数控加工基本知识.ppt

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1、第第1章章 数控加工基本知识数控加工基本知识1.1 金属切削运动及其形成的表面金属切削运动及其形成的表面1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料1.3 金属切削加工过程中的主要现象及基金属切削加工过程中的主要现象及基本规律本规律1.1 金属切削运动及其形成的表面金属切削运动及其形成的表面1.1.1 金属切削过程金属切削过程金属切割过程是通过切削加工被刀具切除，使工件上多余的金属切割过程是通过切削加工被刀具切除，使工件上多余的金属层，其形成具有一定形状、一定精度和一定表面质量的金属层，其形成具有一定形状、一定精度和一定表面质量的加工面加工过程。在这一过程中，始终存在着刀具切削工件加工面加工过程。

2、在这一过程中，始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列重要现象，如和工件材料抵抗切削的矛盾，从而产生一系列重要现象，如形成切屑、切削力、切削热与切削温度及有关刀具的磨损与形成切屑、切削力、切削热与切削温度及有关刀具的磨损与刀具寿命、断屑等。研究金属切削过程中这些现象的基本理刀具寿命、断屑等。研究金属切削过程中这些现象的基本理论，对提高金属切削加工的生产率和工件表面的加工质量，论，对提高金属切削加工的生产率和工件表面的加工质量，减少刀具的损耗，关系极大。减少刀具的损耗，关系极大。下一页返回1.1 金属切削运动及其形成的表面金属切削运动及其形成的表面1.1.2 切削运动切削运

3、动为了切除工件上多余的金属，除必须使用切削刀具外，刀具为了切除工件上多余的金属，除必须使用切削刀具外，刀具与工件之间还必须作相对运动，这些运动即切削运动。根据与工件之间还必须作相对运动，这些运动即切削运动。根据切削运动所起的作用，分为主运动和进给运动，如切削运动所起的作用，分为主运动和进给运动，如图图1-1所所示。示。1.主运动主运动主运动指切除工件上多余的金属使之转变为切屑，以形成工主运动指切除工件上多余的金属使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动。通常，主运动的速度较高，消耗功率最多。件新表面的运动。通常，主运动的速度较高，消耗功率最多。主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；根据加工方法

4、主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；根据加工方法不同，它可能是旋转运动，也可能是往复运动。不同，它可能是旋转运动，也可能是往复运动。上一页 下一页返回1.1 金属切削运动及其形成的表面金属切削运动及其形成的表面2.进给运动进给运动进给运动为不断地把切削层投入切削，以逐渐加工出整个加进给运动为不断地把切削层投入切削，以逐渐加工出整个加工表面的运动。通常进给运动的速度较低，消耗功率较少。工表面的运动。通常进给运动的速度较低，消耗功率较少。进给运动可以是连续的，也可以是步进的；可以是旋转运动，进给运动可以是连续的，也可以是步进的；可以是旋转运动，也可以是直线运动。有的切削加工方法，进给运动可以有

5、一也可以是直线运动。有的切削加工方法，进给运动可以有一个以上。个以上。3.合成切削运动合成切削运动合成切削运动是由主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动是由主运动和进给运动合成的运动。上一页 下一页返回1.1 金属切削运动及其形成的表面金属切削运动及其形成的表面1.1.3 切削中形成的工作表面切削中形成的工作表面在主运动和进给运动的作用下，工件表面上的一层金属不断在主运动和进给运动的作用下，工件表面上的一层金属不断地被刀具切下来转化为切屑，因而加工出所需要的工件新表地被刀具切下来转化为切屑，因而加工出所需要的工件新表面。如面。如图图1-2所示，以车削工件外圆表面为例。在切削过程所示，以车削工

6、件外圆表面为例。在切削过程中，工件上有三个不断变化着的表面：中，工件上有三个不断变化着的表面：待加工表面。即将被切去金属层的表面；待加工表面。即将被切去金属层的表面；已加工表面。已经切去多余金属层而形成的新表面；已加工表面。已经切去多余金属层而形成的新表面；加工表面。切削刃正在切削的表面。加工表面。切削刃正在切削的表面。上一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料1.2.1 车刀的组成车刀的组成从从图图1-3可以看出，普通车刀由刀头和刀体两部分组成，刀可以看出，普通车刀由刀头和刀体两部分组成，刀头负担切削工作，又叫切削部分，刀头是一个几何体，由几头负担切削工作，又叫切削部分，刀头是一个几

7、何体，由几个面和多条由面相交而成的切削刃组成。个面和多条由面相交而成的切削刃组成。我们常见的外圆车刀是由一个刀尖、两个刀刃、三个刀面组我们常见的外圆车刀是由一个刀尖、两个刀刃、三个刀面组成的。成的。下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料1.刀面刀面前刀面前刀面 刀具上切屑流过的表面。刀具上切屑流过的表面。后刀面后刀面 与工件上加工表面相对的刀面。与工件上加工表面相对的刀面。副后刀面副后刀面 与工件上已加工表面相对的刀面。与工件上已加工表面相对的刀面。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料2.切削刃切削刃切削刃是刀具前刀面上拟作切削用的刃，分为主切削刃和副切削刃是

