第一节-刀具的结构
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第一章 金属切削过程及其控制(第一节)
轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
轨迹法形成发生线需要一个独立的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——轨迹法
轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
刀具切削刃与工件表面之间为点接触，通过刀具与工件之 间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。 被加工表面的形状精度主要取决于机床切削运动的精度。 刀尖轨迹法是利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖 轨迹获得零件所需表面的方法。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 切削层是指在切削过程中，刀具的切削刃一次走刀所切
除的工件材料层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。
切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具承 受的负荷以及刀具的磨损。
第一章 金属切削过程及其控制
为：简单成形运动和复合成形运动。
简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运
动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。
一般以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动的形式出现，
用A表示直线运动，用B表示旋转运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
的，也可以是断续进行的，可以由工件完成，也可以由刀具完成，可
以是简单运动，也可以是复合运动。
第一章 金属切削过程及其控制 （一）切削成形运动与加工表面 按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。 主运动：提供切削可能性的运 动。（速度最高，动力消耗最 大，有且只有一个） 进给运动：提供继续切削可能 性的运动。（速度低，有一个 或几个）
大连理工大学贾振元版机械制造技术基础专业课考研精华
大连理工大学贾振元版机械制造技术基础专业课考研精华第一章第一节零件的成形方法1.Δm<O:切削加工、磨料磨削、特种加工、三束、高压水射流【去除材料】特种加工指利用电或化学等方法完成材料去除成形的方法，适用于超硬度、易碎三束：激光束、电子束、离子束2.Δm=0:铸造、锻造、模具成形【材料成形：形状变化、质量不变】模具：注射模、压铸模、锻模、冲裁模、拉伸模、吹塑模等。
精度高，单件生产3.∆m）0：快速成形（材料加工方法）【增加材料】第二节机械加工方法（重点掌握每种方法的工艺范围及特点）（一）车削特点：工件旋转，形成主切削运动加工范围：回转表面（内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、成形面、蜗杆）、偏心轴、端面、沟槽、切断、镇孔、滚花等。
精度指标：普通车削ΓΓ8~ΓΓ7Ra63-1.6精密车削IT6-IT5Ra0.4-0.1超精密车削Ra<0.04工艺特点：易于保证工件各加工面的垂直度和同轴度切削过程比较平稳（切削力稳定、惯性小、冲击小）刀具形式比较简单，刀具制作比较容易加工成本较低（二）铳削（主运动为刀具的旋转运动，进给运动由工作台带动）加工范围：平面、沟槽、复杂曲面（成形或球头铳刀的成形运动）等。
精度指标：普通铳削IT8-IT7Ra63-1.6工艺特点：刀具比较复杂切削过程中易产生振动，影响表面质量的提高可极大提高生产率铳削的散热条件较好铳削方式立铳法（端铳法）：平面的形成运动由铳刀的端面刃形成的。
卧铳法（周铳法）：平面的形成运动由铳刀的外圆面上的切削刃形成的。
包括顺铳、逆铳，其中逆铳较常用。
逆铳：铳削的主运动速度方向与工件进给运动方向相反。
缺点：切削厚度从零逐渐开始增大，切削之初存在切削刃在加工表面的挤压滑行过程，加剧刀具的磨损；逆铳将工件上抬，易引起振动。
顺铳：铳削的主运动速度方向与工件进给运动方向相同。
缺点：切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大,引起打滑；铳削有硬皮的铸件和锻件时，首先接触工件外皮，加剧刀具的磨损。
第一章 金属切削基本知识
刀具角度对加工过程的影响
1. 前角（0） ① 减小切屑的变形；
作用 ② 减小前刀面与切屑之间的摩擦力。
a .减小切削力和切削热； 所以 0 ： b .减小刀具的磨损；
c .提高工件的加工精度和表面质量。
0
0选择：
加工塑性材料和精加工—取大前角（ 0 ） 加工脆性材料和粗加工—取小前角（0 ）
前角（0）可正、可负、也可以为零。
➢ 偏挤压：金属材料一部分受挤压时 ，OB线以下金属由于母体阻碍，不 能沿AB线滑移，而只能沿OM线滑移
F
B
O
a）正挤压
45° M A F
BO
b）偏挤压
➢ 切削：与偏挤压情况类似。弹性变
M
形→剪切应力增大，达到屈服点→产 生塑性变形，沿OM线滑移→剪切应
O F
力与滑移量继续增大，达到断裂强度
c）切削
后角（ 0）只能是正的。
