材料性能及其加工第17章金属切削加工基础知识.ppt

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1、第第17章章 金属切削加工基础知识金属切削加工基础知识本章知识点本章知识点先导案例先导案例第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具第二节第二节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义第四节第四节 刀具材料刀具材料第五节第五节 切削过程中的物理现象切削过程中的物理现象知识扩展知识扩展先导案例解决先导案例解决本章小结本章小结思考题思考题本章知识点本章知识点1 1掌握切削运动的原理和切削要素。掌握切削运动的原理和切削要素。2 2掌握刀具定义和刀具材料。掌握刀具定义和刀具材料。3 3了解常用切削刀具的分类及切削的物理现象。了解常用切削刀具的分类及切削的物理现象

2、。返回先导案例先导案例试分析切削低碳钢、高碳钢时，如何改善其切削加工性能。试分析切削低碳钢、高碳钢时，如何改善其切削加工性能。返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具一、车刀一、车刀1 1车刀的种类和用途车刀的种类和用途车刀的种类很多，具体可按用途和结构分类。车刀的种类很多，具体可按用途和结构分类。（1 1）按用途分类。车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车）按用途分类。车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀、螺纹车刀等。如刀、切断车刀、螺纹车刀等。如图图17-117-1所示。所示。（2 2）按结构分类。车刀可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车）按结构分类。车刀可分为整体车刀、焊接车刀、

3、机夹车刀和可转位车刀。刀和可转位车刀。2 2焊接车刀焊接车刀焊接车刀是由一定形状的刀片和刀杆通过焊接连接而成的。焊接车刀是由一定形状的刀片和刀杆通过焊接连接而成的。刀片一般选用各种不同牌号的硬质合金材料，而刀杆一般选刀片一般选用各种不同牌号的硬质合金材料，而刀杆一般选用用4545钢，使用时根据具体需要进行刃磨。具有结构简钢，使用时根据具体需要进行刃磨。具有结构简下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具单、紧凑、刀具抗振性强、制造方便等优点，但焊接车刀的单、紧凑、刀具抗振性强、制造方便等优点，但焊接车刀的刀片经过高温焊接后，切削性能有所降低，而且刀杆不能重刀片经过高温焊接后，切削性能有所

4、降低，而且刀杆不能重复使用，换刀和对刀的时间较长，不适用自动机床和数控机复使用，换刀和对刀的时间较长，不适用自动机床和数控机床的需要。床的需要。3 3可转位车刀可转位车刀可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。（1 1）可转位车刀的组成。可转位车刀由刀杆、刀片和夹紧）可转位车刀的组成。可转位车刀由刀杆、刀片和夹紧元件组成，如元件组成，如图图17-217-2所示。所示。（2 2）硬质合金可转位刀片的形状。常用的有三角形、偏）硬质合金可转位刀片的形状。常用的有三角形、偏88三角形、凸三角形、正方形、五角形和圆形等。三角形、凸三角形、正方形、五角形和圆形等。上一页

5、 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具（3 3）可转位车刀刀片夹紧结构。常用的夹紧机构有偏心）可转位车刀刀片夹紧结构。常用的夹紧机构有偏心式、杠杆式、杠销式、楔销式和上压式等。式、杠杆式、杠销式、楔销式和上压式等。（4 4）可转位车刀的特点。）可转位车刀的特点。刀片不经焊接、刃磨，可避免脱焊、裂纹等缺陷，提高刀片不经焊接、刃磨，可避免脱焊、裂纹等缺陷，提高了刀片的寿命，而且刀杆可以重复使用。了刀片的寿命，而且刀杆可以重复使用。可以为工业化大生产提供先进的、合理的刀具几何参数。可以为工业化大生产提供先进的、合理的刀具几何参数。刀片可转位使用，切削刃全用钝后，只需更换相同规格刀片可转位

6、使用，切削刃全用钝后，只需更换相同规格的刀片即可，效率提高，适合于大批量生产。而且，可转位的刀片即可，效率提高，适合于大批量生产。而且，可转位车刀的几何角度完全由刀片和刀槽的几何角度决定，切削性车刀的几何角度完全由刀片和刀槽的几何角度决定，切削性能稳定，在数控机床、自动线上极其重要。能稳定，在数控机床、自动线上极其重要。有利于标准化设计和大量生产，有利于采用先进的涂层刀有利于标准化设计和大量生产，有利于采用先进的涂层刀片。片。上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具二、孔加工刀具二、孔加工刀具孔加工方法很多，机械加工中最常见的是在车床、钻床和镗孔加工方法很多，机械加工中最常见的

