第5章金屬切削刀具

1、機械制造裝備設(shè)計機械制造裝備設(shè)計第第5 5章章 金屬切削刀具金屬切削刀具25.15.25.3 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素切削基本理論的應(yīng)用切削基本理論的應(yīng)用 刀具材料刀具材料 本章分六個小節(jié)：本章分六個小節(jié)：5.45.55.6 各種常用刀具各種常用刀具磨具磨具 數(shù)按刀具及其工具系統(tǒng)數(shù)按刀具及其工具系統(tǒng)3 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素切削運動與切削用量切削運動與切削用量v 切削運動與切削層 切削加工時，按工件與刀具的相對運動所起的作用不同，切削運動可分為主運動與進給運動。 （1）主運動 （2）進給運 （3）合成切削運動 （4） 輔助運動即將被切除

2、的表面 由切削刃正在形成的表面 切削后形成的表面 4 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素 不同切削形式的主運動和進給運動5 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素v 切削用量 切削用量是用來表示切削運動、調(diào)整機床參數(shù)的參量，可用它對主運動和進給運動進行定量表述。切削用量包括切削速度、進給量和背吃刀量三要素 （1）切削速度 指切削刃選定點相對于工件主運動的瞬時速度，單位為m/s或m/min。 （2）進給量 進給量為刀具在進給運動方向上相對工件的位移量，可用工件每轉(zhuǎn)（行程）的位移量來度量，單位為mm/r。 （3）背吃刀量（切削深度） 已加工表面與待加工表面之

3、間的垂直距離，稱為背吃刀量（mm）。 6 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素 刀具的幾何參數(shù)刀具的幾何參數(shù)v 刀具的分類 切削加工時，按工件與刀具的相對運動所起的作用不同，切削運動可分為主運動與進給運動。 1. 根據(jù)工件加工表面的形式不同分類 （1）各種外表面（平面、旋轉(zhuǎn)體表面、溝槽和臺階等）加工刀具。 （2）孔加工刀具。 （3）螺紋加工刀具。 （4）齒輪加工刀具。 （5）切斷刀具。7 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素 2. 根據(jù)切削運動方式和相應(yīng)的刀刃形狀分類 （1）通用刀具。如車刀、刨刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀和鋸等。 （2）成形刀具。如成形車

4、刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和螺紋加工刀具等。 （3）展成刀具。如滾刀、插齒刀、剃齒刀等。 3. 根據(jù)使用場合不同分類 （1）標準通用刀具。 （2）標準專用刀具。 （3）專用刀具。8 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素v 刀具的組成 任何刀具通常由刀頭和刀體兩部分組成。 （1）刀頭部分。即切削部分，由于切削時的工作環(huán)境很惡劣，要求根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的刀具材料，并加工成合理的幾何形狀。 （2）刀體部分。刀體部分的作用除了起支撐刀頭部分之外，還是被夾持和定位的部位。9 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素v 刀具的切削部分 刀具投入切削工作的僅

5、僅是靠近刀尖的一部分區(qū)域，稱為刀具的切削部分。刀具的切削部分是一個實體，它像六面體的一個角，是由三個面組成的實體。（1）前面（2）主后面（3）副后面（4）主切削刃（5）副切削刃（6）刀尖10 5.1 刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素 刀具角度及工作角度刀具角度及工作角度v 刀具角度 用刀具前面、后面和切削刃相對各基準坐標平面的夾角來表示它們在空間的位置，這些夾角就是刀具切削部分的幾何角度。 用于確定刀具幾何角度的參考系有兩類： 刀具靜止參考系，是用于定義刀具在設(shè)計、制造、刃磨和測量時刀具幾何參數(shù)的參考系。 刀具工作參考系，是規(guī)定刀具進行切削加工時幾何參數(shù)的參考系。11 5.1

6、刀具的幾何角度及切削要素刀具的幾何角度及切削要素v 刀具工作角度 切削過程中，由于刀具的安裝位置、刀具與工件間相對運動情況的變化，實際起作用的角度與標注角度有所不同，稱這些角度為工作角度。 圖圖5.7 刀柄中心線不垂直進給方向刀柄中心線不垂直進給方向 圖圖5.8 車刀安裝高低對前角、后角的影響車刀安裝高低對前角、后角的影響12 5.2 切削基本理論的應(yīng)用切削基本理論的應(yīng)用 工件材料的切削加工性工件材料的切削加工性 工件材料切削加工性是指在一定的切削條件下，對工件材料進行切削加工的難易程度。v 切削加工性評定的主要指標 工件材料切削加工性可以從多方面進行評定。不同加工情況，可采用不同的指標衡量。

