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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 二 章 制 造 工 艺 装 备,第一节 金属切削刀具基本的知识,第二节 常用金属切削刀具,第三节 金属切削机床的基本知识,第四节 工件的装夹与机床夹具,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,一、金属切削加工的基本概念,1.,切削运动与切削用量,金属切削切削加工,是利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层，以获得具有一定的几何形状、尺寸精度和表面质量的机械加工方法。,切削加工对刀具的要求：,刀具与工件之间必须有相对运动；,刀具应具有良好的硬度、强度、韧性、耐磨性、耐热性和合适的几何形状，对工件有一定的切削能力,。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,1,）切削运动,在切削过程中，通过刀具与工件的相对运动和相互作用，形成了工件新的表面，刀具与工件间的相对运动称为切削运动。,切削运动可分为主运动和进给运动。,车削加工,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,主运动,是刀具切入工件，被切削层转变为切屑，形成工件新表面的最基本运动。,也是速度最高，消耗功率最多的运动。可以是旋转运动，也可以是直线运动。,进给运动,是使被切削金属层不断投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。,可以是连续的运动，也可以是间隙的运动。,合成切削运动,由主运动和进给运动合成的切削运动。,5,各种切削运动,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,切削运动速度,主运动切削速度,v,c,是切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。,进给运动切削速度,v,f,是切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。,合成运动切削速度,v,s,是切削刃上选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。,因在大多数实际加工中,值很小，故取,v,s,=,v,c,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,2,）切削表面,待加工表面,工件上即将被切除的表面。,已加工表面,工件上已被切去多余金属而形成的新表面。,过渡表面（加工表面）,工件上正被刀具切削的表面。,在切削过程中，工件上存在着三个变化的表面。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,3,）切削用量,切削速度、进给量和背吃刀量统称为切削用量，又称为切削用量三要素。,切削速度,v,c,单位时间内工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离，单位为,m/s,。,主运动为旋转运动时，切削速度为,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,进给量,f,指主运动每转一转或每一行程时，刀具在进给方向上相对于工件的位移量，单位是,mm/r,、,mm,/,次。铣削加工时还有每齿进给量（,mm/z,）,、每分钟进给量（,mm/min,）,。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,背吃刀量,a,p,是机床间隙进刀运动的位移量，单位为,mm,。,车削外圆、刨削平面，被吃刀量为工件上已加工表面与待加工表面间的距离，即,11,例题：,车外圆时工件加工前直径为,62mm,，加工后直径为,56,mm,，工件转速为,4r/s,，刀具每秒钟沿工件轴向移,2mm,，,工件加工长度为,110mm,，,切入长度为,2mm,，求,v,、,f,、,ap,和切削工时,t,。,解：,v =,d,n,/1000 =,62,4/1000 = 0.779 m/s,f,=,vf,/,n,= 2/4 = 0.5 mm/r,t,=(,l,+,l,1)/,vf,=(110+,2,)/2=56 s,ap,= (dw-dm)/2=(62-56)/2=3,mm,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,2.,切削层参数,切削层,是指切削过程中，刀具相对于工件沿进给运动方向每移动一个,f,或,f,Z,所切除的金属层。,切削层的剖面形状和尺寸都可在垂直于主运动方向的基面内测量。