精加工： 0= 80~120 粗加工： 0= 40~80 3 . 主偏角（kr）
作用：改善切削条件，提高刀具寿命。
减小kr：当ap、f 不变时，则 aw 、ac — 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。
dw
ap
dm
但减小kr
Fy 、
n
Fx ，加大工件的变形
挠度，使工件精度降
化学惰性
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
耐磨性 低 加工质量
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
机械制造技术基础-课件
车刀在结构上可 分为整体车刀、焊 接装配式车刀和机 械夹固刀片的车刀。 如图15、16所示。
图15
图16
（2）孔加工刀具
孔加工刀具一般 可分为两大类：一 类是从实体材料上 加工出孔的刀具， 常用的有麻花钻、 中心钻和深孔钻等； 另一类是对工件上 已有孔进行再加工 用的刀具，常用的 有扩孔钻、铰刀及 镗刀等。
在法平面参考系中，只需标注γn 、 αn 、 κr 和λs四个角度即可确 定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面参考系中，只 需标注γf 、αf 、γp 、 αp 四个角度便可确定车刀的主切削刃和前、 后刀面的方位。
四、刀具的工作角度
在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上 述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、 基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基 面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度， 又称实际角度。
（6）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小 的直线段或圆弧。
具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，
如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。
刨刀
图4
钻头
(二）刀具角度的参考系
为了确定刀具切削
部分各表面和刀刃的空 间位置，需要建立平面 参考系。按构成参考系 时所依据的切削运动的 差异，参考系分成以下 两类：
2、车刀安装偏斜对工作角度的影响
图12
当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起 工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的变化,如上图所示。
（二）进给运动对工作角度的影响
1、横向 进给运 动对工 作角度 的影响
图13 车端面或切断时，加工表面是阿基米德螺旋面，如上图所示。因此，实际 的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角μ，使车刀的工作前角γoe增 大，工作后角αoe减小。一般车削时，进给量比工作直径小很多，故螺旋升 角μ很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。但在车端面、切断和 车外圆进给量（或加工螺纹的导程）较大，则应考虑螺旋升角的影响。
图15
图16
（2）孔加工刀具
孔加工刀具一般 可分为两大类：一 类是从实体材料上 加工出孔的刀具， 常用的有麻花钻、 中心钻和深孔钻等； 另一类是对工件上 已有孔进行再加工 用的刀具，常用的 有扩孔钻、铰刀及 镗刀等。
在法平面参考系中，只需标注γn 、 αn 、 κr 和λs四个角度即可确 定主切削刃和前、后刀面的方位。在假定工作平面参考系中，只 需标注γf 、αf 、γp 、 αp 四个角度便可确定车刀的主切削刃和前、 后刀面的方位。
四、刀具的工作角度
在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上 述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、 基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基 面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度， 又称实际角度。
（6）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小 的直线段或圆弧。
具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，
如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。
刨刀
图4
钻头
(二）刀具角度的参考系
为了确定刀具切削
部分各表面和刀刃的空 间位置，需要建立平面 参考系。按构成参考系 时所依据的切削运动的 差异，参考系分成以下 两类：
2、车刀安装偏斜对工作角度的影响
图12
当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起 工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的变化,如上图所示。
