1、第三節(jié) 金屬切削刀具 一、刀具類型 一、刀具類型 一、刀具類型刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合。a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機夾式車刀 在切除多余金屬層的切削運動中，刀具承擔著非常重要的作用。為此應掌握刀具的結構組成。外圓車刀是最基本、最典型的刀具。以外圓車刀為例。 二、車刀結構前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖刀柄切削部分車刀由切削部分和刀柄組成。刀具中起切削作用的部分稱切削部分（刀頭），夾持部分稱刀柄 （刀體）。切屑流出時經過的刀面切削部分：由不同刀面和切削刃構成。進給運動方向與過渡表面相對的刀面，也稱主后刀面進給運動方向與已加工表面相對的刀面進給運動方向前刀面與后刀

2、面的交線。在切削加工過程中，它擔負著主要的切削工作進給運動方向前刀面與副后刀面的交線。它擔負少量切削工作，配合主切削刃完成切削工作并最終形成工件上的已加工表面進給運動方向刀尖是主、副切削刃連接部位，或者是主、副切削刃的交點進給運動方向尖刀尖 b) 倒圓刀尖 c) 倒角刀尖刀 尖 結 構 車刀切削部分各表面在空間傾斜相交，為標注車刀角度，必須建立有三個坐標平面組成的參考系。 三、刀具的幾何參數(shù) 刀具標注參考系 設計、制造、測量角度時的基準。不受刀具工作條件變化的影響，只考慮主運動和進給運動的方向，安裝時的定位基準與主運動方向垂直或平行。刀具工作參考系實際切削中確定角度的基準 vc1、刀具標注參考

3、系 組成：坐標平面測量面基面Pr切削平面Ps正交平面Po法平面假定工作平面背平面正交平面參考系法平面參考系假定工作平面參考系基面Pr切削速度方向主切削刃上選定點刀柄底面（車刀安裝面）基面Pr：通過切削刃上選定點，垂直于該點主運動速度方向的平面。注：車刀的基面是平行于車刀安裝面（底面）的平面 基面Pr切削速度方向主切削刃上選定點切削平面Ps ：通過主切削刃上選定點，與切削刃相切并垂直于基面的平面刀柄底面（車刀安裝面）切削平面Ps正交平面Po： Ps Pr基面Pr： PrVc 刀具安裝面（車刀）切削平面Ps: 與 S相切 且 Pr假定切削速度方向Vc正交平面參考系（Pr-Ps-Po)主切削刃上選定

4、點正交平面參考系與刀具標注角度基面Pr切削平面Ps正交平面Po2、刀具標注角度（1）正交平面參考系中的刀具標注角度A、基面 Pr內的角度 （I）主偏角 Kr在基面Pr內測量的，主切削刃與進給方向的夾角。（II）副偏角 Kr在基面Pr內測量的，副切削刃與進給方向的夾角。主偏角r 主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角 Cutting edge angle（I）刃傾角s定義：在切削平面Ps內測量的，主切削刃S與基面Pr間的夾角稱刃傾角。符號：有正負之分，刀尖位于切削刃的最高點時定為“+”、反之為負“-”，它影響切屑流向和刀尖強度。取值：一般取s = 10 +10 , 粗加工時常取負值，增加刀頭

5、強度；精加工時常取正值，避免切屑擦傷已加工表面。 B、切削平面 Ps內的角度刃傾角s的正與負 當?shù)都庠谥髑邢魅猩献罡唿c時，s為正值，反之為負值。 切屑流向已加工表面切屑流向待加工表面刃傾角s的正與負對切屑流向的影響：C、正交平面 Po內的角度（I）前角o定義：在正交平面Po內測量的，前刀面A與基面Pr間的夾角。符號：有正負之分，前刀面位于基面之前，o0。（II）后角o在正交平面Po內測量的后刀面A與切削平面Ps間的夾角。 D、派生角度（I）刀尖角r在基面Pr內測量的，主切削平面Ps與副切削平面Ps間的夾角。 （II）楔角o在正交平面Po內測量的前刀面 Ar與后刀面A間的夾角 。在正交平面參考系

6、中的標注角度“一刃四角”（5）副偏角r （6）副后角o 派生角度：刀尖角r，楔角or（1）主偏角r（4）后角o（2）刃傾角s（3）前角o基本角度(r，r，s，o，o)確定了主切削刃及前、后刀面的方位。 其中o ， s確定前刀面方位 ， r，o確定后刀面方位， r，s確定主切削刃的方位。 刀具角度的合理選擇問題原 則：粗加工時，為了提高切削效率，切削力會較大，因此強度要高；精加工時，切削力較小，為了保證零件質量因此刀具較鋒利。粗加工：前角、后角均小，強度高精加工：前角、后角均大，刀具鋒利主偏角：車臺階軸：取90度 既車外圓又車端面，取45度副偏角：為降低表面粗糙度，取小值：一般為： 5-15度

