第四章金屬切削刀具第一節(jié)概述第二節(jié)車刀第三節(jié)孔加工刀具第四節(jié)銑削和銑刀第五節(jié)螺紋刀具第六節(jié)齒輪刀具第七節(jié)磨具第八節(jié)自動化加工中的刀具第一節(jié)概述一、金屬切削刀具在機械制造工業(yè)中的作用、地位及發(fā)展趨勢(1)通用刀具和齒輪刀具進入更新?lián)Q代的新階段通用刀具(指麻花鉆、絲錐、立銑刀等)已進入優(yōu)質高性能的新時代,它們廣泛采用鈷高速工具鋼、粉末冶金高速工具鋼、細顆粒硬質合金材料,并可涂覆TiN、TiCW、TiAlN、金剛石膜等復合涂層,使這類刀具的切削性能成倍地提高,同時也擴大了淬硬鋼、模具鋼等難加工材料的應用范圍。第一節(jié)概述一、金屬切削刀具在機械制造工業(yè)中的作用、地位及發(fā)展趨勢(2)可轉位立銑刀朝著多功能高性能多品種方向發(fā)展可轉位刀具是當前刀具發(fā)展的主要趨勢,尤其是可轉位立銑刀的發(fā)展更為迅速。由于它在數(shù)控機床上應用范圍廣,通用性好,可加工輪廓、溝槽、仿形以及鉆孔、鏜孔等,已成為數(shù)控機床的主要刀具。此外,立銑刀作為模具加工的主要刀具,隨著模具行業(yè)的快速崛起,這類刀具也得以迅速發(fā)展。例如,日本三菱公司最新推出的多功能銑刀,可安裝八角形或圓形刀片,適用于五種加工范圍。第一節(jié)概述一、金屬切削刀具在機械制造工業(yè)中的作用、地位及發(fā)展趨勢(3)專用刀具趨向智能化隨著汽車、摩托車、柴油機等行業(yè)生產線或特殊零件加工的發(fā)展,國內外一些工具廠商專門開發(fā)了適應批量生產和特定零件加工的高效專用刀具,如曲軸內、外銑刀,缸體軸承孔鏜刀等。其特點是:結構復雜,功能復合、高效,刀具與機床、工藝構成有機整體,能巧妙地實現(xiàn)刀具的附加運動,如加工空刀槽、背面倒角、锪平面等,故又稱為智能化刀具。第一節(jié)概述一、金屬切削刀具在機械制造工業(yè)中的作用、地位及發(fā)展趨勢(4)刀具的新型夾頭及裝夾技術的發(fā)展隨著切削加工朝著高速度、高精度方向發(fā)展,對帶柄刀具的裝夾提出了新的要求。彈簧夾頭、螺釘?shù)葌鹘y(tǒng)的刀具裝夾方法已不能滿足要求且制約著新型刀具切削性能的發(fā)揮。因此,新型刀柄和夾頭已成為精密高效刀具的重要組成部分。第一節(jié)概述二、刀具的分類(1)切刀包括各種車刀、刨刀、插刀、鏜刀、成形車刀等。(2)孔加工刀具包括各種鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、復合孔加工刀具(如鉆—鉸復合刀具)等。(3)拉刀包括圓拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花鍵拉刀)等。(4)銑刀包括加工平面的圓柱銑刀、面銑刀等;加工溝槽的立銑刀、鍵槽銑刀、三面刃銑刀、鋸片銑刀等;加工特形面的模數(shù)銑刀、凸(凹)圓弧銑刀、成形銑刀等。第一節(jié)概述二、刀具的分類(5)螺紋刀具包括螺紋車刀、絲錐、板牙、螺紋切頭、搓絲板等。(6)齒輪刀具包括齒輪滾刀、蝸輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、花鍵滾刀等。(7)磨具包括砂輪、砂帶、砂瓦、磨石和拋光輪等。(8)其他刀具包括數(shù)控機床專用刀具、自動線專用刀具等。第一節(jié)概述三、刀具材料及合理選用1.刀具材料簡介刀具切削部分材料的性能應滿足以下基本要求:①高的硬度;②高的耐磨性;③高的耐熱性(熱穩(wěn)定性);④足夠的強度和韌性;⑤良好的工藝性。刀具材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、硬質合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。碳素工具鋼(如T10A、T12A)及合金工具鋼(如9SiCr、CrWMn),因耐熱性較差,通常僅用于手工工具和切削速度較低的刀具。陶瓷、金剛石和立方氮化硼等目前僅用于較為有限的場合。目前,刀具材料中使用最廣泛的仍是高速工具鋼和硬質合金。第一節(jié)概述三、刀具材料及合理選用1.