7、 粗加工時，通常采用刀具耐用度指標； 精加工時，通常采用加工表面質(zhì)量指標。13 5.2 切削基本理論的應(yīng)用切削基本理論的應(yīng)用 在刀具耐用度指標中以相對加工性（用Kr表示）使用最為方便。 加工等加工等級級工件材料分類工件材料分類相對切削加工相對切削加工性性代表性材料代表性材料1很容易切削的材很容易切削的材料料一般非鐵材料一般非鐵材料 3.05-5-5銅鉛合金、鋁鎂銅鉛合金、鋁鎂合金合金2容易切削的材料容易切削的材料易切鋼易切鋼2.53.0退火退火15Cr、自動機鋼、自動機鋼3輕易切鋼輕易切鋼1.62.5正火正火30鋼鋼4普通材料普通材料一般鋼、鑄鐵一般鋼、鑄鐵1.01.645鋼、灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼鋼

8、、灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼5稍難切削的材稍難切削的材料料0.651.0調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)2Cr13、85鋼鋼6較難切削的材料較難切削的材料較難切削的材較難切削的材料料0.50.65調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)45Cr、調(diào)質(zhì)、調(diào)質(zhì)65Mn7難切削材料難切削材料0.150.51Cr18Ni9Ti、調(diào)質(zhì)、調(diào)質(zhì)50CrV8很難切削材料很難切削材料600MPa粗加工粗加工5760800.20.4YT類類粗加工粗加工23801200.20.4精加工精加工261201500.10.2碳素鋼碳素鋼Rm600MPa鉆中心鉆中心孔孔500800W18Cr4V鉆孔鉆孔25300.10.2切斷（寬度切斷（寬度5mm）7011000.10.1YT類類碳素鋼碳

9、素鋼Rm200MPa粗加工粗加工50700.20.4YG類類精加工精加工701000.10.2切斷（寬度切斷（寬度5mm）50700.10.220 5.3 刀具材料刀具材料 刀具材料是指刀具切削部分的 材料使刀具具有良好的性能，必須 合理選用刀具材料。 21 5.3 刀具材料刀具材料 刀具材料就具備的性能刀具材料就具備的性能 模塊化設(shè)計特點高的硬度和耐磨性 足夠的強度和韌性高的耐熱性(熱穩(wěn)定性)良好的工藝性 良好的經(jīng)濟性 22 5.3 刀具材料刀具材料 常用的刀具材料常用的刀具材料 刀具材料種類很多，主要有工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等幾種類

10、型。目前，生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。 v 高速鋼 高速鋼是一種加入較多的鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼，有較高的熱穩(wěn)定性；有較高的強度、韌性，具有一定的硬度和耐磨性；其制造工藝簡單，可鍛造，對于形狀復雜的工具，如鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等尤為重要，是制造這些刀具的主要材料。 23 5.3 刀具材料刀具材料高速鋼按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。 類別類別牌號牌號常溫度常溫度/HRC抗彎強度抗彎強度/Gpa沖擊韌性沖擊韌性/MJm-2高溫硬度高溫硬度600C/HRC通用高速通用高速鋼鋼W

11、18Cr4V636633.40.180.3248.5W6Mo5Cr4V263663.540.30.44748W14Cr4Mn-Re646640.2548.5高高性性能能高高速速鋼鋼高高碳碳9W18Cr4V666833.40.170.2251高高釩釩W12Cr4V4Mo63663.20.2551超超硬硬W6Mo5Cr4V2Al67692.93.90.230.355W10Mo4Cr4V3Al67693.13.50.20.2854W2Mo9Cr4VCo8676923.80.230.35524 5.3 刀具材料刀具材料v 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是由高硬度、難熔的金屬碳化物（如WC、TiC）的粉末，用Co、

