機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件

第2章制造工藝裝備金屬切削刀具機(jī)床機(jī)床夾具1熊良山等編《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課件第一頁(yè)，共二十六頁(yè)。2.1金屬切削刀具的基本知識(shí)2.1.1金屬切削加工的基本概念1.切削運(yùn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）與切削用量圖2-1外圓車削的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面圖2-2平面刨削的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面2華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第二頁(yè)，共二十六頁(yè)。切削速度Vc，進(jìn)給量f(或進(jìn)給速度Vf)和背吃刀量ap3華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第三頁(yè)，共二十六頁(yè)。切削運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng)2.工件表面待加工表面已加工表面過(guò)渡表面4華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第四頁(yè)，共二十六頁(yè)。3.切削層參數(shù)：

公稱厚度hD，公稱寬度bD，公稱橫截面積AD=hDbD=fap5華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第五頁(yè)，共二十六頁(yè)。2.1.2刀具角度（一）切削部分的組成前刀面Aγ主后刀面Aα副后刀面主切削刃S副切削刃S’刀尖6華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第六頁(yè)，共二十六頁(yè)。其他刀具可看作是車刀的演變和組合7華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第七頁(yè)，共二十六頁(yè)。（二）定義刀具角度的參考系刀具標(biāo)注角度參考系基面Pr切削平面Ps正交平面P0法平面Pn假定工作Pf背平面Pp8華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第八頁(yè)，共二十六頁(yè)。（三）刀具的標(biāo)注角度前角0：前刀面—基面（正交平面）后角

0：主后刀面—切削平面（正交平面）主偏角r

：主刃投影—假定進(jìn)給方向（基面）副偏角’r：主刃投影—假定進(jìn)給方向（基面）刃傾角s：主刃—基面（切削平面）9華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第九頁(yè)，共二十六頁(yè)。圖2-7車刀的主要標(biāo)注角度10華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十頁(yè)，共二十六頁(yè)。圖2-9橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響（四）刀具的工作角度11華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)。軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響12華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)。安裝高度的影響13華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)。刀桿中心線偏斜的影響14華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)。2.1.3刀具材料加工時(shí)要承受高溫、高壓、強(qiáng)烈的摩擦，沖擊和振動(dòng)。1.刀具材料應(yīng)具備的性能高的硬度

：比工件高，>HRC60高的耐磨性：耐用度足夠的強(qiáng)度和韌性：不崩刃，不斷高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）：高溫時(shí)可以加工

良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

良好的工藝性能：刀具制造成本低15華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)。常用刀具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。2.高速鋼表2-1含有較多鎢、鉬、烙、釩等元素的高合金工具鋼較高的硬度（熱處理硬度達(dá)HRC62—67）和耐熱性（切削溫度可達(dá)550—600o）切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高1—3倍（因此而得名），刀具耐用度高10—40倍，甚至更多可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的材料制造工藝簡(jiǎn)單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃在復(fù)雜刀具（鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等）的制造中占有重要地位。用途分：通用型高速鋼和高性能高速鋼制造工藝分：熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼16華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)。3.硬質(zhì)合金(表2-2)用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物（碳化鎢，碳化鈦，碳化鉭，碳化鈮等）與金屬粘結(jié)劑（鈷，鎳，鉬等）在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬度：HRA89-93，能耐850-1000oC的高溫，良好的耐磨性，切速可達(dá)100-300m/min，可加工包括淬硬鋼在內(nèi)的多種材料。廣泛應(yīng)用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，不鋒利，較難加工，不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具。常用的硬質(zhì)合金有鎢鈷類（YG類），鎢鈦鈷類（YT類）和通用硬質(zhì)合金（YW類）3類。17華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)。4.涂層刀具和其它刀具材料涂層刀具：耐磨性高的難熔金屬化合物耐用度至少可提高1—3倍（刀片），或2—10倍（高速鋼）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。人造金剛石：在高溫高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成極高的硬度（顯微硬度可達(dá)HV10000）和耐磨性，摩擦系數(shù)小，切削刃非常鋒利。很高的加工表面質(zhì)量。陶瓷材料：以氧化鋁為主要成分，經(jīng)壓制而成在1200°C時(shí)可保持HRA80的硬度，脆。熱穩(wěn)定性較差（不得超過(guò)700～800℃），與鐵元素的化學(xué)親和力很強(qiáng)，不宜加工鋼鐵件。加工硬質(zhì)合金。立方氮化硼：由六方氮化硼在高溫高壓下轉(zhuǎn)變而成硬度熱穩(wěn)定性很高（可達(dá)1300—1400°C）。最大的優(yōu)點(diǎn)：在高溫（1200—1300°C）時(shí)也不易與鐵族金屬起反應(yīng)。18華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)。2.1.4CVD金剛石切削刀具激光焊接金剛石圓鋸片人造金剛石單晶壽命相當(dāng)于硬質(zhì)合金刀具的100倍以上加工特性：刀刃強(qiáng)度高，能承受較單晶金剛石刀具更高的沖擊載荷。磨耗小，耐用度比硬質(zhì)合金高100倍以上，性能優(yōu)于PCD刀具?？梢远啻涡弈?，反復(fù)使用。用單晶金剛石刀具的研磨方法將刃部精細(xì)研磨拋光至Ra≤0.05um,被加工工件表面可達(dá)到鏡面光。熱導(dǎo)率>5W/cmK。熱穩(wěn)定性好，最高工作溫度800℃。19華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)。2.1.5刀具角度的選擇