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,切削厚度,垂直于过渡表面度量的切削层尺寸，以,h,D,表示。,反映了切削刃单位长度上的切削负荷。,切削宽度,沿过渡表面度量的切削层尺寸，以,b,D,表示。,反映了切削刃参加切削的长度。,切削面积,是切削层的横截面积，以,A,D,表示。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,二、刀具角度,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,前刀面,切削中切屑流出所经过的刀具表面。,主后刀面,切削中与工件过渡表面相对的刀具表面。,副后刀面,切削中与工件已加工表面相对的刀具表面。,1.,刀具切削部分的组成,以典型的外圆车刀为例，来描述刀具的切削部分结构和刀具的角度。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,主切削刃,前刀面与主后刀面的交线。,承担主要的切削工作。,副切削刃,前刀面与副后刀面的交线。,配合主切削刃完成切削工作。,刀尖,主切削刃与副切削刃相交的部分。,它可以是小直线段或圆弧。,17,三面,:,前刀面,:,切屑流经的刀具表面,后刀面,:,切削时,与加工表面相对的刀具表面,副后刀面,:,与已加工表面相对的刀具表面,二刃,:,主切削刃,:,前刀面与主后刀面的交线,副切削刃,:,前刀面与副后刀面的交线,一尖,:,刀尖,:,主、副切削刃相交的一小段切削刃,18,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,2.,标注刀具角度的参考系,要确定刀具的几何形状，必须确定度量刀具角度的参考系。,如图，,P,r,-P,0,-P,s,组成的正交平面参考，,P,r,-P,n,-P,s,组成的法向剖面参考系。,基 面,切削平面,切削刃法剖面,主剖面,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,基面,P,r,通过主切削刃选定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。,切削平面,P,s,通过主切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面。,正交平面,P,0,通过主切削刃选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,3.,刀具的标注角度,刀具的标注角度是刀具设计图纸上应标注的角度，也是制造和刃磨时所需要的。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,前角,o,在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。,后角,o,在正交平面内测量的主后刀面与切削平面间的夹角。,已加工表面,加工表面,待加工表面,主偏角,k,r,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。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,副偏角,k,r,在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。,刃倾角,s,在切削平面内测量的主切削刃与基面间的夹角。,已加工表面,加工表面,待加工表面,S,向,S,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,4.,刀具的工作角度,前面所描述的车刀标注角度只考虑了主运动和刀具安装准确，而未考虑进给运动和实际安装位置的影响。,刀具的工作角度,是以切削过程中实际的基面、切削平面和正交平面为参考系所确定的刀具角度。,在切断、车螺纹、加工非圆柱表面等情况下，必须考虑进给运动和主运动形成的刀具工作角度。,注意：,车外圆和镗孔时刀具的进给速度很小，在正常的安装条件下，刀具的工作角度与标注角度基本相等。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,1,） 横向进给运动刀具的工作角度,切断车刀加工时，刀具作横向进给，切削轨迹为螺旋线。,实际的基面和切削平面都要偏转一个附加的螺旋角,，使车刀工作前角,oe,比标注角度,o,大，工作后角,oe,比标注角度,o,小。,P,sc,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,2,） 刀具安装高低的工作角度,当车刀刀尖低于工件中心线时，刀具的工作角度与前者相反。,当车刀切削刃高于工件中心线时，实际的基面和切削平面相对于标注角度参考坐标平面产生,角的偏转。,刀具的工作前角,oe,和工作后角,oe,分别为：,27,（,3,）切削速度方向改变时工作角度,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,5.,刀具角度的作用,（,1,）前角,o,使刀具锋利，减少切削力，减少切削热，提高加工精度。