7、是在车床、钻床和镗床上进行孔的加工。孔加工刀具分为两类：一类是在实体上床上进行孔的加工。孔加工刀具分为两类：一类是在实体上加工出孔的刀具，主要有扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等；加工出孔的刀具，主要有扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，主要有扩孔钻、另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，主要有扩孔钻、锪钻、铰刀及镗刀等。锪钻、铰刀及镗刀等。1 1麻花钻麻花钻麻花钻由柄部、颈部和工作部分所组成，如麻花钻由柄部、颈部和工作部分所组成，如图图17-317-3所示。所示。柄部柄部用于装夹并传递钻削力和转矩。用于装夹并传递钻削力和转矩。颈部颈部主要用来连接柄部和工作部

8、分。主要用来连接柄部和工作部分。工作部分工作部分由导向部分和切削部分组成。由导向部分和切削部分组成。上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具导向部分，即钻头的螺旋槽部分，它的径向尺寸决定了钻头导向部分，即钻头的螺旋槽部分，它的径向尺寸决定了钻头的直径的直径d0 0。螺旋槽是排屑的通道，两条棱边起导向作用，导。螺旋槽是排屑的通道，两条棱边起导向作用，导向部分也是钻头的备磨部分。向部分也是钻头的备磨部分。切削部分，见切削部分，见图图17-317-3（b），），由两个螺旋形前刀面、两个经刃由两个螺旋形前刀面、两个经刃磨获得的后刀面、两个圆柱形的副后刀面（棱边）组成。前磨获得的后刀面、

9、两个圆柱形的副后刀面（棱边）组成。前刀面与后刀面的交线形成两条主切削刃，前刀面与棱边交线刀面与后刀面的交线形成两条主切削刃，前刀面与棱边交线形成两条副切削刃，两后刀面交线形成横刃。形成两条副切削刃，两后刀面交线形成横刃。2 2铰刀铰刀铰刀用于中小直径孔的半精加工与精加工，因铰削加工余量铰刀用于中小直径孔的半精加工与精加工，因铰削加工余量小，铰刀齿数多，铰刀刚性和导向性好，工作平稳，加工精小，铰刀齿数多，铰刀刚性和导向性好，工作平稳，加工精度可达度可达IT7 7IT6 6，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa达达1.61.60.40.4m。铰刀的种。铰刀的种类，如类，如图图17-417-4所示。所示。

10、上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具三、铣刀三、铣刀铣削生产效率高、应用广泛，可以加工平面、沟槽、螺纹、铣削生产效率高、应用广泛，可以加工平面、沟槽、螺纹、齿轮及其他成形表面，是金属切削加工的主要方法之一。齿轮及其他成形表面，是金属切削加工的主要方法之一。1 1）铣削平面的铣刀）铣削平面的铣刀（1 1）圆柱铣刀。如）圆柱铣刀。如图图17-517-5（a a）所示，切削刃成螺旋状分布所示，切削刃成螺旋状分布在圆柱体表面上，两端无切在圆柱体表面上，两端无切削刃。常用来加工平面，铣削平稳，生产效率高。削刃。常用来加工平面，铣削平稳，生产效率高。（2 2）硬质合金面铣刀。如）硬质合

11、金面铣刀。如图图17-517-5（b b）所示，面铣刀的切削所示，面铣刀的切削刃分布在铣刀端面。铣刀轴刃分布在铣刀端面。铣刀轴线垂直于被加工表面，多用于立式铣床上加工平面。线垂直于被加工表面，多用于立式铣床上加工平面。上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具2 2）铣沟槽铣刀）铣沟槽铣刀（1 1）盘形铣刀。盘形铣刀主要有槽铣刀）盘形铣刀。盘形铣刀主要有槽铣刀图图17-517-5（c）、两面刃铣刀两面刃铣刀图图17-517-5（d）、三面刃铣刀、三面刃铣刀图图17-517-5（e）、错齿三面刃铣刀错齿三面刃铣刀图图17-517-5（f）等。常用于加工台阶面、沟等。常用于加工台阶面

12、、沟槽等。槽等。（2 2）键槽铣刀。如图）键槽铣刀。如图17-517-5（h）所示，是铣键槽的专用铣刀，所示，是铣键槽的专用铣刀，使用时先轴向进给切入工件，然后沿键槽方向进给铣出全槽。使用时先轴向进给切入工件，然后沿键槽方向进给铣出全槽。（3 3）立铣刀。如）立铣刀。如图图17-517-5（g）所示。其圆柱面上的螺旋刃是所示。其圆柱面上的螺旋刃是主切削刃，端面上的切削刃是副切削刃。一般不能作轴向进主切削刃，端面上的切削刃是副切削刃。一般不能作轴向进给，可加工平面、台阶面、沟槽等。给，可加工平面、台阶面、沟槽等。上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具（4）角度铣刀。可分为单角度

