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1、第二章 制造工艺装备1第一节 金属切削刀具 的基本知识2本 章 内 容 及 重 点基本内容：切削运动与切削用量；刀具的几何参数；切削层参数与切削方式。重点：刀具切削部分几何参数的基本定义；刀具的工作角度概念及影响因素。3金 属 切 削 加 工 的 基 本 概 念一、金属切削加工的基本概念金属切削加工是工件与刀具相互作用的过程，是用刀 具从工件表面上切除多余的材料的过程 。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。4金 属 切 削 加 工 的 基 本 概 念5金 属 切 削 加 工 的 基 本 概 念实现切削过程的三个条件切削运动： 工件与刀具之间要
2、有相对运动。切削性能： 刀具材料必须具备一定的切削性能。切削角度： 刀具必须具有合理的几何参数。6切 削 运 动 与 切 削 用 量1.切削运动与切削用 量切削运动 刀具与工件间的相对运 动（即表面成形运动） 切削运动可分为主运动 和进给运动 主运动和进给运动的向 量合称为合成切削运动7切 削 运 动 与 切 削 用 量1）主运动使工件与刀具产生相对运动以进行切削 的最基本的运动，称为主运动。 特征：速度最高、消耗功率最大。只有 一个。 2）进给运动使主运动能够连续切除工件上多余的金 属，以便形成工件表面所需的运动，称 为进给运动。 特征：速度低、消耗功率小。可有多个 。8切 削 运 动 与
3、切 削 用 量3）切削用量切削用量 是切削加工中切削速度、进给量和背吃刀量（切削 深度）的总称。 l切削速度c 切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动 的速度。单位为m/s或m/min。 主运动是旋转时，最大切削运动是：9切 削 运 动 与 切 削 用 量l进给量f是指刀具在进给运动方向上相对工件的 位移量。 当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/str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
4、量fz，单位为mm/z或mm/齿。 它与进给量f的关系为f=zfz10切 削 运 动 与 切 削 用 量l进给速度f指切削刃上选定点相对工件进给运动的 瞬间时速度，单位为mm/s或m/min。 车削时进给运动速度为：f=nf l背吃刀量（切削深度）ap在基面上，垂直于进给运动方向测量的 切削层最大尺寸（已加工表面与待加工 表面间的垂直距离）。 外圆车削的背吃刀量：ap（dw-dm）/211切 削 运 动 与 切 削 用 量12合成切削运动与合成切削速度合成切削运动 由主运动和进给运动合成的运动。合成切削速度e 切削刃上选定点相对于工件的合成运动的 瞬时速度。ec+f切 削 运 动 与 切 削
5、用 量c13切 削 加 工 过 程 中 的 工 件 表 面2.切削加工过程中的工件 表面 待加工表面 工件上即将切除的表面。 已加工表面 工件上已经切除而形成的新表面 。 过度表面（加工表面） 工件上正在切削的表面。14切 削 层3.切削层 在切削过程中，刀具的 刀刃在一次走刀中从工 件待加工表面切下的金 属层，称为切削层。 切削层参数是指这个切 削层的截面尺寸，一般 在基面内度量和观察。15切 削 层l切削层参数是指切削层的截面尺寸，它决定刀具所 承受的负荷和切屑的尺寸大小，一般在 基面内度量和观察。16切 削 层l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。（简称
6、切削厚度） hD=fsinr l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。（简称切削宽度） bD=ap/sinr l切削层公称横截面积AD在切削层参数平面内度量的横截面积。（简称 切削面积） AD=hDbD=apf17切 削 层l上述公式中可看出hD、bD均与主偏角有关 ，但切削层公称横截面 积AD只与hD、bD或f、ap 有关。 l残留面积 l实际横截面积残留面积18刀 具 角 度二、刀具角度（一）刀具切削部分的组成刀具的组成由工作部分和非工作部分构成（车刀由 刀头和刀柄两部分组成）， 刀头用于切削，刀柄用于装夹。19刀 具 切 削 部 分 的 组 成刀具切削部分
7、的组成 外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其 切削部分（又称刀头）组成可用一句话总结 ：“三面两刃一尖”。前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖（过渡刃）20刀 具 切 削 部 分 的 组 成l前刀面（刀面）A 刀具上切屑流过的表面。 l主后刀面（后面）A 与工件过渡表面相对的表面 。l副后刀面A 与已加工表面相对的表面。 l主切削刃S 前刀面与主后刀面的交线。 它完成主要的切削工作。 l副切削刃S 前刀面与副后刀面的交线。 它配合主切削刃完成切削工作， 并最终形成已加工表面。21刀 具 切 削 部 分 的 组 成l刀尖（过渡刃） 主切削刃和副切削刃连 接处的一段刀刃。 它可以是小的直线
8、段，折线 段，或圆弧。22刀 具 角 度 参 考 系（二）刀具角度参考系刀具角度是确定刀具切削部分几何形状 的重要参数。用于定义刀具角度的各基 准坐标平面称为参考系。 l参考系有两类刀具静止参考系 用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系。刀具工作参考系 它是确定刀具切削工作时的基准，用于定义 刀具的工作角度。23刀 具 角 度 参 考 系刀具静止参考系刀具工作参考系24刀 具 角 度 参 考 系刀具静止（标注角度）参考系用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系 。 l四个假设条件l装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；l刀具的轴线垂直工件的轴线；l没有进给运动；l工件已加工表面的形状是圆住表面。25正 交 平
9、 面 参 考 系正交平面参考系 l由以下三个在空间相互垂直的参考平 面构成基面切削平面正交平面26正 交 平 面 参 考 系l基面Pr通过切削刃选定点且垂直于切削速度向 量的平面。c27正 交 平 面 参 考 系l切削平面PS包含有切削刃选定点的切线与切削速度 向量的平面。c28正 交 平 面 参 考 系l正交平面Po是过切削刃选定点，并垂直于切削平面PS 与基面Pr的平面。c正交平面切削平面基面29正 交 平 面 参 考 系30法 平 面 参 考 系法平面参考系 法平面参考系由基面Pr、切削平面PS和法平面Pn组成。 l法平面Pn： 过主切削刃选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面。31法 平
