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1、刀具基础技术培训上海镔翎机械有限公司2006年12月刀具基本术语 切削基本概念待加工表面待加工表面-工件上有待切除的表面。 已加工表面已加工表面-工件上经刀具切削后产生的表面。 过渡表面过渡表面(同义词：加工表面)-工件上由切削刃形成的那部分表面，它将在下一个行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一个切削刃切除。 切削运动VcVVf主切削运动主切削运动l l通常由机床主轴的旋转形成通常由机床主轴的旋转形成l l衡量参数衡量参数: (: (主主) )切削速度切削速度V Vc c进给运动进给运动l l刀具与工件之间附加的相对运动刀具与工件之间附加的相对运动l l配合主运动依次地或连续不断地维配
2、合主运动依次地或连续不断地维持切削持切削l l衡量参数衡量参数: : 进给进给速度速度V Vf f合成运动合成运动l l由主切削运动和进给运动按矢量方式叠由主切削运动和进给运动按矢量方式叠加加l l衡量参数衡量参数: : 合成合成切削速度切削速度V V切削速度计算(以车削为例)转速：而切削速度：进给速度：n 转速，r/minVc切削速度，m/mind 工件直径，mmf 进给量，mm/r可转位刀片刀片形状1边特性角特性相等不相等不相等相等圆形刀片公差3刀片的刃长5表示刀片主切削刃长度，用两位数代表，取理论长度的整数部分。如舍取小数部分后只剩下一位数字，则必须在数字前加一个“0”。刀片的厚度601
3、01S=1.59S=1.59T1T1S=1.98S=1.980202S=2.38S=2.38T2T2S=2.78S=2.780303S=3.18S=3.18T3T3S=3.97S=3.970404S=4.76S=4.760505S=5.56S=5.560606S=6.35S=6.350707S=7.94S=7.940909S=9.52S=9.521010S=10.0S=10.00 01212S=12.0S=12.00 0表示刀片主切削刃到刀片定位面的距离，用两位数代表，取理论长度的整数部分。如舍取小数部分后只剩下一位数字，则必须在数字前加一个“0”。当刀片厚度的整数相同而小数部分值不同，则将小
4、数部分大的刀片的代号用“T”代替“0”，以示区别。刀具材料刀具基体材料分类一般刀具材料对比韧性韧性硬度硬度HSS镀层镀层HSS未镀层硬质合金未镀层硬质合金镀层硬质合金镀层硬质合金超细颗粒超细颗粒硬质合金硬质合金镀层超细颗粒镀层超细颗粒硬质合金硬质合金氧化物陶瓷氮化物陶瓷CBNPCD切削材料性能比较图切削材料性能比较图高速钢刀具材料优点：优点：强度高强度高韧性好韧性好性能比较稳定性能比较稳定工艺性好，制作工艺性好，制作形状复杂刀具，形状复杂刀具，大型成型刀具大型成型刀具 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。别名： （风钢）良好的淬透性，空气中冷却就可淬硬。 （锋钢）刃
5、容锋利。 （白钢）磨光后，表面光亮。硬质合金是一种主要由不同硬质合金是一种主要由不同硬质合金是一种主要由不同硬质合金是一种主要由不同的碳化物和粘结相组成的粉的碳化物和粘结相组成的粉的碳化物和粘结相组成的粉的碳化物和粘结相组成的粉末冶金产品。末冶金产品。末冶金产品。末冶金产品。硬质合金很硬。其主要碳化硬质合金很硬。其主要碳化硬质合金很硬。其主要碳化硬质合金很硬。其主要碳化物有：物有：物有：物有：- - 碳化钨碳化钨 ( (WC)WC)- - 碳化钛碳化钛 ( (TiC)TiC)- - 碳化钽碳化钽 ( (TaC)TaC)- - 碳化铌碳化铌 ( (NbCNbC) )在大部分情况下，钴作为粘在大部
6、分情况下，钴作为粘在大部分情况下，钴作为粘在大部分情况下，钴作为粘结相使用。结相使用。结相使用。结相使用。硬质合金切削材料在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。硬质合金的分类根据ISO标准进行。这种分类的依据是工件的材料类别( P, M, K)。不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、孔加工、螺纹加工、切槽等。钛基硬质合金(金属陶瓷)CermetsCermets以以以以TiCTiC或或或或TiCTiC、TiNTiN为主要硬质相为主要硬质相为主要硬质相为主要硬质相以以以以Ni-MoNi-Mo或或或或Ni-Co-MoNi-Co-Mo等为粘结等为粘结等为粘结等为粘结相相相相抗冲击韧度
