机械制造技术基础 切削基础刀具角度

过渡刃
2.刀具角度的参考系
Reference systems for tool angles
刀具标注角度参考系
设计制造测量角度时的基准
刀具工作角度参考系
实际切削中确定角度的基准
vc
刀具标注角度参考系
(1)正交平面参考系
pr、ps、po
基面Pr 通过切削刃上的选定点 (2)法平面参考系 并垂直于切削速度方向的平面
κ =κ - G
' re
' r
κ're = κ'r +G
切削层参数
由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的 截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的 负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。 1. 切削厚度 ac (λs= 0)
ac＝ f sinκr
2. 切削宽度 aw
aw＝ ap/sinκr
碳钢、合金钢的高速精车，系统刚性好的细长轴精车 碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工
同 上
新型硬质合金简介 1）调整化学成份，提高综合性能 添加TaC、 NbC；添加稀土元素；TiC(N)基，高速钢基等
2）涂层硬质合金（可转位刀片） TiC涂层、 TiN涂层、复合涂层、陶瓷涂层
3）细晶粒和超细晶粒硬质合金
假定车刀λs＝0, 刀尖高于工件中心
γpe=γp＋θp αpe=αp－ θp tanθp＝h/
(
dw
2
)2 h 2
γoe=γo＋θ αoe=αo－θ tanθ＝ tanθp cosκr
若刀尖低于工件中心， 角度变化与上述相反
（2）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响
κre =κr +G
κre = κr -G
前刀面Aγ：直接作用于被切削金属层切屑沿其流出的刀面 后刀面Aα：与工件过渡表面相对并相互作用的刀面 副后刀面A α′与工件已加工表面相对并相互作用的表面
两刃
主切削刃 S major cutting edge 副切削刃 S′minor cutting edge
副切削刃
一尖
Tool nose
刀尖
主切削刃
刀具刃倾角的作用
直角切削：λs＝0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直
斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直
刀具前角、后角的作用
刀具安装高低的影响
orthogonal plane
cutting edge plane
pr、ps、pn
切削平面Ps 通过切削刃上的选 定点并与工件加工表面相切的 (3)进给平面背平面参考系 平面r、ps、pf、 pp p
正交平面Po 通过切削刃上的选 定点同时垂直于基面和切削平 面的平面
tool reference plane
Orthogonal plane reference system
刀具正交平面参考系
法平面Pn 过切削刃上选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面 进给平面Pf 过切削刃上选定点平行进给方向垂直于基面的平面 背平面Pp 过切削刃上选定点同时垂直于进给平面和基面的平面
normal plane assumed working plane bake plane
WC+ TiC+ TaC+ Co
分 类
短切屑黑色金属 有色金属非金属
WC+ Co
常用硬质合金牌号及应用范围
牌号 YG3
YA6 YG6X YG6 YG8 YT30 YT15 YT5 YW1 YW2 YN05 YN10
应 用 范 围
硬度、 抗弯 耐磨 强度、 冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工 性、 韧性、 铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工， 切削 进给 铸铁、有色金属、高温合金的半精加工和粗加工 速度 量 铸铁、有色金属、高温合金粗加工，可用于断续切削
4. 刀具的工作角度
进给运动对刀具工作角度的影响 （1）横向进给运动的影响 γoe=γo＋μ αoe=αo－μ tanμ＝f /πd
①当进给量f一定时，
随 d 值↓—μ值↑， 接近中心αoe为负值。 ② 当 f↑—μ值↑ 横车时 f 不宜过大，
并应适当加大αo
（2）纵向进给运动的影响
车右螺纹时左侧刃
（1）主偏角κr （2）刃倾角λs
（3）前角γo
cutting edge angle
（4）后角αo
“一刃四角”
（5）副偏角κr ˊ
（6）副后角αoˊ
派生角度：
cutting edge inclination angle
楔角βo、刀尖角εr
余偏角Ψr
normal clearance angle minor cutting edge angle
Normal plane reference system
Reference systems for the marked angles of turning tool
3.刀具的标注角度
Marked angles of cutting tool
clearance angle
rake angle
在正交平面参考 系中的标注角度
钻孔时
ap = dm/2
例题：
车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56 mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，
工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求vc、f、ap和
切削工时t 。
解：
vc =πd n/1000 = π· 4/1000 = 0.779 m/s 62·
κ'r = 0) 3. 切削层面积 Ac (
Ac＝ ac aw＝ f ap