7、刃傾角：粗加工常取負值，精加工取正值作圖練習直頭外圓車刀的六個標注角度進給運動對刀具工作角度的影響（1）橫向（徑向）進給運動的影響 oe=o oe=o tan=f /d當進給量f一定時，隨 d 值值，接近中心oe為負值。 當 f值橫車時 f 不宜過大，并應適當加大o2、刀具工作參考系 （2）縱向（軸向）進給運動的影響 oe=o oe=o tan= tanf sinr = f sinr/(dw)f 或dw時，f、均車削右螺紋時左側刃應o(左 8右2 )右刃應o車右螺紋時左側刃 fe=ff fe=ff tanf=f /dw刀具安裝位置對工作角度的影響（1）刀具安裝高低的影響pe=pppe=p p

8、tanph/ oe=o oe=o tan tanp cosr假定車刀s0,刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，角度變化與上述相反（2）刀桿中心線與進給方向不垂直的影響 = +G = - G = -G = +G加工時要承受高溫、高壓、強烈的摩擦，沖擊和振動。1.刀具材料應具備的性能1）高的硬度的耐磨性：比工件高，HRC60； 耐用度2）化學穩(wěn)定性：不易與周圍介質發(fā)生化學反應3）足夠的強度和沖擊韌性：不崩刃，不斷4）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）：高溫下保持高硬度的能力5）導熱性和耐熱沖擊性能：便于熱量擴散6）良好的工藝性和經濟性：鍛造性能、磨削性能、熱處理性能；刀具制造成本低7）抗粘結性 三、刀具材料刀

9、具的切削性能決定于刀具結構、切削部分的材料和幾何參數(shù)常用刀具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。1）高速鋼含有較多鎢、鉬、烙、釩等元素的高合金工具鋼較高的硬度（熱處理硬度達HRC6267）和耐熱性（切削溫度可達550600）切速比碳素工具鋼和合金工具鋼高13倍（因此而得名），刀具耐用度高1040倍，甚至更多可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的材料制造工藝簡單，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃在復雜刀具（鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等）的制造中占有重要地位。用途分：通用型高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼2.幾種常見的刀具材料用高耐熱性和高耐磨性的

10、金屬碳化物（碳化鎢，碳化鈦，碳化鉭，碳化鈮等）與金屬粘結劑（鈷，鎳，鉬等）在高溫下燒結而成的粉末冶金制品。 硬度、耐熱性（850-1000C）、耐磨性很高，切削速度遠高于高速鋼(100-300m/min) 抗彎強度低、脆性大，抗沖擊振動性能差，較難加工，不易做成形狀復雜的整體刀具。分類 YG (K) 類 YT (P)類 YW (M)類短切屑黑色金屬 加工長切屑的 鋼材、鑄鐵等有色金屬非金屬 黑色金屬 有色金屬非金屬 WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co （1）普通硬質合金2）硬質合金常用硬質合金牌號及應用范圍牌 號應 用 范 圍YG3硬度、 抗彎耐磨 強度、性

11、、 韌性、切削 進給速度 量鑄鐵、有色金屬、高溫合金的精、半精加工，無沖擊YA6冷硬鑄鐵、淬硬鋼、有色金屬及合金的精、半精加工YG6X鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精、半精加工，YG6鑄鐵、有色金屬、高溫合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬、高溫合金粗加工，可用于斷續(xù)切削YT30硬度、 抗彎耐磨 強度、切削 韌性、速度 進給碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳鋼、合金鋼連續(xù)切時粗、半精加工，斷續(xù)切精加工YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YW1同 上高強度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的精、半精加工YW2高強度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的半精與粗加工YN05同 上碳鋼、合金鋼的高速精車，系統(tǒng)

12、剛性好的細長軸精車YN10碳鋼、合金鋼、淬硬鋼連續(xù)表面的精加工1. 調整化學成份，提高綜合性能 添加TaC、 NbC；添加稀土元素；TiC(N)基，高速鋼基等2. 涂層硬質合金（可轉位刀片） TiC涂層、 TiN涂層、復合涂層、陶瓷涂層 3. 細晶粒和超細晶粒硬質合金（2）新型硬質合金3) 涂層刀具和其它刀具材料涂層刀具：耐磨性高的難熔金屬化合物耐用度至少可提高13倍（刀片），或210倍（高速鋼）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。人造金剛石：在高溫高壓下由石墨轉化而成極高的硬度（顯微硬度可達HV10000）和耐磨性，摩擦系數(shù)小，切削刃非常鋒利。很高的加工表面質量。陶瓷刀具：以氧化鋁為主要成分，經