13、铣刀）角度铣刀。可分为单角度铣刀图图17-5（i）和双角和双角度铣刀度铣刀图图17-5（j）主要用于铣削沟槽和斜面。主要用于铣削沟槽和斜面。（5）成形铣刀。如）成形铣刀。如图图17-5（k）所示，用于加工成形表面，所示，用于加工成形表面，其刀齿廓形需根据被加工工件的廓形来确定。其刀齿廓形需根据被加工工件的廓形来确定。四、砂轮四、砂轮磨削一般用于半精加工和精加工各种内圆、外圆、平面、螺磨削一般用于半精加工和精加工各种内圆、外圆、平面、螺纹、花键、齿轮等表面。纹、花键、齿轮等表面。砂轮是磨削加工使用的切削工具，是由很多磨粒用黏结材料砂轮是磨削加工使用的切削工具，是由很多磨粒用黏结材料结合在一起经烧

14、结而成的多孔体，如结合在一起经烧结而成的多孔体，如图图17-617-6所示。所示。上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度及组织五个参数砂轮的特性由磨料、粒度、结合剂、硬度及组织五个参数决定。决定。1 1磨料磨料磨料是砂轮的基本材料。必须具有高硬度、耐热性、耐磨性磨料是砂轮的基本材料。必须具有高硬度、耐热性、耐磨性和相当的韧性，在切削受力过程中破碎后还要能形成锋利的和相当的韧性，在切削受力过程中破碎后还要能形成锋利的棱角。其种类、性能等棱角。其种类、性能等见表见表17-117-1所列。所列。2 2粒度粒度粒度是指磨料颗粒尺寸的大小程度。粒度是

15、指磨料颗粒尺寸的大小程度。3 3结合剂结合剂结合剂的作用是将磨料黏合成具有一定强度和形状的砂轮。结合剂的作用是将磨料黏合成具有一定强度和形状的砂轮。砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及耐腐蚀性主要取决于结合砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及耐腐蚀性主要取决于结合剂的性能。剂的性能。上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具4 4硬度硬度砂轮的硬度是指砂轮表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程砂轮的硬度是指砂轮表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。若磨粒容易脱落，则称砂轮软，硬度低；反之，则称砂度。若磨粒容易脱落，则称砂轮软，硬度低；反之，则称砂轮硬、硬度高。由此可见，砂轮的硬度和磨料的硬度是两

16、个轮硬、硬度高。由此可见，砂轮的硬度和磨料的硬度是两个不同的概念。砂轮的硬度取决于结合剂的黏结能力与其在砂不同的概念。砂轮的硬度取决于结合剂的黏结能力与其在砂轮中所占比例的大小，而与磨料的硬度无关。轮中所占比例的大小，而与磨料的硬度无关。当磨削硬材料时，磨料容易磨钝，应选择较软的砂轮；磨削当磨削硬材料时，磨料容易磨钝，应选择较软的砂轮；磨削软材料时，磨粒不易变钝，应采用较硬的砂轮，以充分利用软材料时，磨粒不易变钝，应采用较硬的砂轮，以充分利用磨粒的切削能力，延长砂轮的寿命。磨削导热性差的材料磨粒的切削能力，延长砂轮的寿命。磨削导热性差的材料（如不锈钢、硬质合金）及薄壁件时，为避免工件烧伤或变（

17、如不锈钢、硬质合金）及薄壁件时，为避免工件烧伤或变形，应选软砂轮；精磨或成形磨削时，为了在较长时间内，形，应选软砂轮；精磨或成形磨削时，为了在较长时间内，能保持砂轮的形状，就选较硬的砂轮。能保持砂轮的形状，就选较硬的砂轮。上一页 下一页返回第一节第一节 常用切削刀具常用切削刀具5组织组织组织是指砂轮中磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系。组织是指砂轮中磨粒、结合剂和气孔三者体积的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占比例越大，气孔越小，砂轮的组织磨粒在砂轮总体积中所占比例越大，气孔越小，砂轮的组织越紧密；反之，则组织疏松，如越紧密；反之，则组织疏松，如图图17-717-7所示。一般磨削面积所示。一般

18、磨削面积大的或薄壁件磨削时，为利于容屑，防止变形及工件烧伤，大的或薄壁件磨削时，为利于容屑，防止变形及工件烧伤，应采用组织疏松的砂轮。有色金属韧性大，砂轮气孔易被磨应采用组织疏松的砂轮。有色金属韧性大，砂轮气孔易被磨屑堵塞，一般不宜磨削。屑堵塞，一般不宜磨削。6砂轮的形状、用途砂轮的形状、用途为了适应在不同类型的磨床上磨削各种不同形状和尺寸工件为了适应在不同类型的磨床上磨削各种不同形状和尺寸工件的需要，砂轮需制成不同的形状和尺寸，的需要，砂轮需制成不同的形状和尺寸，表表17-217-2中列出了砂中列出了砂轮的名称、代号和用途。轮的名称、代号和用途。上一页 返回第二节第二节 切削运动和切削要素切

