进给量zf （用于铣刀、铰刀等多刃刀具，单位是/mm齿）表示。一般，zfnzfnf名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 46 页 - - - - - - - - - 式中n主运动的转速，（sm/） ；z刀具齿数。（3）背吃刀量（切削深度）pa在垂直于主运动方向和进给运动方向的工作平面内测量的刀具切削刃与工件切削表面的接触长度。对于外圆车削，背吃刀量为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位mm。即)(21mwpdda式中wd 工件待加工表面的直径， （mm）md 工件已加工表面的直径， （mm）三、切削层参数在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。外圆车削时的切削层，就是工件转圈，主切削刃所切除的金属层，如图4-3 中的阴影四边形所示。切削层参数共有三个，它们通常都在垂直于切削速度的平面内度量。（1）切削层公称厚度ca 在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。ca 反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图4-3 得rckfasin式中ca 切削层公称厚度，（mm） ；f进给量，（rmm /） ；rk 车刀主偏角，（）（2）切削层公称宽度wa 沿过渡表面测量的切削层尺寸。wa 反映了切削刃参加切削的工件长度。由图4-3 得rpwkaasin式中wa 切削层公称宽度，（mm） 。（3） 切削层公称横截面积cA切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图 4-3得prprwccfakakfaaAsinsin式中cA 切削层公称横截面积， （2m m） 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 46 页 - - - - - - - - - 课次三： 第一章刀具几何角度及切削要素第二节切削加工刀具的基本定义：一、切削刀具的组成切削刀具的种类很多，结构也多种多样。外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成（图 4-4） 。其定义分别为：（1）前刀面（前面）刀具上与切屑接触并相互作用的表面（2）主后刀面（主后面）刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。（3）副后刀面（副后面）刀具上与工件已加工表面相对并相互作用的表面。（4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃前刀面与副后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。图 4-5 刨刀、钻头、铣刀切削部分的形状（6） 刀尖主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。如图4-5所示，刨刀切削部分的形状与车刀相同（图4-5a） ；钻头可看作是两把一正一反并在一起同时车削孔壁的车刀，因而有两个主切削刃，两个副切削刃，还增加了一个横刃（图4-5b） ；铣刀可看作由多把车刀组合而成的复合刀具，其每一个刀齿相当于一把车刀 （图4-5c） 。课次四： 第一章刀具几何角度及切削要素名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 46 页 - - - - - - - - - 二、刀具的标注角度（一） . 刀具角度参考系刀具角度是确定刀具切削部分几何形状的重要参数。用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面称为参考系。参考系有两类：刀 具 静 止 参 考 系它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义 的 刀 具 角 度 称 刀 作 角度；刀 具 工 作 参 考 系它是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称刀具工作角度。刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参考系。但在标注可转位刀具或到刃倾角刀具时，常用法平面参考系。在刀具制造过程中，如洗削刀槽、刃磨刀面时，常需用假定工作平面、背平面参考系中的角度，或使用前、后面正交平面参考系中的角度。这四种参考系刀具角度是ISO3002/1-1997 标准所推荐的。