《金屬切削原理與刀具》教案(師專2016年秋)呂超

1、 湖北十堰職業(yè)技術(shù)（集團(tuán)）學(xué)校湖北十堰職業(yè)技術(shù)（集團(tuán)）學(xué)校教 案教 研 室： 機(jī)械教研室 授 課 教 師： 呂 超 課程（課題）： 金屬切削原理與刀具 使 用 班 級(jí)： 師專模具1502班 2016 2017學(xué)年一學(xué)期校址：湖北省十堰茅箭區(qū)丹江路26號(hào)網(wǎng)址：電話傳真一章 金屬切削加工的基本定義課題第一章 金屬切削加工的基本定義課時(shí)24課時(shí)首頁(yè)教學(xué)內(nèi)容1、緒論、切削運(yùn)動(dòng)、刀具切削部分基本定義2、刀具角度目的要求1、掌握切削運(yùn)動(dòng)的基本概念2、掌握刀具切削部分幾何參數(shù)及刀具角度的概念重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)為：六個(gè)基本角度、刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義。

2、難點(diǎn)為：六個(gè)基本角度、刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義。教具講述法。使用多媒體課件。時(shí)間分配12X90分鐘教學(xué)進(jìn)程項(xiàng)目1 結(jié)論教學(xué)目標(biāo)1、使學(xué)生了解金屬切削加工在機(jī)械制造中的作用，了解我國(guó)金屬切削技術(shù)的發(fā)展概況，掌握金屬切削加工的概念及意義等； 2、掌握切削運(yùn)動(dòng)的基本概念。項(xiàng)目1 結(jié)論一、金屬切削加工與機(jī)械制造1、機(jī)器基準(zhǔn)零部件加工工藝加工工藝加工工藝零件零件零件毛坯機(jī)械制造過(guò)程分析2、從圖中可以看出，機(jī)器中的組成單元是一個(gè)個(gè)的零件，都是由毛坯經(jīng)過(guò)相應(yīng)的機(jī)械加工工藝過(guò)程，變?yōu)楹细窳慵模庸こ稍谛螤?、尺寸、表面質(zhì)量等各方面都符合使用要求的合格零件。3、金屬切削加工常作為零件的最終加工方法，它需要

3、用金屬切削刀具直接對(duì)零件進(jìn)行加工，它們之間要有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，需要承受很大的切削力二、課程性質(zhì)和任務(wù)金屬切削加工是使用高于工件硬度的刀具，在工件上切除多余金屬，使工件達(dá)到規(guī)定的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的一種加工方法。1、基本理論知識(shí)：掌握金屬切削過(guò)程基本規(guī)律（如切削變形、切削力、切削熱及切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度等）的知識(shí)；掌握常用刀具材料的類型、性能及其選用方法；掌握改善切削條件、控制已加工表面質(zhì)量、合理選擇刀具幾何參數(shù)及切削用量的基本知識(shí)。2、基本技能：具備根據(jù)切削加工的具體要求，合理配置切削條件的能力；具有運(yùn)用切削原理和刀具的基本知識(shí)，分析和解決切削加工工藝技術(shù)問(wèn)題的能力；具有合

4、理選擇與正確使用刀具的能力；具備從事非標(biāo)準(zhǔn)刀具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)能力；具有一定的切削加工實(shí)驗(yàn)技能。金屬切削原理與刀具課程是機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)機(jī)制方向的專業(yè)任選課。本課程是研究金屬切削加工過(guò)程及刀具設(shè)計(jì)、使用的一門(mén)科學(xué)，該課程既有理論性又有很強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用性，為學(xué)生在日后工作中解決機(jī)械制造技術(shù)問(wèn)題奠定一定的基礎(chǔ)。本課程是由金屬切削原理和金屬切削刀具兩部分組成，前者又是本課程及其它專業(yè)課程的基礎(chǔ)，主要講述金屬切削過(guò)程中各種物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，以及應(yīng)用這些規(guī)律解決金屬切削技術(shù)問(wèn)題的方法；后者主要講述通用刀具和專用刀具的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及設(shè)計(jì)計(jì)算方法等。三、能力培養(yǎng)學(xué)習(xí)本課程后，應(yīng)具備以下能力：能正確