12、Mo、Ni等作粘接劑，按一定比例混合，壓制成形，在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。 硬質(zhì)合金按其化學成分與使用性能可分為4類： （1）鎢鈷類YG（WC+Co） （2）鎢鈦鈷類YT（WC+Ti+Co） （3）添加稀有金屬碳化物類YW（WC+TiC+TaC/NbC+Co） （4）碳化鈦基類等。25 5.3 刀具材料刀具材料v 涂層刀具材料 涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金體，或者高速鋼基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物而獲得的。這是解決硬質(zhì)合金硬度與沖擊韌性之間的矛盾比較經(jīng)濟的辦法，使用效果很好，近年發(fā)展很快。v 其他刀具材料 （1） 陶瓷 有純Al2O3陶瓷及Al2O3-TiC混合陶瓷兩種，以

13、其微粉在高溫下燒結(jié)而成。26 5.3 刀具材料刀具材料v 其他刀具材料 （2）金剛石 金剛石是一種碳的同素異形體，是目前自然界中最硬的材料，天然金剛石價格昂貴，使用很少。 （3）立方氮化硼 立方氮化硼是由軟的六方氮化硼（俗稱白石墨）在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成。 27 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 概述概述v 刀具的作用 金屬切削加工是現(xiàn)代機械制造工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種加工方法，一般占機械制造總工作量的50%以上。 金屬切削刀具直接參與切削過程，是從工件上切除多余金屬層的重要工具。無論是普通車床，還是先進的數(shù)控機床或是加工中心，以至柔性制造系統(tǒng)，都必須依靠刀具才能完成各種切削過程。 28

14、 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 刀具的分類 較能反映刀具共同特征的是按刀具用途和加工方法分類： （1）切刀 切刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一類基本刀具，其特點是結(jié)構(gòu)比較簡單，只有一條連續(xù)的直線刀刃或曲線刀刃，它屬于單刃刀具。切刀包括車刀、刨刀、鏜刀、成形車刀及自動機床和專用機床用的切刀，而車刀最有代表性。 （2）孔加工刀具 孔加工刀具包括從實體材料上加工出孔的刀具，如鉆頭，以及對已有孔進行加工的刀具，如擴孔鉆、鉸刀等。29 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 刀具的分類 （3）拉刀 拉刀是一種高生產(chǎn)率的多齒刀具，它可用于加工各種形狀的通孔，各種直槽或螺旋槽的內(nèi)表面，也能加工各種平的或曲線

15、的外表面。 （4）銑刀 銑刀可用于各種銑床上加工各種平面，臺肩、溝槽，進行切斷以及成形表面，銑刀屬于多刃刀具，它同時參加切削的刀刃總長度較長，生產(chǎn)效率較高。 （5）齒輪刀具 齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。 30 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 刀具的分類 （6）螺紋刀具 螺紋刀具用于加工內(nèi)、外螺紋。它有兩類：一類是利用切削加工方法來加工螺紋的刀具，如螺紋車刀、絲錐、板牙和螺紋切頭等；另一類是利用金屬塑性變形方法來加工螺紋的刀具，如滾絲輪、搓絲扳等。 （7）磨具 磨具是磨削加工的主要工具，它包括砂輪、砂帶、油石等。 （8）銼刀 銼刀是鉗工用的主要工具。 31 5.4 各種常用刀具各種常用

16、刀具 車刀車刀 按照用途分類： 有外圓車刀、 車槽車刀、 螺紋車刀、 內(nèi)孔車刀。 32 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 車刀車刀 按結(jié)構(gòu)分類： 有整體車刀、 焊接車刀、 焊接裝配式車刀、 機夾車刀、 可轉(zhuǎn)位車刀。 名稱名稱特點特點適用場合適用場合整體式整體式用整體高速鋼制造，刃口可磨的較鋒利用整體高速鋼制造，刃口可磨的較鋒利小型車床或加工有色金屬小型車床或加工有色金屬焊接式焊接式焊接硬質(zhì)合金或高速刀片，結(jié)構(gòu)緊湊，適用靈活焊接硬質(zhì)合金或高速刀片，結(jié)構(gòu)緊湊，適用靈活各類車刀特別是小刀具各類車刀特別是小刀具機夾式機夾式避免了焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，裂紋等缺陷，刀柄利用率高，避免了焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，裂紋等缺陷

