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1、2.2 金属切削刀具金属切削刀具 Cutting tools工欲善其事工欲善其事必先利其器必先利其器11. 切削运动切削运动2. 工件加工表面工件加工表面3. 切削用量切削用量4. 切削层参数切削层参数2.2.1 2.2.1 金属切削的基本知识金属切削的基本知识主运动、进给运动主运动、进给运动三个变化的表面三个变化的表面三要素三要素计算计算选择选择2 1.刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成 三面三面 （rake face，major flank， minor flank） 前刀面前刀面A：直接作用于被切削金属层切屑沿其流出的刀面直接作用于被切削金属层切屑沿其流出的刀面 后刀面后刀面A：与工件
2、过渡表面相对并相互作用的刀面与工件过渡表面相对并相互作用的刀面 副后刀面副后刀面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 刀具的几何角度刀具的几何角度主切削刃主切削刃副切削刃副切削刃刀尖刀尖两刃两刃主切削刃主切削刃 S major cutting edge副切削刃副切削刃 Sminor cutting edge一尖一尖 Tool nose 过渡刃过渡刃3 刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系 设计制造测量角度时的基准设计制造测量角度时的基准 2. 2.刀具角度的参考系刀具角度的参考系刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系实际切削中确定角度的基准实际
3、切削中确定角度的基准 vcReference systems for tool angles4刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系 (1)(1)正交平面参考系正交平面参考系 p pr r、p ps s、p po o (2)(2)法平面参考系法平面参考系 p pr r、p ps s、p pn n (3)(3)进给平面背平面参考系进给平面背平面参考系 p pr r、p ps s、p pf f、 p pp p基面基面Pr 通过切削刃上的选定点通过切削刃上的选定点并垂直于切削速度方向的平面并垂直于切削速度方向的平面切削平面切削平面Ps 通过切削刃上的选通过切削刃上的选定点并与工件加工表面相切的定点并与
4、工件加工表面相切的平面平面正交平面正交平面Po 通过切削刃上的选通过切削刃上的选定点同时垂直于基面和切削平定点同时垂直于基面和切削平面的平面面的平面Orthogonal plane reference systemcutting edge planetool reference planeorthogonal plane5刀具正交平面参考系刀具正交平面参考系6 法平面法平面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 背平面背平面
5、Pp 过切削刃上选定点同时垂直于过切削刃上选定点同时垂直于进给进给平面和基面的平面平面和基面的平面Normal plane reference systemnormal planeassumed working planebake plane7Reference systems for the marked angles of turning tool8在正交平面参考在正交平面参考系中的标注角度系中的标注角度（1）主偏角）主偏角r“一刃四角一刃四角”（5）副偏角）副偏角r （6）副后角）副后角o 派生角度：派生角度：楔角楔角o、刀尖角、刀尖角r余偏角余偏角r 3.3.刀具的标注角度刀具的标注角
6、度Marked angles of cutting toolcutting edge anglecutting edge inclination anglerake angleclearance angle（4）后角）后角o（2）刃倾角）刃倾角s（3）前角）前角o9法平面参考系中法平面参考系中的标注角度的标注角度（1）主偏角）主偏角r（2）刃倾角）刃倾角s（3）法前角）法前角n（4）法后角）法后角n “一刃四角一刃四角”（5）副偏角）副偏角r （6）副后角）副后角ominor cutting edge anglenormal rake anglenormal clearance angle10
7、在进给、背平面参在进给、背平面参考系中的标注角度考系中的标注角度（1）主偏角）主偏角r（2）进给前角）进给前角f（3）进给后角）进给后角f（4）背前角）背前角p（5）背后角）背后角p（6）副偏角）副偏角r （7）副后角）副后角o114. 刀具的工作角度刀具的工作角度 进给运动对刀具工作角度的影响进给运动对刀具工作角度的影响（1）横向进给运动的影响）横向进给运动的影响 oe=o oe=o tanf /d当进给量当进给量f一定时，一定时，随随 d 值值值值，接近中心接近中心oe为负值。为负值。 当当 f值值横车时横车时 f 不宜过大，不宜过大，并应适当加大并应适当加大o12（2）纵向进给运动的影响
8、）纵向进给运动的影响 oe=o oe=o tan tanf sinr f sinr/(dw)f 或或dw时，时，f、均均车削右螺纹时左侧刃应车削右螺纹时左侧刃应o(左左 8右右2 )右刃应右刃应o车右螺纹时左侧刃车右螺纹时左侧刃 fe=ff fe=ff tanff /dw13 刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装位置对工作角度的影响（1）刀具安装高低的影响）刀具安装高低的影响pe=pppe=p p tanph/ oe=o oe=o tan tanp cosr假定车刀假定车刀s0,刀尖高于工件中心刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，若刀尖低于工件中心，角度变化与上述相反角度变化与上述相反14（2
9、）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响 = +G = - G = -G = +G15 切削层参数切削层参数 由切削刃正在切削的这一层金属叫作由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层切削层。切削层的。切削层的截面尺寸称为截面尺寸称为切削层参数。切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。内度量。 1. 切削厚度切削厚度 ac (s= 0) ac f sinr 2. 切削宽度切削宽度 aw aw ap/sinr3. 切削层面积切削层面积 Ac ( = 0) Ac ac a
10、w f ap16 2.2.3 刀具材料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刀具材料必须具备的性能 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性 常温硬度常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、以上，耐磨性是硬度、 组织结构及化组织结构及化 学性能等的综合反映。学性能等的综合反映。 2）足够的强度和冲击韧性）足够的强度和冲击韧性3）高耐热性）高耐热性 高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等4）良好的工艺性）良好的工艺性 锻造性能、磨削性能、