本书只讲前三种。1. 正交平面参考系正交平面参考系由以下三个平面组成：(1) 基面 pr过切削刃选定点平行或垂直于刀具上的安装面（轴线）的平面，车刀的基面可理解为平行刀具底面的平面。(2) 切削平面 ps过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。(3) 正交平面 po过切削刃选定点同时垂直于切削平面与基面的平面。在图 6-1 中，过主切削刃某一点x都可建立正交参考系平面。副切削刃与主切削刃的基面是同一个。2. 法平面参考系法平面参考系由pr、ps、pn三个平面组成。其中：法平面 pn过切削刃某选定点并垂直于切削刃的平面。3. 假定工作平面参考系假定工作平面参考系由pr、pf、pp三个平面组成。其中：假定平面 pf过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于几面的平面。背平面 pp过切削刃选定点既垂直假定工作平面又垂直于基面的平面。（二） 、刀具角度定义（图1-6）描述刀具的几何形状除必要的尺寸外都用刀具角度。在各类参考系中最基本的刀具角度只有 4 种类型，即前、后、偏、倾四角。1. 正交平面参考系刀具角度(1) 前角 o正交平面中测量的前面与基面间夹角。(2) 后角 o正交平面中测量的后面与切削平面间夹角。(3) 刃偏角 kr基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角。(4) 刃倾角 s切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。刀具角度标注符号下标的英语小写字母，与测量该角度用的参考系平面符号下标一致。例如 r 就表示 pr平面，s 就表示 ps平面， o 表示在 po平面。N表示在 pn平面， f 表示在 pf平面， p 表示在 pp平面。右上角加一撇表示副切削刃上的平面或角度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 46 页 - - - - - - - - - 如图 1-7 所示， 用上述四角就能确定车刀主切削刃及其前、后面的方位。其中用 o、s两角确定前面的方位，用o、kr、两角度确定后面的方位，用kr、s两角可确定主切削刃的方位。同理，副切削刃及其相关的前、后面在空间的定向也需要4 个角度，即副刃前角o，副刃后角 o，副刃偏角 kr，副刃倾角 s。它们的定义与主切削刃四角类似。由于图 1-7 中的车刀主切削刃与副切削刃共处在同一前面上，主切削刃的前面也是副切削刃的前面。当标注了o、s两角，前面的方位就确定了，副切削刃前面的定向角 o、s就属于派生角度，不必再标注。它们可由o、s、kr、kr等角度换算得出。tan o=tanocos(kr+kr)+tan ssin(kr+kr) (1-8) tan s= tan osin(kr+kr)- tanscos(kr+kr) (1-9) 此外，为了比较切削刃、刀尖的强度，刀具上还定义了两个角度，它们也属派生角度，即：楔角 o正交平面中测量的前面与后面间夹角。o=90? -( o+o) (1-10) 刀尖角 r基面投影中主、副切削人间的夹角。r=180o-(kr+kr) (1-11) 2. 其它参考系刀具角度在法平面测量的前、后角称法前角n和法后角 n，如图 1-8 所示。在假定工作平面pf和背平面 pp参考系中测量的刀具角度有： 倾前角 f， 侧后角 f，背前角 p，背后角 p，如图 1-9 所示。3. 刀具角度正负的规定如图 1-10 所示，前面与基面平信时前角为零；前面与切削平面间夹角小于90o时，前角为正；大于90o时，前角为负。后面与基面间夹角小于90o时，后角为正；大于 90o时，后角为负。刃倾角是前面与基面在切削平面中的测量值，因此其正负的判断方法与前角类似。切削刃与基面（车刀底平面）平行时，刃倾角为零；刀尖相对车刀的底平面处于最高点时，刃倾角为正；处于最低点时，刃倾角为负。（3） 主偏角rk在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。（4）副偏角rk在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。（5）刃倾角s在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，0s，刀尖为主切削刃上最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高点时，s0（图 4-7）需要说明的是，图4-6 、4-7的标注角度是在刀尖与工件回转轴名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 46 页 - - - - - - - - - 线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。