§-2.1-刀具的结构

机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构第二章金属切削原理与刀具Chapter2ThoeryofMetalCuttingProcessandTool主要学习内容§2.1刀具的结构§2.2刀具材料§2.3金属切削过程及其物理现象§2.4工件材料的切削加工性§2.5刀具参数的合理选择§2.6切削用量的合理选择机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构§2.1刀具的结构2.1.1切削运动与切削要素1.切削运动矢量切削运动及其方向用切削运动的速度矢量来表示。车削外圆时的切削运动如下图所示，主运动切削速度和进给速度与切削运动速度之间的关系为：cvfvevfcevvv在切削过程中，工件上存在着3个不断变化的表面：已加工表面：工件上已切去切屑的表面；待加工表面：工件上即将被切去切屑的表面；加工表面（过渡表面）：工件上正在被切削的表面。2.切削过程中的表面切削运动与切削表面机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构3.切削要素切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。切削用量是切削时各参数的合称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）三要素，它们是设计机床的依据。（1）切削速度vc在单位时间内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移，单位为m/s。主运动为旋转运动时，计算公式为：机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构主运动为往复直线运动（如刨削），则常用其平均速度v作为切削速度，即（2）进给量f在主运动每转一转或每一行程时（或单位时间内），刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移，单位是mm/r（用于车削、镗削等）或mm/行程（用于刨削、磨削等）。进给量还可以用进给速度vf（mm/s）或每齿进给量（用于铣刀、铰刀等多刃刀具，mm/每齿）表示。一般情况下：机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（3）背吃刀量（切削深度）ap待加工表面与已加工表面之间的垂直距离（mm）。车削外圆时为：（4）切削层几何参数切削层是指工件上被切削刃切削的一层金属，亦即相邻两个加工表面之间的一层金属。切削层的大小反映了切削刃所受载荷的大小，直接影响到加工质量、生产率和刀具的磨损等。a.切削宽度aw：沿主切削刃方向度量的切削层尺寸（mm）切削用量与切削层数机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构b.切削厚度ac两相邻加工表面间的垂直距离（mm）。c.切削面积Ac切削层垂直于切削速度截面内的面积（mm2）。2.1.2刀具角度1.刀具切削部分的组成1）前面（刀前面）：刀具上与切屑接触并相互作用的表面。2）主后面（主后刀面）：刀具上与工件过渡表面接触并相互作用的表面。3）副后面（副后刀面）：刀具上与工件已加工表面接触并相互作用的表面。4）主切削刃：前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。5）副切削刃：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。6）刀尖：连接主切削刃和副切削刃的一段切削刃，它可以是小的直线段或圆弧。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构刀体刀头前刀面A刀尖副切削刃'S主切削刃S副后刀面'A主后刀面A●外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。●车刀的切削部分由3个刀面、2个刀刃和1个刀尖组成。车刀的组成机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可看作是车刀的演变和组合。刨刀、钻头、铣刀切削部分的形状机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构2.刀具角度的参考平面⑴基面Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。⑵切削平面Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。⑶主剖面Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。(也称为正交平面)主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA切削平面Ps基面Pr正交平面参考系其他：法平面参考系、假定工作平面参考系等。设计标注、刃磨、测量刀具角度的基准。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构3.刀具的标注角度刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所必需的，并在刀具设计图上予以标注的角度。（1）前角γ0在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前面的倾斜程度，有正、负和零值之分。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γo定为正值；位于刀头实体之内时γo定为负值。γ0Aκr′A向f车刀的角度γ′0α′0α0κrεrλs+-γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（2）后角αoαo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。α0α′0Aκr′A向f车刀的角度γ0γ′0κrεrλs后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（3）主偏角κrκrAκr′A向f车刀的角度γ0γ′0α′0α0εrλsκr在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角，主偏角一般为正值。κr的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主切削刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（4）副偏角κr′κr′AA向f车刀的角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr′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。副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（5）刃倾角λs在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。Aκr′A向f车刀的角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsλs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。a）b）c）刃倾角对排屑方向的影响刃倾角的符号λs有正、负和零值之分，当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之为负。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构4.刀具的工作角度在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，刀具的标注角度会发生一些变化，其原因是切削平面、基面和正交平面位置会发生变化。以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。（1）刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装高度对工作角度的影响γ0e=γ0α0e=α0a）α0e＜α0b）α0e＞α0c）γre＜γrγ0e＞γ0●刀具安装高度对工作角度的影响机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构●车刀安装偏斜对工作角度的影响(θ为切削时刀杆纵向轴线的偏转角)机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（2）进给运动对工作角度的影响●纵向进给运动对工作角度的影响-0000ee在主剖面内：)/sin(tan1切dKfr纵向进给运动使基面和切削平面在空间偏转一个角度μ，从而使刀具的工作前角增大，工作后角减小。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构●横向进给运动对工作角度的影响α0e=α0-μγ0e=γ0+μμγ0μPsPes横切时的工作角度fxα00000ee)/(tan1切dfμ——螺旋升角，即主运动方向与合成切削速度方向的夹角。横向进给运动使刀具的工作前角增大，工作后角减小（甚至为负而对工件形成挤压）。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构2.1.3常用刀具简介1.刀具分类按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类。按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等。按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等。按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。2.常用刀具简介（1）车刀车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具，它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可以用于切槽和切断等。车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。整体车刀常用高速钢制造，焊接装配式及机夹式刀片常用硬质合金制造。机械加固刀片的车刀又分为机夹车刀和可转位车刀。机械加固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越多。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构车刀的种类机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀车刀的结构机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（2）孔加工工具普通麻花钻头孔加工工具一般可分为两大类：a.从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；b.对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构群钻机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构中心钻机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构扩孔钻机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构铰刀机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构镗刀（单刃镗刀）机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构镗刀（双刃浮动镗刀）机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（3）铣刀铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具。种类很多，按用途分有：①加工平面用的，如圆柱平面铣刀、面铣刀等；②加工沟槽用的，如立铣刀、两面刃或三面刃铣刀、锯片铣刀、T形槽铣刀和角度铣刀；③加工成形表面用的，如凸半圆和凹半圆铣刀及加工其他复杂成形表面用的铣刀。铣削的生产率一般较高，加工表面粗糙度值较大。机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构常用铣刀机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（4）拉刀圆拉刀结构示意图a)圆孔拉刀b)花键拉刀外拉刀机械工程学院机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具§2.1刀具的结构（5）螺纹刀具切削法工作的螺纹刀具a)平体螺纹梳刀b)棱体螺纹梳刀c)圆体螺纹梳刀d)板牙e)丝锥螺纹可用