刀具材料簡介(1)高速工具鋼高速工具鋼具有較高的硬度(熱處理硬度可達62~67HRC)和耐熱性(切削溫度可達550~600℃),且具有較高的強度和韌性,抗沖擊、振動的能力較強。高速工具鋼刀具制造工藝較簡單,切削刃鋒利,適用于制造各種形狀復雜的刀具(如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等)。第一節(jié)概述三、刀具材料及合理選用1.刀具材料簡介(2)硬質合金硬質合金是用高耐熱性和高耐磨性的金屬碳化物(如碳化鎢、碳化鈦、碳化鉭等)與金屬黏結劑(如鈷、鎢、鉬等)在高溫下燒結而成的粉末冶金材料,它的硬度可達89~93HRA,切削溫度可達800~1000℃,允許切削速度可達100~300m/min,但其抗彎強度低,不能承受較大的沖擊載荷。通常,硬質合金可分為K、P、M三個主要類別。第一節(jié)概述三、刀具材料及合理選用1.刀具材料簡介(3)涂層刀具材料它是在硬質合金或高速工具鋼基體上,涂覆一層幾微米厚的高硬度、高耐磨性的金屬化合物(如碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等)而制成的。涂層硬質合金的刀具壽命至少可提高1~3倍,涂層高速工具鋼的刀具壽命可提高2~10倍。第一節(jié)概述三、刀具材料及合理選用2.合理選擇刀具材料一般情況下,孔加工刀具、銑刀和螺紋刀具這一類普通刀具,相對于復雜刀具制造工藝較為簡單,精度要求較低,材料費用占刀具成本的比重較大,所以生產上常采用W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V等通用型高速工具鋼。而拉刀、齒輪刀具等一些復雜刀具,由于制造精度高,制造費用占刀具成本的比重較大,故宜采用硬度和耐磨性均較高的高性能高速工具鋼。為了提高生產率,延長刀具壽命,應盡量采用硬質合金。目前,硬質合金在面銑刀、鉆頭、鉸刀和齒輪刀具等方面已得到廣泛應用。近年來,國內外已廣泛使用涂層刀具。第一節(jié)概述四、刀具使用和設計中應當注意的若干問題(1)選擇合理的刀具類型加工同一個零件,有時可用多種不同類型的刀具。這就需要根據(jù)零件的加工要求、生產批量、工藝要求、設備條件等因素綜合考慮,選用合適的刀具?；驹瓌t是:在保證加工質量的前提下,優(yōu)先考慮提高生產率。(2)選擇合理的切削方式切削方式是指刀具切削刃從工件上切去加工余量的形式。切削方式的合理與否,將直接影響切削刃形狀、加工質量、刀具壽命和生產率等。(3)選擇合理的幾何參數(shù)選擇刀具幾何參數(shù)時,除需要遵循“銳字當頭,銳中求固”的原則外,還應考慮刀具的工作條件、重磨情況等因素。第一節(jié)概述四、刀具使用和設計中應當注意的若干問題(4)設計正確的切削刃廓形對于成形刀具,其切削刃的廓形會直接影響零件成形表面的形狀,因此必須根據(jù)零件的輪廓形狀,正確地設計切削刃的廓形,同時要兼顧制造、檢測、重磨等方面的簡便性。(5)合理處理好容屑、排屑和強度、剛度的關系對于麻花鉆、立銑刀、絲錐、拉刀等有容屑要求的刀具,切屑能否順利排出,這是確保刀具能否正常工作的關鍵。(6)考慮刀具的刃磨或重磨刀具的刃磨表面應根據(jù)磨損形式和刀具使用要求來選擇。第一節(jié)概述四、刀具使用和設計中應當注意的若干問題(7)合理選擇刀具的結構形式及有關尺寸。應根據(jù)不同的條件選用合理的刀具結構,優(yōu)先采用機夾式、可轉位式、模塊式、成組式等結構。同時,應根據(jù)切削負荷強度、剛度等要求,正確設計刀具夾持部分的結構尺寸。(8)其他方面還應考慮刀具與機床、工裝的合理配置,及選擇合理的切削用量和切削液等。第二節(jié)車刀一、車刀簡介1.車刀的分類車刀的分類方法較多,歸納起來有以下幾種:1)按用途可分為外圓車刀、端面車刀、切斷(槽)刀、鏜孔刀、螺紋車刀等。2)按切削部分材料可分為高速工具鋼車刀、硬質合金車刀、陶瓷車刀等。3)按結構可分為整體式、焊接式、機夾重磨式、可轉位式等。第二節(jié)車刀一、車刀簡介2.車刀的結構和應用(1)硬質合金焊接式車刀這種車刀是將一定形狀的硬質合金刀片用焊料焊接在刀桿的刀槽內制成的,如圖4-1所示。圖4-1焊接式車刀第二節(jié)車刀一、車刀簡介2.車刀的結構和應用(2)硬質合金機夾式車刀(又稱重磨式車刀)