5、圖示并合理選擇刀具幾何參數(shù)；掌握金屬切削基本規(guī)律，并會(huì)初步運(yùn)用其分析解決金屬切削的技術(shù)問(wèn)題；了解常見(jiàn)通用刀具的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用范圍，并能正確選用；初步掌握專用刀具的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；對(duì)刀具的發(fā)展趨勢(shì)和新成就有初步的了解；具有較強(qiáng)的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識(shí)，能進(jìn)一步研究探討金屬切削與刀具設(shè)計(jì)理論。四、我國(guó)金屬切削加工發(fā)展概況1、公元前二千多年青銅器時(shí)代：青銅刀、鋸、銼等；春秋中晚期考工記介紹有木工、金工等三十個(gè)專業(yè)技術(shù)知識(shí)，特別指出“材美工巧”是制造良器的必要條件；唐代已有原始的車床。2、公元1668年（明代）制造天文儀器2mm直徑的銅環(huán)，其外圓、內(nèi)孔平面及刻度的加工精度與表面粗糙度均達(dá)到相當(dāng)高的水平

6、。3、近代：1915年上海榮锠泰機(jī)器廠造出國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)車床。4、建國(guó)后：50年代開(kāi)始使用高速鋼、硬質(zhì)合金；創(chuàng)造了大量的先進(jìn)刀具，如群鉆、75°強(qiáng)力車刀、高速螺紋刀、細(xì)長(zhǎng)軸車刀、寬刃精刨刀等5、現(xiàn)代：五、本課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法1、切削原理：四大規(guī)律：切削變形的變化規(guī)律；切削力的變化規(guī)律；切削溫度的變化規(guī)律；刀具磨損及耐用度。三個(gè)方面：工件材料方面：物理、機(jī)械性能； 刀具方面：刀具材料、刀具幾何角度； 切削條件：切削用量、切削液的冷卻；兩個(gè)提高：加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率；一個(gè)降低：降低加工成本。2、刀具：通用刀具：工件有理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選擇原則；非標(biāo)準(zhǔn)刀具：成形車刀、銑刀、鉸刀、拉刀、滾刀等。項(xiàng)目2

7、 切削運(yùn)動(dòng)與工件表面金屬切削加工：是工件與刀具相互作用的過(guò)程，是用刀具從工件表面上切除多余的材料的過(guò)程。金屬切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)與使用要求。實(shí)現(xiàn)切削過(guò)程的三個(gè)條件1切削運(yùn)動(dòng)：工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2切削性能：刀具材料必須具備一定的切削性能。3切削角度：刀具必須具有合理的幾何參數(shù)。三個(gè)表面待加工表面：工件上即將切除的表面。已加工表面：工件上已經(jīng)切除而形成的新表面。過(guò)度表面（加工表面）：工件上正在切削的表面。一、切削運(yùn)動(dòng)與切削用量1、切削運(yùn)動(dòng)金屬切削加工就是用金屬切削刀具把工件毛坯上預(yù)留的金屬材料切除，獲得圖樣所要求的幾何形狀、尺寸精度和表

8、面質(zhì)量的方法。在切削加工過(guò)程中，刀具和工件之間有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)。1）、主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床或手動(dòng)提供的刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一般情況下，主運(yùn)動(dòng)是切削運(yùn)動(dòng)中最基本的運(yùn)動(dòng)，也是速度最高，消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。任何切削過(guò)程必須有一個(gè)，也只有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)方向:切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向。切削速度：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。2）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床或手動(dòng)傳給刀具或工件的運(yùn)動(dòng)，它配合主運(yùn)動(dòng)依次地或連續(xù)地切除切削，同時(shí)形成具有所需幾何特征的已加工表面。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。進(jìn)給速

9、度：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給方向的瞬時(shí)速度。3）、合成切削運(yùn)動(dòng)當(dāng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)，由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。合成切削運(yùn)動(dòng)方向：切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)合成切削運(yùn)動(dòng)方向。合成切削速度： 切削刃選定點(diǎn)相對(duì)于工件的合成切削運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。合成切削速度等于主運(yùn)動(dòng)切削速度和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度的矢量和。4）、常見(jiàn)切削加工方式的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刨削刨刀的直線運(yùn)動(dòng)工件移動(dòng)鉆削鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆頭軸向移動(dòng)插齒插齒刀上下運(yùn)動(dòng)工件分度運(yùn)動(dòng)車外圓工件高速旋轉(zhuǎn)車刀軸向移動(dòng)磨外圓砂輪旋轉(zhuǎn)工件轉(zhuǎn)動(dòng)、砂輪軸向移動(dòng)銑平面銑刀旋轉(zhuǎn)工件移動(dòng)鏜孔刀具旋轉(zhuǎn)（繞工件軸線）刀具徑向移動(dòng)2、切削用量切削