2.2.3 刀具材料
刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数
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1. 刀具材料必须具备的性能
1）高的硬度和耐磨性 常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、 组织结构及化 学性能等的综合反映。 2）足够的强度和冲击韧性 3）高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等 4）良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等 5）经济性
W18Cr4V W14Cr4MnRE W6Mo5Cr4V2 高温塑性好
9W18Cr4V
W6Mo5Cr4V3
W6Mo5Cr4V2Co8
W2Mo9Cr4VCo8 W6Mo5Cr4V2Al W10Mo4Cr4V3Al
主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min. 粉末冶金化，表面处理及涂层等
3. 硬质合金
2.2 金属切削刀具 Cutting tools
工欲善其事
必先利其器
2.2.1 金属切削的基本知识
1. 切削运动
主运动、进给运动
2. 工件加工表面
三个变化的表面
3. 切削用量
三要素 计算 选择
4. 切削层参数
2.2.2 刀具的几何角度 1.刀具切削部分的组成 三面 （rake face，major flank， minor flank）
1. 切削速度 v
主运动为旋转运动 往复运动 (m/s 或 m/min)
vc =πd n/1000 vc = 2Lnr /1000
(mm/r 或 mm/双行程)
2. 进给量 f
进给速度 vf =n f = n fz z （mm/s 或 mm/min) 3. 背吃刀量（切削深度） ap
车削外圆时
ap = (dw-dm)/2
f = vf /n = 2/4 = 0.5 mm/r
ap = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mm
t =(l+l1+l2)/ vf =(110+3+0)/2=56.5 s
主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角 Cutting edge angle
刀具主偏角的作用
Tool cutting edge inclination angle
硬度、 抗弯 碳素钢、合金钢的精加工 耐磨 强度、 碳钢、合金钢连续切时粗、半精加工，断续切精加工 切削 韧性、 碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削 速度 进给 同 上 高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的精、半精加工 铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工，无冲击
高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的半精与粗加工
常用刀具材料的种类及特性
碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、 金刚石、立方氮化硼等。
2. 高速钢
（1）通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66 HRC） 钨系高速钢
钼系高速钢 主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.
（2）高性能高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等66～70HRC）
γfe=γf＋μf αfe=αf－μf tanμf＝f /πdw γoe=γo＋μ αoe=αo－μ tanμ＝ tanμf sinκr ＝f sinκr/(πdw)
f ↑或dw↓时，μf、μ均↑ 车削右螺纹时左侧刃应↑αo (α左 8°α右2 °)右刃应↑γo
刀具安装位置对工作角度的影响
（1）刀具安装高低的影响
法平面参考系 中的标注角度
（1）主偏角κr （2）刃倾角λs
normal rake angle
（3）法前角γn
（4）法后角αn
“一刃四角”
（5）副偏角κr ˊ （6）副后角αoˊ
在进给、背平面参 考系中的标注角度
（1）主偏角κr （2）进给前角γf （3）进给后角αf
（4）背前角γp
（5）背后角αp （6）副偏角κr ˊ （7）副后角αoˊ
金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)＋金属粘接剂 (Co、 Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。 硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢 抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差
YG (K) 类
YT (P)类
加工长切屑的 黑色金属
WC+ TiC+ Co
YW (M)类
钢材、铸铁等 有色金属非金属
其它刀具材料简介
1）陶瓷（硬、脆、价格低） 普通陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷，适于精加工 2）金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差 800℃ 加工陶瓷、硬质合金、有色金属等，不适于铁系金属加工 3）立方氮化硼 硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等
切削运动
加工表面
切削用量
切削用量三要素