但前角过大易导致刀刃强度降低，刀尖散热性能下降。,通常取值范围在,-5,0, +25,0,。,（,2,）后角,o,能减少工件与刀具主后面之间的摩擦。但过大后角会使刀头强度下降，减少导热面积而加剧刀具磨损。,一般粗加工后角取为,3,0,6,0,，精加工取为,6,0,12,0,。,k,r,常取为,45,0,、,60,0,、,75,0,、,90,0,。车细长轴时，为减小背向力，取,k,r,=,90,0,。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,3,）主偏角,k,r,直接影响切削层参数和切削力的变化。,减小,k,r,，切削宽度增加，切削厚度减薄，刀刃切削负荷减轻，加强了刀尖，增大散热面积，提高刀具寿命。但,k,r,减小会引起背向力,F,p,的增大。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,4,）副偏角,k,r,其作用是减小副切削刃与工件已加工表面间的摩擦，以防止切削时产生振动。,k,r,还影响工件已加工表面的粗糙度。减小,k,r,，可减小切削后的残留面积，降低表面粗糙度。,k,r,值一般取为,5,0,15,0,，粗加工取大值，精加工取小值。,切断刀的,k,r,值一般取为,1,0, 2,0,。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,5,）刃倾角,s,主要影响刀头的强度和排屑方向。,当,s,=,0,时,，切屑沿着与主切削刃垂直的方向流动,。,当,s,0,时,，,切屑向着待加工表面方向流动。,s,值可在,-1,5,0, +5,0,之间选取,。粗加工为增强刀头强度，取,s,0,；,断续切削为提高刀头抗冲击能力，取,s, 0,。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,三、刀具材料,刀具切削性能的好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何形状和结构。,1.,刀具材料应具备的性能,（,1,）高硬度,刀材的常温硬度应在,HRC60,以上。,（,2,）高耐磨性,耐磨性是表示刀具抵抗磨损的能力，一般刀材的硬度越高，其耐磨性越好。,（,3,）足够的强度和韧性,以利于承受切削力、冲击和振动。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,4,）良好的耐热性,耐热性是指刀材在高温下保持高硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。,（,5,）导热性,刀材导热系数越大，刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。,（,6,）工艺性,刀具材料应有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工和可磨削性。,选择刀具材料除考虑上述性能之外，还应考虑经济性。,34,刀具材料的发展与切削加工高速化的关系,DLC,涂层硬质合金,切削速度（,m/min,）,2000,1000,500,200,100,50,20,10,1800 1850 1900 1950 2000,年代,碳素工具钢,合金工具钢,WC,系硬质合金,高速钢,WC-TiC,系硬质合金,涂层硬质合金,TiAlN,涂层硬质合金,TiC-TiN,金属陶瓷,聚晶立方氮化硼 （,PCBN,）,陶瓷,聚晶金刚石,（,PCD,）,刀具材料的发展,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,加工生产线上使用较多的刀具材料有,碳素钢、高速钢、硬质合金,。零件的精加工可采用,陶瓷、金刚石、立方氮化硼。,1.,常用刀具材料,（,1,）碳素工具钢,碳素工具钢,是含碳量较高的优质碳素钢，,淬火后的硬度可达,6064HRC,。但热稳定差，耐热温度只在,200250,0,C,，且淬火时容易产生变形和开裂。,碳素工具钢,一般用于制造低速,的,手工工具，如锉刀、刮刀、手工锯条等。,常用牌号有,:T10,、,T12,、,T12A,。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,2,）高速钢,高速钢俗称为,锋钢、或白钢,。是含钨（,W,）、铬（,Cr,）、钼（,Mo,）、钒（,V,）等合金元素较多的合金钢。,其特点：,高速钢淬火、回火后的硬度可达,6370HRC,。其耐热温度为,500650,0,C,，允许的切削速度为,3050m/min,。,具有较高的抗弯强度和冲击韧性，使用性能好，成形性好，热处理变形小，刃磨性能较好。,广泛用于制造,钻头、丝锥、铣刀、拉刀、滚齿刀,等刀具。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,高速钢的分类及常用牌号,通用型牌号：,W18Cr4V,，,W6Mo5CrV2,。