10、用量是切削加工中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量（切削深度）的總稱。1）切削速度c ：切削加工時(shí)，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的速度。單位為m/s或m/min。主運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)時(shí)，最大切削運(yùn)動(dòng)是：2）進(jìn)給量 f：是指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/r；當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/str或mm/單行程；對(duì)于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具（如銑刀、切齒刀），常用每齒進(jìn)給量 fz，單位為mm/z或mm/齒。它與進(jìn)給量 f 的關(guān)系為 f = z fz 進(jìn)給

11、速度f(wàn) ：指切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬間時(shí)速度，單位為mm/s或m/min。車削時(shí)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度為：f = n f3）背吃刀量（切削深度）ap ：在基面上，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層最大尺寸（已加工表面與待加工表面間的垂直距離）。外圓車削的背吃刀量： ap（dw-dm）/2 合成切削運(yùn)動(dòng)：由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。合成切削速度e：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的合成運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。ec+f切削用量三要素 主運(yùn)動(dòng)速度 ，主運(yùn)動(dòng)速度表示主運(yùn)動(dòng)的速度大小和方向。其速度大小可表示為（單位：m/min或m/s）:   式中：n主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（r/s或r/min）；D完成主運(yùn)動(dòng)的

12、工件或刀具某一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)直徑（mm）。 進(jìn)給量，是工件或刀具的主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，工件和刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的相對(duì)位移。每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f（mm/r），每齒進(jìn)給量fz （mm/z）。  進(jìn)給速度Vf (mm/min)，刀刃上選定點(diǎn)相對(duì)于相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)速度。 式中： z刀具齒數(shù)。 背吃刀量：背吃刀量是車削時(shí)已加工表面與待加工表面之間的垂直距離（單位：mm）。 式中：dw 工件待加工表面的直徑，dm 工件已加工表面的直徑二、工件上的表面切削加工過(guò)程中，工件上形成了三個(gè)不斷變化著的表面已加工表面：工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面稱為已加工表面待加工表面：工件上有待切除切削層的表面稱為待

13、加工表面過(guò)渡表面：工件上切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一轉(zhuǎn)里將被切除，或者由下一切削刃切除。項(xiàng)目3 刀具切削部分的幾何角度項(xiàng)目3 刀具切削部分的幾何角度教學(xué)目標(biāo)1、以外圓車刀為例，使學(xué)生了解刀具的基本組成部分，熟記“三面兩刃一尖”的概念，并能在刀具上指出；介紹參考系在刀具認(rèn)識(shí)中的作用，理解兩個(gè)假設(shè)條件的含義；發(fā)揮能動(dòng)性，想象出基面、切削平面和正交平面的大致位置。2、教學(xué)重點(diǎn)：刀具的“三面兩刃一尖”；參考系的相關(guān)概念；用以組成參考系的基面、切削平面及正交平面。一、車刀切削部分的組成1、車刀的組成1）刀柄 刀具上的夾持部分；2）刀體 刀具上夾持刀條或刀片的部分；另：刀孔

14、刀具上用以安裝或緊固在主軸、刀柄或心軸上的內(nèi)孔。2、刀具切削部分的組成三面兩刃一尖 主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃3、 以外圓車刀為例，幫助學(xué)生了解“三面兩刃一尖”在車刀上的真實(shí)位置；進(jìn)行分組討論，分別指出立銑刀、麻花鉆和機(jī)夾車刀的“三面兩刃一尖”的位置。前刀面主后刀面副后刀面主切削刃S副切削刃S刀尖二、刀具靜止角度參考系（一）主剖面系刀具幾何角度1、參考系有兩類刀具靜止參考系：用于刀具的設(shè)計(jì)、刃磨和測(cè)量的參考系。刀具工作參考系：它是確定刀具切削工作時(shí)的基準(zhǔn)，用于定義刀具的工作角度。設(shè)：選定點(diǎn)與工件中心等高，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度vf = 0（1）參考平面基面P： Pvc 、 刀具安裝面（車刀）切削

15、平面Ps: 與 S相切 且 P （2）測(cè)量平面主剖面（正交平面）Po: PoP、Ps法剖面（法平面）Pn：PnS進(jìn)給剖面（假定工作平面）Pf ：Pf Pr 、f切深剖面（背平面）Pp ：Pp Pr 、aP（3）參考系主剖面系（正交平面參考系） Pr Ps Po法剖面系（法平面參考系）：Pr Ps Pn進(jìn)給、切深剖面系（假定工作平面和背平面參考系）Pr Pf Pp2、車刀切削部分的主要角度 （1）測(cè)量車刀切削角度的輔助平面圖3 測(cè)量車刀的輔助平面為了確定和測(cè)量車刀的幾何角度，需要選取三個(gè)輔助平面作為基準(zhǔn)，這三個(gè)輔助平面是切削平面、基面和正交平面，如圖3所示。1）切削平面Ps：切削平面是切于主切削