10、 面 参 考 系32正 交 平 面 参 考 系 与 法 平 面 参 考 系33刀 具 标 注 角 度（三）刀具标注角度 刀具的标注角度是表达刀具在空间方位 的参数。 刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需 要的，并在刀具设计图上予以标注的角 度。 由于标注刀具角度的参考系沿切削刃各 点可能是变化的，故所定义的刀具角度 均指的是切削刃选定点的角度。 刀具的标注角度主要有六个。 l以车刀为例，表示几个角度的定义。34正 交 平 面 参 考 系 内 的 标 注 角 度正交平面参考系内的标注角度 l前角o在正交平面内测量的前刀面与基面之间 的夹角。 前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零 值之分，其符号规
11、定如图所示。 l后角o在正交平面内测量的主后刀面与切削平 面之间的夹角。 后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值 。正负角度35前 角 前角0基面投影线前刀面投影线c36切削平面投影线主后刀面投影线后角0c后 角37正 交 平 面 参 考 系 内 的 标 注 角 度l主偏角r在基面内测量的主切削刃在基面上的投 影与进给运动方向的夹角。 主偏角一般为正值。 l刃倾角s在切削平面内测量的主切削刃与基面之 间的夹角。 当主切削刃呈水平时，s=0；刀尖为主切削 刃最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高 点是，s0。角度正负38主 偏 角主偏角r39基面投影线主切削刃刃倾角sc刃 倾 角40刀 具 角 度
12、 的 正 负 值41正 交 平 面 参 考 系 内 的 标 注 角 度42正 交 平 面 参 考 系 内 的 标 注 角 度角度正负l副偏角r在基面内测量的副切削刃在基面上的投 影与进给运动反方向的夹角。 副偏角一般为正值。 l副后角o在正交平面内测量的副后刀面与切削平 面的夹角。 l在正交平面参考系中，需要6个独立角 度r、o、o、s、r和o确定一把刀 具切削部分的几何形状。43副 偏 角副偏角r44正 交 平 面 参 考 系 内 的 标 注 角 度45刀 具 的 工 作 角 度刀具工作参考系 l工作基面Pre 通过切削刃上的选定点，垂 直于合成切削运动速度方向 的平面。 l工作切削平面Ps
13、e 通过切削刃上的选定点，与 切削刃相切且垂直于工作基 面的平面。 l工作正交平面Poe 通过切削刃上的选定点，同 时垂直于工作基面、工作切 削平面的平面。（四）刀具的工作角度46刀 具 的 工 作 角 度1.横向进给运动对工作角度的影响47刀 具 的 工 作 角 度2.轴向进给运动对工 作角度的影响 轴向进给车外圆时，合 成切削运动产生的加工 轨迹是阿基米德螺旋线 ，从而使工作前角oe增 大、工作后角oe减小。fef+feftgf/d48刀 具 的 工 作 角 度3.刀具安装高低对工作角度的影响用刃倾角s=0车刀车削外圆时，由于车刀的刀 尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置 发生变化，工
14、作前角oe增大，而工作后角oe减 小。若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情 况正好相反。加工内表面时，情况与加工外表面相反。49刀 具 的 工 作 角 度刀尖安装高低对工作前、后角的影响50刀 具 的 工 作 角 度4.刀杆安装偏斜对工 作主、副偏角的影响 当刀杆中心线与进给运 动方向不垂直且逆时针 转动G角时，工作主偏角 将增大，工作副偏角将 减小。51刀 具 材 料三、刀具材料 在切削过程中，刀具担负着切除工件上 多余金属以形成已加工表面的任务。 刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削 部分的材料、几何参数以及结构的合理 性等。 刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、 加工质量以及加工成本都有
15、很大影响， 因此必须合理选择。 刀具材料的发展受着工件材料发展的促 进和影响。52刀 具 材 料 应 具 备 的 性 能1.刀具材料应具备的性能高的硬度和耐磨性足够的强度和韧性高的耐热性（热稳定性）良好的物理特性良好的工艺性经济性53刀 具 材 料 应 具 备 的 性 能（1）高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料应具备的基本特性。 刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料 的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃的硬度，刀 具材料常温硬度一般要求大于60HRC。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。 一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高， 数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高 。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度 ，而且也和它的化学成分、强度、显微组织及摩擦 区的温度有关。54刀 具 材 料 应 具 备 的 性 能（2）足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须 具备足够的强度和韧性。（3）高的耐热性（热稳定性）耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。 它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度 和韧性的性能。刀具材料的高温硬度愈高，则刀具 的切削性能愈好，允许的切削速度也愈高。除高温硬度外，刀具材料还应具有在高温下抗氧化 的能力以及良好的抗粘结和抗扩散能力，即刀具材 料应具