19、削运动和切削要素一、切削加工概述一、切削加工概述利用刀具和工件之间的相对运动，从毛坯或半成品上切去多利用刀具和工件之间的相对运动，从毛坯或半成品上切去多余的金属，以获得所需要的几何形状、尺寸精度和表面粗糙余的金属，以获得所需要的几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件，这种加工方法叫金属切削加工，也叫冷加工。度的零件，这种加工方法叫金属切削加工，也叫冷加工。1切削加工的分类切削加工的分类金属切削加工方式很多，一般可分为车削加工、铣削加工、金属切削加工方式很多，一般可分为车削加工、铣削加工、钻削加工、镗削加工、刨削加工、磨削加工、齿轮加工及钳钻削加工、镗削加工、刨削加工、磨削加工、齿轮加工及钳工等。

20、工等。2切削加工的特点及应用切削加工的特点及应用切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适应性好，切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适应性好，凡是要求具有一定几何精度和表面粗糙度的零件，通常都采凡是要求具有一定几何精度和表面粗糙度的零件，通常都采用切削加工方法来制造。用切削加工方法来制造。下一页返回第二节第二节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素二、切削运动二、切削运动机械零件的形状很多，它们的表面都是由圆柱面、圆锥面、机械零件的形状很多，它们的表面都是由圆柱面、圆锥面、平面和各种成形面组成。各种形状的表面是以直线（或曲线）平面和各种成形面组成。各种形状的表面是以直线（或曲线）

21、为母线，以曲线（或直线）为运动轨迹所形成的面，如为母线，以曲线（或直线）为运动轨迹所形成的面，如图图17-17-8 8所示。所示。在切削加工过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削在切削加工过程中，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。按其所起的作用，切运动。按其所起的作用，切削运动分为两类。削运动分为两类。主运动。切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运主运动。切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。动中，主运动的速度最高，消耗的功率也最大。进给运动。使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给进给运动。使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进

22、给运动。运动。由于金属切削加工方式的不同，这两种运动的表现形式也不由于金属切削加工方式的不同，这两种运动的表现形式也不相同。如相同。如图图17-917-9所示为几种主要切削加工的运动形式。所示为几种主要切削加工的运动形式。上一页 下一页返回第二节第二节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素三、切削用量三、切削用量切削用量是切削速度、进给量及背吃刀量的总称。在了解切切削用量是切削速度、进给量及背吃刀量的总称。在了解切削用量之前，应当注意到，在切削加工过程中，工件上存在削用量之前，应当注意到，在切削加工过程中，工件上存在三种表面。以车削为例，如三种表面。以车削为例，如图图17-1017-10所示，

23、即所示，即待加工表面待加工表面需要切去金属的表面。需要切去金属的表面。已加工表面已加工表面切削后得到的表面。切削后得到的表面。过渡表面过渡表面正在被切削的表面。过渡表面亦称为切削表正在被切削的表面。过渡表面亦称为切削表面或加工表面。面或加工表面。1 1切削速度切削速度切削速度指主运动的线速度，以切削速度指主运动的线速度，以表示，单位为表示，单位为m/sm/s。当主。当主运动为旋转运动时，其切削速度可按下式计算：运动为旋转运动时，其切削速度可按下式计算：上一页 下一页返回第二节第二节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素式中式中D被切削件（或刀具）的直径，被切削件（或刀具）的直径，mm；n被切削

24、件（或刀具）的转速，被切削件（或刀具）的转速，r/min。由上式可知：当已知机床主轴转速（即工件或刀具的转速）由上式可知：当已知机床主轴转速（即工件或刀具的转速）n和工件直径和工件直径D D时，可求出切削速度时，可求出切削速度v。当已知工件直径。当已知工件直径D和切和切削速度削速度v v时，也可求出机床主轴的转速时，也可求出机床主轴的转速n n。2 2进给量进给量进给量指工件（或刀具）每转一转时，刀具（或工件）沿进进给量指工件（或刀具）每转一转时，刀具（或工件）沿进给方向移动的距离（也称走刀量），以给方向移动的距离（也称走刀量），以f f表示，单位为表示，单位为mm/rmm/r。如主运动为往复

25、直线运动（如刨削、插削），则进给量的单如主运动为往复直线运动（如刨削、插削），则进给量的单位为位为mm/mm/双行程。双行程。通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可以是一通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可以是一个或几个。个或几个。上一页 下一页返回第二节第二节 切削运动和切削要素切削运动和切削要素3背吃刀量背吃刀量背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离（旧称切背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离（旧称切削深度），以削深度），以ap表示，单位为表示，单位为mm。在车床上车外圆时，背吃刀量计算公式为在车床上车外圆时，背吃刀量计算公式为式中式中DD工件待加工