16、刃某一選定點(diǎn)并垂直于刀桿底平面的平面。 2）基面Pr：基面是過(guò)主切削刃某一選定點(diǎn)并平行于刀桿底面的平面。 3）主剖面（正交平面）P0：主剖面是垂直于切削平面又垂直于基面的平面。 可見(jiàn)這三個(gè)坐標(biāo)平面相互垂直，構(gòu)成一個(gè)空間直角坐標(biāo)系。圖4 車刀的主要角度(2) 車刀的主要幾何及其選擇 1）前角：在主剖面（正交平面）內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面間的夾角。前角的正負(fù)方向按圖示規(guī)定表示，即刀具前刀面在基面之下時(shí)為正前角，刀具前刀面在基面之上時(shí)為負(fù)前角。前角一般在-5° 25°之間選取。前角選擇的原則：前角的大小主要解決刀頭的堅(jiān)固性與鋒利性的矛盾。因此首先要根據(jù)加工材料的硬度來(lái)選擇前

17、角。加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值。其次要根據(jù)加工性質(zhì)來(lái)考慮前角的大小，粗加工時(shí)前角要取小值，精加工時(shí)前角應(yīng)取大值。 ）后角：在主剖面（正交平面）內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面間的夾角。后角不能為零度或負(fù)值，一般在6°12°之間選取。后角選擇的原則：首先考慮加工性質(zhì)。精加工時(shí)，后角取大值，粗加工時(shí)，后角取小值。其次考慮加工材料的硬度，加工材料硬度高，主后角取小值，以增強(qiáng)刀頭的堅(jiān)固性；反之，后角應(yīng)取小值3）主偏角：在基面內(nèi)測(cè)量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。主偏角一般在30° 90°之間選取。主偏角的選用原則：首先考慮車床、夾具和刀具組

18、成的車工工藝系統(tǒng)的剛性，如車工工藝系統(tǒng)剛性好，主偏角應(yīng)取小值，這樣有利于提高車刀使用壽命和改善散熱條件及表面粗造度。其次要考慮加工工件的幾何形狀，當(dāng)加工臺(tái)階時(shí)，主偏角應(yīng)取90°，加工中間切入的工件，主偏角一般取60 °。圖5  刃傾角的符號(hào)）副偏角：在基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。副偏角一般為正值。副偏角的選擇原則：首先考慮車刀、工件和夾具有足夠的剛性，才能減小副偏角；反之，應(yīng)取大值；其次，考慮加工性質(zhì)，粗加工時(shí)，副偏角可取10°15°，粗加工時(shí)，副偏角可取5°左右。 ）刃傾角s：在切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃

19、與基面間的夾角。當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)，s =0°；刀尖為主切刃上最高點(diǎn)時(shí)，s0°；刀尖為主切削刃上最低點(diǎn)時(shí)，s0°（如圖5所示）。刃傾角一般在-10°5°之間選取。刃傾角的選擇原則：主要看加工性質(zhì)，粗加工時(shí)，工件對(duì)車刀沖擊大，s 0°，精加工時(shí)，工件對(duì)車刀沖擊力小，s 0°，一般取s =0°。 3、主剖面系刀具幾何角度繪制：1）理解基面、切削平面、主剖面的建立：2）主剖面系幾何角度：（二）法剖面系刀具幾何角度法平面Pn：過(guò)切削刃選定點(diǎn)，并垂直于切削刃的平面。（三）進(jìn)給、切深面系刀具幾何角度進(jìn)給剖面Pf：過(guò)切

20、削刃選定點(diǎn)，平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向，并垂直于基面Pr的平面；切深剖面Pp：過(guò)切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于假定工作平面Pf與基面Pr的平面。（四）常用幾種車刀幾何角度舉例1、45°車刀幾何角度圖形：2、90°車刀幾何角度圖形：3、切斷刀幾何角度圖形：三、刀具工作角度參考系刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng)e或刀具安裝位置條件來(lái)確定工作參考系的基面pre。由于工作基面的變化，將帶來(lái)工作切削平面pse的變化，從而導(dǎo)致工作前角oe、工作后角oe 的變化。研究刀具工作角度的變化趨勢(shì)，對(duì)刀具的設(shè)計(jì)、改進(jìn)

