机械制造技术金属切削刀具的基本知识.ppt

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1、1第二章第二章 制造工艺装备制造工艺装备2-1 2-1 金属切削刀具的基本知识金属切削刀具的基本知识 2-2 2-2 常用金属切削刀具与砂轮常用金属切削刀具与砂轮2-3 2-3 金属切削机床的基本知识金属切削机床的基本知识2-4 2-4 车床车床2-5 2-5 齿轮加工机床齿轮加工机床2-6 2-6 磨床磨床2-7 2-7 组合机床组合机床2-8 2-8 数字控制机床简介数字控制机床简介2-9 2-9 机床夹具机床夹具2第一节第一节 金属切削刀具的基本知识金属切削刀具的基本知识一、金属切削加工的基本概念一、金属切削加工的基本概念二、刀具角度二、刀具角度三、刀具材料三、刀具材料四、刀具角度的选择

2、四、刀具角度的选择3一、金属切削加工的基本概念一、金属切削加工的基本概念、切削运动与切削用量、切削运动与切削用量（1 1）主运动）主运动（2 2）进给运动）进给运动（3 3）切削用量）切削用量 4（）主运动（）主运动定义定义：机床或手动提供的刀具与工件间的主要的相对运：机床或手动提供的刀具与工件间的主要的相对运动动，它使切削刃及其毗邻的刀具表面切入工件材料，使，它使切削刃及其毗邻的刀具表面切入工件材料，使被切削层成为切屑。被切削层成为切屑。钻削、铣削、磨削：刀具或砂轮的回转运动钻削、铣削、磨削：刀具或砂轮的回转运动刨削：刀具或工件的往复运动刨削：刀具或工件的往复运动车削：工件的回转运动车削：工

3、件的回转运动主运动方向主运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向动方向。切削速度切削速度vc c：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时运动时运动。5（）进给运动（）进给运动进给运动进给运动：由机床或手动传给刀具或工件的运动：由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配，它配合主运动依此地连续不断将多余金属投入切削，同时形成合主运动依此地连续不断将多余金属投入切削，同时形成具有所需几何特性的已加工表面。具有所需几何特性的已加工表面。进给运动方向进给运动方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给：切削刃上选定点相对于工件

4、的瞬时进给运动方向运动方向。进给速度进给速度vf f：切削刃上选定点相对于工件的进给运动的：切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度瞬时速度。6（）切削用量）切削用量切削用量三要素切削用量三要素是指切削过程中切削速度是指切削过程中切削速度v、进给量、进给量（或进给速度（或进给速度v）和背吃刀量）和背吃刀量的总称的总称。7切削速度切削速度vc c：切削刃选定点相对于工件的主运动线速度切削刃选定点相对于工件的主运动线速度（单位（单位m/s)m/s)其中：其中：d d：工件或刀具上某一点的：工件或刀具上某一点的直径（直径（mmmm）n n：工件转速（：工件转速（r/sr/s）8进给量进给量f：当

5、主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿当主运动旋转一周时，刀具（或工件）沿进给方向上的位移量进给方向上的位移量f进给速度进给速度vf f：每转或每行程进给量、每齿进给量：每转或每行程进给量、每齿进给量fz其中：其中：vf f ：单位时间的进给量：单位时间的进给量 f ：工件或刀具每回转一周两者沿进给方向的相：工件或刀具每回转一周两者沿进给方向的相对位移对位移9背吃刀量背吃刀量（切削深度）（切削深度）ap pap p=(=(dw w-dm m)/2 (mm)/2 (mm)(外圆车削外圆车削)其中：其中：dw w：工件待加工表面直径工件待加工表面直径dm m：工件已加工表面直径工件已加工表面直径10、

6、切削时的工件表面、切削时的工件表面（1 1）已加工表面）已加工表面已被切去多余金属而形成的符合要求的工件新已被切去多余金属而形成的符合要求的工件新表面。表面。（2 2）待加工表面）待加工表面加工时即将被切除的工件表面。加工时即将被切除的工件表面。（3 3）过渡表面）过渡表面加工时由切削刃在工件上正在形成的那个表面。加工时由切削刃在工件上正在形成的那个表面。12、切削层参数、切削层参数定义：定义：指切削过程中，指切削过程中，由刀具在切削部分由刀具在切削部分的一个单一动作所的一个单一动作所切除的工件材料层。切除的工件材料层。13（）切削层公称厚度（）切削层公称厚度hD D定义：定义：垂直于过渡表面