8、刀具前刀面上拟作切削用的刃，分为主切削刃和副切削刃。切削刃。主切削刃主切削刃S 前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作。前刀面与后刀面的交线，承担主要的切削工作。副切削刃副切削刃S 前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成少量的切削工作。成少量的切削工作。刀尖主切削刃与副切削刃的连结部位，为了提高刀尖的强度刀尖主切削刃与副切削刃的连结部位，为了提高刀尖的强度和使车刀耐用，很多刀具都在刀尖外磨出圆弧形成直线过渡和使车刀耐用，很多刀具都在刀尖外磨出圆弧形成直线过渡刃。如刃。如图图1-3所示，圆弧过渡刃又称为刀尖圆弧，一般硬质所示，圆弧过渡刃又称为刀尖圆弧

9、，一般硬质合金车刀的刀尖圆弧半径合金车刀的刀尖圆弧半径r=0.51mm。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料1.2.2 常用刀具材料的类型常用刀具材料的类型刀具材料的种类很多，常用的刀具材料主要有碳素工具钢、刀具材料的种类很多，常用的刀具材料主要有碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬刀具合金工具钢、高速工具钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬刀具材料等。各种刀具材料的主要物理力学性能见材料等。各种刀具材料的主要物理力学性能见表表1-1。1.2.3 刀具材料应具备的基本性能刀具材料应具备的基本性能金属切削过程中，刀具切削部分承受很大切削力和剧烈摩擦，金属切削

10、过程中，刀具切削部分承受很大切削力和剧烈摩擦，并产生很高的切削温度；在断续切削工作时，刀具将受到冲并产生很高的切削温度；在断续切削工作时，刀具将受到冲击和产生振动，引起切削温度的波动。为了能适应切削中的击和产生振动，引起切削温度的波动。为了能适应切削中的负荷和恶劣的工作环境，刀具必须具备以下几方面的性能。负荷和恶劣的工作环境，刀具必须具备以下几方面的性能。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料1.足够的强度和韧性足够的强度和韧性在切削加工过程中，刀具切削部分要承受各种应力、冲击和在切削加工过程中，刀具切削部分要承受各种应力、冲击和振动的作用，才能防止刀具的变形、崩刃和脆性断

11、裂，因此振动的作用，才能防止刀具的变形、崩刃和脆性断裂，因此刀具材料必须具有足够的强度和韧性，一般用抗弯强度和冲刀具材料必须具有足够的强度和韧性，一般用抗弯强度和冲击韧性来衡量。击韧性来衡量。2.良好的工艺性能和较好的经济性良好的工艺性能和较好的经济性为了便于刀具本身的加工制造，刀具切削部分材料应具有良为了便于刀具本身的加工制造，刀具切削部分材料应具有良好的工艺性能，即应该容易磨削、锻造、焊接，热处理变形好的工艺性能，即应该容易磨削、锻造、焊接，热处理变形小。刀具材料的经济性即是要求价格低廉，可最大限度地降小。刀具材料的经济性即是要求价格低廉，可最大限度地降低刀具制造的成本。低刀具制造的成本。

12、在选择刀具材料时，不可能要求一种刀具同时具备以上所有在选择刀具材料时，不可能要求一种刀具同时具备以上所有的这些性能指标，而应该根据具体加工条件合理选择刀具材的这些性能指标，而应该根据具体加工条件合理选择刀具材料，满足主要性能的要求。料，满足主要性能的要求。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料3.高硬度和高耐磨性高硬度和高耐磨性一般来说，刀具材料的硬度必须高于零件材料的硬度才能进一般来说，刀具材料的硬度必须高于零件材料的硬度才能进行切削加工，所以高硬度是刀具材料的最基本性能，在金属行切削加工，所以高硬度是刀具材料的最基本性能，在金属切削加工中，一般要求刀具材料常温硬度在切削

13、加工中，一般要求刀具材料常温硬度在60 HRC以上。以上。耐磨性表示材料抵抗摩擦与磨损的能力，是刀具材料应具备耐磨性表示材料抵抗摩擦与磨损的能力，是刀具材料应具备的主要条件之一，耐磨性与材料的硬度、强度和组织结构有的主要条件之一，耐磨性与材料的硬度、强度和组织结构有关。通常材料的硬度越高，耐磨性也越好。关。通常材料的硬度越高，耐磨性也越好。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料4.高耐热性和良好的导热性高耐热性和良好的导热性耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标，是指刀具材料耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标，是指刀具材料在高温下仍能保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力