课次五、六： 第一章刀具几何角度及切削要素第四节车刀图示与角度标注方法车刀设计图一般用正交平面参考系标注角度，因为它既能反映刀具的切削性能又便于刃磨检验。刀具图取基面投影为主视图， 背平面（外圆车刀）或假定工作平面投影 （端面车刀）为侧视图，切削平面投影为向视图。同时作出主、副切削刃上的正交平面, 标注必要的角度及刀柄尺寸。派生角度及非独立的尺寸均不需要标注。视图间应符合投影关系，角度及尺寸应按选定比例绘制。因为表示空间任意一个平面方位的反方向响角度只需两个，所以判断刀具切削部分需要标注的独立角度数量可用一面两角分析法确定。即刀具需要标注的独立角度数量是刀面数量的 2倍。画刀具工作图时首先应判断活假定刀具的进给运动方向，即确定哪条是主切削刃，哪条是副切削刃，然后可确定基面切削平面及正交平面内的标注角度。下面举例分析：1. 直头外圆车刀图17所示外圆车刀由前面、后面、副后面组成，有三个刀面，3X2=6 ，需要标注 6个独立角度。即：前面定向角os、；后面定向角or、；副后面定向角or 、 ；2. 90 偏刀如图1-13所示，设车刀以纵向进给车外圆。由于r=90，车刀切削平面投影就是车刀的侧视图。图中副切削刃与主切削刃同时处在一个前刀面上，车刀也由三个刀面，需要标注 6个独立角度，与直头外圆车刀相同。3. 45 弯头车刀如图1-14所示，弯头车刀磨出四个刀面，三条切削刃，即主切削刃12, 副切削刃 23或14。其用途较广，可用于车外圆、车端面、车内孔或倒角。45弯头车刀需要标注的独立角度共有八个。即：主切削刃12前面定向角os、；主切削刃12后面定向角or、；副切削刃 23副后面定向角or 、 ；副切削刃14副后面定向角or 、 。4. 切断刀如图1-15所示，设车刀以横向进给车槽或切断。刀具有一条主切削刃，两个刀尖，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 46 页 - - - - - - - - - 两条副切削刃。可以认为切断刀是两把端面车刀的组合，同时车出左右两个端面。图中两条副切削刃与主切削刃同时处在一个前刀面上，因此，这把切断刀共有四个刀面。 4X28，需要标注的独立角度共有八个。当切断刀r90时，op 平面就是刀具的侧视图。r小于90时，左（ L）右（R）主偏角与刃倾角的关系如下：180rRrLsRsL习惯上标注左切削刃上的主偏角、刃倾角，而右切削刃角度是派生角度。因此，切断刀各刀面的定向角是：前面定向角osL、后面定向角orL、左副后面定向角oRrR、 右副后面定向角oRrR、 5. 倒角刀尖、倒棱的参数如图1-16所市，当刀具磨出倒角刀尖、平面倒棱时，运用一面二角分析法可知：倒角倒尖刃的两个定向角是：倒角刀刃后角o、偏角r。倒棱刃的两个定向角是：倒棱刃前角1o，倒棱刃倾角1s。由于一般倒棱面沿切削刃是等宽的，即1ss，则1s角可不再标注。此外，还需要标注倒棱刃宽度1b。课次七： 第一章刀具几何角度及切削要素第五节刀具的工作角度一、工作参考系及工作角度刀具安装位置、切削合成运动方向的变化，都会引起刀具工作角度的变化。因此研究切削过程中的刀具角度， 必须以刀具与共建的相对位置、 相对运动为基础建立参考系，这种参考系称为工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称为工作角度。刀具工作坐标系根据GB/T12204-90推荐了三种，即： 工作正交平面参考系rep 、sep 、oep ，工作背平面参考系rep 、fep、pep，工作法平面参考系rep 、sep 、nep 。其中应用最多的是工作正交平面参考系。刀具工作参考系可参阅图1-17。其定义如下：1）工作基面rep通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 46 页 - - - - - - - - - 2）工作切削平面sep通过切削刃选定点与切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。该平面包含合成切削速度方向。3）工作正交平面oep通过切削刃选定点，同时垂直于工作切削平面与工作基面的平面。刀具工作角度刀具工作角度的定义与标注角度类似，它是前、后面与工作参考系平面的夹角。工作角度的标注符号分别是：oeoeresefefepepe、。二、刀具安装对工作角度的影响1. 刀柄偏斜对工作主、副偏角的影响如图 1-18 所示，车刀随四方刀架逆时针转动G角后，工作主偏角将增大，工作副片教将减少。例如取G=r，则车刀的re就等于 0了。2. 