机械加工刀具基础知识(全彩版)

机械加工刀具基础知识1.1 切削运动及切削要素一、零件表面的形成 表面加工方法1.1 切削运动及切削要素二、切削运动及切削用量主运动(图中Ⅰ) 切削运动(cutting motions)进给运动(图中Ⅱ) 切削速度VC 切削用量(cutting conditions)进给量f (或进给速度Vf) 背吃刀量ap 切削用量三要素切削要素 切削层参数(parameters of undeformed chip)1.1 切削运动及切削要素二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度主运动(primary motion) 是使刀具和工件之间产生相 对运动，促使刀具接近工件 而实现切削的运动。

1.1 切削运动及切削要素二、切削运动及切削用量1.主运动和切削速度 主运动为旋转运动(如车削、铣削等)，切削速度一般为其最大线速度vpdn c = 1000m/s或m/min主运动为往复直线运动(如刨削、插削等)，以其平均速度为切削速度vc =2 Lnr1000m/s或m/min1.1 切削运动及切削要素二、切削运动及切削用量 2.进给运动和进给量进给运动(feed movement) 使刀具与工件之间产生附加的 相对运动，加上主运动，即可 连续地切除余量。

刀具在进给运动方向上相 对工件的位移量称为进给量 (feed rate)。

1.1 切削运动及切削要素二、切削运动及切削用量 3.背吃刀量 通过切削刃上选定点并垂直 于该点主运动方向的切削层尺 寸平面中，垂直于进给运动方 向测量的切削层尺寸，称为背 吃刀量，以aP表示，单位为 mm 。

车外圆时，aP可用下式 计算，即ap =d w - dm 2mm1.1 切削运动及切削要素三、切削层参数 切削层的尺寸和形状，通常在切削层尺寸平面中测量。

1.1 切削运动及切削要素三、切削层参数1.切削层公称横截面积AD给定瞬间，切削层在切削层尺寸 平面里的实际横截面积，单位为mm2。

2.切削层公称宽度bD 给定瞬间，作用于主切削刃截形 上两个极限点间的距离，在切削层尺 寸平面中测量，单位为mm。

3.切削层公称厚度hD 同一瞬间切削层公称横截面积与 其公称宽度之比，单位为mm。

1.2 切削刀具及其材料一、切削刀具1.2 切削刀具及其材料一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部 分由下列要素组成一、切削刀具1.车刀切削部分的组成车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2切削刀具及其材料一、切削刀具1.车刀切削部分的组成车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2切削刀具及其材料一、切削刀具1.车刀切削部分的组成车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2切削刀具及其材料一、切削刀具1.车刀切削部分的组成车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2切削刀具及其材料一、切削刀具1.车刀切削部分的组成车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2切削刀具及其材料一、切削刀具1.车刀切削部分的组成车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2切削刀具及其材料一、切削刀具1.车刀切削部分的组成车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(1)刀具静止参考系它主要包括基面、切削平面、正交平面和假定工作平面等1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。

1)主偏角k r 在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。

2)副偏角k ’r 在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。

1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。

1)主偏角k r 在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。

2)副偏角k ’r 在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。

1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。

1)主偏角k r 在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。

2)副偏角k ’r 在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。

1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大而公称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。

1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度h c 亦小，因而可减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提高刀具寿命。

1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度3)前角γ0是在正交平面中测量的前刀面与基面间的夹角。

根据前刀面和基面相对位置的不同，分别规定为正前角、零度前角和负前角1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(2)车刀的主要角度4)后角α0是在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角5)刃倾角λs 是在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。

1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(3)刀具的工作角度在工作参考系中定义的刀具角度刀具安装位置对工作角度的影响1.2切削刀具及其材料一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(3)刀具的工作角度车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化车刀安装偏斜对主偏角和副偏角的影响1.2切削刀具及其材料一、切削刀具3.刀具结构车刀在结构上可分为整体式车刀、焊接式车刀、机夹重磨式车刀和机夹可转位式车刀1.2切削刀具及其材料机夹重磨式车刀一、切削刀具4.多齿刀具(1)麻花钻1.2切削刀具及其材料标准高速钢麻花钻结构一、切削刀具4.多齿刀具(1)麻花钻主要几何参数有：前角γ0、后角α0、螺旋角β、顶角2Ф(主偏角k r ≈Ф)、横刃斜角ψ、直径、横刃长度等。