14、。材在高温下仍能保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。材料在高温下仍然能保持高硬度的能力称为热硬性，通常刀具料在高温下仍然能保持高硬度的能力称为热硬性，通常刀具材料在高温下硬度越高，耐热性越好，允许的切削速度就越材料在高温下硬度越高，耐热性越好，允许的切削速度就越高。高。刀具材料的导热系数越大，刀具传热的能力就越大，切削时刀具材料的导热系数越大，刀具传热的能力就越大，切削时产生的热量就更容易传导出去，有利刊涤低切削区温度，减产生的热量就更容易传导出去，有利刊涤低切削区温度，减轻刀具的磨损，提高刀具寿命。轻刀具的磨损，提高刀具寿命。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料1.2

15、.4常用刀具材料的选用常用刀具材料的选用1.硬质合金硬质合金硬质合金是用粉末冶金方法制成的，它是将高硬度、高熔点硬质合金是用粉末冶金方法制成的，它是将高硬度、高熔点的金属碳化物的金属碳化物(碳化钨碳化钨wC，碳化钽，碳化钽TaC ，碳化锯，碳化锯NbC等等)的的粉末用钻粉末用钻Co，钥，钥Mo、镍、镍Ni等金属做钻合剂，在高温、高压等金属做钻合剂，在高温、高压下烧结而成的。下烧结而成的。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(1)硬质合金的组成和特点硬质合金的组成和特点 硬质合金中的碳化物硬质合金中的碳化物(碳化钨碳化钨W c，碳化钽，碳化钽TaC ，碳化锯，碳化锯NbC等

16、等)的硬度和熔点很高，所以的硬度和熔点很高，所以硬质合金中碳化物所占的比例越大，硬质合金的硬度就越高，硬质合金中碳化物所占的比例越大，硬质合金的硬度就越高，一般可达到一般可达到8993 HRA，耐磨性好。在，耐磨性好。在8001 100的高温下仍然能保持较好的切削能力。因此它的允许切削速的高温下仍然能保持较好的切削能力。因此它的允许切削速度比高速钢高度比高速钢高410倍，切削速度可达倍，切削速度可达100200 m/min，能加工包括淬硬钢在内的多种材料，故日前已成为主要刀具能加工包括淬硬钢在内的多种材料，故日前已成为主要刀具材料之一。但硬质合金的抗弯性能较低，脆性较大，不能承材料之一。但硬质

17、合金的抗弯性能较低，脆性较大，不能承受冲击和振动，制造工艺性差，刃口不如高速钢锋利，所以受冲击和振动，制造工艺性差，刃口不如高速钢锋利，所以多用于制造刀片，很少做成形状复杂的整体刀具。多用于制造刀片，很少做成形状复杂的整体刀具。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(2)常用硬质合金的种类、牌号及性能常用硬质合金的种类、牌号及性能 国际标准化组织国际标准化组织ISO按化学成分将硬质合金分为四大类：钨钻类硬质合金、按化学成分将硬质合金分为四大类：钨钻类硬质合金、钨钛钴类硬质合金、钨钦钽类硬质合金和碳化钦基类。钨钛钴类硬质合金、钨钦钽类硬质合金和碳化钦基类。表表1-2是目前常用

18、硬质合金的牌号、成分及主要性能。是目前常用硬质合金的牌号、成分及主要性能。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料钨枯类硬质合金钨枯类硬质合金(YG) YG代表钨枯类硬质合金，钨枯类硬代表钨枯类硬质合金，钨枯类硬质合金的硬质由碳化钨质合金的硬质由碳化钨(WC)和钴和钴(Co)构成，其硬度为构成，其硬度为9091.5HRA，抗弯强度为，抗弯强度为1.11.5 GPa，耐热性为，耐热性为8000 9000 ，这类硬质合金常用的牌号有，这类硬质合金常用的牌号有YG3， YG3X，YG6，YG6X，YG8等。等。YG后面的数值表示后面的数值表示Co的的含量，如含量，如YG8表示枯表示

19、枯(Co)的质量分数为的质量分数为8%，其余的，其余的92%为碳化钨为碳化钨(WC)，含钴，含钴(Co)量越多，其韧性就越大抗弯强度量越多，其韧性就越大抗弯强度就越高，但是其硬度和耐磨性就相对降低。碳化钨的粉末有就越高，但是其硬度和耐磨性就相对降低。碳化钨的粉末有粗细之分，粗细之分，c表示粗颗粒，表示粗颗粒，x表示细颗粒，表示细颗粒，c可不标注。可不标注。钨枯类硬质合金一般适用于加工铸铁、有色金属及其合金，钨枯类硬质合金一般适用于加工铸铁、有色金属及其合金，以及非金属材料。以及非金属材料。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金(YT) YT代