這種車刀是用機械方法將硬質合金刀片夾固在刀桿上,刀片磨損后,卸下后可重磨切削刃,然后再安裝使用。與焊接式車刀相比,刀桿可多次重復使用,且避免了因焊接而引起刀片產生裂紋、崩刃和硬度降低等缺點,提高了刀具壽命。圖4-2所示為上壓式機夾重磨式車刀。圖4-2上壓式機夾重磨式車刀第二節(jié)車刀一、車刀簡介2.車刀的結構和應用(3)可轉位車刀(舊稱機夾不重磨式車刀)這種車刀是將機夾式車刀結構進一步改進的結果。它的刀片也是采用機械夾固方法裝夾的,但可轉位刀片可為正多邊形(如正三角形、正方形等),周邊經過精磨,刃口用鈍后只需將刀片轉位,即可使新的切削刃投入切削。第二節(jié)車刀二、可轉位車刀1.可轉位車刀的結構和特點可轉位車刀由刀桿、刀片、刀墊和夾緊元件組成,如圖4-3所示。圖4-3可轉位車刀的組成第二節(jié)車刀二、可轉位車刀1.可轉位車刀的結構和特點可轉位車刀與焊接式車刀相比,具有下列優(yōu)點:(1)提高刀具壽命可轉位車刀避免了焊接式車刀在焊接刀片時所產生的缺陷,刀具壽命一般比焊接式車刀提高一倍以上,并能使用較大的切削用量。(2)節(jié)約大量的刀桿材料焊接式車刀一把刀桿一般只能焊一次刀片,而一把可轉位車刀的刀桿可重復使用多次,節(jié)約大量的刀桿材料。(3)保證切削穩(wěn)定可靠可轉位刀片的幾何參數(shù)及斷屑槽的形狀是壓制成形的(或用專門的設備刃磨),采用先進的幾何參數(shù),只要切削用量選擇適當,完全能保證切削性能穩(wěn)定、斷屑可靠。第二節(jié)車刀二、可轉位車刀1.可轉位車刀的結構和特點可轉位車刀與焊接式車刀相比,具有下列優(yōu)點:(4)減少硬質合金材料的消耗可轉位刀片用廢后,可回收利用,重新制造刀片或其他硬質合金刀具。(5)提高生產率可轉位車刀刀片轉位、更換方便、迅速,并能保持切削刃與工件的相對位置不變,從而縮短輔助時間,提高生產率。(6)有利于涂層刀片的使用可轉位刀片不焊接不刃磨,有利于涂層刀片的使用。涂層刀片耐磨性、耐熱性好,可提高切削速度和使用壽命。此外,涂層刀片通用性好,一種涂層刀片可替代數(shù)種牌號的硬質合金刀片,減少了刀片的種類,簡化刀具管理。第二節(jié)車刀二、可轉位車刀2.可轉位刀片刀片形狀品種較多,常用的有正三角形、正方形、正五邊形、菱形和圓形等,見圖4-4及表4-1。圖4-4硬質合金可轉位刀片的常用形狀