21、、革新有重要的指導(dǎo)意義。刀具工作參考系工作基面Pre ：通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)速度方向的平面。工作切削平面Pse：通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。工作正交平面Poe：通過(guò)切削刃上的選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于工作基面、工作切削平面的平面。刀具工作角度的定義與標(biāo)注角度類似。在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度（oe 、oe 、re、re、oe 、se）的變化，對(duì)刀具角度設(shè)計(jì)補(bǔ)償量以及對(duì)切削加工過(guò)程的影響情況。在車削（切斷、車螺紋、車絲杠）、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對(duì)工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。工作參考系下的刀具幾何角度

22、即刀具的工作角度。(1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響1)橫向進(jìn)給時(shí)，工作參考系為：、工作參考系內(nèi)的工作角度為：為合成切削速度角：2)縱向進(jìn)給時(shí)，刀具工作角度參考系，傾斜了一個(gè)角，則工作角度為：(2)刀具安裝對(duì)工作角度的影響當(dāng)?shù)毒甙惭b高于工件中心或低于工件中心時(shí)，工作前角、后角都會(huì)有變化。 此外，刀柄中心線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，工作主、副角將發(fā)生變化;工件形狀也影響刀具工作角度。1、刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響（即：刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響）oe=o+oe=o-=arcsin2h/dw2、 刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響（即：刀柄軸線與進(jìn)給方向不垂直時(shí)對(duì)工作角度的影響）re=r+re=r-

23、 3、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響切斷刀切斷工件時(shí)，若不考慮刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則：oe =o，即工作前角和工作后角與刀具的前后角相等，刀具的切削平面和基面不發(fā)生變化。但在鏟背加工中，由于橫向進(jìn)給量大，所以對(duì)車刀工作角度有明顯的影響，刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡為阿基米德螺旋線，這時(shí)切削平面為通過(guò)切削刃A點(diǎn)切于螺旋面的平面，基面則為螺旋面的法向平面，當(dāng)?shù)毒咴诼菪矫鎯?nèi)切削時(shí)，從上圖當(dāng)中可以看出其工作角度的變化情況：工作前角增大，而減小。               

24、;                              即    由切削速度與進(jìn)給速度組成的合成速度切與阿基米德螺旋面的過(guò)渡表面，包含的工作切削平面與靜態(tài)切削平面間的夾角為。同樣，垂直于合成速度工作基面與靜態(tài)基面間的夾角也為，在如圖所示的矢量三角形中：由

25、（1-2）式和（1-3）式得：                                               

26、60;                                   式中：進(jìn)給量，單位為mm/r；切削過(guò)程中不斷地減小著的工件半徑，單位為mm。由公式（1-4）可知工件直徑與刀具的進(jìn)給量f成正比，而與成反比。而夾角的取值范圍又在0450內(nèi)變化

27、，是個(gè)單調(diào)增函數(shù)。刀具在螺旋平面內(nèi)切削時(shí)，當(dāng)切削刃越接近工件中心時(shí)，越大，那么這樣一來(lái)是逐漸增大的，由于橫向進(jìn)給量大，就有可能會(huì)增大，這與我們實(shí)際不相符，工件直徑應(yīng)該是逐漸減小才是，為了克服這樣的矛盾，我們?yōu)榇顺３?huì)增大鏟背車刀的刃磨后角，即=0;180。這樣刀具在螺旋平面內(nèi)切削時(shí)，夾角的增量才有可能會(huì)更大，進(jìn)而值才會(huì)減小。而對(duì)與切槽和不切削到工件中心的車端面，由于較小較大，所以工作角度變化較小，可以忽略不計(jì)。4、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響其中：Pse：工作切削平面；Pre：工作基面。左側(cè)后角：左側(cè)前角：左側(cè)工作前角：左側(cè)工作后角：右側(cè)后角：右側(cè)前角：右側(cè)工作前角：右側(cè)工作后角P：螺紋導(dǎo)程（

28、方牙螺紋為單頭，單位為mm）：方牙螺紋兩側(cè)的螺旋升角刀具在車削方牙螺紋時(shí)，方牙螺紋兩側(cè)均為螺旋升角為的阿基米德螺旋線，刀具靜態(tài)狀態(tài)與工作狀態(tài)間的夾角也為，左、右兩側(cè)工作切削平面中的合成速度切于阿基米德螺旋面，即面傾斜了角，左、右兩側(cè)切削刃的工作基面也傾斜了角。于是，螺紋車刀左、右切削刃工作角度將發(fā)生變化：左側(cè)切削刃的工作前角和工作后角分別為：                     &#