20、表钨钦枯类硬质合金，钨钦代表钨钦枯类硬质合金，钨钦枯类硬质合金由碳化钨枯类硬质合金由碳化钨(WC)，碳化钦，碳化钦(TiC)和钴和钴(Co)构成。构成。其硬度为其硬度为89. 592. 5 HRA，抗弯强度为，抗弯强度为0. 914 GPa，耐热性为耐热性为900 0 10000 。常用的牌号有。常用的牌号有YT5，YT15，YT30等，数字表示等，数字表示TiC的含量，如的含量，如YTS表示表示Ti C的的质量分数为质量分数为5%，与，与YT类硬质合金相比，由于含有较高的类硬质合金相比，由于含有较高的TiC，所以此类硬质合金的硬度、耐热性、耐磨性较高，但，所以此类硬质合金的硬度、耐热性、耐磨

21、性较高，但其导热能力、抗弯强度有所下降，低温脆性较大，不耐冲击，其导热能力、抗弯强度有所下降，低温脆性较大，不耐冲击，因此这类合金一般不用来加工脆性材料，而适用于高速切削因此这类合金一般不用来加工脆性材料，而适用于高速切削一般钢材。一般钢材。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料碳化钛基类硬质合金碳化钛基类硬质合金(YN) 前面三种硬质合金都是以碳化前面三种硬质合金都是以碳化钨为基体的，这类硬质合金是以碳化钦作为基体，镍、铂作钨为基体的，这类硬质合金是以碳化钦作为基体，镍、铂作为黏合剂而组成的，所以硬度高达为黏合剂而组成的，所以硬度高达90 95 HRA，有较好，有较好的耐

22、热性，在的耐热性，在1 0001 300的高温下仍能进行切削，的高温下仍能进行切削，切削速度可达切削速度可达300400 m/min，其化学稳定性较好，刀，其化学稳定性较好，刀具与工件的摩擦较少，有利于降低刀具的磨损和提高已加工具与工件的摩擦较少，有利于降低刀具的磨损和提高已加工表面质量，适应高速精加工合金钢、淬硬钢等。表面质量，适应高速精加工合金钢、淬硬钢等。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(3)硬质合金的选用硬质合金的选用 根据加工条件，正确选用适当型号的硬根据加工条件，正确选用适当型号的硬质合金，对发挥刀具的切削性能和经济性有非常重要的意义，质合金，对发挥刀具的

23、切削性能和经济性有非常重要的意义，常用硬质合金牌号的选用见常用硬质合金牌号的选用见表表1-3。2.工具钢工具钢(1)合金工具钢合金工具钢 为了改善碳素工具钢的切削性能，通常在为了改善碳素工具钢的切削性能，通常在其中加人适当的合金元素，如铬其中加人适当的合金元素，如铬(Cr)、硅、硅(Si)、钨、钨(W)，锰锰(Mn)等，从而形成合金工具钢。常用的合金工具钢牌号等，从而形成合金工具钢。常用的合金工具钢牌号有有9SiCr， GCr15， CrWMn， Cr12MoV等。其刀刃最等。其刀刃最高受热温度在高受热温度在300一一400之间，合金工具钢与碳素工具之间，合金工具钢与碳素工具钢相比，热处理后的

24、硬度相近，耐热性和耐磨性略好，热处钢相比，热处理后的硬度相近，耐热性和耐磨性略好，热处理性能比较好。主要用于制造丝锥、板牙、手用铰刀及拉刀理性能比较好。主要用于制造丝锥、板牙、手用铰刀及拉刀等。等。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(2)碳素工具钢碳素工具钢 碳素工具钢是含碳量在碳素工具钢是含碳量在0.65%1.3%之之间的优质碳素钢，用来制造刀具的常用牌号有间的优质碳素钢，用来制造刀具的常用牌号有T8A， T10A， T12A。其刀刃最高受热温度在。其刀刃最高受热温度在200250之间，在这之间，在这个温度范围内，硬度和耐磨性会迅速降低，碳素工具钢材料个温度范围内，硬

25、度和耐磨性会迅速降低，碳素工具钢材料的优点是刀具刃磨性好，切削加工性好，价格低廉；缺点是的优点是刀具刃磨性好，切削加工性好，价格低廉；缺点是热处理变形大，淬透性差，一般用于加工切削速度低于热处理变形大，淬透性差，一般用于加工切削速度低于8 m/min的低速切削，以及手用工具，如丝锥、锉刀以及手的低速切削，以及手用工具，如丝锥、锉刀以及手用锯条等。用锯条等。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(3)高速工具钢高速工具钢 (高速钢高速钢)又称锋钢、自钢，是在钢中加入又称锋钢、自钢，是在钢中加入较多的钨较多的钨(W) ，钼，钼(Mo) ，钒，钒(V)、铬、铬(Cr)等合金元素形