（二）进给运动对工作角度的影响
1、横向 进给运 动对工 作角度 的影响
图13 车端面或切断时，加工表面是阿基米德螺旋面，如上图所示。因此，实际 的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角μ，使车刀的工作前角γoe增 大，工作后角αoe减小。一般车削时，进给量比工作直径小很多，故螺旋升 角μ很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。但在车端面、切断和 车外圆进给量（或加工螺纹的导程）较大，则应考虑螺旋升角的影响。
第一章 刀具几何角度及切削要素
在假定工作平面 中度量标注，其正、负规定与 相同。 Pf
o • (9) 侧后角 。又称进给后角，它是后面 与切削平面间 的夹
A f 角，在假定工作平面 中度量标注。 的正、负规定与 相同。
f Pf Ps • (10) 背前角 。又称切深前角，它是前面 与基面 间的夹角，
o 在背平面 中度量标注，其正、负规定与 相同。
v
• 切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度称为切削
速度，单位为m/s或m/min。
• 当主运动为旋转运动时，可按下式计算
•
πdn v 1000
• 式中：d ——切削刃选定点处刀具或工件的直径(mm)； • ——主运动转速(r/min或r/s)。
• n 切削刃上各点的切削速度有可能不同，考虑到刀具的磨损
Pr
Pr s • (3) 刃倾角 ：主切削刃 与基面 S 间的夹角，在主切削平
S s
面 中度量标注。以过刀尖处的 为基准，当 位于 Ps Pr
之
S 上时(其时刀尖位置最低)，规定 ＜0°；当 位于 之下 Pr
时(其时刀尖位置最高)，规定 ＞0°；当 位于 内，则 S Pr s =0°。可简记为“抬头为正，低头为负”。 S Pr s
当主运动与进给运动同时进行时，刀具切 削刃上某一点相对工件的运动称为合成切削运 动，其大小与方向用合成速度向量ve表示。如图 1.3所示，合成速度向量等于主运动速度与进给 运动速度的向量和。即
ve=vc+vf
图1.3 切削时合成切削速度
第二节 刀具切削部分的基本定义
一、刀具的组成
• 由夹持部分(刀柄)和切削部 分(刀头)两大部分组成。
• 车削和刨削时，背吃刀量就是工件上已加工表面和待加工表
立铣刀的组成
立铣刀的组成立铣刀是一种常见的金属切削工具，由刀柄、刀片和刀尖组成。
刀柄是刀具的主体部分，一般由金属材料制成，具有一定的硬度和强度。
刀片是刀柄上的可更换部分，一般由高速钢或硬质合金制成。
刀片的形状和尺寸可以根据加工需要进行选择，常见的有平面刀片、球头刀片和圆弧刀片等。
刀尖是刀片的前端部分，通常是尖锐的，用于切削材料。
立铣刀主要用于铣削加工，可以用来加工各种形状的零件。
在加工过程中，刀柄通过夹持装置固定在机床上，刀片则通过刀夹夹持在刀柄上。
当机床启动时，刀片开始旋转，同时沿着工件的表面进行切削。
刀片的切削边缘与工件接触，通过旋转和进给运动，将工件上的材料削除，从而得到所需的形状和尺寸。
立铣刀可以进行多种类型的铣削加工，包括平面铣削、轮廓铣削和曲面铣削等。
平面铣削主要用于加工平面，通过刀片的旋转和进给运动，将工件表面的材料削除，使其变平。
轮廓铣削用于加工工件的边缘轮廓，可以得到具有复杂形状的零件。
曲面铣削用于加工工件的曲面，通过刀片的旋转和进给运动，将工件表面的材料削除，使其变成所需的曲面形状。
立铣刀在机械加工中起着重要的作用，广泛应用于各个行业。
它可以加工各种材料，包括金属、塑料和木材等。
立铣刀的组成简单，使用方便，可以通过更换不同形状和尺寸的刀片来适应不同的加工需求。
它具有高效、精确和稳定的特点，可以大大提高工件的加工质量和生产效率。
总的来说，立铣刀是一种重要的切削工具，由刀柄、刀片和刀尖组成。
它可以进行多种类型的铣削加工，广泛应用于各个行业。
立铣刀的使用方便，可以通过更换刀片来适应不同的加工需求。
它具有高效、精确和稳定的特点，可以提高工件的加工质量和生产效率。
第五章车刀
• 刀槽：刀杆上应根据采用的刀片形状和尺寸开出刀槽(如图 所示)。
• 通槽[如图 (a)所示]易加工，用于A1型矩形刀片； • 半通槽[如图 (b)所示]用于带圆弧的A2、A3、A4等型刀片； • 封闭槽[如图 (c)所示]焊接面积大、强度高，但焊接应力较大，
适用于焊接面积相对较小的Cl 、C3 型刀片。
第三节 可转位车刀
• 一、可转位车刀特点
• 可转位车刀由刀杆、刀片和夹紧元件组成。正多边形刀片上压制 出卷屑槽并经过精磨，可以转位使用，几条切削刃全用钝后，可 更换相同规格的刀片，使用起来很方便。可转位车刀的几何角度 由刀片和刀槽的几何角度组合而成。切削性能稳定，适合于大批 量生产。
(a) 通槽
(b) 半通槽
(c) 封闭槽
• 硬质合金焊接车刀具的特点： • (1) 结构简单、制造方便、使用灵活，一般工厂都可自制。 • (2) 可以根据切削条件和加工要求刃磨出所需的形状和角度，
硬质合金利用较充分。但其切削性能主要取决于工人刃磨 的技术水平，与现代化生产不相适应。 • (3) 刀杆不能重复使用，当刀片用完以后，刀杆也随之报废， 刀杆材料利用率低。 • (4) 在制造和刃磨时，由于硬质合金和刀杆材料(一般为中碳 钢) 的线膨胀系数不同，易产生焊接热应力、磨刀热应力 和裂纹。
A340 A406
A430Z
表5-2 常用硬质合金刀片型号及用途
刀片简图
主要尺寸/mm L=8
主要用途
制造外圆车刀、镗 刀和切槽刀
L=8
制造端面车刀、镗
刀
L=12
制造外圆车刀、端 面车刀
L=6
制造外圆车刀、镗
刀和端面车刀
