金属切削刀具

金属切削刀具
Cutting tools
一. 切削运动与切削要素
●金属切削加工——利用刀具切除被加工零件多余的材料，形成已加工表面的一种方法。

它是机械加工的一种必备工具，可以这样讲：没有金属切削刀具，就没有机加工，也就没有机械这门学科。

●金属切削加工的目的——使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。

●两个基本条件—— 1. 刀具的切削运动
2．刀具本身的机械性能
●标准刀具的概念：
●——指专业工厂按国际或部标生产的刀具。

●如可转位车刀、麻花钻、铰刀、铣刀、丝锥、板牙、插齿刀、齿轮滚刀、拉刀等等。

●一切削运动与切削要素
现在我们以普通车床用的车刀为例讲述一下：刀具的一些基本概念。

A．切削主运动
1．刀具与工件之间主要的相对运动
2．使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料
3．使被切削层转变为切屑，从而形成工件的新表面。

4．切削运动中，主运动速度最高，消耗功率最大
5．主运动方向——切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向6．切削速度vc——切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度B．进给运动
●刀具与工件之间附加的相对运动
●配合主运动依次地或连续不断地切除切屑
●可由刀具完成——车削、工件完成——铣削
●可以是间歇的——刨削、连续的——车削
●进给运动方向——切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给方向。

●进给速度vf——切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度●刨削：主运动——刨刀的直线运动
●进给运动——工件移动
●钻削：主运动——钻头旋转
●进给运动——钻头轴向移动
●插齿：主运动——插齿刀上下运动
●进给运动——工件分度运动等
●车外圆：主运动——工件高速旋转
●进给运动——车刀轴向运动
●磨外圆：主运动——砂轮旋转
进给运动——工件转动，砂轮轴向移动
●铣平面：主运动——铣刀旋转
进给运动——工件移动
●镗孔：主运动——刀具旋转（绕工件轴线）
进给运动——刀具径向移动
C．合成切削运动
●主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。

下面我们以车床切削为例介绍一下：
车削加工过程中工件上有三个不断变化着的表面。

● ( 1)待加工表面——工件上有待切除的表面
● (2)已加工表面——经刀具切削后产生的新表面
● (3)过渡表面(或称切削表面) ——切削刃正在切削的表面
二刀具切削部分的几何参数
切削要素：
切削过程的切削用量要素和在切削过程中由余量变成切屑的切削层参数。

1.切削用量要素
1）切削速度
●
指主运动的线速度，以车削为例：（m/min）
● n——工件或刀具的转速，[n]为r／min
● d——工件或刀具观察点的旋转直径，[d]为mm
一般取dw
2）进给量
●——指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量
●主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm／r
●当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm／双行程或mm／单行程
●对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进给量fz，单位为mm ／z或mm／齿，它与进给量f的关系为 f=zfz
●进给量是进给运动的单位量。

车削时进给量f是取工件每旋转一周的时间内，工件与刀具相对位移量（mm/min）
vf——进给运动速度
多齿刀具有每齿进给量（例如拉刀，齿轮滚刀等）
3）吃刀量
●工件待加工表面与加工表面之间的垂直距离
●在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的吃刀量
●一般称为切削深度，单位为mm；
dw――待加工表面直径
dm――已加工表面直径
4）切削时间
●切削时间是反映切削效率高低的一种指标
●车外圆时切削时间tm可由下式计算
L——刀具行程长度
A——半长方向加工余量
●提高切削用理ap、f、Vf中任何一个要素，都可缩短切削时间，提高生产效率。

5)金属切除率
●在金属切削过程中，切削用量三要素选配的大小，将影响切削效率的高低，通常用三要素的乘积作为衡量指标，称为材料切除率
●——每分钟切下工件材料的体积
是衡量切削效率高低的另一种指标
单位（mm3/min）
二．切削层参数
●切削层是指工件上正被刀具切削刃切削着的一层金属
●切削层参数——基面中测量的切削层长度、宽度和面积。

●它们与切削用量f、ap 有关
● (1)切削层公称厚度hD——垂直于正在加工的表面(过渡表面)度量的切削层参数。

● (2)切削层公称宽度bD——平行于正在加工的表面(过渡表面)度量的切削层参数。

● (3)切削层公称横截面积A D——在切削层参数平面内度量的横截面积。

二、刀具切削部分的几何参数
A．刀具的组成部分
●刀面
●刀头--切削部分刀刃
●刀尖
●刀杆--用于装夹
●前刀面Ar ——切屑流出时经过的刀面
●后刀面Aa ——与加工表面相对的刀面
●副后刀面A’a ——与已加工表面相对的刀面●
2.切削刃口
主切削忍S Ar与Aa的交线
副切削忍S “ Ar与Aa“的交线
主、副切削刃汇交的一小段切削刃称刀尖。