26、等合金元素形成的高合金工具钢。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速成的高合金工具钢。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速工具钢的耐热性显著提高工具钢的耐热性显著提高(200250)，有较高的硬度，有较高的硬度(6370 HRC)，良好的耐磨性，较高的强度和韧性，可提，良好的耐磨性，较高的强度和韧性，可提高切削速度。高速工具钢与硬质合金以及陶瓷相比，具有较高切削速度。高速工具钢与硬质合金以及陶瓷相比，具有较好的抗弯强度，冲击韧性，容易锻造和切削加工，制造工艺好的抗弯强度，冲击韧性，容易锻造和切削加工，制造工艺性好，容易磨出锋利的切削刃，但高速工具钢的导热系数低，性好，容易磨出锋利的切削刃，但高速工具

27、钢的导热系数低，所以在锻造和热处理时应慢慢地加热。所以在锻造和热处理时应慢慢地加热。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料高速工具钢按其用途和切削性能，可分为通用型高速工具钢、高速工具钢按其用途和切削性能，可分为通用型高速工具钢、高性能高速工具钢；按制造工艺不同又可分为熔炼高速工具高性能高速工具钢；按制造工艺不同又可分为熔炼高速工具钢和粉末冶金高速工具钢。钢和粉末冶金高速工具钢。表表1-4列出了几种常用的高速工列出了几种常用的高速工具钢的力学性能。具钢的力学性能。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料3.涂层刀具涂层刀具刀具材料的韧性和硬度一般不能兼顾，

28、磨损是影响刀具寿命刀具材料的韧性和硬度一般不能兼顾，磨损是影响刀具寿命的最主要的因素。近几年来，采用化学气相沉积或其他工艺的最主要的因素。近几年来，采用化学气相沉积或其他工艺方法在硬质合金表面涂覆一层方法在硬质合金表面涂覆一层512 um的耐磨、难熔物质，的耐磨、难熔物质，可有效地解决刀具的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，可有效地解决刀具的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，有效提高了刀具切削性能，常用的涂层材料有碳化钛有效提高了刀具切削性能，常用的涂层材料有碳化钛(TiC)、氮化钛氮化钛(TiN) 、氧化铝、氧化铝(Al203)等。等。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成

29、及材料4.超硬刀具材料超硬刀具材料超硬刀具材料在国际上公认为是当代提高生产效率最有潜质超硬刀具材料在国际上公认为是当代提高生产效率最有潜质的刀具材料之一，其发展潜力十分深厚。主要有金刚石和立的刀具材料之一，其发展潜力十分深厚。主要有金刚石和立方氮化硼两类。方氮化硼两类。(1)金刚石金刚石 金刚石是碳的同素异形体，具有极高的硬度和金刚石是碳的同素异形体，具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达耐磨性，其显微硬度可达10000 HV，是刀具材料中最硬的，是刀具材料中最硬的材料。其摩擦因数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，材料。其摩擦因数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积

30、屑瘤，加工表面质量好。加工热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好。加工有色金属时，表面粗糙度可达有色金属时，表面粗糙度可达Ra 0.012um，加工精度可，加工精度可达达IT5(孔孔IT6)级以上，能有效地加工非铁金属材料和非金级以上，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结的硬属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材。金刚石刀具有以下三类：墨、玻璃和各种耐磨的木材。金刚石刀具有以下三类：上一页 下一页返回1.

31、2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料人造聚晶金刚石人造聚晶金刚石(PCD)。又称金刚石烧结体，是在高温超高。又称金刚石烧结体，是在高温超高压条件下，将人造金刚石微晶烧结而成的，可制成所需的形压条件下，将人造金刚石微晶烧结而成的，可制成所需的形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。其硬度虽低于天然单晶金刚石，状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。其硬度虽低于天然单晶金刚石，但它结晶界面无固定方向，用作刀具时可以任意取向刃磨，但它结晶界面无固定方向，用作刀具时可以任意取向刃磨，在切削时，切削刃对意外损坏不很敏感，抗磨损能力也很强，在切削时，切削刃对意外损坏不很敏感，抗磨损能力也很强，可长时间保持锋利的切削刃，加工时可采用

32、很高的切削速度可长时间保持锋利的切削刃，加工时可采用很高的切削速度和较大的吃刀量，而人造聚晶金刚石原料来源丰富，其价格和较大的吃刀量，而人造聚晶金刚石原料来源丰富，其价格只有的天然单晶体金刚石的几十分之一至十几分之一，因此只有的天然单晶体金刚石的几十分之一至十几分之一，因此应用广泛。应用广泛。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料天然单晶体金刚石天然单晶体金刚石(ND)。主要用于有色金属及非金属的精。主要用于有色金属及非金属的精加工。单晶金刚石结晶有一定的方向，不同晶面或同一晶面加工。单晶金刚石结晶有一定的方向，不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异，在进行刃磨和使用