图5-2 刀槽的形式 a)开口槽 b)半封闭槽 c)封闭槽 d)切口槽
第章数控刀具及其工具系统课件
第一节 对数控刀具的特殊要求 第二节 刀具快换、自动更换和尺寸预调 第三节 数控刀具的工具系统 第四节 刀具尺寸控制系统与刀具磨损,破损检测
图11-1 更换刀头模块
图11-2 更换刀夹
图11-3 手动换刀
图11-4 转塔刀架自动换刀
图11-5 利用刀库和机床运动来自动换刀
图11-6 利用刀库和机械手自动换刀过程
图11-25 表面粗糙度与刀具磨损的关系
图11-26 激光检测工件表面粗糙度
1 —参考探测器 2—激光发生器
3—斩波器 4—测量探测器
图11-27 光电式检测装置
1 —光源
2—钻头
3—光敏元件
图11-28 气动式检测装置
1 —钻头
2—气动压力开关
3—喷嘴பைடு நூலகம்
2—固定螺钉 3—锥端滑销 4—紧固螺钉
图11-17 圆锥定心轴向螺栓拉紧式工具系统
图11-18 在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张
图11-19 HSK刀柄与主轴连接结构与工作原理
1 — HSK刀柄
2—主轴
图11-20 HSK整体式镗铣类工具系统
图11-21 BiG-plus刀柄（图上半部）与BT刀柄（图下半部）的比较
图11-12 CZG车削类数控工具系统安装和夹紧
图11-13 Sandvik模块式车削工具系统 1 —带有椭圆三角短锥接柄的刀头模块 2—刀柄 3—可涨开涨环 4—拉杆
图11-14 TSG82工具系统图
图11-15 TMG21模块式镗铣类工具系统
图11-16 圆柱定心径向销钉锁紧工具系统
1 —定心销
图11-22 高精度液压夹头 1 —加压螺栓 2—油腔 3—油腔内壁 4—装刀孔 5—刀具
图11-1 更换刀头模块
图11-2 更换刀夹
图11-3 手动换刀
图11-4 转塔刀架自动换刀
图11-5 利用刀库和机床运动来自动换刀
图11-6 利用刀库和机械手自动换刀过程
图11-25 表面粗糙度与刀具磨损的关系
图11-26 激光检测工件表面粗糙度
1 —参考探测器 2—激光发生器
3—斩波器 4—测量探测器
图11-27 光电式检测装置
1 —光源
2—钻头
3—光敏元件
图11-28 气动式检测装置
1 —钻头
2—气动压力开关
3—喷嘴பைடு நூலகம்
2—固定螺钉 3—锥端滑销 4—紧固螺钉
图11-17 圆锥定心轴向螺栓拉紧式工具系统
图11-18 在高速运转中离心力使主轴锥孔扩张
图11-19 HSK刀柄与主轴连接结构与工作原理
1 — HSK刀柄
2—主轴
图11-20 HSK整体式镗铣类工具系统
图11-21 BiG-plus刀柄（图上半部）与BT刀柄（图下半部）的比较
图11-12 CZG车削类数控工具系统安装和夹紧
图11-13 Sandvik模块式车削工具系统 1 —带有椭圆三角短锥接柄的刀头模块 2—刀柄 3—可涨开涨环 4—拉杆
图11-14 TSG82工具系统图
图11-15 TMG21模块式镗铣类工具系统
图11-16 圆柱定心径向销钉锁紧工具系统
1 —定心销
图11-22 高精度液压夹头 1 —加压螺栓 2—油腔 3—油腔内壁 4—装刀孔 5—刀具
金属切削原理与刀具
主切削刃12前面定向角γ o、λ s；主切削刃12后面定向角α o、κ r； 副切削刃23副后面定向角α o'、κ r‘
副切削刃14副后面定向角α o'、κ r'
3．切断刀 四面八角 习惯上标注左切削刃上的 角为主角，右刃为派生角 度
rR 180 rL sR sL
前面定向角γ o、λ sL 后面定向角α o、κ rL 左 副 后 面 定 向 角 α oL' 、 κ rL' 右副后面定向角α oR'、 κ rR'
lA tm f ap 式中
(1-4)
l 刀具行程长度 A 半径方向加工余量
tm
dlA
1000a p f c
(1-5)
由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均 可降低切削时间。
3．材料切除率Q 它是单位时间内所切除材料的体积，是衡 量切削效率高低的另一个指标，单位 为mm3／min.
4．倒角刀尖、倒棱的参数 一面二角 倒角刀尖刃：
倒角切削刃后角α 偏角κ
rε oε
倒棱刃：
倒棱刃前角γ 倒棱刃倾角λ 倒棱刃宽度bγ
o1 s1=λ s 1来自第五节 刀具的工作角度 一、刀具工作参考系及工作角度
因此研究切削过程中的刀具角度，必须以刀具与工件的相对位置、 相对运动为基础建立参考系，这种参考系称工作参考系。用工作参 考系定义的刀具角度称工作角度。
o o
e
加工内表面时， 情况相反
三、进给运动对工作角度的影响 1．进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工 作主、副偏角的影响
(1-13)
(1-14)
(1-15)
令式（ 14） sin r 式（ 15） cos r可得 1 1
副切削刃14副后面定向角α o'、κ r'
3．切断刀 四面八角 习惯上标注左切削刃上的 角为主角，右刃为派生角 度
rR 180 rL sR sL
前面定向角γ o、λ sL 后面定向角α o、κ rL 左 副 后 面 定 向 角 α oL' 、 κ rL' 右副后面定向角α oR'、 κ rR'
lA tm f ap 式中
(1-4)
l 刀具行程长度 A 半径方向加工余量
tm
dlA
1000a p f c
(1-5)
由式(1-5)知，提高切削用量中任一要素均 可降低切削时间。
3．材料切除率Q 它是单位时间内所切除材料的体积，是衡 量切削效率高低的另一个指标，单位 为mm3／min.