13、壓制而成在1200C時可保持HRA80的硬度，脆。熱穩(wěn)定性較差（不得超過700800），與鐵元素的化學親和力很強，不宜加工鋼鐵件。加工硬質合金。立方氮化硼：由六方氮化硼在高溫高壓下轉變而成硬度熱穩(wěn)定性很高（可達13001400C） 。最大的優(yōu)點：在高溫（12001300C）時也不易與鐵族金屬起反應。刀具材料對比 刀具材料對比 第四節(jié) 夾具引入： 在機械制造中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，使用著大量的夾具。 機床夾具是在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。 利用夾具，可以提高勞動生產率，提高加工精度，減少廢

14、品；可以擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件。因此，夾具是機械制造中的一項重要的工藝裝備。劃線找正裝夾（圖2-11） 精度不高，效率低，多用于形狀復雜的鑄件直接找正裝夾（圖2-10） 精度高，效率低，對工人技術水平高夾具裝夾（圖2-12） 精度和效率均高，廣泛采用安裝的含義 安裝又稱裝夾，包括定位和夾緊兩項內容。定位 使工件在機床或夾具上占有正確位置夾緊 對工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過程中保持不變工件安裝方法一、工件的安裝 定位使工件相對于機床及刀具處于正確的位置。在機械加工中，要求加工出來的表面，對加工件的其它表面保持規(guī)定的位置尺寸。因為加工表面是由切削刀具和機床的綜合運動

15、所造成，所以在加工時，必須使加工件上的規(guī)定表面（線、點）對刀具和機床保持正確的位置才能加工出合格的產品。夾緊工件：在加工中保持這一正確位置不變 圖2-10 直接找正安裝flash毛坯孔加工線找正線 圖2-11 劃線找正安裝flash圖2-12 工件在夾具上裝夾（滾齒夾具） 定義：工件上用來確定其他點、線、面的位置的那些點、線、面，一般用中心線、對稱線或平面作為基準。 分類：按照作用的不同，常把基準分為設計基準和工藝基準兩類。設計基準：設計圖樣上所用的基準。工藝基準：零件在加工工藝過程中所用的基準。二、基準 引入：在分析加工表面的幾何參數(shù)及其精度時，首先應了解加工表面的標定問題，即基準的概念。

16、二、基準 設計基準工序基準定位基準測量基準裝配基準零件設計圖樣上所采用的基準，稱為設計基準。這是設計人員從零件的工作條件、性能要求出發(fā)，適當考慮加工工藝性而選定的。在零件圖上可以有一個也可以有多個設計基準。 二、基準 設計基準工序基準定位基準測量基準裝配基準在工序圖上，用來確定本工序中待加工表面加工后的尺寸、形狀、位置的基準，稱為工序基準。 二、基準 設計基準工序基準定位基準測量基準裝配基準 在加工時用于工件定位的基準，稱為定位基準。 二、基準 設計基準工序基準定位基準測量基準裝配基準 在測量時所采用的基準，稱為測量基準。 二、基準 設計基準工序基準定位基準測量基準裝配基準 在機器裝配時，用來

17、確定零件或部件在產品中的相對位置所采用的基準，稱為裝配基準。 1、定位裝置：用來確定工件正確位置的裝置，包括定位元件或定位元件的組合；2、夾緊裝置：工件定位后將其固定，使其在加工過程中承受重力、切削力等而保持定位裝置不變的操作。包括夾緊元件或其組合；3、對刀、引導元件：用來確定刀具位置，并引導刀具進行加工 的元件。4、連接元件5、夾具體：用來聯(lián)系并固定上述各種裝置和元件，使之成為一個整體的零件。夾具的構成夾具的概念使工件定位和夾緊的機床附加裝置三、夾具的概念和構成 例：下圖為在軸上鉆孔時所用的一種簡單夾具1、擋鐵 ；2、V形鐵；3、夾緊機構；4、工件；5、鉆套；6、夾具體1.通用夾具：指一般已

18、經標準化，不需特殊調整就可以用來裝夾不同工件的刀具。例：三爪卡盤、四爪卡盤、頂尖、分度頭、平口鉗、電磁吸盤特點：通用夾具價格較低，使用范圍廣泛，但生產效率不如專用夾具。故一般僅適用于單件小批量生產。2.專用夾具：是指為某一零件的加工而專門設計和制造的夾具，既可以保證加工精度，又提高生產效率，但夾具需要一定的投資。所以主要用于成批及大量生產中。夾具的類型三爪卡盤四爪卡盤萬向平口鉗回轉工作臺分度頭圖 通用夾具3、通用可調夾具和成組夾具：通過調整或更換個別元件后，可以加工形狀相似、尺寸相近、加工工藝相似的多種工件。在當前多品種小批量生產的條件下，更示出這兩類夾具優(yōu)勢4、組合夾具：用事先準備好的通用標