a)三角形b)六邊形82°

c)六邊形80°

d)正方形e)五邊形f)圓形第二節(jié)車刀二、可轉位車刀2.可轉位刀片刀片形狀品種較多,常用的有正三角形、正方形、正五邊形、菱形和圓形等,見圖4-4及表4-1。表4-1各種刀片代號刀片形狀代號刀片形狀代號三角形T菱形35°①V六邊形80°W菱形55°①D六邊形82°F菱形75°①E正方形S菱形80°①C五邊形P菱形86°①M六邊形H55°刀尖角平行四邊形①K八邊形O82°刀尖角平行四邊形①B矩形L85°刀尖角平行四邊形①A圓形R第二節(jié)車刀二、可轉位車刀2.可轉位刀片可轉位車刀類型與夾緊結構特點見表4-2。表4-2可轉位車刀類型與夾緊結構特點名稱結構示意圖定位面夾緊件主要特點杠桿式底面周邊杠桿螺釘定位精度高,調節(jié)余量大,夾緊可靠,拆卸方便杠銷式杠銷螺釘杠銷比杠桿制造簡單,調節(jié)余量小,裝卸刀片不如杠桿方便第二節(jié)車刀二、可轉位車刀2.可轉位刀片可轉位車刀類型與夾緊結構特點見表4-2。(續(xù))名稱結構示意圖定位面夾緊件主要特點斜楔式底面周邊楔塊螺釘定位準確,刀片尺寸變化較大時也可夾緊,定位精度不高上壓式壓板螺釘元件小,夾緊可靠,裝卸容易,排屑受一定影響偏心式偏心螺釘元件小,結構緊湊,調節(jié)余量小,要求制造精度高拉墊式拉墊螺釘夾緊可靠,允許刀片尺寸有較大變動。刀頭剛性弱不宜用于粗加工壓孔式底面錐孔沉頭螺釘結構緊湊、簡單,夾緊可靠,刀頭尺寸可做得較小第二節(jié)車刀二、可轉位車刀4.先進車刀簡介HELIGRIP刀片是ISCAR霸王刀片系列的又一種新產品。它以切斷刀為基礎,改制成雙頭螺旋刃形式,增加了端面切槽和外圓、端面車削等功能,還可用于深槽加工。它集原有刀片優(yōu)勢于一身,可用于八種不同的車削加工,如圖4-5所示。圖4-5霸王車刀及加工范圍

a)霸王車刀b)加工范圍第二節(jié)車刀三、成形車刀1.成形車刀的種類、用途和裝夾(1)按結構和形狀分類可分為平體成形車刀、棱體成形車刀和圓體成形車刀三類,如圖4-6所示。圖4-6成形車刀的類型

a)平體成形車刀b)棱體成形車刀c)圓體成形車刀第二節(jié)車刀三、成形車刀1.成形車刀的種類、用途和裝夾(2)按進刀方式分類可分為徑向成形車刀、切向成形車刀和斜向成形車刀。1)徑向成形車刀。工作時,這種成形車刀沿工件的半徑方向進給,大部分成形車刀都按這種方式進刀。2)切向成形車刀。工作時,切削刃沿工件外圓表面的切線方向進給。3)斜向成形車刀。其進給方向與工件軸線不垂直,用于車削直角臺階。第二節(jié)車刀三、成形車刀1.成形車刀的種類、用途和裝夾通常,成形車刀是通過專用刀夾裝夾在機床上的。圖4-7所示為棱體成形車刀和圓體成形車刀常用的裝夾方法。4-7成形車刀的裝夾

a)棱體成形車刀的裝夾b)圓體成形車刀的裝夾

1—心軸2—銷子3—圓體刀4—齒環(huán)5—扇形板6—螺釘7—夾緊螺母8—銷子9—蝸桿10—刀夾第二節(jié)車刀三、成形車刀2.成形車刀的幾何角度與安裝(1)成形車刀的幾何角度圖4-8成形車刀前角和后角的形成

a)棱體成形車刀b)圓體成形車刀第二節(jié)車刀三、成形車刀2.成形車刀的幾何角度與安裝在制造時,將它的前面加工成距其中心距離為h,在安裝時,要求基準點與工件中心等高。刀具中心O2比工件中心O高H,即可形成所需的前角和后角。h與H值可由下列公式計算,即h=Rsin(γf+αf)H=Rsinαf式中R——圓體成形車刀最大外圓半徑,單位為mm。第二節(jié)車刀三、成形車刀2.成形車刀的幾何角度與安裝從圖4-8可以看出,除1'點位于工件中心線上,其余各點2'、3'、…均低于工件中心線,所以成形車刀切削刃上各點處的切削平面與基面位置不同,因而前角和后角都不相同,而且,離工件中心線越遠,前角越小,后角則越大,即γf2<γf,αf2>αf。成形車刀的前角可根據(jù)不同的工件材料選取。成形車刀的后角一般取αf=10°~30°。因圓體成形車刀切削刃上的后角變化比棱體成形車刀大,故應選用較大的數(shù)值。當γf>0°時,加工圓錐面會產生雙曲線誤差。第二節(jié)車刀三、成形車刀2.成形車刀的幾何角度與安裝(2)成形車刀廓形設計(作圖法)簡介成形車刀廓形設計的方法有:作圖法、計算法和查表法三種。作圖法簡單清晰,但精確度稍低;計算法精度高,若利用計算機編程運算則更為方便;查表法也能達到設計精度要求,且較簡便。下面簡單介紹用作圖法設計成形車刀廓形。作圖法設計的主要依據(jù)是:已知零件的廓形,刀具前角γf和后角αf、圓形車刀廓形的最大半徑R。通過作圖找出切削刃在垂直后面的平面上投影。第二節(jié)車刀三、成形車刀2.成形車刀的幾何角度與安裝作圖方法如圖4-9所示。圖4-9作圖法設計成形車刀廓形