4．倒角刀尖、倒棱的参数 一面二角 倒角刀尖刃：
倒角切削刃后角α 偏角κ
rε oε
倒棱刃：
倒棱刃前角γ 倒棱刃倾角λ 倒棱刃宽度bγ
o1 s1=λ s 1来自第五节 刀具的工作角度 一、刀具工作参考系及工作角度
因此研究切削过程中的刀具角度，必须以刀具与工件的相对位置、 相对运动为基础建立参考系，这种参考系称工作参考系。用工作参 考系定义的刀具角度称工作角度。
o o
e
加工内表面时， 情况相反
三、进给运动对工作角度的影响 1．进给运动方向不平行工件旋转轴线时对工 作主、副偏角的影响
(1-13)
(1-14)
(1-15)
令式（ 14） sin r 式（ 15） cos r可得 1 1
金属切削基础ppt课件
21
基面
基面Pr： “通过主切削刃上选定 点垂直于主运动方向的 平面”
22
切削平面
2.切削平面Ps： 3.通过主切削刃上选定 点，与切削刃相切并垂 直于基面的平面
23
主剖面
主剖面Po： 通过主切削刃上选定点，并 同时垂直于基面和切削平面 的平面
24
法平面
法平面Pn: 通过主切削刃上选定点，并垂直 于切削刃的平面。
热塑性差，不宜制造成大截面刀具。
B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成 的钢 ）典型牌号：Ｗ 6 Mo 5 Cr 4 V 2
优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。
66
高性能高速钢
在通用型高速钢的基础上，通过调整基本 化学成分并添加其他合金元素，使其常温 与高温力学性能得到显著提高
45
刀具的工作角度
•刀杆轴线安装的偏 斜的影响: •改变了主偏角和副 偏角 •(也就是说：实际的 主偏角和标注时的 主偏角不同)
46
刀具的工作角度
进给运动的 影响
进给量改变了 合成运动的方 向
(从而改变了基 面的位置以及 其他面的位置, 影响所有的角 度)
47
刀具的工作角度
刀尖的安装位 置的影响
63
高速钢
概念：
高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元 素较多的工具钢
性质：
①、具有良好的热稳定性 ②、具有较高强度和韧性 ③、具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性
64
高速钢的分类
普通高速钢 钨系高速钢 钨钼钢
高性能高速钢
65
普通高速钢
A、钨系高速钢（简称 W18） 典型牌号：W18Cr4V 优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，
基面
基面Pr： “通过主切削刃上选定 点垂直于主运动方向的 平面”
22
切削平面
2.切削平面Ps： 3.通过主切削刃上选定 点，与切削刃相切并垂 直于基面的平面
23
主剖面
主剖面Po： 通过主切削刃上选定点，并 同时垂直于基面和切削平面 的平面
24
法平面
法平面Pn: 通过主切削刃上选定点，并垂直 于切削刃的平面。
热塑性差，不宜制造成大截面刀具。
B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成 的钢 ）典型牌号：Ｗ 6 Mo 5 Cr 4 V 2
优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。
66
高性能高速钢
在通用型高速钢的基础上，通过调整基本 化学成分并添加其他合金元素，使其常温 与高温力学性能得到显著提高
45
刀具的工作角度
•刀杆轴线安装的偏 斜的影响: •改变了主偏角和副 偏角 •(也就是说：实际的 主偏角和标注时的 主偏角不同)
46
刀具的工作角度
进给运动的 影响
进给量改变了 合成运动的方 向
(从而改变了基 面的位置以及 其他面的位置, 影响所有的角 度)
47
刀具的工作角度
刀尖的安装位 置的影响
63
高速钢
概念：
高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元 素较多的工具钢
性质：
①、具有良好的热稳定性 ②、具有较高强度和韧性 ③、具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性
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高速钢的分类
普通高速钢 钨系高速钢 钨钼钢
高性能高速钢
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普通高速钢
A、钨系高速钢（简称 W18） 典型牌号：W18Cr4V 优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，
金属工艺学第一章 金属切削基础知识
主要的影响因素
切削速度 （切中碳钢） <5m/min不产生 5~50m/min形成
控 制 措 降低塑性 施
(正火、调质)
>100 m/min不形成 选用低速或高速
冷却润滑条件
300~500oC最易产 生 >500oC趋于消失
选用切削液
第三节 金属切削过程
三、切削力与切削功率
1、切削力的构成与分解
切削力的来源
热处理变形 不需要
用途
各种刀片
1200
（12~14）
高硬度钢材 精加工
人造金刚石