26、表面的直径，工件待加工表面的直径，mm；d d工件已加工表面的直径，工件已加工表面的直径，mm。上述切削速度、进给量和背吃刀量称为切削用量三要素。它上述切削速度、进给量和背吃刀量称为切削用量三要素。它们与加工质量、刀具磨损、机床动力消耗以及机床生产率等们与加工质量、刀具磨损、机床动力消耗以及机床生产率等参数密切相关，因此应该合理选择和使用切削用量。参数密切相关，因此应该合理选择和使用切削用量。上一页 返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义金属切削的刀具种类繁多，形状各异，但从刀具切削部分的金属切削的刀具种类繁多，形状各异，但从刀具切削部分的几何特征来看，却具有共性。外圆车刀的切削部

27、分的形态可几何特征来看，却具有共性。外圆车刀的切削部分的形态可看作是各种刀具切削部分的基本形态。看作是各种刀具切削部分的基本形态。一、车刀切削部分的组成一、车刀切削部分的组成图图17-1117-11所示是常见的直头外圆车刀，它由刀杆和刀头（刀体所示是常见的直头外圆车刀，它由刀杆和刀头（刀体和切削部分）组成。和切削部分）组成。切削部分由不同刀面和切削刃构成，定义如下。切削部分由不同刀面和切削刃构成，定义如下。前刀面前刀面A刀具上切屑流经的刀面；刀具上切屑流经的刀面；后刀面后刀面A切削过程中，刀具上与过渡表面相对的刀面；切削过程中，刀具上与过渡表面相对的刀面；下一页返回第三节第三节 切削刀具基本定

28、义切削刀具基本定义副后刀面副后刀面A切削过程中，刀具上与已加工切削过程中，刀具上与已加工表面相对的刀面；表面相对的刀面；主切削刃主切削刃SS刀具前刀面与后刀面的交线，它担负着主要的刀具前刀面与后刀面的交线，它担负着主要的切削工作。至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面；切削工作。至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面；副切削刃副切削刃SS刀具前刀面与副后刀面的交线。它配合主切刀具前刀面与副后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并形成已加工表面；削刃完成切削工作，并形成已加工表面；刀尖刀尖主、副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，它主、副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，它可以是一

29、个点、直线或圆弧形状的一小部分切削刃。可以是一个点、直线或圆弧形状的一小部分切削刃。二、刀具角度坐标平面参考系二、刀具角度坐标平面参考系要表示刀具切削部分各个面、刃的空间位置，就必须将刀具要表示刀具切削部分各个面、刃的空间位置，就必须将刀具置于一空间坐标平面参考系内。该参考系包括参考坐标平面置于一空间坐标平面参考系内。该参考系包括参考坐标平面和测量坐标平面。和测量坐标平面。上一页 下一页 返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义1 1参考坐标平面参考坐标平面基面基面通过切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面，通过切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面，记作记作p pr r；切削平面切

30、削平面过切削刃上选定点，包括切削刃或切于切削刃过切削刃上选定点，包括切削刃或切于切削刃（曲线刃）且垂直于基面的平面，记作（曲线刃）且垂直于基面的平面，记作ps。2 2测量坐标平面测量坐标平面正交平面正交平面通过切削刃上选定点并同时垂直于基面和切削通过切削刃上选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面，记为平面的平面，记为po；法平面法平面通过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面，记通过切削刃上选定点并垂直于切削刃的平面，记作作pn。3 3坐标平面参考系坐标平面参考系（1）正交平面参考系）正交平面参考系由由pr、ps、po组成的平面参考系，组成的平面参考系，如如图图17-1217-12（a）所示所示上

31、一页 下一页返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义（2 2）法平面参考系）法平面参考系由由p pr r、p ps s、p pn n组成的平面参考系，如组成的平面参考系，如图图17-1217-12（b b）所示。所示。三、刀具的标注角度三、刀具的标注角度刀具的标注角度是刀具设计、制造、刃磨和测量的依据。下刀具的标注角度是刀具设计、制造、刃磨和测量的依据。下面简要介绍在正交平面参考系中的刀具标注角度，如面简要介绍在正交平面参考系中的刀具标注角度，如图图17-1317-13所示。所示。1 1基面基面pr内测量的角度主偏角内测量的角度主偏角主切削刃在基面主切削刃在基面pr上的投上的投影与进

32、给方向之间的夹角，记为影与进给方向之间的夹角，记为r；副偏角副偏角副切削刃在基面副切削刃在基面pr上的投影与进给方向之间上的投影与进给方向之间 的夹角，记为的夹角，记为r。2 2切削平面切削平面ps内测量的角度内测量的角度上一页 下一页返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义刃倾角刃倾角在主切削平面在主切削平面p ps s内测量的主切削刃内测量的主切削刃S S与基面与基面p pr r间的夹角，记为间的夹角，记为s s；有正负之分，刀尖位于切削刃的最高；有正负之分，刀尖位于切削刃的最高点时，点时，s s为正，反之为负，如为正，反之为负，如图图17-1417-14所示。所示。3 3正交平