7、略低抗冲击韧度略低抗冲击韧度略低抗冲击韧度略低高温硬度略高温硬度略高温硬度略高温硬度略耐磨损性略耐磨损性略耐磨损性略耐磨损性略与被加工材料的亲和力与被加工材料的亲和力与被加工材料的亲和力与被加工材料的亲和力小余量、精密车小余量、精密车小余量、精密车小余量、精密车陶瓷刀片材料高硬度高硬度高硬度高硬度高耐磨性高耐磨性高耐磨性高耐磨性化学稳定性优良，与被加工材料的化学亲和性小化学稳定性优良，与被加工材料的化学亲和性小化学稳定性优良，与被加工材料的化学亲和性小化学稳定性优良，与被加工材料的化学亲和性小摩擦系数低摩擦系数低摩擦系数低摩擦系数低在在在在790790的高温下，陶瓷仍能保持较高的硬度的高温下，
8、陶瓷仍能保持较高的硬度的高温下，陶瓷仍能保持较高的硬度的高温下，陶瓷仍能保持较高的硬度能用于高速切削或高速重切削能用于高速切削或高速重切削能用于高速切削或高速重切削能用于高速切削或高速重切削氮化硅陶瓷 Si3N4氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 SiSi3 3N N4 4的金相颗粒结构显示的金相颗粒结构显示的金相颗粒结构显示的金相颗粒结构显示氮化硅的须状晶体，具有高的韧性、抗氮化硅的须状晶体，具有高的韧性、抗氮化硅的须状晶体，具有高的韧性、抗氮化硅的须状晶体，具有高的韧性、抗热震性及抗冲击能力，一般用于粗加工热震性及抗冲击能力，一般用于粗加工热震性及抗冲击能力，一般用于粗加工热震性及抗
9、冲击能力，一般用于粗加工铸铁，甚至带有断续切削和变化的切削铸铁，甚至带有断续切削和变化的切削铸铁，甚至带有断续切削和变化的切削铸铁，甚至带有断续切削和变化的切削余量余量余量余量切削速度比硬质合金高切削速度比硬质合金高切削速度比硬质合金高切削速度比硬质合金高3 3倍倍倍倍铸铁材料的粗加工铸铁材料的粗加工铸铁材料的粗加工铸铁材料的粗加工 甚至在不良的切削条件下也可使用甚至在不良的切削条件下也可使用甚至在不良的切削条件下也可使用甚至在不良的切削条件下也可使用切削速度切削速度切削速度切削速度l lHB 190-210: HB 190-210: v vc c = 500 - 1500 m/min = 5
10、00 - 1500 m/minl lHB 220-240: HB 220-240: v vc c = 400 - 1200 m/min = 400 - 1200 m/minl lHB 250-280: HB 250-280: v vc c = 300 - 800 m/min = 300 - 800 m/min进给率进给率进给率进给率 f fz z = 0,15 - 0,25 mm = 0,15 - 0,25 mm切深切深切深切深: : a ap p 5 mm 5 mm干式加工和湿式（加切削液加工）加工干式加工和湿式（加切削液加工）加工干式加工和湿式（加切削液加工）加工干式加工和湿式（加切削液加
11、工）加工应用领域：铸铁加工应用领域：铸铁加工应用领域：铸铁加工应用领域：铸铁加工/ /汽车工业汽车工业汽车工业汽车工业. .立方氮化硼CBN氮化硼的化学组成和石墨非常相似氮化硼的化学组成和石墨非常相似氮化硼的化学组成和石墨非常相似氮化硼的化学组成和石墨非常相似, , 颜色为白色，颜色为白色，颜色为白色，颜色为白色，晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮
12、化立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类立方氮化硼
13、是六方氮化硼的同素异形体，是人类立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。已知的硬度仅次于金刚石的物质。已知的硬度仅次于金刚石的物质。已知的硬度仅次于金刚石的物质。立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气中，人造金刚石在中，人造金刚石在中，人造金刚石在中，人造金刚石在800800时即碳化，而立方氮化硼时即碳化，而立方氮化硼时即碳化，而立方氮化硼时即碳化，而立方氮化硼可耐可耐可耐可耐13001500
14、13001500的高温，甚至在的高温，甚至在的高温，甚至在的高温，甚至在15001500时也不时也不时也不时也不发生相变。聚晶立方氮化硼在发生相变。聚晶立方氮化硼在发生相变。聚晶立方氮化硼在发生相变。聚晶立方氮化硼在 1400 1400仍然保持仍然保持仍然保持仍然保持其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢
15、、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率. .金刚石材料碳元素被组成两种不同的晶格形式碳元素被组成两种不同的晶格形式碳元素被组成两种不同的晶格形式碳元素被组成两种不同的晶格形式, , 密排六方晶格的软密排六方晶格的软密排六方晶格的软密排六方晶格的软石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。 金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时