HV10000 (硬质合金为 HV1300~1800)
700~800
不宜加工钢铁材 料
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具角度
各种刀具的切削部分形状
第二节 刀具材料及刀具构造
二、刀具角度
1、车刀切削部分的组成
三面
两刃 一尖
（2）作用 ①冷却 ②润滑
第三节 金属切削过程
五、刀具磨损和刀具耐用度
1、刀具磨损形式
（1）前刀面磨损 （2）后刀面磨损 (通常以后刀面磨损值VB表示刀具磨损程度) （3）前后刀面同时磨损
2、刀具磨损过程：
前面磨损、后面磨损、前后面同时磨损 。 刀具磨损过程： 初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段
刀尖高低对刀具工作角度的影响
车刀刀杆安装偏斜对刀具角度的影响
② 进给运动的影响
第二节 刀具材料及刀具构造
三、刀具结构
刀具的结构形式很多，有整体式、焊接式、机夹 不重磨式等。
目前一般整体式的多为高速钢车刀，其结构简单， 制造、使用都方便。而对于贵重刀具材料，如硬质合 金等，可采用焊接式或机夹不重磨式。焊接式车刀结 构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用 广泛。
车刀的选择和使用
第一节车刀材料的选择车刀的使用寿命和生产效率取决于车刀材料的切削性能。
车刀由刀头和刀杆两部分组成，刀杆一般是用碳素结构钢制成。
由于刀头担任切削工作，因此刀头材料必须具有下列基本性能：1)冷硬性。
车刀在常温时具有较高的硬度，即车刀的耐磨性。
2)红硬性。
车刀在高温下保持切削所需的硬度，该温度的最高值称为"红热硬度"。
3)韧性。
车刀切削部分承受震动和冲击负荷所具有的强度和硬度。
车刀材料的以上三种性能是相互联系、相互制约的，在具体选用时，要根据工件材料的性能和切削要求分析选用，同时还要结合车刀材料在价格、工艺性能方面加以考虑，以便于以较低的成本加工、刃磨和焊接制造车刀。
各种车刀材料的基本性能优劣顺序比较见表4-1。
目前用来作车刀切削部分的材料主要有高速钢、硬质合金和非金属材料，碳素工具钢、合金工具钢多用作钻头、丝锥等工具，用作车刀的较少。
现分别介绍作车刀刀头的两种主要材料：高速钢及硬质合金。
一、高速钢高速钢是一种含钨、铬、钒较多的合金钢，又名锋钢、风钢或白钢。
常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2两种牌号。
其中用得最多的是Wl8Cr4V高速钢。
它们的化学成分如表4-2所示。
高速钢材料分为带黑皮的高速钢和表面磨光的高速钢两种。
前者是未经热处理的高速钢，后者是经热处理的高速钢。
高速钢硬度较高，具有一定的红热硬性，韧性和加工性能均较好。
高速钢车刀制造简单，刃磨方便，容易磨得锋利。
由于高速钢韧性好，常用于加工一些冲击性较大、形状不规则的零件，它也常用于制作精车刀，但因红硬性不如硬质合金，故不宜用于高速切削。
二、硬质合金硬质合金是由难熔材料的碳化钨、碳化铁和钴的粉末在高压下成形，经l350～1560"(2高温烧结而成的材料，具有极高的硬度，仅次于陶瓷和金刚石。
硬质合金的红硬性很好，在1000℃左右仍能保持良好切削性能；具有较高的使用强度，其抗弯强度可高达1000--1700MPa，但脆性大、韧性差、怕震，以上这些缺点可通过刃磨合理的角度加以克服，因此，硬质合金现已被广泛应用。
第二章成形车刀
度P和工件轴向剖面上的廓形深度Pw是不相等的，即
P<Pw
Pw=r2-r1
11
二、成形车刀的廓形计算 成形车刀截形的设计计算方法有计算法、作图法和
查表计算法。下面以圆体成形车刀为例介绍计算法的原理。
1、廓形设计的准备工作 1）确定成型表面的组成点和基点 2）在工件廓形图上标出各组成点的轴向和径向尺寸； 注：径向尺寸应为平均尺寸。
棱体成形车刀 12°～17°
圆体成形车刀 10°～15°
9
四、正交平面内后角过小时的改进措施
由P7式1-3可知：正交平面内的后角随着主偏角越小 而减小，当主偏角为零度是，不管进给平面内的后角多 大，正交平面内的后角都是零度；该处后刀面与已加工 表面产生严重的摩擦而影响加工质量。应加以改进。
为了保证正常工作，一般在正交平面内的后角应 不小于2°～3°；过小时可采取如下措施改进：
3
4
(3)圆体成形车刀：它的外形是回转体，其重磨次数比棱体 的多．且可加工内成形表面。图8—13所示为加工外成形表 面时的装夹方法之一。 如图所示，工作时，将刀尖调整到工件中心高度上，用内 孔定位装夹。为防止因切削力使刀具转动，刀具一端制有 端面齿，和刀夹上的端面齿相啮合，由图可见，当工件顺 时针旋转时(主运动)，刀具的中心应高于工件中心．以便 形成后角
从图8—14可以看出，只有当前角和后角都等于零
时．刀具的N-N剖面上的廓形尺寸才和工件的轴向廓形完
全相同。此时，成形车刀的截形无需计算，它等于工件廓
形尺寸。但是，前、后角都等于零度(特别是后角为零度)
的成形车刀是无法进行工作的。只要后角大于零度，成形
车刀的截形就必须进行计算。
从图8—14中可明显看出，刀具在N一N剖面上的廓形深
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第一节
主运动与进给运动
刀具的结构