a)棱體成形車刀b)圓體成形車刀第二節(jié)車刀三、成形車刀2.成形車刀的幾何角度與安裝(3)成形車刀的安裝成形車刀的加工精度,不僅與刀具切削刃廓形設計與制造精度有關,而且與該刀具在機床上的安裝精度有關。安裝成形車刀時,應滿足以下要求:1)圓體成形車刀切削刃上的基準點應與工件中心等高。2)棱體成形車刀的燕尾定位基面及圓體成形車刀的軸線,必須與工件的軸線平行。3)成形車刀安裝后的前角γf和后角αf應符合設計所規(guī)定的數(shù)值,尤其要保證所需的后角的大小(要求安裝誤差≤±30')。4)成形車刀的裝夾必須可靠牢固。5)成形車刀裝夾后,應先進行試切削,并測量工件的加工尺寸,待檢驗合格后方可正式投入生產。第二節(jié)車刀三、成形車刀3.成形車刀的刃磨使用中,當成形車刀達到規(guī)定的磨損限度(一般后面的最大磨損量為0.4~0.5mm)時,應進行刃磨。刃磨質量的好壞不僅影響工件的表面質量,還會影響切削刃的形狀,造成工件表面形狀誤差。通常,在工具磨床上進行重磨,圓體成形車刀和棱體成形車刀均只刃磨前面,重磨的基本要求是保證原設計的前角和后角數(shù)值不變。第二節(jié)車刀三、成形車刀3.成形車刀的刃磨如圖4-10a所示,棱體成形車刀刃磨較為簡便,只要在工具磨床上用一臺雙向萬能刃磨夾具即可刃磨,它可以在垂直及水平面內轉動,刃磨時應保證刀具面與砂輪軸線夾角為(αf+γf)。圓體成形車刀在工具磨床上刃磨時,應嚴格保證前面至刀具中心線的距離為設計值h,如圖4-10b所示。圖4-10成形車刀重磨示意圖

a)棱體成形車刀b)圓體成形車刀第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點1.麻花鉆的結構如圖4-11所示,麻花鉆由柄部、頸部和工作部分三個部分組成。圖4-11麻花鉆的組成第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點1.麻花鉆的結構(1)柄部柄部是鉆頭的夾持部分,用于與機床連接,并傳遞動力,按麻花鉆直徑的大小分為直柄(小直徑)和錐柄(大直徑)兩種。(2)頸部頸部是工作部分和柄部間的過渡部分,供磨削時砂輪退刀和打印標記用,小直徑直柄鉆頭沒有頸部。(3)工作部分工作部分是鉆頭的主要部分,前端為切削部分,承擔主要的切削工作;后端為導向部分,起引導鉆頭的作用,也是切削部分的后備部分。第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點2.麻花鉆的主要幾何參數(shù)及其對鉆削過程的影響鉆頭的基面pr是通過切削刃上某點并包含軸線的平面,也是通過該點且垂直于該點切削速度的平面。切削平面ps是與切削刃上某點的加工表面相切并與該點的基面垂直,也是包含該點切削速度的平面。正交平面po同時垂直于上述兩個平面。表示鉆頭幾何角度所用的正交平面系與車刀的相應定義相同,但麻花鉆主切削刃上的各點切削速度方向不同、故各點的基面方向不同,如圖4-12、圖4-13所示。第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點2.麻花鉆的主要幾何參數(shù)及其對鉆削過程的影響圖4-12麻花鉆正交平面參考系圖4-13麻花鉆的幾何角度第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點2.麻花鉆的主要幾何參數(shù)及其對鉆削過程的影響(1)螺旋角ω指鉆頭棱邊螺旋線展開成的直線與鉆頭軸線的夾角，螺旋角實際上就是鉆頭假定工作平面內的前角γf。(2)頂角2φ和主偏角κr鉆頭的頂角(即鋒角)為兩條主切削刃在與其平行的軸向平面上投影之間的夾角。(3)前角γo鉆頭的前角是在正交平面內測量的前面與基面的夾角。(4)后角αf鉆頭主切削刃上任意點x的后角是在假定工作平面(即通過該點的,以鉆頭軸線為軸心的圓柱面的切平面)內測量的切削平面與主后面之間的夾角,第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點2.麻花鉆的主要幾何參數(shù)及其對鉆削過程的影響(4)后角αf鉆頭主切削刃上任意點x的后角是在假定工作平面(即通過該點的,以鉆頭軸線為軸心的圓柱面的切平面)內測量的切削平面與主后面之間的夾角,如圖4-14所示。圖4-14鉆頭的后角第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點2.麻花鉆的主要幾何參數(shù)及其對鉆削過程的影響(5)橫刃角度(見圖4-15)橫刃角度包括橫刃斜角、橫刃前角與橫刃后角。圖4-15橫刃角度第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點2.麻花鉆的主要幾何參數(shù)及其對鉆削過程的影響由于標準麻花鉆在結構及幾何參數(shù)上存在很多問題,如切削刃較長、切屑較寬、前角變化大、排屑不暢、橫刃部分切削條件很差等,因此在使用時常需要根據(jù)具體使用條件進行修磨。圖4-16所示為麻花鉆常見的幾種修磨形式。圖4-16麻花鉆的修磨形式