刀刃安装高底对工作前、后角的影响如图 1-19 所示，车刀切削刃选定点A 高于工作中心 h 时，将引起工作前、后角的变化。不论时因为刀具安装引起的，还是由于刃倾角引起的，只要切削刃选定点不在中心高度上，则A 点的切削速度方向就不与刀柄底面垂直。工作参考系平面serepp、转动了 N角，工作前角就增大N ，后角就减小 N。2sinhNd(122)式中 dA点工件直径。同理，切削刃选定点 A低于工件中心时， h 值与 N角为负值， 将引起工作前角减少、工作后角加大。加工内表面时，情况与加工外表面相反。不难看出：工作前、后角的变化量N与 h 值成正比，与工件直径d 成反比。因此，加工小直径的零件， 例如切断到近中心处， 或钻头近中心切削刃， 既使 h 值控制得很小，由于 d 值很小，引起的 N角也不能忽略。而加工直径较大的零件，N角的影响可不计。三、进给运动对工作角度的影响1. 进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工作主、副偏角的影响。图 1-20 所示为扳动小滑板车外锥面的情况。 由于刀具进给方向与工件轴线偏转了M角（圆锥半角），从而引起工作主偏角减小，工作副偏角增大。2. 纵向进给运动对工作前、后的影响纵向进给车外圆时切削合成运动产生的加工表面为阿基米德螺旋线，如图1-21 所示。国主切削刃上选定点A的加工表面螺旋升角为T。tanfTd（1-23）由于再fp剖面中加工表面倾斜了T 角，所以再fp剖面中后角减少了T 角，前角增加了 T角。以上讨论的刀具工作角度时单独考虑一个因素的影响，实际上作中的刀具可能既有安装的偏斜或高低，又有进给运动的影响。此时应综合考虑各项影响的结果，将各项叠加起来。例如图 1-22 所示的梯形螺纹车刀，由于车螺纹合成且些速度方向的变化，使加工表面倾斜了螺旋面螺纹升角T。当若刀头安装时绕刀柄轴转动L 角，并令 LT，则这两名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 46 页 - - - - - - - - - 项对工作前、后角的影响正好抵消，工作前、后角仍相当于刃磨的前、后角，这就是如图 1-22b 车削梯形螺纹使用的可转动刀架的设计原理。第六节切削层与切削方式切削层为切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层。切削层形状、尺寸直接影响着刀具承受的负荷。为简化计算，切削层形状、尺寸规定在刀具基面中度量，当主、副切削刃为直线，且s=0o、r0时，切削层公称横截面 ABCD 为平行四边形，若r90时，则为矩形。切削层尺寸是指在刀具基面中度量的切削层长度与宽度，它与切削用量ap、f 大小有关。但直接影响切削过程的是切削层横截面及其厚度、宽度尺寸。它们的定义与符号如下：1切削层公称横截面积D简称切削层横截面积，是在切削层尺寸平面里度量的横截面积。2. 切削层公称厚度Dh简称切削厚度，是垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。3. 切削层公称宽度Db简称切削层宽度，是平行于过渡表面度量的切削层尺寸。Dh=fsin r (1-24) Dh=sinprak (1-25) DDDpfh ba ( 1-26) 分析以上三式可知：切削厚度与切削宽度随主偏角大小变化。当r=90时，Dh=f，Dpba。D只与切削用量pa、f有关，不受主偏角的影响。但切削层横截面的形状则与主偏角、刀尖圆弧半径大小有关。随主偏角的减小，切削厚度将减小，而切削宽度将增大。按式(1-26) 计算得到的D是公称横截面积，而实际切削横截面积为图1-23 中的EBCD。()()()DEBCDABCD式中称残留面积，它直接影响已加工表面粗糙度。课次八： 第二章刀具材料一、刀具材料应具有的性能金属切削过程中，刀具切削部分在高温下承受着很大切削力与剧烈摩擦。早断线切削工作时，还伴随着冲击与振作，引起切削温度的波动。因此，刀具材料应具有的切削名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 46 页 - - - - - - - - - 性能是高硬度和高耐磨性，足够的强度与韧性，高的耐热性。一般刀具材料在室温下都应具有有60HRC 以上的硬度。材料硬度越高耐磨性越好，但抗冲击韧度相对就降低。所以要求刀具材料在保持有足够的强度与韧性条件下，尽可能有高的硬度与耐磨性。高耐热性是指在高温下仍能维持刀具切削性能的一种特性，通常用高温硬度值来衡量，也可用刀具切削时允许的耐热温度值来衡量。它是影响刀具材料切削性能的重要指标。耐热性越好的材料允许的切削速度越高。刀具材料还需有较好的工艺性与经济性。工具钢应有较好的热处理工艺性：淬火变形小，淬透层深、脱碳层浅。高硬度材料需有可磨削加工性。需焊接的材料，宜有较好的导热性与焊接工艺性。