二．刀具的角度
标注坐标系--静态参考系--刀具角度
它是刀具设计计算、绘图标注、刃磨测量角度时基准。

工作坐标系--动态参考系--工作角度
它是确定刀具切削运动中角度的基准。

刀具标注系坐标平面是以刀具结构为基础，以刀具的安装定位面及假定的切削运动方向建立起来的坐标平面。

1.基面Pr 刃磨测量的定位基准
通过切削刃某选定点х，平行于车刀底面的平面。

或为通过切削刃某选定点，包含刀具轴线的平面。

2.切削平面PS
通过切削刃某选定点х，与切削刃相切，且垂直于基面的平面。

3.主剖面PO
主剖面是通过切削刃某选定点х，同时垂直于基面与切削平面的平面
刀具角度的定义
●主偏角 Kr ：基面中测量的主切削刃与进给运动方向间夹角。

●刃倾角λs：切削平面中测量的切削刃与基面间夹角。

●前角γ0 ：主剖面中测量的前刀面与切削平面间的夹角。

●后角α0 ：主剖面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。

三金属切削基本理论
●金属切削过程是指：通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。

●在这过程中产生一系列现象，如形成切屑、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等
（一）切削变形
金属切削过程与金属受压缩（拉伸）过程比较：塑性金属受压缩时，随着外力增加，金属先后产生弹性变形、塑性变性，并使金属晶格产生滑移，而后断裂。

（实质）
以直角自由切削为例，如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响，金属切削过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后产生了塑性变性。

第Ⅰ变形区近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；
第Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区；
第Ⅲ变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区。

（二）切屑的形成过程中变形特点
1．切屑的形成过程
切削层受刀具的作用，经过第Ⅰ变形区的塑性变形后形成了切屑
切削层在法向力Fn和摩擦力Ff组成的合力Fr作用下，使近切削刃处的金属产生弹性变形、塑性变形，在这同时金属晶格产生滑移。

（剪应力达到屈服强度）
三）切屑的类型
根据切削层变形特点和变形后形成切屑的外形不同，通常将切屑分为以下四类：
1）、带状切屑
外形连续不断呈带状。

切削塑性金属材料，例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金时常出现这类切屑。

（2）、节状切屑
外形也呈带状，但在切屑上与前刀接触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。

切削黄铜或低速、较大走刀切钢易得到这类切屑。

（3）、单元切屑
切下切屑断裂成均匀的颗粒状。

切削铅或用很低速度、大走刀切削钢可得到这类切屑。

（4）、崩碎切屑
在切削脆性金属时，例如铸铁、黄铜等材料，得到的是呈不规则的细粒状切屑。

四．刀具的分类
● (1)切刀包括各种车刀、刨刀、插刀、镗刀、成形车刀等．
● (2)孔加工刀具包括各种钻头、扩孔钻、铰刀、复合孔加工刀具(如钻-铰复合刀具)等。

(3)拉刀包括圆拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花键拉刀)等。

● (4)铣刀包括加工平面的圆柱铣刀、面铣刀等；加工沟槽的立铣刀、键槽铣刀、三面刃铣刀、锯片钝刀等；加工特形面的模数铣刀、凸(凹)圆弧铣刀、成形铣刀等。

● (5)螺纹刀具包括螺纹车刀、丝锥、板牙、搓丝板等。

● (6)齿轮刀具包括齿轮滚刀，蜗轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、花键滚刀等。

● (7)磨具包括砂轮、砂带、砂瓦、油石和抛光轮等。

● (8)其它刀具包括数控机床专用刀具、自动线专用刀具等。

●单刃(单齿)刀具和多刃(多齿)刀具；
●标准刀具(如麻花钻、铣刀、丝锥等)和非标准刀具(如拉刀、成形刀具等)；
●定尺寸刀具(如扩孔钻、铰刀等)和非定尺寸刀具(如外圆车刀、直刨刀等)；
●整体式刀具、装配式刀具和复合式刀具等
●形状、结构和功能各不相同的各种刀具都有功能相同的组成部分
●工作部分和夹持部分
工作部分承担切削加工，夹持部分将工作部分与机床连接在一起，传递切削运动和动力，并保证刀具正确的工作位置．
接下来介绍几种比较有代表性的刀具。

A）齿轮刀具：
1. 盘形和指形齿轮铣刀
2.展成齿轮刀具
这类刀具切削刃的廓形不同于被切齿轮任何剖面的槽形。

切齿时除主运动外，还需有刀具与齿坯的相对啮合运动，称展成运动。

工件齿形是由刀具齿形在展成运动中的若干位包络切削形成的。

用这类刀具加工齿轮时，刀具本身好像也是一个齿轮，它和被加工的齿轮各自按啮合关系要求的速比转动，而由刀具齿形包络出齿轮的齿形。

这类刀具中有齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、加工非渐开线齿形的各种滚刀、蜗轮刀具和锥齿轮刀具等。

a）齿轮滚刀
齿轮滚刀是依照螺旋齿轮副啮合原理，用展成法切削齿轮毛坯的一种刀具，齿轮滚刀相当于小齿轮，被切齿轮相当于一个大齿轮。

滚刀是一个螺旋角β0很大而螺纹头数很少（1～3个齿），齿很长，并能绕滚刀分度圆柱很多圈的螺旋齿轮，这样就象螺旋升角γz很小的蜗杆了。

为了形成刀刃，在蜗杆端面沿着轴线铣出几条容屑槽，以形成前面及前角；经铲齿和铲磨，形成后刀面及后角。