33、时必须选不同方向的晶体硬度均有差异，在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向。由于其使用条件苛刻，加上资源有限，价格择合适的方向。由于其使用条件苛刻，加上资源有限，价格昂贵，至今使用较少，目前仅用于某些有色金属如铜及铜合昂贵，至今使用较少，目前仅用于某些有色金属如铜及铜合金和金、银等贵重金属特殊零件的高速超精密加工，如录像金和金、银等贵重金属特殊零件的高速超精密加工，如录像机磁盘、光学平面镜、多面镜。机磁盘、光学平面镜、多面镜。复合金刚石刀片复合金刚石刀片(PCD/CC)。复合金刚石刀片是在硬质合金。复合金刚石刀片是在硬质合金基体上烧结一层为基体上烧结一层为0.51 mm厚的聚晶金刚石。复合金刚厚

34、的聚晶金刚石。复合金刚石刀片强度较好，抗冲击性能好，特别适用于吃刀量大、有石刀片强度较好，抗冲击性能好，特别适用于吃刀量大、有冲击载荷的加工使用。冲击载荷的加工使用。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(2)立方氮化硼立方氮化硼(CBN) 立方氮化硼是由六方氮化硼在高温立方氮化硼是由六方氮化硼在高温高压下转化而成的，是高压下转化而成的，是20世纪世纪70年代发展起来的新型刀具年代发展起来的新型刀具材料。立方氮化硼的主要特点是：材料。立方氮化硼的主要特点是：具有很高的硬度和耐磨性，硬度可达具有很高的硬度和耐磨性，硬度可达80009000HV，仅，仅次于金刚石。次于金刚石。具

35、有很好的热稳定性，在具有很好的热稳定性，在1300的高温时还能进行切削，的高温时还能进行切削，与大多数金属、铁系材料都不起化学作用。与大多数金属、铁系材料都不起化学作用。抗弯强度与韧性介于陶瓷与硬质合金之间。抗弯强度与韧性介于陶瓷与硬质合金之间。综合立方氮化硼材料的特点，因此它可对淬火钢、冷硬铸铁综合立方氮化硼材料的特点，因此它可对淬火钢、冷硬铸铁进行粗加工和半精加工，同时还能高速切削高温合金、硬质进行粗加工和半精加工，同时还能高速切削高温合金、硬质合金及其他难加工材料。合金及其他难加工材料。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料 5.陶瓷刀具陶瓷刀具 (1)陶瓷刀具的特点

36、陶瓷刀具是以氧化铝陶瓷刀具的特点陶瓷刀具是以氧化铝(Al203)或氮化硅或氮化硅(Si3N4)为基体再添加少量金属，在高温下经压制成形后烧为基体再添加少量金属，在高温下经压制成形后烧结而成的一种刀具材料。它的主要特点是：结而成的一种刀具材料。它的主要特点是：有很高的耐热性。在有很高的耐热性。在1 200的高温下仍然能保持的高温下仍然能保持80 HRA的硬度，强度及韧性降低较少。切削速度比硬质合金高的硬度，强度及韧性降低较少。切削速度比硬质合金高25倍。倍。有很好的化学稳定性。在高温下仍具有较好的抗氧化、抗黏有很好的化学稳定性。在高温下仍具有较好的抗氧化、抗黏结性能。结性能。有很高的硬度和耐磨性

37、。常温中硬度可达有很高的硬度和耐磨性。常温中硬度可达9195 HRA，超，超过硬质合金的硬度，可切削过硬质合金的硬度，可切削60 HRC以上的材料。以上的材料。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料抗弯强度和韧性差。脆性较大，抗弯强度低，故不能承受冲抗弯强度和韧性差。脆性较大，抗弯强度低，故不能承受冲击，切削时易崩刀。击，切削时易崩刀。传热能力差。传热能力是硬质合金的传热能力差。传热能力是硬质合金的1/21/5，这使陶瓷，这使陶瓷刀具抗热抗冲击能力较差，陶瓷刀具切削时不允许有较大的刀具抗热抗冲击能力较差，陶瓷刀具切削时不允许有较大的温度波动。温度波动。摩擦系数较小。切削时不

38、易钻刀，不易产生积屑瘤，加工表摩擦系数较小。切削时不易钻刀，不易产生积屑瘤，加工表面质量好。面质量好。陶瓷刀具有以上的特点，所以一般用于高硬度、高强度钢和陶瓷刀具有以上的特点，所以一般用于高硬度、高强度钢和冷硬铸铁等难加工材料的半精加工和精加工。冷硬铸铁等难加工材料的半精加工和精加工。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(2)陶瓷刀具的种类陶瓷刀具的种类 近年来，为了提高陶瓷材料的强度，近年来，为了提高陶瓷材料的强度，扩大其应用范围，在陶瓷刀具的研制取得了很大的成就，抗扩大其应用范围，在陶瓷刀具的研制取得了很大的成就，抗弯强度可达弯强度可达90 MPa100 MPa。下面