33、面正交平面po内测量的角度内测量的角度前角前角在正交平面在正交平面po内测量的前刀面内测量的前刀面A与基面与基面pr间的夹角，间的夹角，记为记为o o；有正负之分，前刀面；有正负之分，前刀面A位于基面之上时，位于基面之上时，o o为负，为负，反之为正；反之为正；后角后角在正交平面在正交平面po o内测量的后刀面内测量的后刀面A与切削平面与切削平面ps间的间的夹角，记为夹角，记为o o。上述五个角度就确定了主切削刃及前、后刀面的方位，其中上述五个角度就确定了主切削刃及前、后刀面的方位，其中o、s确定前刀面方位，确定前刀面方位，r r、o o确定后刀面方位，确定后刀面方位，r r、s s确确定主切

34、削刃的方位。定主切削刃的方位。上一页 下一页返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义四、刀具几何参数的合理选择四、刀具几何参数的合理选择1刀具几何参数的内容刀具几何参数的内容（1）切削刃的形状。它直接影响切削刃各点工作角度的变化，）切削刃的形状。它直接影响切削刃各点工作角度的变化，影响切削刃的受力状况。以车刀为例，有直线、折线、圆弧、影响切削刃的受力状况。以车刀为例，有直线、折线、圆弧、波形、刀尖过渡、分段等。波形、刀尖过渡、分段等。（2）切削刃区剖面形式。它主要影响切削时的温度、振动等。）切削刃区剖面形式。它主要影响切削时的温度、振动等。主要有：锋刃、负倒棱刃、消振棱、倒圆刃、刃带

35、等，如主要有：锋刃、负倒棱刃、消振棱、倒圆刃、刃带等，如图图17-1517-15所示。所示。（3）刀面形式。它影响切屑的变形、卷屑和断屑，对切削力、）刀面形式。它影响切屑的变形、卷屑和断屑，对切削力、切削热及刀具的磨损都有影响。常见的刀面形式有：前刀面切削热及刀具的磨损都有影响。常见的刀面形式有：前刀面上的卷屑槽（上的卷屑槽（如如图图17-1617-16所示所示）、断屑槽，后刀面的双）、断屑槽，后刀面的双重刃磨、铲背以及波形刀面等。重刃磨、铲背以及波形刀面等。上一页 下一页返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义（4 4）刀具几何角度。刀具的基本角度）刀具几何角度。刀具的基本角度o

36、o、o o、r r、r r、s s等，等，它对保证零件的加工质量和提高生产效率是十分重要它对保证零件的加工质量和提高生产效率是十分重要的。的。2 2刀具角度的选择刀具角度的选择（1 1）前角）前角o o。增大前角，切屑易流出，可使切削力降低，。增大前角，切屑易流出，可使切削力降低，切削轻快，但前角过大时，会削弱刀刃强度及散热能力，使切削轻快，但前角过大时，会削弱刀刃强度及散热能力，使刀具的寿命降低。当加工塑性材料、工件材料硬度较低、刀具的寿命降低。当加工塑性材料、工件材料硬度较低、刀头材料韧性较好或精加工时，前角值可取大些；当加工脆刀头材料韧性较好或精加工时，前角值可取大些；当加工脆性材料、工

37、件材料硬度较高、刀头材料韧性较差或粗加工时，性材料、工件材料硬度较高、刀头材料韧性较差或粗加工时，前角值可取小些。加工各种材料的前角参考值约为：铝合金前角值可取小些。加工各种材料的前角参考值约为：铝合金25253535、铜合金、铜合金3535、低碳钢、低碳钢20202525、不锈钢、不锈钢15152525、中等硬度钢如、中等硬度钢如4545钢、钢、40Cr40Cr钢取钢取10102020、高碳钢、高碳钢取取55、灰铸铁取、灰铸铁取1515。上一页 下一页返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义（2 2）后角）后角o o。增大后角，可减少刀具后面与工件之间的摩。增大后角，可减少刀具后面

38、与工件之间的摩擦，但后角过大时，刀刃强度将降低，散热条件变差，刀具擦，但后角过大时，刀刃强度将降低，散热条件变差，刀具容易损坏。一般，当加工塑性材料和精加工时，后角可取大容易损坏。一般，当加工塑性材料和精加工时，后角可取大些。通常，用高速钢制成的车刀，其后角约为些。通常，用高速钢制成的车刀，其后角约为661515；用；用硬质合金制成的车刀在强力切削时，其后角为硬质合金制成的车刀在强力切削时，其后角为3366、精、精车时为车时为881212。（3 3）主偏角）主偏角rr。在切削深度和进给量不变的情况下，增大。在切削深度和进给量不变的情况下，增大主偏角，可使切削力沿工件轴向力加大，径向力减小，有利