a)橫刃修磨b)主切削刃修磨c)前面修磨d)后面及刃帶修磨第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點3.鉆削過程(1)鉆削用量如圖4-17所示,鉆削用量包括背吃刀量、每齒進給量和鉆削速度。背吃刀量(切削深度)ap(mm)每齒進給量fz(mm/z)鉆削速度vc(m/min)式中d——鉆頭的直徑,單位為mm;

f——鉆頭的進給量,單位為mm/r;

n——鉆頭的轉速,單位為r/min。圖4-17鉆削切削層第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點3.鉆削過程(1)鉆削用量鉆孔時切削層參數(shù)有切削寬度和切削厚度。切削寬度切削厚度每齒切削層橫截面積第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點3.鉆削過程(2)鉆削力與鉆削功率如圖4-18所示,鉆頭的每一個切削刃都產生切削力,包括Fc主切削力(切向力)、Fp背向力(徑向力)和Ff進給力(軸向力)。扭矩Mc是各切削刃在主運動方向的主切削力Fc形成的,它消耗的功率最多,約占80%;進給力主要由橫刃產生,約占總進給力的57%。圖4-18鉆削力第三節(jié)孔加工刀具一、麻花鉆和鉆削過程特點3.鉆削過程扭矩Mc和進給力Ff可由實驗公式求得。鉆削功率為式中Pc——鉆削功率,單位為kW;

Mc——鉆削扭矩,單位為N·m;vc——切削速度,單位為m/min。第三節(jié)孔加工刀具二、擴孔鉆和锪鉆1.擴孔鉆擴孔鉆是用于擴大孔徑、提高孔質量的刀具。它可用于孔的最終加工或鉸孔、磨孔前的預加工，圖4-19a所示擴孔鉆。圖4-19擴孔鉆和锪鉆

a)擴孔鉆b)帶導柱平底锪鉆c)錐面锪鉆d)端面锪鉆第三節(jié)孔加工刀具二、擴孔鉆和锪鉆2.锪鉆锪鉆用于加工埋頭螺釘沉孔、錐孔和凸臺面等。圖4-19b所示為帶導柱平底锪鉆,適用于加工圓柱形沉孔。圖4-19c所示為錐面锪鉆,它的鉆尖角有60°、90°及120°三種,用于加工中心孔和孔口倒角。圖4-19d所示為端面锪鉆,它僅在端面上有切削齒,用來加工孔的端面。锪鉆可制成高速工具鋼锪鉆、硬質合金锪鉆及可轉位锪鉆等。第三節(jié)孔加工刀具三、鏜刀鏜孔能糾正孔的直線度誤差,獲得高的位置精度,特別適合于箱體零件的孔系加工。鏜孔是加工大孔的主要精加工方法。圖4-20所示為機夾式單刃鏜刀,其結構簡單、制造方便。在鏜不通孔或階梯孔時,鏜刀頭在鏜桿內要傾斜安裝,δ一般取10°~45°,鏜通孔時取δ=0°。圖4-20機夾式單刃鏜刀第三節(jié)孔加工刀具三、鏜刀圖4-21所示為在坐標鏜床和數(shù)控機床上使用的一種微調鏜刀。圖4-21微調鏜刀