11、热处理性能等锻造性能、磨削性能、热处理性能等5）经济性）经济性17 常用刀具材料的种类及特性常用刀具材料的种类及特性 碳素工具钢、合金工具钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金高速钢、硬质合金、陶瓷、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。金刚石、立方氮化硼等。 2. 2. 高速钢高速钢（1 1）通用型高速钢）通用型高速钢（含碳量含碳量0.70.70.9%0.9%，626266 HRC66 HRC） 钨系高速钢钨系高速钢 W18Cr4VW18Cr4V W14Cr4MnREW14Cr4MnRE 钼系高速钢钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 高温塑性好高温塑性好 主要用于一般材料的常规
12、加工，速度不高于主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.50m/min.（2 2）高性能高速钢）高性能高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等增加碳量钒量，添加钴铝等666670HRC70HRC） 9 9W18Cr4V W6Mo5Cr4VW18Cr4V W6Mo5Cr4V3 3 W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2Co8Co8 W W2 2MoMo9 9Cr4Cr4VCo8VCo8 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2AlAl W W1010MoMo4 4Cr4VCr4V3Al3Al 主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/m
13、in.90m/min.粉末冶金化，表面处理及涂层等粉末冶金化，表面处理及涂层等18193. 硬质合金硬质合金金属碳化物金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等等)金属粘接剂金属粘接剂 (Co、Ni等等) 高压成形后，高温烧结而成。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，抗冲击振动性能差抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差分分类类 YG (K) 类类 YT (P)类类 YW (M)类类短切屑黑色金属短切屑黑色金属 加工长切屑的加工长切屑的 钢材、铸铁等钢材、铸铁等有色金属非金属有色金属非金属
14、 黑色金属黑色金属 有色金属非金属有色金属非金属 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co 20常用硬质合金牌号及应用范围常用硬质合金牌号及应用范围碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工精加工YN10碳钢、合金钢的碳钢、合金钢的高速精车高速精车，系统刚性好的细长轴精车系统刚性好的细长轴精车同同 上上YN05高强度钢、碳钢高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的铸铁、有色金属等的半精与粗加工半精与粗加工YW2高强度钢、碳钢高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的铸铁、有色金属等的精、半精加工精、半精加工同同 上上YW1碳素钢、合金钢碳素钢、合金钢的的
15、粗加工粗加工，可用于，可用于断续切削断续切削YT5碳钢、合金钢碳钢、合金钢连续切时连续切时粗、半精加工粗、半精加工，断续切精加工，断续切精加工YT15碳素钢、合金钢碳素钢、合金钢的的精加工精加工硬度、硬度、 抗弯抗弯耐磨耐磨 强度、强度、切削切削 韧性、韧性、速度速度 进给进给YT30铸铁、有色金属、铸铁、有色金属、高温高温合金合金粗加工粗加工，可用于，可用于断续切削断续切削YG8铸铁、有色金属、铸铁、有色金属、高温高温合金的合金的半精加工和粗加工半精加工和粗加工YG6铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6X冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、
16、半精加工冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YA6铸铁、有色金属、高温合金的铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工精、半精加工，无冲击无冲击硬度、硬度、 抗弯抗弯耐磨耐磨 强度、强度、性、性、 韧性、韧性、切削切削 进给进给速度速度 量量YG3应应 用用 范范 围围牌牌 号号21新型硬质合金简介新型硬质合金简介1）调整化学成份，提高综合性能）调整化学成份，提高综合性能 添加添加TaC、 NbC；添加稀土元素；添加稀土元素；TiC(N)基，高速钢基等基，高速钢基等2）涂层硬质合金（可转位刀片）涂层硬质合金（可转位刀片） TiC涂层、涂层、 TiN涂层、复合涂层、陶瓷涂层涂层、复合涂层、
17、陶瓷涂层 3）细晶粒和超细晶粒硬质合金）细晶粒和超细晶粒硬质合金其它刀具材料简介其它刀具材料简介1）陶瓷（硬、脆、价格低）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）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）立方氮化硼 硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等22切切 削削 运运 动动23加加
18、 工工 表表 面面24切切 削削 用用 量量251. 切削速度切削速度 v (m/s 或或 m/min) 主运动为旋转运动主运动为旋转运动 vc =d n/1000 往复运动往复运动 vc = 2Lnr /1000切削用量三要素切削用量三要素2. 进给量进给量 f (mm/r 或或 mm/双行程双行程) 进给速度进给速度 vf =n f = n fz z （mm/s 或或 mm/min)3. 背吃刀量背吃刀量（切削深度）（切削深度） ap 车削外圆车削外圆时时 ap = (dw-dm)/2 钻孔时钻孔时 ap = dm/2 26例题：例题： 车外圆时工件加工前直径为车外圆时工件加工前直径为62
19、mm，加工后直径为，加工后直径为56mm，工件转速为，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为工件加工长度为110mm，切入长度为，切入长度为3mm，求，求vc、f、ap和和切削工时切削工时t 。解：解： vc =d n/1000 = 624/1000 = 0.779 m/sf = vf /n = 2/4 = 0.5 mm/rap = (dw-dm)/2=(62-56)/2=3 mmt =(l+l1+l2)/ vf =(110+3+0)/2=56.5 s27主偏角主偏角r 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角 Cutting edge angle28刀具主偏角的作用刀具主偏角的作用29Tool cutting edge inclination angle30刀具刃倾角的作用刀具刃倾角的作用31直角切削：直角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向垂直的切削，主切削刃与切削速度方向垂直斜角切削：斜角切削：s0的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直的切削，主切削刃与切削速度方向不垂直32刀具前角、后角的作用刀具前角、后角的作用33刀具安装高低的影响刀具安装高低的影响34