39、主偏角，可使切削力沿工件轴向力加大，径向力减小，有利于加工细长轴并减小振动。但是，由于主刀刃参加切削工于加工细长轴并减小振动。但是，由于主刀刃参加切削工作的长度减小，刀刃单位长度上切削力加大，散热性能下降，作的长度减小，刀刃单位长度上切削力加大，散热性能下降，刀具磨损加快。通常，当加工细长轴时，主偏角选取刀具磨损加快。通常，当加工细长轴时，主偏角选取75759090；强力切削时选取；强力切削时选取60607575；加工硬材料时，选取；加工硬材料时，选取10103030。上一页 下一页返回第三节第三节 切削刀具基本定义切削刀具基本定义（4）刃倾角）刃倾角s。增大刃倾角有利于提高刀具承受冲击的能力

40、。增大刃倾角有利于提高刀具承受冲击的能力。当刃倾角为正值时，切屑向待加工面方向流动；为负值时，当刃倾角为正值时，切屑向待加工面方向流动；为负值时，切屑向已加工面方向流出，如切屑向已加工面方向流出，如图图17-1717-17所示。通常，精车时，所示。通常，精车时，刃倾角值取刃倾角值取04；粗车时取；粗车时取-10-5。上一页 返回第四节第四节 刀具材料刀具材料在金属切削加工中，刀具材料的切削性能直接影响着生产效在金属切削加工中，刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度和已加工表面质量、刀具消耗和加工成率、工件的加工精度和已加工表面质量、刀具消耗和加工成本。刀具材料的发展在一定程度上推

41、动着金属切削加工的进本。刀具材料的发展在一定程度上推动着金属切削加工的进步。步。一、对刀具切削部分材料的基本要求一、对刀具切削部分材料的基本要求刀具切削部分在切削过程中，承受很大的切削力和冲击力，刀具切削部分在切削过程中，承受很大的切削力和冲击力，并且在很高的温度下进行工作，摩擦十分剧烈。为保证切削并且在很高的温度下进行工作，摩擦十分剧烈。为保证切削的进行，刀具切削部分材料必须具备以下基本要求。的进行，刀具切削部分材料必须具备以下基本要求。（1 1）高硬度。其材料的硬度必须高于被切工件的硬度，常温）高硬度。其材料的硬度必须高于被切工件的硬度，常温硬度必须在硬度必须在62HRC62HRC以上。以

42、上。（2 2）高耐磨性。耐磨性是表示刀具材料抵抗磨损的能力。它）高耐磨性。耐磨性是表示刀具材料抵抗磨损的能力。它取决于材料本身的硬度、取决于材料本身的硬度、化学成份和金相组织。化学成份和金相组织。下一页返回第四节第四节 刀具材料刀具材料一般说，刀具材料硬度越高，耐磨性越好。金相组织中碳化一般说，刀具材料硬度越高，耐磨性越好。金相组织中碳化物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐磨性越好。物越多、颗粒越细、分布越均匀，其耐磨性越好。（3）足够的强度和韧度。刀具切削时要承受很大的压力、冲）足够的强度和韧度。刀具切削时要承受很大的压力、冲击和振动，刀具材料必须具有足够的抗弯强度击和振动，刀具材料必须具有足

43、够的抗弯强度bbbb和冲击韧度和冲击韧度k k。一般用刀具材料的抗弯强度。一般用刀具材料的抗弯强度bbbb表示它的强度表示它的强度大小；用冲击韧度大小；用冲击韧度k k表示其韧性的大小，它反映刀具材料抗表示其韧性的大小，它反映刀具材料抗脆性断裂、崩刃的能力。脆性断裂、崩刃的能力。（4）高的热硬性。高的热硬性是指刀具在高温下仍能保持高）高的热硬性。高的热硬性是指刀具在高温下仍能保持高硬度的性能，通常用红硬性表示。热硬性越好，允许的切削硬度的性能，通常用红硬性表示。热硬性越好，允许的切削速度越高，因此，它是衡量刀具材料性能的重要指标。速度越高，因此，它是衡量刀具材料性能的重要指标。（5 5）良好的

44、工艺性和经济性。为便于制造刀具，要求刀具材）良好的工艺性和经济性。为便于制造刀具，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如锻造、磨削、热处理、焊接等性料具有良好的工艺性能，如锻造、磨削、热处理、焊接等性能，同时，价格要求低廉。能，同时，价格要求低廉。上一页 下一页返回第四节第四节 刀具材料刀具材料二、常用刀具材料性能的比较二、常用刀具材料性能的比较刀具材料的种类主要有工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料刀具材料的种类主要有工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料四大类，目前使用最多的是高速钢和硬质合金。四大类，目前使用最多的是高速钢和硬质合金。1工具钢工具钢（1）优质碳素工具钢。它淬火后有较高的硬度，容易磨得锋