17、，刀柄利用率高，刀片集中刃磨獲得所需參數(shù)刀片集中刃磨獲得所需參數(shù)外圓、端面、鏜孔、螺紋車刀等外圓、端面、鏜孔、螺紋車刀等可轉(zhuǎn)位式可轉(zhuǎn)位式避免了焊接刀的缺點，切削刃磨鈍后刀片可快速避免了焊接刀的缺點，切削刃磨鈍后刀片可快速 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位，無需刃磨刀具，生產(chǎn)率高，斷屑穩(wěn)定，可使用涂層刀片無需刃磨刀具，生產(chǎn)率高，斷屑穩(wěn)定，可使用涂層刀片大中型車床加工外圓、端面、鏜大中型車床加工外圓、端面、鏜孔，孔，特別適用于自動線、數(shù)控機床特別適用于自動線、數(shù)控機床33 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 成形車刀成形車刀 成型車刀是一種專用刀具，它的輪廓形狀需要根據(jù)加工零件的廓形設(shè)計。成型車刀主要用在各類普通車床、自動

18、車床上加工回轉(zhuǎn)體零件的內(nèi)外成型表面。 成型車刀與普通車刀相比有下列特點： （1）加工精度穩(wěn)定 （2）生產(chǎn)效率高 （3）刀具使用壽命長 （4）刃磨簡單 （5）成型車刀的制造比較麻煩，成本較高，故一般只用于成批或大量生產(chǎn)中。 34 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 成形車刀成形車刀 徑向成型車刀按其結(jié)構(gòu)和形狀又可分為三大類。平體成型車刀、棱形成型車刀、圓形成型車刀 圖5.16 平體成型車刀 圖5.17 棱形成型車刀 圖5.18 圓形成型車刀35 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 孔加工刀具孔加工刀具 金屬切削中，孔加工占有很大比重?？准庸さ毒叩姆N類很多，按其用途可分為兩大類。一類是把實心材料加工出

19、孔的刀具，如麻花鉆、扁鉆、深孔鉆等；另一類是對工件已有孔進行再加工的刀具，如擴孔鉆、鏜刀、鉸刀等。v 麻花鉆 麻花鉆是應(yīng)用最廣泛的孔加工刀具，一般用于加工精度較低的孔，或用于加工較高精度孔的預(yù)制孔。 36 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 （1）麻花鉆的結(jié)構(gòu) 標準麻花鉆由柄部、頸部及工作部分組成。 圖5.20 麻花鉆的構(gòu)成1前面 2、8副切削刃（棱邊） 3、7主切削刃 4、6后面 5橫刃 9副后面37 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 擴孔鉆 擴孔鉆是用于擴大徑孔、提高孔質(zhì)量的刀具。它用于孔的最終加工或鉸孔、磨孔前的預(yù)加工。擴孔鉆的加工精度為IT9IT10，表面粗糙度Ra為3.26.3。 3

20、8 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 锪鉆 锪鉆是對孔的端面進行平面、柱面、錐面及其他型面加工。在已加工出的孔上加工圓柱形沉頭孔、錐形沉頭孔和端面凸臺時，都使用锪鉆。 锪鉆分柱形锪鉆、錐形锪鉆、端面锪鉆三種。 （a）帶導柱平底锪鉆 （b）帶導柱90錐面锪鉆 （c）不帶導柱錐面锪鉆 （d）端面锪鉆39 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 鏜刀 鏜刀旋轉(zhuǎn)做主運動，工件或鏜刀作進給運動的切削加工方法稱為鏜削加工。 鏜刀的種類很多，一般可分為單刃鏜刀及多刃鏜刀兩大類。 40 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 鉸刀 根據(jù)使用方式可分為手用鉸刀和機用鉸刀兩種；根據(jù)鉸刀的結(jié)構(gòu)可分為整體式鉸刀、套式鉸刀和

21、可調(diào)節(jié)式鉸刀三種；根據(jù)制造材料可分為高速鋼鉸刀和硬質(zhì)合金鉸刀；根據(jù)鉸刀的用途可分為圓柱鉸刀和錐度鉸刀。 41 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 拉刀 以圓拉刀為例，圓孔拉刀由工作部分和非工作部分組成。（1）工作部分 1）切削部分 2）校準部分（2）非工作部分 42 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 銑刀銑刀 銑刀是一種應(yīng)用很廣泛的多齒多刃刀具，其每一個刀齒都相當于將一把單刃刀具固定在銑刀的回轉(zhuǎn)表面上。銑削加工時，銑刀繞其軸線轉(zhuǎn)動(主運動)，而工件則做進給運動。 43 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 分類及應(yīng)用 （a）圓柱銑刀；（）圓柱銑刀；（b）硬質(zhì)合金面銑刀；（）硬質(zhì)合金面銑刀；（c）