后者的韧性和高温塑性优于前者，但刃磨时易产生脱碳现象。,适于加工普通钢材。,高性能型牌号：,9W6Mo5Cr4V2,，,W6Mo5CrV3,。具有更好的切削性能，,适于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金和超高温合金钢等难加工材料。,粉末冶金高速钢 有良好力学性能，淬火变形小、耐磨性高。,适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具，如滚刀。,高速钢可按用途分类，也可按制造工艺分类。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,3,）硬质合金,硬质合金,是利用具有高耐磨性和高耐热的碳化物（,WC,）、碳化钛（,TiC,）等粉末，以钴（,Co,）、镍（,Ni,）作为粘接剂，用粉末冶金法制得的合金。,性能：,硬度为,74,82HRC,，耐热温度为,850,1000,0,C,，切削速度可达,100,300m/min,。,应用：,可用于切削铸铁、淬硬钢件等多种材料。但抗弯强度和冲击韧性远低于高速钢，不用于制造形状复杂的刀具。,一般制成各种刀片，焊接或装夹在刀体上。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,常用的两大类硬质合金,YG,类硬质合金,由碳化钨和钴组成，其含钴较多，韧性好，但硬度和耐磨性稍差。,适于加工铸铁、青铜等脆性材料。,YG,类硬质合金,常用牌号为,YG8,、,YG6,、,YG3,，其数字表示钴的百分含量。数字越大，韧性越好，硬度则越差，,依次适用于粗加工、半精加工、精加工。,YW,类硬质合金,由碳化钨、碳化钛、钴和少量碳化钽（,TaC,）或碳化铌（,NbC,）组成，其耐磨性好、韧性和抗粘附性较好。,用于加工铸铁、有色金属、碳素钢、合金钢以及高温合金、不锈钢等难加工材料。常用牌号,YW1,、,YW2,。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,YT,类硬质合金,由碳化钨、碳化钛和钴组成。加了碳化钛使合金的耐热性和耐磨性比钨钴类好，但,钴,含量降低，韧性和耐冲击性有所降低。,适合于加工钢等韧性材料。,YT,类硬质合金,常用的牌号,YT5,、,YT15,、,YT30,，,数字表示钛的含量。数字越大，耐磨性越好，但含钴量减少，韧性降低。,故依次适用于粗加工、半精加工、精加工。,人造金刚石,是碳的同素异形体，硬度接近,10000HV,，耐热温度为,700,800,0,C,。,金刚石刀具可加工硬质合金、陶瓷、玻璃、有色金属及其合金。,但不宜加工铁族金属。,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,陶瓷刀具,以氧化铝（,Al,2,O,3,）或氮化硅（,Si,3,O,4,）等为主要成分，经压制成形后烧结而成。,（,5,）陶瓷材料,陶瓷刀具的硬度可达,90,95HRA,，耐热温度达,1200,1450,0,C,。但其强度低、韧性差，,生产中主要用于高速的精切削加工。,（,6,）人造金刚石,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,（,7,）立方氮化硼,CBN,立方氮化硼,是人工合成的一种高硬度材料，硬度可达,7300,9000HV,，且耐热性和化学稳定性优越金刚石，耐热高温为,1300,1500,0,C,，与铁族金属的亲和力小。,特别适合于加工铁族和非铁族的难加工材料。,注意事项：,立方氮化硼刀具和金刚石刀具的脆性大，使用时要求机床的刚性好；,由于脆性大，用于连续加工时，应尽量避免冲击和振动。,45,46,天然金刚石,PCBN,PCD,氧化物陶瓷,氮化物陶瓷,硬质合金涂层,WC,硬质合金涂层,超细粒状硬金属涂层,高速钢,TiN,涂层高速钢,断裂韧性,耐磨性,刀具材料的耐磨性与断裂韧性,小结,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,欲在车床上车削加工,40Cr,调质轴件外圆，工件长为,1000mm,，外径为,25mm,，要求表面粗糙度为,R,a,1.6,m,；已知刀具的,试完成下列工作：,（,1,）选择刀具材料及其牌号；,（,2,）画出主剖面参考系的车刀标注角度图。,练 习,2-1,，,2-2,，,2-3,，,2-8,，,补充题,第二章 制造工艺装备,第一节 金属切削刀具基本知识,练 习,2-1,，,2-2,，,2-3,，,2-8,，,补充题,在,CA6140,车床上半精车外圆柱面。已知直径,D =48mm,，工件材料为,45,钢。刀具几何参数如下：,试求：,1.,选择刀具材料及其牌号；,2.,画出主剖面参考系刀具标注角度。,结 束,第二章 制造工艺装备,第一节 切削刀具基本知识,
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