29、160;                                右側(cè)切削刃的工作前角和工作后角分別為：              &

30、#160;                                                 &

31、#160;             (2-2)在如圖矢量三角形中：                                 

32、0; 式中：方牙螺紋的中徑，單位為mm         刀具靜態(tài)狀態(tài)與工作狀態(tài)間的夾角           P螺紋導(dǎo)程（方牙螺紋為單頭，單位為mm）因?yàn)榉窖缆菁y的較大（幾度到十幾度），所以就有增大的可能性，又因?yàn)楹蜑槎ㄖ担赃@時(shí)會(huì)產(chǎn)生矛盾。為此，為抵消工作時(shí)刀具角度的變化，螺紋車刀兩側(cè)切削刃的靜態(tài)后角應(yīng)事先刃磨得不一樣大小，但其右側(cè)切削刃的工作前角仍負(fù)得相當(dāng)多。為改善切削條件，可在螺紋車刀右側(cè)切削刃上加磨

33、靜態(tài)前角（圖3a），或?qū)⒙菁y車刀傾斜角安裝（圖3b）。在后者情況下兩側(cè)切削刃上的工作前角、工作后角就等于其刃磨前角和刃磨后角(靜態(tài)角度，即標(biāo)注角度)了。                                     &#

34、160;     圖3螺紋車刀靜態(tài)狀態(tài)的調(diào)整而對(duì)于縱車外圓，由于進(jìn)給量f較小、工件直徑有比較大，所以工作角度變化甚小，可以忽略不計(jì)。項(xiàng)目4切削方式一、 自由切削與非自由切削1、 自由切削只有一條直線切削刃參加切削工作，這種情況稱之為自由切削。切金屬的變形基本上發(fā)生在二維平面內(nèi)。切削刃為曲線，或有幾條切削刃（包括副切削刃）都參加了切削，金屬變形更為復(fù)雜，且發(fā)生在三維空間內(nèi)。2、非自由切削主切削刃和副切削刃同時(shí)參加切削，稱之為非自由切削。非自由切削時(shí)，主切削刃與副切削刃交匯處金屬變形相互干涉，從而變形比較復(fù)雜。實(shí)際切削通常都是非自由切削。二、正切削與倒切削1

35、、正切削背吃刀量ap遠(yuǎn)大于進(jìn)給量f的切削方式稱為正切削。正切削時(shí)切屑沿著接近正交平面方向流出（圖1-20a），前述刀具幾何角度的定義均為正切削得出。2、倒切削背吃刀量ap遠(yuǎn)小于進(jìn)給量f的切削方式稱為倒切削（圖1-20b）。倒切削時(shí)，切屑沿著接近副正交平面方向流出，原來(lái)的副切削刃起主切削刃的作用，原來(lái)的主切削刃卻變?yōu)楦鼻邢魅辛?。這種倒切削常見(jiàn)于寬刃大進(jìn)給切削中。三、直角切削與斜角切削1、直角切削 所謂直角切削是指刀刃垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)方向的切削方式，如圖 1-21左所示，直角切削時(shí)，其刀刃刃傾角s=0 。2、斜角切削斜角切削時(shí)刀刃不垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)方向，即s

36、60;0 ，如圖 1-21右所示。直角切削方式，其切屑流出方向在刀刃法平面內(nèi)；而斜角切削方式，切屑流出方向不在法平面內(nèi)。當(dāng)s0是的刀具進(jìn)行切削都是斜角切削。良刃傾角s較大時(shí)（如S=450750時(shí)），斜角切削具有刃口鋒利，實(shí)際前角明顯增大，排屑輕快等優(yōu)點(diǎn)。尤其當(dāng)s>750時(shí)，實(shí)際前角oe接近于刃傾角s。目前使用較多的大刃傾角（s=750850）、薄切削（ap=0.11mm），f為幾十mm）精刨平面，實(shí)現(xiàn)以刨代磨就是利用這個(gè)原理。教學(xué)過(guò)程教學(xué)后記【課題實(shí)施的自我反思。本次課教法、學(xué)法、感想小結(jié)，包括成功的地方、需要改進(jìn)的地方，教學(xué)效果分析、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)歸納、設(shè)想與改進(jìn)措施等。