7、垂直于过渡表面测量测量的切削层尺寸，的切削层尺寸，用用hD D表示。表示。hD D=fsin sin r r （）（）14（2 2）切削层公称宽）切削层公称宽bD D定义：定义：沿过渡表面沿过渡表面测量的切削测量的切削层尺寸，层尺寸，用用bD D表示。表示。bD D=ap p/sin/sin r r （）（）15（）切削层公称横截面）切削层公称横截面AD D定义：定义：切削层在切削层切削层在切削层尺寸尺寸平面内的实际横截面积，平面内的实际横截面积，用用AD D表示。表示。AD D=hD DbD D=fap p(mm(mm2 2)16（一）刀具切削部分的组成（一）刀具切削部分的组成（二）定义刀具

8、角度的参考系（二）定义刀具角度的参考系（三）刀具的标注角度（三）刀具的标注角度（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作角度二、刀具角度二、刀具角度17（一）刀具切削部分的组成（一）刀具切削部分的组成（1 1）前刀面）前刀面 A（2 2）主后刀面主后刀面A （3 3）副后后面）副后后面（4 4）主切削刃）主切削刃s（5 5）副切削刃副切削刃s（6 6）刀尖）刀尖1819（1 1）前刀面（前面）前刀面（前面）切屑流过的表面切屑流过的表面（2 2）主后刀面主后刀面与工件上新形成的过渡表面相对的刀具表面与工件上新形成的过渡表面相对的刀具表面（3 3）副后刀面）副后刀面 与工件上与工件上已加工表面相对的刀具

9、表面已加工表面相对的刀具表面（4 4）主切削刃）主切削刃前刀面前刀面与主后刀面的交线与主后刀面的交线（5 5）副切削刃）副切削刃前刀面前刀面与副后刀面的交线与副后刀面的交线20（6 6）刀尖）刀尖主切削刃与副切削刃的连接处相当短的一部主切削刃与副切削刃的连接处相当短的一部分切削刃。分切削刃。刀尖分为：交点刀尖、圆弧刀尖和倒角刀尖。刀尖分为：交点刀尖、圆弧刀尖和倒角刀尖。21刀尖的形状刀尖的形状圆弧刀尖圆弧刀尖 交点刀尖交点刀尖倒棱刀尖倒棱刀尖22（二）定义刀具角度的参考（二）定义刀具角度的参考系系u基面基面u切削平面切削平面u正交平面正交平面与正交平面参考系与正交平面参考系u法平面法平面与法平

10、面参考系与法平面参考系u假定工作平面假定工作平面、背平面背平面及其及其假定工作假定工作平面平面和和背平面参考系背平面参考系2324（1 1）基面）基面Pr r通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速通过主切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。度方向的平面。（2 2）切削平面）切削平面Ps s通过主切削刃选定点，与主切削刃通过主切削刃选定点，与主切削刃s相切，并相切，并垂直于垂直于该点基面该点基面Pr r的平面的平面。25（3 3）正交平面与正交平面参考系）正交平面与正交平面参考系正交平面正交平面Po o：通过通过主切削刃上选定点，同时垂直主切削刃上选定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平

11、面。于该点基面和切削平面的平面。Pr r-Ps s-P组成组成标注刀具角度的正交平面参标注刀具角度的正交平面参考系。考系。26（4 4）法平面参考系）法平面参考系法平面法平面Pn n：通过通过主切削刃选定点，垂直主切削主切削刃选定点，垂直主切削刃的平面。刃的平面。Pr r-Ps s-Pn n 组成一个法组成一个法平面参考系。平面参考系。27(5)(5)假定工作平面、背平面与假定工作平面、背假定工作平面、背平面与假定工作平面、背平面参考系平面参考系假定工作平面假定工作平面Pf f：通过切削刃选定点，平行于进给运动通过切削刃选定点，平行于进给运动方向，并垂直于基面的平面方向，并垂直于基面的平面。背