1.選擇前角g02.選擇后角αo3.選擇主偏角κr和副偏角κ′r4.選擇刃傾角ls

應(yīng)當(dāng)指出，刀具各角度之間是相互聯(lián)系，相互影響的，孤立地選擇某一角度并不能得到所希望的合理值。20華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)。

1.前角g0影響：切削的難易程度-很大。↖前角，使刀刃變得鋒利，使切削更輕快，切屑變形↘，切削力和切削功率↘↖前角，刀刃和刀尖強(qiáng)度↘，散熱體積↘，影響刀具壽命。對(duì)表面粗糙度，排、斷屑等有一定的影響21華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)。選擇前角g0主要取決于：工件材料、刀具材料、加工要求工件強(qiáng)度、硬度較低時(shí)，取較大的前角，反之取較小的前角；加工塑性材料（如鋼）選較大的前角，脆性材料（如鑄鐵）選較小的前角。刀具材料韌性好（如高速鋼），前角可選得大些，反之（如硬質(zhì)合金）則前角應(yīng)選得小一些。粗加工時(shí)，特別是斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)選用較小的前角；精加工時(shí)應(yīng)選用較大前角。硬質(zhì)合金車刀的前角γ0在－5°～＋20°范圍內(nèi)選，高速鋼刀具的前角應(yīng)比硬質(zhì)合金刀具大5°～10°，而陶瓷刀具的前角一般?。?°～15。22華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)。2.后角αo后角的主要功用：減小后刀面與工件的摩擦和后刀面的磨損，其大小對(duì)刀具耐用度和加工表面質(zhì)量都有很大的影響。

大小取決于：切削厚度（或進(jìn)給量），也與工件材料，工藝系統(tǒng)的剛性有關(guān)。車削一般鋼和鑄鐵時(shí)，車刀后角常選用4°～6°。23華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第二十三頁(yè)，共二十六頁(yè)。3.主偏角κr和副偏角κ′r影響：主偏角和副偏角對(duì)刀具耐用度影響很大。減小主偏角和副偏角刀尖角增大，刀尖強(qiáng)度提高，散熱條件改善，刀具耐用度提高。降低殘留面積高度，減小加工表面的粗糙度。主偏角和副偏角還會(huì)影響各切削分力的大小和比例。主偏角取值：在工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)，主偏角κr宜取較小值，如κr=30°~70°。車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，取κr=90°~93°，以減小背向力Fp。副偏角κr的大小主要根據(jù)表面粗糙度的要求選取，一般為5°~15°，粗加工時(shí)取大值，精加工時(shí)取小值。24華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第二十四頁(yè)，共二十六頁(yè)。4.刃傾角ls影響：刀頭的強(qiáng)度和切屑流動(dòng)的方向。取值：在加工一般鋼件和鑄鐵時(shí)，無(wú)沖擊的粗車取ls

=0~-5°精車取ls

=0~+5°；有沖擊負(fù)荷時(shí)，取ls

=－

5°~－

15°；當(dāng)沖擊特別大時(shí)，取ls

=－

30°~－

45°。切削高強(qiáng)度鋼，冷硬鋼時(shí)，可取ls

=－30°~－

10°。25華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作第二十五頁(yè)，共二十六頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)第2章制造工藝裝備。1.切削運(yùn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）與切削用量。圖2-2平面刨削的切削運(yùn)動(dòng)與加工表面。華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院熊良山制作。副偏角’r：主刃投影—假定進(jìn)給方向（基面）。刃傾角s：主刃—基面（切削平