37、】末頁(yè)第二章 刀具材料課題第二章 刀具材料課時(shí)4課時(shí)首頁(yè)教學(xué)內(nèi)容1、刀具材料應(yīng)具備的性能；2、常用刀具材料及其性能。目的要求1、掌握常用刀具材料的種類；2、掌握常用刀具材料性能及應(yīng)用：高速鋼 硬質(zhì)合金。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)為：常用刀具材料性能及應(yīng)用：高速鋼 硬質(zhì)合金。難點(diǎn)為：高速鋼 硬質(zhì)合金等常用刀具材料的合理應(yīng)用。教具講述法。使用多媒體課件。時(shí)間分配2X90分鐘教學(xué)進(jìn)程項(xiàng)目1 結(jié)論教學(xué)目標(biāo)1、刀具材料應(yīng)具備的性能； 2、掌握常用刀具材料性能及應(yīng)用：高速鋼 硬質(zhì)合金。第二章 刀具材料刀具材料一般是指刀具切削部分的材料在切削過(guò)程中，刀具擔(dān)負(fù)著切除工件上多余金屬以形成已加工表面的任務(wù)。刀具的切削性能好壞，

38、取決于刀具切削部分的材料、幾何參數(shù)以及結(jié)構(gòu)的合理性等。刀具材料對(duì)刀具壽命、加工生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量以及加工成本都有很大影響，因此必須合理選擇。刀具材料的發(fā)展受著工件材料發(fā)展的促進(jìn)和影響。一、刀具材料應(yīng)具備的性能1. 高的硬度和耐磨性 2. 足夠的強(qiáng)度和韌性3. 高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）4. 良好的物理特性5. 良好的工藝性6. 經(jīng)濟(jì)性高的硬度和耐磨性：硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑，其硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用刀具的切削刃的硬度，刀具材料常溫硬度一般要求大于60HRC。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來(lái)說(shuō)，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。組織中硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物

39、、氮化物等）的硬度越高，數(shù)量越多，顆粒越小，分布越均勻，則耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性實(shí)際上不僅取決于它的硬度，而且也和它的化學(xué)成分、強(qiáng)度、顯微組織及摩擦區(qū)的溫度有關(guān)。足夠的強(qiáng)度和韌性：為承受切削負(fù)荷、振動(dòng)和沖擊，刀具材料必須具備足夠的強(qiáng)度和韌性。高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）：耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。它是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能。刀具材料的高溫硬度愈高，則刀具的切削性能愈好，允許的切削速度也愈高。 除高溫硬度外，刀具材料還應(yīng)具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力，即刀具材料應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。良好的物理特性：刀具材料應(yīng)具備良好的導(dǎo)熱性、

40、大的熱容量以及優(yōu)良的熱沖擊性能。良好的工藝性能：為便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削加工性能等等。經(jīng)濟(jì)性：經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一。刀具材料的發(fā)展應(yīng)結(jié)合本國(guó)資源。有的刀具（如超硬材料刀具）雖然單件成本很貴，但因其使用壽命很長(zhǎng)，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的成本不一定很高。因此在選用時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)效果。此外，在切削加工自動(dòng)化和柔性制造系統(tǒng)中，也要求刀具的切削性能比較穩(wěn)定和可靠，有一定的可預(yù)測(cè)性和高度的可靠性。 二、常用刀具材料工具鋼：包括碳素工具鋼（如T10A、T12A）、合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn）高速鋼硬質(zhì)合：有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷

41、類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷超硬刀具材料：金剛石及立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼因耐熱性低而常用于手工工具。陶瓷、金剛石及立方氮化硼目前僅用于超硬工件的加工。目前最常用的是高速鋼和硬質(zhì)合金。1、高 速 鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)6266HRC，抗彎強(qiáng)度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性 、耐磨性 、耐熱性。切削溫度在500650°C時(shí)仍能進(jìn)行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。高速鋼的分類 按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工

42、藝可分為：熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為：鎢系和鎢鉬系。通用型高速鋼這類高速鋼含碳量為0.70.9，合金元素主要成分有W、Mo、Gr、V等。主要牌號(hào)：鎢鋼：W18Cr4V（1841）由于鎢價(jià)高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國(guó)內(nèi)外已很少采用。鎢鉬鋼 ：它是鎢鋼中部分鎢用鉬取代而獲得的一種高速鋼。典型牌號(hào)W6Mo5Cr4V2（6542），簡(jiǎn)稱M2鋼。強(qiáng)度、韌性、熱塑性好，但熱處理時(shí)易脫炭、氧化，且淬火溫度范圍窄等，用于熱軋刀具或熱成形刀具。另一種是W9Mo3Cr4V（9341）簡(jiǎn)稱W9。其碳化物均勻界于M2與W18之間，熱穩(wěn)定性優(yōu)于M2。 高性能高速鋼高