12、平面背平面Pp p：通过切削刃选定点，同时垂直通过切削刃选定点，同时垂直Pr r和和Pf f的平面的平面。Pr r-Pf f-Pp p 组成一个假定工作平面、背平面参考系组成一个假定工作平面、背平面参考系28（三）刀具的标注角度（三）刀具的标注角度1.1.在在正交平面参考坐标系内的标注角度正交平面参考坐标系内的标注角度2.2.其他参考坐标系内的标注角度其他参考坐标系内的标注角度 （1 1）法剖面参考坐标系内的标注角度）法剖面参考坐标系内的标注角度（2 2）假定工作平面）假定工作平面、背平面参考坐标系内的标、背平面参考坐标系内的标注角度注角度291.1.在在正交平面参考系里的标注角度正交平面参考

13、系里的标注角度（1 1）前角前角 ：在正交平面内：在正交平面内测量的前刀面与基面的夹测量的前刀面与基面的夹角。角。（2 2）后角后角 ：在正交平面内：在正交平面内测量的主后刀面与切削平测量的主后刀面与切削平面的夹角。面的夹角。（3 3）主偏角主偏角 ：在基面内：在基面内测量的主切削刃测量的主切削刃S S在基面上在基面上的的投影与进给运动方向的夹角。投影与进给运动方向的夹角。（4 4）副偏角副偏角 ：在基面内：在基面内测量的副切削刃测量的副切削刃S S在基面上在基面上的的投影与进给运动反方向的夹角。投影与进给运动反方向的夹角。（5 5）刃倾角刃倾角 ：在切削平面内：在切削平面内测量的主切削刃与基

14、面测量的主切削刃与基面的夹角。的夹角。30派生角度：派生角度：楔角楔角 0 0：在正交平面内度量的前刀面与后刀面在正交平面内度量的前刀面与后刀面A A的夹角。的夹角。刀尖角：刀尖角：主、副切削刃在基面上的投影的夹角主、副切削刃在基面上的投影的夹角。31323334（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作角度u横向进给运动对工作角度的影响横向进给运动对工作角度的影响u轴向进给运动对工作角度的影响轴向进给运动对工作角度的影响u刀具安装高低对工作角度的影响刀具安装高低对工作角度的影响u刀柄中心线偏斜对工作角度的影响刀柄中心线偏斜对工作角度的影响 3536373839三、刀具材料三、刀具材料1.1.刀具材

15、料应具备的性能刀具材料应具备的性能（1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性（2 2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性（3 3）高的耐热性）高的耐热性（4 4）良好的热物理性能和耐热冲击性能）良好的热物理性能和耐热冲击性能（5 5）良好的工艺性能）良好的工艺性能40硬度和耐磨性硬度和耐磨性硬度概念：硬度概念：刀具材料硬度必须高于工件材料。刀具材料硬度必须高于工件材料。耐磨性概念：耐磨性概念：表示刀具表示刀具 抵抗磨损的能力，它是刀具机械性能抵抗磨损的能力，它是刀具机械性能（力学性能）、组织结构和化学性能的综合反映。（力学性能）、组织结构和化学性能的综合反映。41刀具耐用度的确定刀具耐用度的

16、确定合理的选择刀具耐用度，可以提高生产率和降低加合理的选择刀具耐用度，可以提高生产率和降低加工成本。工成本。选择刀具耐用度时，还应考虑以下几点：选择刀具耐用度时，还应考虑以下几点：u复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应比简单的、低精度、复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应比简单的、低精度、单刃刀具高。单刃刀具高。u可转位刀具换刃、换刀片快捷，为使切削始终处于锋利状态，可转位刀具换刃、换刀片快捷，为使切削始终处于锋利状态，刀具耐用度可选得低一些。刀具耐用度可选得低一些。u精加工刀具耐用度比粗加工刀具选得高一些。精加工刀具耐用度比粗加工刀具选得高一些。u精加工大件时，为避免中途换刀，耐用度应选得高

17、一些。精加工大件时，为避免中途换刀，耐用度应选得高一些。u数控加工中，刀具耐用度应大于一个工作班，至少应大于一个数控加工中，刀具耐用度应大于一个工作班，至少应大于一个零件的切削时间。零件的切削时间。42强度和韧性强度和韧性v刀具应具有足够的强度和韧性刀具应具有足够的强度和韧性v强度用抗弯强度表示强度用抗弯强度表示v韧性用冲击值表示韧性用冲击值表示43热硬性热硬性刀具刀具 材料应在高温下保持较高的硬度、强度材料应在高温下保持较高的硬度、强度、韧性和耐磨性，并有良好的抗扩散、抗氧化的、韧性和耐磨性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力，这就是刀具材料的热硬性。能力，这就是刀具材料的热硬性。44工艺性与经