1—鏜刀頭2—微調螺母3—螺釘4—波形墊圈5—調節(jié)螺母6—固定座套第三節(jié)孔加工刀具三、鏜刀圖4-22所示為用于孔徑大且鏜孔精度要求較高的調節(jié)式浮動鏜刀。圖4-22雙刃鏜刀

1—上刀體2—緊固螺釘3—調節(jié)螺釘4—下刀體第三節(jié)孔加工刀具四、鉸刀鉸刀用于中小直徑孔的半精加工和精加工。鉸刀的結構如圖4-23所示,由工作部分、頸部和柄部組成,工作部分有切削部分和校準部分,校準部分有圓柱部分和倒錐部分。圖4-23鉸刀的結構第三節(jié)孔加工刀具四、鉸刀鉸刀的類型如圖4-24所示。圖4-24鉸刀的類型

a)直柄機用鉸刀b)錐柄機用鉸刀c)硬質合金錐柄機用鉸刀d)手用鉸刀e)可調節(jié)手用鉸刀f)套式機用鉸刀g)直柄莫氏圓錐鉸刀h)手用1∶50錐度鉸刀第三節(jié)孔加工刀具五、拉刀拉刀是利用拉刀上相鄰刀齒尺寸的變化來切除加工余量的。按加工表面部位不同,拉刀可分為圓孔拉刀、花鍵拉刀、四方拉刀、鍵槽拉刀和平面拉刀等。它們的組成部分基本相同,下面主要介紹圓孔拉刀。第三節(jié)孔加工刀具五、拉刀1.圓孔拉刀的組成如圖4-25所示,圓孔拉刀由前柄、頸部、過渡錐、前導部、切削齒、校準齒和后導部組成。對于長而重的拉刀還有后柄。圖4-25圓孔拉刀結構與切削部分的主要幾何參數(shù)

1—前柄2—頸部3—過渡錐4—前導部5—切削齒6—校準齒7—后導部8—后柄第三節(jié)孔加工刀具五、拉刀1.圓孔拉刀的組成相鄰刀齒之間的軸向距離稱為齒距p,一般p=(1.2~1.9)(L為拉削長度),其大小影響拉刀刀齒容屑空間、拉刀強度和在加工長度L中的同時工作齒數(shù)ze,為確保拉削過程的平穩(wěn)性,應滿足ze=3~8。相鄰齒間作出容屑槽(見圖4-26),圖4-26容屑槽的形式

a)直線齒背式b)圓弧齒背式c)直線雙圓弧式第三節(jié)孔加工刀具五、拉刀2.拉削方式拉削方式是指拉刀逐齒從工件表面上切除加工余量的方式,主要包括分層式、分塊式和組合式三種,如圖4-28所示。圖4-28拉削方式

a)分層式b)分塊式c)組合式1、2、3—刀齒第三節(jié)孔加工刀具五、拉刀3.拉刀的合理使用(1)防止拉刀斷裂及刀齒損壞拉削時刀齒上受力過大、拉刀強度不夠,是損壞拉刀和刀齒的主要原因?？刹扇∪缦麓胧┙鉀Q:①要求預制孔精度等級為IT10~IT8、表面粗糙度Ra值≤5μm,預制孔與定位端面垂直度偏差不超過0.05mm;②嚴格檢查拉刀的制造精度,對于外購拉刀可進行齒升量、容屑空間和拉刀強度檢驗;③對難加工材料,采取適當熱處理,改善材料的可加工性;④保管、運輸拉刀時,防止拉刀彎曲變形和破壞刀齒。第三節(jié)孔加工刀具五、拉刀3.拉刀的合理使用(2)消除拉削表面缺陷拉削時表面產生鱗刺、縱向劃橫、壓痕、環(huán)狀波紋和啃刀等是影響拉削表面質量的常見缺陷。一般采取如下措施解決:①提高刀齒刃磨質量,保持刀齒刃口鋒利性,防止微紋產生,各齒前角、刃帶寬保持一致;②保持穩(wěn)定的拉削,增加同時工作的齒數(shù),減小精切齒和校準齒齒距或做成不等分布齒距,提高拉削系統(tǒng)的剛度;③合理選用拉削速度,在較高的拉削速度時,拉削表面質量較高,所以應采用硬質合金拉刀、氮化鈦涂層拉刀等;④合理選用切削液,拉削碳素鋼、合金鋼材料,選用極壓乳化液、硫化油及極壓添加劑切削液對提高拉刀壽命、降低表面粗糙度值均有良好效果。第三節(jié)孔加工刀具六、復合孔加工刀具設計按零件工藝類型可分為同類和不同類工藝復合孔加工刀具,如圖4-29和圖4-30所示。圖4-29同類工藝復合孔加工刀具