43、性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)6770HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。典型牌號(hào)：高碳高速鋼9W6Mo5Cr4V2高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3鈷高速鋼W6Mo5Cr4V2Co5、W18Cr4VCo5超硬高速鋼W2Mo9Cr4VCo8（M42）W6Mo5Cr4V2Al（501）可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。優(yōu)點(diǎn)1. 可有效地解決一般熔煉高速鋼在鑄造時(shí)要產(chǎn)生的粗大碳化物共晶偏析，得到細(xì)小均勻的結(jié)晶組織。這就使

44、這種鋼有良好的力學(xué)性能。強(qiáng)度和韌性分別是熔煉鋼的2倍和2.53倍。2. 這種鋼的磨加工性很好，磨削表面粗糙度可顯著減小。3. 由于粉冶鋼物理力學(xué)性能的高度各向同性，可減小淬火時(shí)的變形（只及熔煉鋼的1/21/3）。4. 粉冶鋼的耐磨性可提高20%30%。5. 適用于制造精密刀具、大尺寸（滾刀、插齒刀）刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。2、硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物（碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等）和金屬粘結(jié)劑（Co、Mo、Ni等）用粉末冶金工藝制成。特點(diǎn)：硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為8993HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)8001000

45、6;C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高510倍，切削鋼時(shí)，切削速度可達(dá)220m/min。 硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造。硬質(zhì)合金分為類P類，用于加工長(zhǎng)切屑（塑性）黑色金屬。相當(dāng)我國(guó)YT類硬質(zhì)合金； K類，用于加工短切屑（脆性）黑色金屬、有色金屬和非金屬材料。相當(dāng)于我國(guó)的YG類；M類，可加工長(zhǎng)切屑和短切屑黑色金屬和有色金屬。相當(dāng)于我國(guó)的YW類。 K類：鎢鈷類硬質(zhì)合金 代號(hào)為YG。這類合金是由WC和Co組成。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。我國(guó)生產(chǎn)的常用牌號(hào)有YG3X、YG6X、YG6、YG8等，含Co量分別為3

46、%、6%、6%、8%。YG（K）類硬質(zhì)合金，有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性。硬度為8991.5HRA，抗彎強(qiáng)度為1.11.5GPa比YT類高。適合于加工產(chǎn)生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。如黑色金屬、有色金屬以及非金屬材料，低速時(shí)也可加工鈦合金等耐熱鋼。P類：鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 代號(hào)為YT。它以WC為基體，添加TiC，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成，常用牌號(hào)有YT5、YT14、YT15及YT30，TiC含量分別為5%、14%、15%和30%，相應(yīng)的鈷含量為10%、8%、6%及4%主要用于加工鋼料；不宜加工不銹鋼和鈦合金；適合于精加工。這類合金的硬度為89.592.5HRA，抗彎強(qiáng)度為0.91.4GPa

47、。隨著合金成分中TiC含量的提高和Co含量的降低，硬度和耐磨性提高，抗彎強(qiáng)度則降低 。YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點(diǎn)是耐熱性好。M類：鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金 代號(hào)為YW。它在YT（P）類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，這樣可提高抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。以上三類硬質(zhì)合金的主要成分都是WC，故可統(tǒng)稱為WC基硬質(zhì)合金。YN類硬質(zhì)合金（ TiC 基硬質(zhì)合金）：這類合金是TiC為主要硬質(zhì)相，以Ni或Mo為粘結(jié)相制成的合金。它比WC基合金有高的耐磨性、耐熱性和高的硬度（近似陶瓷），但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差。通常適用于鋼和鑄鐵的半精加工和精加工。代表牌號(hào)為YN05和YN10。硬質(zhì)合金的選用YG類硬質(zhì)合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料。YT類硬質(zhì)合金適于加工鋼料。YW類硬質(zhì)合金則主要用于加工耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。硬質(zhì)合金中含鈷量增多（WC、TiC含量減少）時(shí)，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度增高（硬度及耐熱性降低），適合于粗加工。含鈷量減少（WC、Tic含量增加）時(shí)，其硬度、耐磨性及耐熱性增加（強(qiáng)度及韌性降低），適合于作精加工用。在加工含鈦的不銹鋼（如1Cr18Ni9Ti）和鈦合金時(shí)，不宜采用YT類硬質(zhì)合金。3、涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金