18、济性工艺性与经济性为了便于制造，要求刀具材料有较强的可为了便于制造，要求刀具材料有较强的可加工性。加工性。可加工性包括：锻、轧、焊、切削加工、可加工性包括：锻、轧、焊、切削加工、磨削加工和热处理特性等。磨削加工和热处理特性等。45导热性和膨胀系数导热性和膨胀系数v在其它条件相同的条件下，刀具材料的导热系数越大，在其它条件相同的条件下，刀具材料的导热系数越大，刀具传热能力越强，可降低刀具温度，提高使用寿命刀具传热能力越强，可降低刀具温度，提高使用寿命。v线膨胀系数越小，热变形越小。线膨胀系数越小，热变形越小。v焊接刀具及涂层刀具应考虑不同材料线膨胀系数的匹焊接刀具及涂层刀具应考虑不同材料线膨胀系

19、数的匹配。配。462.2.高速钢高速钢u概念：概念：高速钢是加入了钨、钼、铬、钒高速钢是加入了钨、钼、铬、钒 等等 合金元合金元素的素的 高合金工具钢高合金工具钢 ，按重量计，钨和钼占，按重量计，钨和钼占10-20%10-20%，铬占约，铬占约4%4%，钒占，钒占1%1%以上，它们都是强烈的碳化物以上，它们都是强烈的碳化物形成元素在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度形成元素在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。u分类：分类：u普通高速钢普通高速钢u高性能高速钢高性能高速钢u粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢473.3.硬质合金硬质合金v硬

20、质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其表硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其表面上涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提面上涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。484.4.涂层刀具和其他刀具材料涂层刀具和其他刀具材料（1 1）涂层刀具）涂层刀具（2 2）陶瓷材料）陶瓷材料（3 3）人造金刚石）人造金刚石（4 4）立方氮化硼）立方氮化硼 49四、刀具角度的选择四、刀具角度的选择（1 1）前角）前角（2 2）后角）后角（3 3）主偏角）主偏角、副偏角、副偏角（4 4）刃倾角）刃倾角50（1 1）前角的选择）前角的

21、选择1.1.前角的功用前角的功用前角的功用主要影响前角的功用主要影响切屑变形切屑变形和和切削力的大小切削力的大小及及刀刀具耐用度具耐用度和和加工表面质量加工表面质量的高低。的高低。增大前角使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切增大前角使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热少，加工表面质量高。但前角过大，刀具强度降低，削热少，加工表面质量高。但前角过大，刀具强度降低，散热体积减小，刀具耐用度下降。散热体积减小，刀具耐用度下降。减小前角，刀具强度提高，切屑变形增大，易断屑。减小前角，刀具强度提高，切屑变形增大，易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增加，刀具耐用度降但前角过小，会使切削力和切削热增

22、加，刀具耐用度降低。低。512.2.合理前角的选择原则合理前角的选择原则u工件材料工件材料加工塑性材料时，前角较大；脆性材料时，前角较加工塑性材料时，前角较大；脆性材料时，前角较小；工件材料的强度、硬度低可取较大的前角，反之应小；工件材料的强度、硬度低可取较大的前角，反之应取较小的前角取较小的前角u刀具材料：刀具材料：刀具材料的抗弯强度较大韧性较好时，应选用较大刀具材料的抗弯强度较大韧性较好时，应选用较大前角。前角。u加工性质：加工性质：粗加工时应适当减小前角，但在采取某些强化措施粗加工时应适当减小前角，但在采取某些强化措施之后也可增大前角。之后也可增大前角。u工艺系统刚性差和功率不足时，应选

23、取较大前角，以工艺系统刚性差和功率不足时，应选取较大前角，以减少切削力和振动。减少切削力和振动。u数控机床和自动机、自动线用刀具，应选用较小前角。数控机床和自动机、自动线用刀具，应选用较小前角。52（2 2）后角的选择）后角的选择1.1.后角的功用后角的功用后角的主要功用是后角的主要功用是减小主后刀面与过渡表面的弹性减小主后刀面与过渡表面的弹性恢复层之间的摩擦恢复层之间的摩擦，减轻刀具磨损减轻刀具磨损。后角小使主后刀面与工件表面摩擦加剧，刀具磨损后角小使主后刀面与工件表面摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差，尤其是切加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差，尤其是切削厚度较小