16、候，金金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金刚石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于刚石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于刚石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于刚石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于河流沉积物中。河流沉积物中。河流沉积物中。河流沉积物中。金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。人造金刚石
17、是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，人造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，人造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，人造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最硬物质，其硬度接近于硬物质，其硬度接近于硬物质，其硬度接近于硬物质，其硬度接近于 10,000HV10,000HV，而硬质合金的硬度而硬质合金的硬度而硬质合金的硬度而硬质合金的硬度仅为仅为仅为仅为1,0601,0601,800
18、 HV 1,800 HV ）。）。）。）。 金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合金和不锈钢但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和金和不锈钢但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和金和不锈钢但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和金和不锈钢但它不适合加工铁族材料。
19、这是由于铁和碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多细小的金刚石晶粒（直径约在细小的金刚石晶粒（直径约在细小的金刚石晶粒（直径约在细小的金刚石晶粒（直径约在 1 1 100 100 mm之间）聚合之间）聚合之间）聚合之间）聚合而成的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，而成的大颗粒的
20、多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，而成的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，而成的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。全世界刀具材料应用情况 (不含高速钢)选择刀具材料的基本要求熟悉工件与刀具材料特性熟悉工件与刀具材料特性被选用的刀具材料与工件材料相互被选用的刀具材料与工件材料相互“匹匹配配”既充分发挥刀具特性既充分发挥刀具特性又较经济的满足加工要求又较经济的满足加工要求刀具角度 前角概述从金属切削的变形规律可知，前角是切削刀具上重要几何参
21、数之一，它的大小直接影响切削力、切削温度和切削功率，影响刃区和刀头的强度与散热体积，从而然响刀具耐用度和切削加工生产率。选择合理的前角，是刀具设计的重要问题。前角的影响大前角的优点切削力小切削热小能抑制积屑瘤不易振动大前角的缺点刀头强度低散热体积小弯曲应力，易造成崩刃不易断屑a 拉应力拉应力b 压应力压应力后角概述后角也是刀具上主要的几何参数之一，它的数值合理与否直接换响加工表面的质量、刀具耐用度和生产率。后角的主要功用是减小后刀面与加工表面之间的摩擦。a0a1后角的影响大后角的优点：减少磨擦 提高加工表面质量钝圆半径值小，切削刃锋利VB相同时磨损体积大 提高刀具耐用度大后角的缺点：相同磨损体
22、积时NB大 精加工不宜采用刀头强度低散热体积小VBNB主偏角概述不论是主偏角、副偏角、过渡刃偏角或其他切削刃的偏角，它们的共同功用是使刀具的各条切削刃有合理的分工、联结与配合，保证合理的刃形和切削图形，同时保证刀尖部位具有一定的强度和散热体积、选择合理的主偏角、副偏角和其他切削刃偏角，可以提高加工表面质量，提高刀具耐用度和生产率。主偏角的影响主偏角大的优点：减少吃刀抗力 减小工艺系统的弹性变形和振动易于断屑孔加工有利于切屑沿轴向顺利排出主偏角大的缺点：铣削时径向力大，刀具变形大表面粗糙度差切削负荷集中，容易磨损进给抗力大刀头强度低散热体积小ffap刀片夹紧方式 夹紧方式的影响夹紧可靠性夹紧可靠