此外，在满足以上性能要求时，宜尽可能满足资源丰富、价格低廉的要求。选择刀具材料时，很难找到各方面的性能都是最佳的，因为材料性能之间有的是相互制约的。只能根据工艺需要保证主要需求的性能。如粗加工锻件毛坯，需保持有较高的强度与韧性，而加工硬材料需有较高的硬度等。二、刀具材料类型当前使用的刀具材料分四大类：工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)，硬质合金，陶瓷，超硬刀具材料。一般机加工使用最多的是高速钢与硬质合金。工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能好，故广泛用于中、低速切削的成形刀具，不宜告诉切削。硬质合金耐热性好，切削率高，但刀片强度、韧性不及工具钢，焊接刃磨工艺性也比工具钢差，故多用于制作车刀、铣刀及各种高效切削刀具。各类刀具材料的主要性能如表2-1 所示。（一） . 高速钢是含有 W 、Mo 、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。1、通用型高速钢这类高速钢应用最为广泛，约占高速钢总量的75% 。碳的质量分数为0.7%0.9% 。按钨，钼质量分数的不同，分为钨系、钨钼系。主要牌号有以下三种：（1） W18Cr4V(18-4-1)钨系高速钢18-4-1 高速钢具有较好的综合性能。（2）.W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2) 钨钼系高速钢6-5-4-2高速钢是国内外普遍应用的牌号。（3）.W9Mo3Cr4V(9-3-4-1) 钨钼系高速钢9-3-4-1高速钢是根据我国资源研制的牌号。其抗弯强度与韧性均比6-5-4-2好。高温热塑性好，而且淬火过热、脱碳敏感性小，有良好的切削性能。2、高性能高速钢高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒， 添加钴或铝等合金元素的新钢种。3、粉末冶金高速粉末冶金高速钢是通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末，然后压制或热压成形，再经烧结而成的高速钢。4、速钢刀具的表面涂层高速钢刀具的表面涂层是采用物理气相沉积（PVD ）方法，在刀具表面涂覆TiN 等硬膜，以提高刀具性能的新工艺。（二）硬质合金1、硬质合金的组成与性能. 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬质相）和金属（称粘结相）通过粉末治金工艺制成的。硬质合金刀具中常用的碳化物有WC 、TiC、TaC 、NbC等。2、普通硬质合金分类、牌号与使用性能硬 质 合 金按 其化学 成分 与 使用性 能分为 四类 ： 钨钴类 （ WC+Co ） 、 钨钛钴 类名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 46 页 - - - - - - - - - （ WC+TiC+Co ） 、 添 加 稀 有 金 属 碳 化 物 类 （ WC+TiC+TaC(NbC)+Co） 及 碳 化 钛 基 类（TiC+WC+Ni+Mo） 。（1） YG类合金（ GB2075 87 标准中 K类）YG类合金抗弯强度与韧性比YT类高， 可减少切削的时的崩刃， 但耐热性比 TY类差，因此主要用于加工铸铁、有色金属与非金属材料。（2）.YT 类合金（ GB2075 87 标准中 P类）YT类合金有较高的硬度，特别是有较高的耐热性、较好的抗粘结、抗氧化能力。它主要用于加工以钢为代表的塑性材料。（3）.YW类合金（ GB2075 87 标准中 M类）YW 类合金加入了适量稀有难溶金属碳化物，以提高合金的性能。 其中效果显著的是加入 TaC或 NbC ，一般，质量分数在4% 左右。（4）.YN 类合金（ GB2075 87 标准中 P01类）YN类合金是碳化钛基类，它以TiC 为主要成分， Ni、Mo作粘结金属。适合高速精加工合金钢、淬硬钢等。（三）其他刀具材料简介：1、陶瓷刀具的特点陶瓷刀具是以氧化铝（ Al2O3）或以氮化硅（ Si3N4）为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。主要特点是：1）有高硬度与耐磨性，常温硬度达9195HRA ，超过硬质合金。2）有高的耐热性， 1200下硬度为 80HRA ，强度、韧性降低较少。3）有高的化学稳定性。4）有较低的摩擦系数。5）强大与韧性低。6）热导率低。2、超硬刀具材料金刚石与立方氮化硼。1） 、金刚石金刚石是碳的同素异形体，是目前最硬的物质，显微硬度达10000HV 。2） 、立方氮化硼（ CBN ）立方氮化硼是由六方氮化硼（白石墨）在高