24、时，由于刃口钝圆半径的影响，上述情况更削厚度较小时，由于刃口钝圆半径的影响，上述情况更为严重。为严重。后角增大，摩擦减小，也减小了刃口钝圆半径，这后角增大，摩擦减小，也减小了刃口钝圆半径，这对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强度和散热情况对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强度和散热情况变差。变差。532.2.合理后角的选择原则合理后角的选择原则u根据切削厚度选择后角根据切削厚度选择后角u适当考虑被加工材料的力学性能适当考虑被加工材料的力学性能u考虑工艺系统刚性考虑工艺系统刚性u考虑尺寸精度要求考虑尺寸精度要求54（3 3）主偏角及副偏角的选择）主偏角及副偏角的选择1.1.主偏角的功用及合理主偏

25、角的选择主偏角的功用及合理主偏角的选择功用：功用：主要影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削主要影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力的大小。力的大小。55选择原则：选择原则：u粗加工时和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的粗加工时和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，以得于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。主偏角，以得于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。u加工很硬的材料时，为减少单位长度切削刃上的负荷，加工很硬的材料时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取10103030u工艺系统刚性低时，应取较大的主偏角。工艺系统

26、刚性低时，应取较大的主偏角。u单件小批生产时，则应选用通用性较好的单件小批生产时，则应选用通用性较好的4545和和9090的车刀。的车刀。u需要从工件中间切入的车刀，以及仿形加工车刀，应需要从工件中间切入的车刀，以及仿形加工车刀，应适当增大主偏角和副偏角；有时主偏角的大小决定于工适当增大主偏角和副偏角；有时主偏角的大小决定于工件的形状。件的形状。562.2.副偏角的功用及合理副偏角的选择副偏角的功用及合理副偏角的选择功用：功用：主要是减小副切削刃和已加工表面的摩擦。主要是减小副切削刃和已加工表面的摩擦。57选择原则：选择原则：u一般刀具的副偏角，在不引起振动的情况下，可选取一般刀具的副偏角，在

27、不引起振动的情况下，可选取较小的副偏角，如车刀、刨刀。均可取较小的副偏角，如车刀、刨刀。均可取551010。u精加工刀具的副偏角应取得更小一些，以减小残留面精加工刀具的副偏角应取得更小一些，以减小残留面积，从而减小表面粗糙度。积，从而减小表面粗糙度。u加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应取较小的加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应取较小的副偏角，以提高刀小强度，改善散热条件。副偏角，以提高刀小强度，改善散热条件。u切断刀、锯片刀和槽铣刀等，为了保证刀头强度和重切断刀、锯片刀和槽铣刀等，为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，只能取很小的副偏角。磨后刀头宽度变化较小，只能取很小的副偏角。5

28、8（4 4）刃倾角的选择）刃倾角的选择1.1.刃倾角的功用刃倾角的功用功用：功用：主要影响切屑流向和刀尖强度。主要影响切屑流向和刀尖强度。59选择原则：选择原则：u粗加工刀具，可取负值，以使刀具具有较高的强度和粗加工刀具，可取负值，以使刀具具有较高的强度和较好的散热条件，并使切入工件时刀尖免受冲击。精加较好的散热条件，并使切入工件时刀尖免受冲击。精加工时，取正值，使切屑流向待加工表面，以提高表面质工时，取正值，使切屑流向待加工表面，以提高表面质量。量。u断续切削、工件表面不规则，冲击力大时，应取负的断续切削、工件表面不规则，冲击力大时，应取负的刃倾角，以提高刀尖强度。刃倾角，以提高刀尖强度。u切削强度很高的工件材料时，就取绝对值较大的负刃切削强度很高的工件材料时，就取绝对值较大的负刃倾角，以使刀具具有足够的强度。倾角，以使刀具具有足够的强度。u工艺系统刚性差时，应取正刃倾角，以减小背向力，工艺系统刚性差时，应取正刃倾角，以减小背向力，避免切削中的振动。避免切削中的振动。