a)主运动是切下切屑所需的最基本的运动。在切削 运动中,主运动的速度最高、消耗的功率最大，主运 动只有一个。 b)进给运动是多余材料不断被投入切削,从而加工出 完整表面所需的运动。进给运动可以有一个或几个。
第一节
切削运动的方向
刀具的结构
切削运动及其方向用切削运动的速度矢量来表示。 如右图所示，用车刀 进行普通外圆车削 时的切削运动，图中 主运动切削速度 v′、进给速度vf 和切削运动速度 ve之间的关系为： ve=v′+ vf
c)圆体 c)圆体
第一节
一.切削运动与切削要素 切削运动：
刀具的结构
金属切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金属 层(加工余量)，以获得具有一定的尺寸、形状、位置 精度和表面质量的机械加工方法。 刀具的切削作用是通过刀具相对工件之间的相互作用 和相对运动来实现的。刀具与工件间的相对运动称为 切削运动。 切削运动可分解为主运动和进给运动。
第二章 金属切削原理与刀具
内容提要
刀具的结构 刀具材料 金属切削过程及物理现象 切削力与切削功率 切削热和切削温度 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择及工件材料加工性 高速切削及刀具
第一节
刀具的结构 刀具材料
刀具的结构
金属切削过程及物理现象 切削力与切削功率 切削热和切削温度 刀具磨损与刀具寿命 切削用量的选择及工件材料加工性 高速切削及刀具
刀具的结构
第一节
刀具的结构
切削层参数共有三个，它们通常都在垂直 于切削速度v的平面内度量。
切削宽度； 切削宽度； 切削厚度； 切削厚度； 切削面积。 切削面积。
第一节
车削外圆时切削宽度： 车削外圆时切削宽度：
刀具的结构
切削宽度：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。 切削宽度：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸。
外圆刀具
内孔车刀
刀片的角度
刀片类型的选择
刀片可分为正型和负型两种基本类型。正型刀片： 刀片可分为正型和负型两种基本类型。正型刀片： 对于内轮廓加工，小型机床加工， 对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和 工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型刀片： 工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型刀片： 对于外圆加工， 对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先 选择负型刀片 。
aw =
ap s in k r
第一节
刀具的结构
切削厚度：两相邻加工表面间的垂直距离。
车外圆时，切削 车外圆时， 厚度： 厚度：
ac = f sin kr
第一节
刀具的结构
切削面积：切削层垂直与切削速度截面内的面积。
车外圆时：
Ac = aw ac = a p f
第一节
二.刀具角度
刀具切削部分的组成
第一节
刀具的标注角度
刀具的结构
前角 γ o ：在正交平面内测量的前刀面与基面之间 的夹角，前角表示前刀面的倾斜程度，有正负之 分； 后角 α o：在正 交平面内测量的 主后刀面与切削 平面之间的夹角， 后角表示主后刀 面的倾斜程度； 演示
第一节 刀具的结构 主偏角 κ r ：在基面内测量的主切削刃在基面上的
演示 作用
第一节
刀具种类
1.刀具分类：
刀具的结构
按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、 铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控 机床刀具和磨具等几大类型。 按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀 具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具 等; 按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀 具和复合刀具等; 按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。
第一节
刀具的结构
钻头可看作是两把一正一反并在一起同时车削 孔壁的车刀，因而有两个主切削刃， 孔壁的车刀，因而有两个主切削刃，两个副切削 还增加了一个横刃( b)； 刃，还增加了一个横刃(图b)； 铣刀可看作由多把车刀组合而成的复合刀具， 铣刀可看作由多把车刀组合而成的复合刀具， 其每一个刀齿相当于一把车刀( c)。 其每一个刀齿相当于一把车刀(图c)。
第一节
刀具的结构
中心钻用于加工轴类工件的中心孔。钻孔时，先打中心 孔，也有利于钻头的导向，可防止孔的偏斜。
第一节
刀具的结构
深孔钻是专门用于钻削深孔的钻头。为解决深孔加 工中的断屑、排屑、冷却润滑和导向等问题，人们先 后开发了外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻和套 料钻等多种深孔钻。
第一节
刀具的结构
第一节
切削要素 1. 切 削 过 程 的 三 个表面：
