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1、2.2 金属切削刀具 Cutting tools,工欲善其事 必先利其器,1. 切削运动 2. 工件加工表面 3. 切削用量 4. 切削层参数,2.2.1 金属切削的基本知识,主运动、进给运动,三个变化的表面,三要素,计算,选择,1.刀具切削部分的组成 三面 （rake face，major flank， minor flank） 前刀面A：直接作用于被切削金属层切屑沿其流出的刀面 后刀面A：与工件过渡表面相对并相互作用的刀面 副后刀面A 与工件已加工表面相对并相互作用的表面,2.2.2 刀具的几何角度,主切削刃,副切削刃,刀尖,两刃 主切削刃 S major cutting edge 副切削
2、刃 Sminor cutting edge 一尖 Tool nose 过渡刃,刀具标注角度参考系 设计制造测量角度时的基准,2.刀具角度的参考系,刀具工作角度参考系 实际切削中确定角度的基准,Reference systems for tool angles,刀具标注角度参考系,(1)正交平面参考系 pr、ps、po (2)法平面参考系 pr、ps、pn (3)进给平面背平面参考系 pr、ps、pf、 pp,基面Pr 通过切削刃上的选定点 并垂直于切削速度方向的平面 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 平面 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
3、的平面,Orthogonal plane reference system,cutting edge plane,tool reference plane,orthogonal plane,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 reference system,normal plane,assumed working plane,bake plane,Reference systems for the mar
4、ked angles of turning tool,在正交平面参考系中的标注角度,（1）主偏角r,“一刃四角”,（5）副偏角r （6）副后角o,派生角度： 楔角o、刀尖角r 余偏角r,3.刀具的标注角度,Marked angles of cutting tool,cutting edge angle,cutting edge inclination angle,rake angle,clearance angle,（4）后角o,（2）刃倾角s,（3）前角o,法平面参考系中的标注角度 （1）主偏角r （2）刃倾角s （3）法前角n （4）法后角n “一刃四角”,（5）副偏角r （6）副后角o,
5、minor cutting edge angle,normal rake angle,normal clearance angle,在进给、背平面参考系中的标注角度 （1）主偏角r （2）进给前角f （3）进给后角f （4）背前角p （5）背后角p,（6）副偏角r （7）副后角o,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,oe=o oe=o tanf /d,当进给量f一定时， 随 d 值值， 接近中心oe为负值。, 当 f值 横车时 f 不宜过大， 并应适当加大o,（2）纵向进给运动的影响,oe=o oe=o tan tanf sinr f sinr/(dw
6、),f 或dw时，f、均 车削右螺纹时左侧刃应o (左 8右2 )右刃应o,车右螺纹时左侧刃 fe=ff fe=ff tanff /dw,刀具安装位置对工作角度的影响 （1）刀具安装高低的影响,pe=pp pe=p p tanph/,oe=o oe=o tan tanp cosr,假定车刀s0, 刀尖高于工件中心,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,= +G = - G,= -G = +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。
7、,1. 切削厚度 ac (s= 0) ac f sinr,2. 切削宽度 aw aw ap/sinr,3. 切削层面积 Ac ( = 0) 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,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,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
8、、 金刚石、立方氮化硼等。,2. 高速钢 （1）通用型高速钢（含碳量0.70.9%，6266 HRC） 钨系高速钢 W18Cr4V W14Cr4MnRE 钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2 高温塑性好 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6670HRC） 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,金属碳化物(WC、TiC、T
9、aC、 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,分 类,YG (K) 类 YT (P)类 YW (M)类 短切屑黑色金属 加工长切屑的 钢材、铸铁等 有色金属非金属 黑色金属 有色金属非金属 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co,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
10、,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,1. 切削速度 v (m/s 或 m/min) 主运动为旋转运动 vc =d n/1000 往复运动 vc = 2Lnr /1000,切削用量三要素,2. 进给量 f (mm/r 或 mm/双行程) 进给速度 vf =n f = n fz z （mm/s 或 mm/min),3.
11、 背吃刀量（切削深度） ap 车削外圆时 ap = (dw-dm)/2 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 =d n/1000 = 624/1000 = 0.779 m/s,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r 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,刀具刃倾角的作用,直角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直 斜角切削：s0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,知识回顾Knowledge Review,祝您成功！,