22、錯齒三面刃銑刀；（）錯齒三面刃銑刀；（d）立銑刀；）立銑刀；（e）鍵槽銑刀；（）鍵槽銑刀；（f）半圓鍵槽銑刀；（）半圓鍵槽銑刀；（g）鋸片銑刀；（）鋸片銑刀；（h）角度銑刀；（）角度銑刀；（i）成形銑刀）成形銑刀44 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 銑削的工藝特點及應(yīng)用 （1）銑刀是多齒刀具，銑削過程中多個刀齒同時參加切削，無空行程。硬質(zhì)合金銑刀可以實現(xiàn)高速切削，所以通常情況下生產(chǎn)率高于刨削。（2）銑削加工范圍很廣?？杉庸づ傧鳠o法加工或難加工的表面。例如可銑削周圍封閉的內(nèi)凹平面、圓弧形溝槽、具有分度要求的小平面或溝槽等。（3）銑削力變動較大，易產(chǎn)生振動，切削不平穩(wěn)。（4）銑床、銑刀比刨床、

23、刨刀結(jié)構(gòu)復雜，且銑刀的制造與刃磨比刨刀困難，所以銑削成本比刨削高。（5）銑削與刨削的加工質(zhì)量大致相當，經(jīng)粗、精加工后都可達到中等精度。 45 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 銑削方式 （1）圓柱銑刀銑削 圓柱銑刀銑削時，工件的進給方向與銑刀轉(zhuǎn)動方向一致的稱為順銑。方向相反的則稱為逆銑。 46 5.4 各種常用刀具各種常用刀具v 銑削方式 （2）對稱銑削與不對稱銑削 1）對稱銑削 2）不對稱逆銑 3）不對稱順銑 47 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 螺紋車刀螺紋車刀 車螺紋是螺紋加工的基本方法。 安裝螺紋車刀時，應(yīng)使刀尖與工件軸線等高，否則會影響螺紋的截面形狀，并且刀尖的平分線要與工件軸線

24、垂直。如果車刀裝得左右歪斜，車出來的牙形就會偏左或偏右。為了使車刀安裝正確，可采用樣板對刀。 48 5.4 各種常用刀具各種常用刀具 螺紋車刀螺紋車刀 車螺紋前要做好準備工作，首先把工件的螺紋外圓直徑按要求車好，然后用刀尖在工件上的螺紋終止處刻一條微可見線，以它作為車螺紋的退刀標記，最后將端面處倒角，裝夾好螺紋車刀后，就可以按下圖所示的方法與步驟進行車削： 49 5.5 磨具磨具 磨削是用帶有磨粒的工具（砂輪、砂帶、油石等）對工件進行加工的方法。磨具分砂輪、油石、磨頭、砂瓦、砂布、砂紙、砂帶、研磨膏等幾類。 砂輪砂輪 砂輪是由細小而堅硬的磨料加結(jié)合劑用燒結(jié)的方法制成的疏松的多孔體。 50 5.

25、5 磨具磨具 （1）磨料 磨料是制造磨具的主要原料，直接擔負著切削工作。 （2）粒度 粒度是指磨料顆粒的尺寸，其大小用粒度號表示。 （3）結(jié)合劑 結(jié)合劑的作用是將磨料粘合成具有一定強度和形狀的砂輪。 （4）硬度 磨具的硬度是指磨具在外力作用下磨粒脫落的難易程度（又稱結(jié)合度）。 （5）組織 磨具的組織指磨具中磨粒、結(jié)合劑、氣孔三者體積的比例關(guān)系，以磨粒率（磨粒占磨具體積的百分率）表示磨具的組織號。 51 5.5 磨具磨具 （6）形狀與尺寸及代號 根據(jù)機床類型和加工需要，將磨具制成各種標準的形狀和尺寸。常用的幾種砂輪的形狀、代號和用途如下表所列。52 磨削過程磨削過程 磨削也是一種切削加工。砂輪表面上的每個磨粒相當于一個微小刀齒，磨粒上的每個棱角都相當于一個微小的切削刃，整個砂輪就相當于具有極多刀齒的銑刀，這些刀齒隨機地排列在砂輪的表面上。因此，磨