23、性排屑排屑操作方便性操作方便性曲柄杠杆式特点特点特点特点曲杆式夹紧系统曲杆式夹紧系统曲杆式夹紧系统曲杆式夹紧系统 (P) (P) 刀片夹紧可靠刀片夹紧可靠刀片夹紧可靠刀片夹紧可靠 更换刀片简单迅捷更换刀片简单迅捷更换刀片简单迅捷更换刀片简单迅捷排屑冷却效果最好排屑冷却效果最好排屑冷却效果最好排屑冷却效果最好提供正型和负型刀杆提供正型和负型刀杆提供正型和负型刀杆提供正型和负型刀杆首选加工工件材料为：不锈钢，钛合计，首选加工工件材料为：不锈钢，钛合计，首选加工工件材料为：不锈钢，钛合计，首选加工工件材料为：不锈钢，钛合计，铝合金铝合金铝合金铝合金推荐使用于长铁屑工件材料和对冷却系推荐使用于长铁屑工
24、件材料和对冷却系推荐使用于长铁屑工件材料和对冷却系推荐使用于长铁屑工件材料和对冷却系统要求严格的工件统要求严格的工件统要求严格的工件统要求严格的工件螺钉式锁紧式优点：优点：l l甚至小型刀片也可用此方甚至小型刀片也可用此方法夹紧法夹紧l l出屑流畅。出屑流畅。缺点：缺点：l l螺丝出现疲劳现象时难以螺丝出现疲劳现象时难以保证可转位刀片的可靠定保证可转位刀片的可靠定位。位。l l操作要小心，因为在上或操作要小心，因为在上或取刀片时螺丝容易滑落。取刀片时螺丝容易滑落。l l螺丝顶部可能会被出屑损螺丝顶部可能会被出屑损坏，尤其在内部加工时容坏，尤其在内部加工时容易出现这种现象。易出现这种现象。钩销式
25、顶部压紧顶部压紧 ( (D) D) 可靠性最好可靠性最好最适合粗加工最适合粗加工应用于断续切削效果佳应用于断续切削效果佳首选短铁屑工件材料首选短铁屑工件材料 ( (铸铁铸铁- -TigertecTigertec) )专用于负型刀杆专用于负型刀杆冷却系统必须供给充分冷却系统必须供给充分123弹性刀槽压紧式特点特点l l结构简单l l夹紧力可靠l l可使用双头刀片弹性刀槽自锁式特点特点l l结构简单l l无需人工夹紧l l夹紧力可靠l l使用单头刀片锲形锁紧使用锁紧锲将可转位刀片夹紧。使用锁紧锲将可转位刀片夹紧。使用锁紧锲将可转位刀片夹紧。使用锁紧锲将可转位刀片夹紧。优点优点：l l刀齿可密布。刀
26、齿可密布。缺点：缺点：l l用用锁锁紧紧螺螺钉钉将将可可转转位位刀刀片片仅仅以以力力传传递递方方式式夹夹紧紧（圆圆周周方方向向端端面面跳跳动动问问题）。题）。l l由由于于需需要要夹夹紧紧元元件件，刀刀片片的的一一部部分分被覆盖，因而容屑槽小，排屑不畅。被覆盖，因而容屑槽小，排屑不畅。l l导热性差。导热性差。l l因因可可转转位位刀刀片片定定位位低低，承承受受交交变变弯弯曲应力，使可转位刀片耐用度降低。曲应力，使可转位刀片耐用度降低。使用说明：使用说明：l l可转位刀片可带孔或不带孔夹紧可转位刀片可带孔或不带孔夹紧硬质合金刀具结构比较整体硬质合金刀具优点：优点：l l刚性特别好刚性特别好l
27、l精度高精度高l l可应用镀层技术可应用镀层技术l l制造工艺简单制造工艺简单l l易于制造多刃刀具和小尺寸刀易于制造多刃刀具和小尺寸刀具具缺点缺点l l价格高价格高应用应用l l通常用于小尺寸刀具通常用于小尺寸刀具焊接式硬质合金刀具优点：优点：l l精度高精度高l l制造工艺比较简单制造工艺比较简单缺点缺点l l通常有残余焊接应力存在，限通常有残余焊接应力存在，限制了其切削速度的提高制了其切削速度的提高l l不能应用镀层技术不能应用镀层技术应用应用l l通常用于需要长切削刃的精加通常用于需要长切削刃的精加工刀具工刀具l l用于传统机床和低速加工用于传统机床和低速加工可转位刀具的概念可转位刀具
28、可转位刀具可转位刀具可转位刀具l l将预先加工好并带有若将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀干个切削刃的多边形刀片片l l用机械夹固的方法夹紧用机械夹固的方法夹紧在刀体上在刀体上l l当一个切削刃磨钝了后，当一个切削刃磨钝了后，只要只要 将刀片的夹紧松开将刀片的夹紧松开 转位或更换刀片转位或更换刀片 使新的切削刃进入工作位使新的切削刃进入工作位置置 再经夹紧就可以继续使用再经夹紧就可以继续使用可转位硬质合金优点：优点：l l切削刃空间位置相对刀体固定不变切削刃空间位置相对刀体固定不变 节省了对刀等所需的辅助时间节省了对刀等所需的辅助时间 提高了机床的利用率提高了机床的利用率l l经济性好经济性好 辅助时间少，提高了工效辅助时间少，提高了工效 刀体可重复使用刀体可重复使用l l促进了刀具技术的进步促进了刀具技术的进步 刀片的喷雾制粒工艺流动性好刀片的喷雾制粒工艺流动性好 可应用镀层技术可应用镀层技术 专业化、标准化生产专业化、标准化生产缺点缺点l l无法制造小尺寸刀具无法制造小尺寸刀具l l制造工艺复杂制造工艺复杂l l精度有限精度有限l l通常不能提供连续的、高精度的长切削通常不能提供连续的、高精度的长切削刃刃应用应用l l大量用于常规尺寸的刀具大量用于常规尺寸的刀具l l精度不高的定尺寸刀具精度不高的定尺寸刀具