45、）优质碳素工具钢。它淬火后有较高的硬度，容易磨得锋利，但其热硬性差，在利，但其热硬性差，在200200250250时，硬度就明显下降，时，硬度就明显下降，因此，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。常见因此，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。常见的牌号有的牌号有T1010A、T1212A等。等。（2 2）合金工具钢。它较碳素工具钢有较高的热硬性和韧性，）合金工具钢。它较碳素工具钢有较高的热硬性和韧性，其热硬性温度为其热硬性温度为300300350350，仅用于切削速度较低的场合。，仅用于切削速度较低的场合。常见的牌号有常见的牌号有CrWMn、9 9CrSi等。等。（3）高速钢。是含有）高速钢。

46、是含有W（钨）、（钨）、Mo（钼）、（钼）、Cr（铬）、（铬）、V（钒）等合金元素较多的工具钢，俗称白钢、风（锋）钢。（钒）等合金元素较多的工具钢，俗称白钢、风（锋）钢。热硬性温度可达热硬性温度可达550550600600，强度、韧性、工艺性均，强度、韧性、工艺性均上一页 下一页返回第四节第四节 刀具材料刀具材料较好，热处理变形小，刃磨后切削刃比较锋利，可制造各种较好，热处理变形小，刃磨后切削刃比较锋利，可制造各种刀具，尤其是复杂刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、拉刀、刀具，尤其是复杂刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、拉刀、齿轮刀具等。加工材料范围也很广泛，如钢、铁和有色金属齿轮刀具等。加工材料范围也

47、很广泛，如钢、铁和有色金属等。常用的牌号有：等。常用的牌号有：W1818Cr4 4V（简称（简称W1818）、）、W6 6Mo5o5Cr4 4V2 2（简称（简称M2 2）、）、W9 9Mo3o3Cr4 4V（简称（简称W9 9）等。）等。2 2硬质合金硬质合金硬质合金是由硬度和熔点都很高的金属碳化物（如硬质合金是由硬度和熔点都很高的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属黏结剂（如等）和金属黏结剂（如Co、Ni、Mo等）研制成等）研制成粉末，按一定比例混合、压制成形，在高温高压下烧结而成。粉末，按一定比例混合、压制成形，在高温高压下烧结而成。由于硬质合金中含有大量金属碳化物，其硬

48、度、熔点都很高，由于硬质合金中含有大量金属碳化物，其硬度、熔点都很高，化学稳定性也好，因此硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都化学稳定性也好，因此硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，硬度可达很高，硬度可达898993HRA93HRA，热硬性温度高达，热硬性温度高达9009001 0001 000，允许的切削速度比高速钢高，允许的切削速度比高速钢高4 47 7倍，但抗弯性和冲击倍，但抗弯性和冲击上一页 下一页返回第四节第四节 刀具材料刀具材料韧度较高速钢低。硬质合金由于切削性能优良，已成为主要韧度较高速钢低。硬质合金由于切削性能优良，已成为主要的刀具材料，一般制成各种形状的刀片焊接或夹固在刀体上的

49、刀具材料，一般制成各种形状的刀片焊接或夹固在刀体上使用。一些形状复杂的刀具如麻花钻、齿轮滚刀、铰刀、拉使用。一些形状复杂的刀具如麻花钻、齿轮滚刀、铰刀、拉刀等也日益广泛采用此材料。刀等也日益广泛采用此材料。硬质合金成份、性能及用途硬质合金成份、性能及用途见表见表17-317-3所列。表中所列硬质合所列。表中所列硬质合金都是以金都是以WCWC为基体，加入为基体，加入TiC可以提高硬质合金的硬度、耐可以提高硬质合金的硬度、耐热性和耐磨性，加入热性和耐磨性，加入TaC（碳化钽）或（碳化钽）或NbC（碳化铌）后，（碳化铌）后，不仅提高了耐磨性和抗弯强度，而且提高了韧性，表现出较不仅提高了耐磨性和抗弯强

50、度，而且提高了韧性，表现出较好的综合性能。好的综合性能。3 3陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料主要有两大类，即氧化铝（陶瓷刀具材料主要有两大类，即氧化铝（Al2O32O3）基陶瓷材）基陶瓷材料和氮化硅（料和氮化硅（Si3 3N4 4）基陶瓷材料。陶瓷刀具的硬度达）基陶瓷材料。陶瓷刀具的硬度达91919595HRA，超过硬质合金，其耐磨性为一般硬质合金的，超过硬质合金，其耐磨性为一般硬质合金的5 5倍。耐倍。耐热性高，在热性高，在12001200时仍保持时仍保持80HRA80HRA，而且化学稳定性好，与钢，而且化学稳定性好，与钢不易亲和，抗黏结、抗扩散能力较强；又具有较低的摩擦因不易亲和，抗