金属切削刀具基本知识

技师学院

机械安装与维修系金属切削刀具基本知识郝赫（编）

金属切削刀具基本知识

1 金属切削的基本要素

1.1 机械制造过程概述

机器是由零件、组件、部件等组成的，一台机器的制造过程包含了从零件、部件加工到整机装配的全过程，这一过程可以用图1所示的系统图来表示。

首先，从图中可以看出机器中的组成单元是一个个的零件，它们都是由毛坯经过相应的机械加工工艺过程变为合格零件的，在这一过程中要根据零件的设计信息制订每一个零件的适当加工方法，加工成在形状、尺寸、表面质量等各方面都符合加工使用要求的合格零件。

其次，要根据机器的结构和技术要求，把某些零件装配成部件，部件是由若干组件、套件和零件在一个基准零件上装配而成的，部件在整个机器中能完成一定的、完整的功能，这种把零件和组件、套件装配成部件的过程称为部装过程。部装过程是依据部件装配工艺，应用相应的装配工具和技术完成的，部件装配的质量直接影响整个机器的性能和质量。

最后，在一个基准零部件上把各个部件、零件装配成一个完整的机器，我们把零件和部件装配成最终机械产品的过程称为总装过程，总装过程是依据总装工艺文件进行的，在产品总装后，还要经过检测、试车、喷漆、包装等一系列辅助过程最终形成合格的产品，如一辆汽车就是经过这样的机械制造过程而生产出来的。

图1 机械制造过程的构成

1.2机械加工工艺系统

从机械制造的整个过程来看，机器的最基本组成单元为零件，也就是首先要制造出合格的零件，然后组装成部件，再由零、部件装配成机器，因此，制造出符合要求的各种零件是机械加工的主要目的，而机械加工中绝大部分材料是金属材料，故机械加工主要是对各种金属进行切削加工。

零件的表面通常是几种简单表面如平面、圆柱面、圆锥面、球面、成形表面等的组合，而零件的表面是通过各种切削加工方法得到的，其中在金属切削机床上利用工件和刀具彼此间协调的相对运动切除被加工零件多余的材料，获得在形状、尺寸和表面质量都符合要求的这种加工方法称为金属切削加工。

金属切削加工常作为零件的最终加工方法，它需要用金属切削刀具直接对零件进行加工，它们之间要有确定的相对运动和承受很大的切削力，通常需在金属切削机床上进行加工，零件和刀具需通过机床夹具和刀架与机床进行可靠的联接，带动它们做相对的运动，实现切削加工，这种由金属切削机床、刀具、夹具和工件构成的机械加工封闭系统称为机械加工工艺系统（如图2所示），其中金属切削机床是加工机械零件的工作机械，起支承和提供动力作用；刀具起直接对零件进行切削加工作用；机床夹具用来对零件定位和夹紧，使之有正确的加工位置。本章就围绕机械加工工艺系统四个组成部分进行分析，阐述机械零件加工的整个过程。

图2 机械加工工艺系统的构成

1.3主要切削加工工艺简介

方法：工艺-设备：机床-工具-冷却-装夹-定位-测定-检测。

1.4 工件表面的形成方法和成形运动

机械零件的表面形状不外乎是是由若干个表面元素组成的，这些表面元素是：平面、直线成形表面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面、成形表面（螺旋面）等。当精度和表面粗糙度要求较高时，需要在机床上用刀具经切削加工而形成。工件在被切削加工过程中，通过机床的传动系统，使机床上的工件和刀具按一定规律作相对运动，从而切削出所需要的表面形状。

从几何观点来看，任何表面都可以看作是一条线沿另一条线运动的轨迹。如一条直线沿着另一条直线运动形成了平面;一条直线沿着一个圆的运动则形成了圆柱面。这两条线分别被称为母线与导线，统称为发生线。

母线和导线的运动轨迹形成了工件表面，因此分析工件加工表面的形成方法关键在于分析发生线的形成方法。

机械零件的任何表面都可看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。请看图3，平面可看作是是由一根直线(母线)沿着另一根直线(导线)运动而形成 (图3a)；圆柱面和圆锥面可看作是由一根直线(母线)沿着一个圆(导线)运动而形成(图3b和c)；普通螺纹的螺旋面是由“八”形线(母线)沿螺旋线(导线)运动而形成 (图3d)；直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面是由渐开线(母线)沿直线(导线)运动而形成(图3e)等等。形成表面的母线和导线统称为发生线。

图 3 零件表面的成形

1-母线 2--导线

由图3可以看出，有些表面，其母线和导线可以互换，如：平面、圆柱面和直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面等，称为可逆表面；而另一些表面，其母线和导线不可互换。如：圆锥面、螺旋面等，称为不可逆表面。

切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为以下四种：

(1)轨迹法它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。图4a中母线Al(直线)和导线A2，(曲线)均由刨刀的轨迹运动形成。采用轨迹法形成发生线需要一个成形运动。

(2)成形法它是利用成形刀具对工件进行加工的方法。切削刃的形状和长度与所需形成的发生线(母线)完全重合。图4b中，曲线形母线由成形刨刀的切削刃直接形成，直线形的导线则由轨迹法形成。

(3)相切法它是利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。见图4c中，采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工时，在垂直于刀具旋转轴线的截面，切削刃可看作是点，当切削点绕着刀具轴线作旋转运动B1，同时刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动A2时，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。

图 4 形成发生线的方法

(4)展成法它是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动(展成运动或称成运动)，切削刃与被加工表面相切 (点接触)，切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。例如，图4d所示，用齿条形插齿刀加工圆柱齿轮，刀具沿箭头A1方向所作的直线运动，形成直线形母线(轨迹法)，而工件的旋转运动B21和直线运动A22，使刀具能不断地对工件进行切削，其切削刃的一系列瞬时位置的包络线，便是所需要渐开线形导线(见图4e)。用展成法形成发生线需要一个成形运动(展成运动)。

1.5示例

1.用普通车刀车削外圆

母线——圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。

导线——直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A2。

表面成形运动的总数为两个，即B1和A2，都是简单的成形运动。

2.用成形车刀车削成形回转表面

母线——曲线，由成形法形成，不需要成形运动。

导线——圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。