1.2切削刀具及其材料几种群钻一、切削刀具4.多齿刀具(2)铣刀1.2切削刀具及其材料铣刀的类型及用途一、切削刀具4.多齿刀具(2)铣刀1.2切削刀具及其材料焊接式硬质合金铣刀Ф3～Ф16mm 硬质合金玻璃钻车削软橡胶用的外圆车刀一、切削刀具 5.非金属材料切削刀具 1.2切削刀具及其材料橡胶加工用刀具塑料加工用刀具玻璃加工用刀具复合材料加工用刀具金刚石刀具二、刀具材料1.刀具材料应具备的性能1.2切削刀具及其材料较高的硬度和耐磨性足够的强度和韧度较高的耐热性良好的工艺性和经济性二、刀具材料2.常用的刀具材料1.2切削刀具及其材料常用刀具材料基本性能二、刀具材料2.常用的刀具材料1.2切削刀具及其材料•含W 、Cr 、V 等合金元素较多的合金工具钢高速钢(highspeedsteel)•P 类硬质合金(蓝色)，适合加工长切屑的黑色金属•M 类硬质合金(黄色)，适合加工长(短)切屑的金属材料•K 类硬质合金(红色)，适合加工短切屑的金属或非金属材料硬质合金(carbides)二、刀具材料3.新型刀具材料1.2切削刀具及其材料涂层(coated)刀具材料通过气相沉积或其•它技术方法，在硬质合金或高速钢的基体上涂覆一薄层高硬度、高耐磨性的难熔金属或非金属化合物而构成的刀具材料陶瓷刀具材料按化学成分可分为•Al2O3基和Si3N4基两类。

具有很高的硬度、耐热性和耐磨性，能以更高的速度，并可切削难加工的高硬度材料。

缺点：抗弯强度低，性脆、抗冲击韧度差超硬(superhard)刀具材料包括天然金刚石、•聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼3种一、切屑的形成及其类型1.切屑形成过程金属的切削过程实际上与金属的挤压过程很相似1.3切削过程及控制一、切屑的形成及其类型1.切屑形成过程经过塑性变形的切屑，其厚度h ch 大于切削层公称厚度h D ，而长度l ch 小于切削层公称长度l D ，这种现象称为切屑收缩1.3切削过程及控制一、切屑的形成及其类型2.切屑的种类1.3切削过程及控制带状切屑挤裂切屑崩碎切屑1.3 切削过程及控制二、积屑瘤 在一定范围的切削速度下切削塑性金属形成带状切屑时 ，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬 的金属楔块，这就是积屑瘤(the built-up edge)，或称刀瘤 1.积屑瘤的形成积屑瘤的形成与脱落1.3 切削过程及控制二、积屑瘤 2.积屑瘤对切削加工的影响 粗加工时可利用积屑瘤；精加工时应尽量避免积屑瘤产生3.积屑瘤的控制 影响积屑瘤形成的主要因素有：工件材料的力学性能、 切削速度和冷却润滑条件等。

避免和减小积屑瘤的方法是：①加工时控制切削速度， 避开产生积屑瘤的切削速度区；②增加刀具前角以减小切削 变形，降低切屑接触区压力；③使用润滑性能良好的切削液 ，减小摩擦；④用适当的热处理方法提高工件材料的硬度， 降低塑性，减小加工硬化倾向。

1.3 切削过程及控制三、切削力和切削功率 1.切削力的构成与分解 总切削力F一般常分解为3个互 相垂直的分力 切削力Fc 总切削力F在主运动方向 上的分力 进给力Ff 总切削F在进给运动方向 上的分力 背向力Fp 总切削力F在垂直于工作 平面方向上的分力 3个切削分力与总切削力F有如下关 系： 2 2 2F = Fc + Ff + Fp1.3 切削过程及控制三、切削力和切削功率 2.切削力的估算 车削外圆时，计算Fc的经验公式如下：Fc = C Fc × ax Fc p×fy Fc× K FcN经验公式中的系数和指数，可从“切削用量手册”中查出 生产中，常用切削层单位面积切削力Kc来估算切削力Fc的 大小。

因为Kc是切削力Fc与切削层公称横截面积AD之比，所 以Fc = kc × AD = kc × bD × hD » kc × a p × f1.3 切削过程及控制三、切削力和切削功率 3.切削功率 切削功率Pm可用下式计算Pm = 10 Fc × vc-3kW机床电动机的功率PE可用下式计算PE ³ Pm / hmkW1.3 切削过程及控制四、切削热和切削温度 1.切削热的产生、传出及对加工的影响 切削热主要有3个切削热源 v 切屑变形所产生的热量， 是切削热的主要来源； v 切屑与刀具前刀面之间 的摩擦所产生的热量； v 工件与刀具后刀面之间 的摩擦所产生的热量。