19、準元件和部件組合而成的夾具。用完之后可以將這類夾具拆卸下來，更換元、部件組裝成新夾具，供再次使用。 六點定位原理 要確定其空間位置，就需要限制其 6 個自由度 任何一個物體在空間直角坐標系中都有 6 個自由度用 表示四、工件在夾具中的定位 圖 2-13 六點定位原理XZY 六點定位原理 將 6 個支承抽象為6個“點”，6個點限制了工件的6 個自由度，這就是六點定位原理。 三個黃色不共線的約束點可以限制兩個綠色約束點限制一個藍色約束點限制工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。完全定位與不完全定位不完全定位主要有兩種情況： 工件本身相對

20、于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉的自由度無法被限制（即使被限制也無意義）。例如球體繞過球心軸線的轉動，圓柱體繞自身軸線的轉動等。 工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制 3 個自由度就夠了。完全定位與不完全定位ZYXa）ZYXb）ZYXc）ZYXd） e）ZYXf）ZYX圖2-15 工件應限制的自由度完全定位和不完全定位實際生產過程中六點有時并不完全定位加工溝槽，六點完全定位工件加工時必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。圖2-16 欠定位示例XZYa）b）BB

21、B欠定位 過定位工件某一個自由度（或某幾個自由度）被兩個（或兩個以上）約束點約束，稱為過定位。 過定位是否允許，要視具體情況而定：1）如果工件的定位面經過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，因為合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經過機械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。過定位 過定位分析（桌子與三角架）圖2-17 過定位分析 過定位分析圖2-18 過定位示例a）ZYXYc）ZYXYb）ZYYX

22、過定位分析圖2-19 過定位示例XYa）ZYb）ZYXY 一面兩孔定位分析D1D2d2d1b圖2-20 一面兩孔定位干涉分析刀柄主軸拉桿漲套 過定位應用圖2-21 HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結構HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24間隙主軸拉桿刀柄定位端面配合錐面 過定位討論如圖示，齒輪坯以內孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02 A間隙配合剛性心軸圖2-22 過定位示例圖2-22a 過定位引起夾緊變形橡膠墊圖2-22b 過定位處理分析 討論分析圖示定位方案：各方案限制的自由度有無欠定位或過定位對不合理的定位方案提出改進意見。 b

23、）XZYXc）XZYXa）YXZ圖2-23 過定位分析a）YXZa1）YXZa2）YXZa3）YXZ圖2-23a 過定位示例分析b）XZYXb1）XZYXXZb2）YXXZb3）YX圖2-23b 過定位示例分析c）XZYXc）XZYXc1）YXXZ圖2-23c 過定位示例分析ZXYZXYZXYZXY圖2-24 工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。圖2-24給出了平面定位的幾種情況。ZXYZXY工件以平面定位常用定位元件限制的自由度圖2-25 工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位（定位基準為圓柱孔軸線）。常用定位元件

24、是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸（又有過盈配合、間隙配合和小錐度心軸等）、彈性心軸之分。工件以圓孔定位所限制的自由度見圖 2-25。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ工件以圓孔定位圖2-26 工件以外圓柱面定位工件以外圓柱面定位兩種形式：定心定位和支承定位。工件以外圓柱面定心定位的情況與工件以圓孔定位的情況相仿（用套筒和卡盤代替心軸或柱銷）。工件以外圓柱面支承定位的元件常采用V型塊，短V型塊限制2個自由度，長V型塊（或兩個短V型塊組合）限制4個自由度。XYZXYZXYZXYZXYZ工件以外圓柱面定位除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。圖2-27為工件以錐孔定位的例子，錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉動外的 5個自由度。圖2-27 工件以錐孔定位工件以其他表面定位在多個表面同時參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。通常稱定位點數(shù)最多的表面為主要定位面或支承面，稱定位點數(shù)次多的表面為第二定位基準面或導向面，稱定位點數(shù)為 1 的表面為第三定位基準面或止動面。定位表面的組合XZY圖2-28 工件在兩頂尖上定位在分析多個表面定位情況下各表面限制的自由度時，分清主次定位面很重要。如圖2-28所示工件在兩頂尖上的定位，應首先確定前頂尖限制的自由度，他們是 。