39、介绍几种瓷材料：。下面介绍几种瓷材料：氧化铝氧化铝-碳化物系复合陶瓷。它是在碳化物系复合陶瓷。它是在Al203基体中加入基体中加入TiC， WC，MOC，TaC，NbC， Cr3C2等成分经热压烧结而成，等成分经热压烧结而成，使用最多的是使用最多的是Al203-TiC复合陶瓷。随着复合陶瓷。随着TiC含量含量(30%50%)的不同，其切削性能也有差异。这类陶瓷主的不同，其切削性能也有差异。这类陶瓷主要用于切削淬硬钢和各种耐磨铸铁。要用于切削淬硬钢和各种耐磨铸铁。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料 氮化硅氮化硅(Si3N4)基陶瓷。基陶瓷。Si3 N4陶瓷是一种非氧化物工

40、程陶陶瓷是一种非氧化物工程陶瓷，硬度高，热硬性好，能承受瓷，硬度高，热硬性好，能承受1 3001 400的高温，的高温，与碳和金属元素化学反应较小，摩擦系数也较低。这类刀具与碳和金属元素化学反应较小，摩擦系数也较低。这类刀具适于切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料，尤其适用于大适于切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料，尤其适用于大进给量或断续切削。由于纯进给量或断续切削。由于纯Si3N4陶瓷刀具在切削长切屑金陶瓷刀具在切削长切屑金属属(如软钢如软钢)时极易产生月牙洼磨损，所以新一代时极易产生月牙洼磨损，所以新一代Si3 N4陶瓷陶瓷均为复合均为复合Si3N4陶瓷刀具。新开发的陶瓷刀具。新开发的Si

41、3N4陶瓷不仅可用于陶瓷不仅可用于粗加工，而粗加工，而II可用于断续切削和有冷却液的切削。可用于断续切削和有冷却液的切削。上一页 下一页返回1.2 车刀的组成及材料车刀的组成及材料(3)陶瓷刀具的应用陶瓷刀具的应用刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数，保证被加工工件的小锥度和高精度换刀次数，保证被加工工件的小锥度和高精度进行高速切削，切削效率比传统刀具高进行高速切削，切削效率比传统刀具高310倍，可以车、倍，可以车、铣代磨铣代磨”，达到节约工时、电力、机床数，达到节约工时、电力、机床数30%70%或更或更高的效果高的效

42、果可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料，在硬可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料，在硬化铸铁加工中可免除退火和重新淬火工序；可节省电耗和缩化铸铁加工中可免除退火和重新淬火工序；可节省电耗和缩短加工时间，并延长机器设备的使用寿命短加工时间，并延长机器设备的使用寿命不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力较大的加工。断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力较大的加工。上一页返回1.3 金属切削加工过程中的主要现金属切削加工过程中的主要现象及基本规律象及基本规律所谓金属切削过程是刀具从零件表面

43、上切去多余的金属，形所谓金属切削过程是刀具从零件表面上切去多余的金属，形成切屑和已加工表面的过程。在这个过程中产生了许多物理成切屑和已加工表面的过程。在这个过程中产生了许多物理现象，如切削热、切削力、表面硬化等，都与被切削金属变现象，如切削热、切削力、表面硬化等，都与被切削金属变形及变化规律有密切关系，因此了解这些现象的变化规律，形及变化规律有密切关系，因此了解这些现象的变化规律，对合理使用刀具，保证加工质量，提高生产效率，有十分重对合理使用刀具，保证加工质量，提高生产效率，有十分重要的作用。要的作用。1.3.1 切削时的变形区切削时的变形区1.金属切削过程的实质金属切削过程的实质金属切削过程

44、的实质是工件受到刀具的切割和推挤以后发生金属切削过程的实质是工件受到刀具的切割和推挤以后发生弹性和塑性变形，而使切削层与工件分离的过程。弹性和塑性变形，而使切削层与工件分离的过程。下一页返回1.3 金属切削加工过程中的主要现金属切削加工过程中的主要现象及基本规律象及基本规律金属的变形有弹性变形和塑性变形两种。弹性变形是可恢复金属的变形有弹性变形和塑性变形两种。弹性变形是可恢复的变形，而塑性变形是永久性的变形。塑性变形是由切应力的变形，而塑性变形是永久性的变形。塑性变形是由切应力引起的，当切应力达到金属材料的屈服极限以后，金属便沿引起的，当切应力达到金属材料的屈服极限以后，金属便沿剪切面剪切面(