已加工表面； 已加工表面； 过渡表面； 过渡表面； 待加工表面。 待加工表面。
刀具的结构
第一节
2.切削用量 2.切削用量
刀具的结构
切削用量是切削时各运动参数的合称，包括以下三 要素，它们是调整机床运动的依据。 切削速度； 切削速度； 进给量； 进给量； 背吃刀量。 背吃刀量。
第一节
刀具的结构
孔加工刀具：一般可分为两大类: 一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用 的有麻花钻、中心钻和深孔钻等; 另一类是对工件上己有孔进行再加工用的刀 具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。
第一节
刀具的结构
麻花钻是应用最广的孔加工刀具，特别适合于30mm 麻花钻是应用最广的孔加工刀具，特别适合于30mm 以下的孔的粗加工，有时也可用于扩孔。 以下的孔的粗加工，有时也可用于扩孔。 工作部分(刀体)的前端为切削部分，承担主要的切削 工作，后端为导向部分， 起引导钻头的作用，也是切 削部分的后备部分。 工作部分有两个对称的刃 两条对称的螺旋槽; 瓣 、两条对称的螺旋槽;导 向部分磨有两条棱边。 向部分磨有两条棱边。
第一节
刀具的结构
其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等， 其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车 刀的演变和组合。 刀的演变和组合。
其它各类刀具，如刨刀、 其它各类刀具，如刨刀、钻 铣刀等， 头、铣刀等，都可看作是车刀 的演变和组合。如上图所示， 的演变和组合。如上图所示， 刨刀切削部分的形状与车刀相 同(图a);
扩孔钻常用作铰或磨前的预加工以及毛坯孔的扩大刀是精加工刀具，加工精度可达IT6～IT7。
第一节
刀具的结构
镗刀多用于箱体孔的粗、精加工，一般分为单刃镗 刀和多刃镗刀两大类。
第一节
刀具的结构
铣刀：铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具。铣
削的生产率一般较高，加工表面粗糙度值较大。
第一节
刀具的结构
主运动为往复直线运动（如刨削），计算公式为：
2Lnr v= 1000× 1000× 60
L－往复直线运动的行程长度 nr－ nr－主运动每分钟的往复次数
第一节
进给量f: 进给量f:
刀具的结构
在主运动每转一 转或每一行程时 或单位时间内) (或单位时间内)， 刀具与工件之间 沿进给运动方向 的相对位移； 的相对位移；
刀具的结构
前面（前刀面):刀具上与切屑接触并相互作用 的表面。 主后面（主后刀面):刀具上与工件过渡表面接 触并相互作用的表面。
第一节
触并相互作用的表面。
刀具的结构
副后面（副后刀面):刀具上与工件已加工表面接
主切削刃:前刀面与主后刀面的交线，它完成主 要的切削工作。
第一节
刀具的结构
副切削刃:前刀面与副后刀面的交线，它配合主 切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。 刀尖:连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它 可以是小的直线段或圆弧。
第一节
刀具的结构
加工平面用的，如圆柱平面铣刀、端铣刀 (面铣刀)；
第一节
刀具的结构
加工沟槽用的，如 立铣刀、两面刃或 三面刃铣刀、锯片 铣刀、T形槽铣刀 和角度铣刀；
第一节
刀具的结构
加工成形表面用 的，如凸半圆和 凹半圆铣刀和加 工其它复杂成形 表面用的铣刀。
第一节
刀具的结构
第一节
刀具的结构
第一节
背吃刀量a 背吃刀量ap：
待加工表面与已加 工表面之间的垂直 距离。 距离。
刀具的结构
第一节
背吃刀量的计算
刀具的结构
1 ap = (dw − dm ) 2
dw，dm分别为待加工表 dw，dm分别为待加工表 面和已加工表面的直径。 面和已加工表面的直径。
第一节
3.切削层几何参数
切削层: 切削层: 工件上正被切削刃切削的 一层金属，亦即相邻两个加 一层金属， 工表面之间的一层金属； 工表面之间的一层金属； 切削层的大小反映了切削 刃所受载荷的大小， 刃所受载荷的大小，直接影 响到加工质量、 响到加工质量、生产率和刀 具的磨损等。 具的磨损等。
第一节
刀具的参考平面
刀具的结构
要确定和测量刀具角度，必须引入三个相互垂 直的参考平面：
第一节
刀具的结构
基面:通过主切削刃上某一点并与该点切削速 度方向相垂直的平面。
第一节
切削平面： 切削平面：通过主切 削刃上某一点并与工 件加工表面相切的平 面。
刀具的结构
第一节
刀具的结构
正交平面:通过主切削刃上某一点并与主切削刃 在基面上的投影相垂直的平面。
第一节
刀具的结构
标准麻花钻存在切削刃长、前角变化大、螺旋 槽排屑不畅、横刃部分切削条件很差等结构问题， 生产中为了提高钻孔的精度和效率，常将标准麻花 钻按特定方式刃磨成 “群钻” 使用。 群钻的基本特征为： 三尖七刃锐当先， “ 三尖七刃锐当先 ， 月 牙弧槽分两边， 牙弧槽分两边 ， 一侧外 刃开屑槽， 刃开屑槽 ， 横刃磨得低 窄尖” 窄尖”。
第一节
2.常用刀具简介
刀具的结构
车刀:可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、 内孔，也可用于切槽和切断等。
第一节