45、或称滑移面或称滑移面)滑移，产生塑性变形。滑移，产生塑性变形。图图1-4是金属的是金属的挤压与切削对比示意图。当金属试件受压时，内部产生切应挤压与切削对比示意图。当金属试件受压时，内部产生切应力、切应变，剪切面为力、切应变，剪切面为OM， AB两个面。如发生滑移变形两个面。如发生滑移变形的话，金属便一定沿此两面中的任何一面发生滑移的话，金属便一定沿此两面中的任何一面发生滑移(图图1-4 (a)。当金属受偏挤压时。当金属受偏挤压时(图图1-4 (b)，试件上只有一部分，试件上只有一部分金属金属(OB线以上线以上)受到挤压，受到挤压，OB线以下因受到金属母体的阻线以下因受到金属母体的阻碍，使金属不

46、能沿碍，使金属不能沿AB线滑移，只能沿线滑移，只能沿OM线滑移。线滑移。上一页 下一页返回1.3 金属切削加工过程中的主要现金属切削加工过程中的主要现象及基本规律象及基本规律金属切削情况虽然比挤压试验复杂得多，但上述结论仍可用金属切削情况虽然比挤压试验复杂得多，但上述结论仍可用来概略分析切削过程中的变形现象。来概略分析切削过程中的变形现象。图图1-4 (c)中切削层在中切削层在刀具的挤压作用下沿刀具的挤压作用下沿OM滑移。图中虚线部分类似于偏挤压滑移。图中虚线部分类似于偏挤压时的剪切面时的剪切面AB，它和切削塑性金属材料时产生的积屑瘤的形，它和切削塑性金属材料时产生的积屑瘤的形状有关。状有关。

47、上一页 下一页返回1.3 金属切削加工过程中的主要现金属切削加工过程中的主要现象及基本规律象及基本规律2.金属切削过程中变形区的划分金属切削过程中变形区的划分为了进一步揭示金属切削时的变形过程和便于分析其实用意为了进一步揭示金属切削时的变形过程和便于分析其实用意义，我们把切削区域划分为三个变形区，如义，我们把切削区域划分为三个变形区，如图图1-5所示。所示。第第I变形区：是指靠近前刀面的切削层在刀具的挤压作用下产变形区：是指靠近前刀面的切削层在刀具的挤压作用下产生的变形，对塑性材料而言，主要是沿剪切面生的变形，对塑性材料而言，主要是沿剪切面OM的滑移变的滑移变形。形。第第II变形区：是指切屑在

48、流出过程中与前刀面之间产生的挤变形区：是指切屑在流出过程中与前刀面之间产生的挤压、摩擦变形。压、摩擦变形。第第III变形区：是指近切削刃处已加工面表层内产生的变形变形区：是指近切削刃处已加工面表层内产生的变形区。这一薄层金属因受切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩区。这一薄层金属因受切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦和回弹的影响而产生塑性变形，造成纤维化与加工硬化。擦和回弹的影响而产生塑性变形，造成纤维化与加工硬化。上一页 下一页返回1.3 金属切削加工过程中的主要现金属切削加工过程中的主要现象及基本规律象及基本规律(1)第第I变形区变形区 第第I变形区剪切滑移变形：在变形区剪切滑移变形：在图图1

49、-5中中OAE包容的范围，包容的范围，OA线称始滑移线，该线以下的金属由于受刀线称始滑移线，该线以下的金属由于受刀刃的切割作用而处于弹性变形阶段，到达该线即开始产生塑刃的切割作用而处于弹性变形阶段，到达该线即开始产生塑性变形。随着刀具相对于工件的连续运动，处于始滑移线上性变形。随着刀具相对于工件的连续运动，处于始滑移线上的金属到达的金属到达OE线时，基本变形结束。第线时，基本变形结束。第I变形区主要是由刀变形区主要是由刀刃的切割与前刀面的推挤作用而造成的。当刀具切割作用发刃的切割与前刀面的推挤作用而造成的。当刀具切割作用发挥得好时，其基本变形区的变形将减小；当刀具的前角减小挥得好时，其基本变形

50、区的变形将减小；当刀具的前角减小时，则刀具前面的推挤作用加大，基本变形区的变形增大。时，则刀具前面的推挤作用加大，基本变形区的变形增大。基本变形区的变形是三个变形区中最大的一个，所以常用基基本变形区的变形是三个变形区中最大的一个，所以常用基本变形区变形的大小近似地表示切削过程的变形量。本变形区变形的大小近似地表示切削过程的变形量。上一页 下一页返回1.3 金属切削加工过程中的主要现金属切削加工过程中的主要现象及基本规律象及基本规律(2)第第II变形区变形区 第第II变形区内金属的挤压变形：切屑经过变形区内金属的挤压变形：切屑经过滑移变形，使其底层长度大于外层长度，因而发生卷曲。如滑移变形，使其