a)復合鉆b)復合擴孔鉆c)復合鉸刀d)復合鏜刀圖4-30不同類工藝復合孔加工刀具

a)鉆-擴b)擴-鉸c)鉆-鉸第三節(jié)孔加工刀具六、復合孔加工刀具設計1.孔加工復合刀具設計的特點復合刀具是由通用刀具組合而成的,除應考慮一般刀具設計的各種問題外,還要注意如下一些問題:(1)要有足夠的強度和剛度孔加工復合刀具切削時產生較大的切削力,同時刀體的尺寸又受到孔徑的限制,所以復合刀具刀體材料均采用合金鋼,以提高其強度和剛度。對于孔的同軸度要求高的復合刀具,在刀體上一定要有導向部分,它支承在夾具上的導套內。導向部分可安置在復合刀具的前端、后端、中間或前、后端位置處。第三節(jié)孔加工刀具六、復合孔加工刀具設計1.孔加工復合刀具設計的特點復合刀具是由通用刀具組合而成的,除應考慮一般刀具設計的各種問題外,還要注意如下一些問題:(2)合理選擇切削用量切削速度應按最大直徑的刀具選擇,以免因速度過高而影響刀具壽命,背吃刀量由相鄰單刀的直徑差來決定,不宜過大。進給量是各刀共有的,進給量應按最小尺寸的單刀來選定,以免因切削力過大而使刀具折斷。對于先后切削的復合刀具,如采用鉆-鉸復合刀具加工時,切削速度應按鉸刀確定,而進給量應按鉆頭確定。

第三節(jié)孔加工刀具六、復合孔加工刀具設計1.孔加工復合刀具設計的特點復合刀具是由通用刀具組合而成的,除應考慮一般刀具設計的各種問題外,還要注意如下一些問題:(3)排屑孔加工復合刀具切削時產生的切屑多,因此要有足夠大的容屑槽和排屑通道,以避免切屑阻塞和相互干擾。對切屑的控制一般從分屑、斷屑、控制切屑流向及適當加大容屑槽等方面考慮,也可以發(fā)揮切削液的作用。

第三節(jié)孔加工刀具六、復合孔加工刀具設計1.孔加工復合刀具設計的特點復合刀具是由通用刀具組合而成的,除應考慮一般刀具設計的各種問題外,還要注意如下一些問題:(4)刃磨、調整方便尺寸小的復合孔加工刀具采用整體式結構,剛性好,能使各單刀間保持高的同軸度、垂直度等位置精度,缺點是制造、刃磨困難,使用壽命較短。尺寸較大的刀具可采用裝配式結構,可避免上述缺點。圖4-30a所示為鉆-擴鑲裝可調的復合刀具,鉆頭和擴孔鉆分別固定在刀體上,鉆頭重磨后,可用螺釘調節(jié)其伸出長度。

第三節(jié)孔加工刀具六、復合孔加工刀具設計1.孔加工復合刀具設計的特點復合刀具是由通用刀具組合而成的,除應考慮一般刀具設計的各種問題外,還要注意如下一些問題:(5)采用可轉位復合孔加工刀具在復合刀具上采用可轉位刀片可避免因焊接引起的缺陷,從而延長刀具的壽命;還可以縮短換刀、調刀等輔助時間,提高生產率;刀桿可重復使用,經濟性好。圖4-29b所示為可轉位復合擴孔鉆,刀片通過錐形沉頭螺釘夾緊在刀體上。它的結構簡單,刀片轉位迅速,節(jié)省了刀具重磨、調刀的時間。

第三節(jié)孔加工刀具六、復合孔加工刀具設計2.設計舉例在組合機床上加工液壓泵上?8.mm的孔采用先鉆后鉸的方法,工件材料為鑄鐵,切削速度vc=11.1m/min,進給量f=0.18mm/r,使用柴油作為切削液,加工示意圖如圖4-31所示,試設計一把整體硬質合金鉆鉸復合刀具。圖4-31鉆鉸加工示意圖第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素1.銑刀幾何角度銑削時的主運動是銑刀的旋轉運動,進給運動一般是工件的直線或曲線運動。銑刀幾何角度可以按圓柱形銑刀和面銑刀兩種基本類型來分析?；鍼r是通過切削刃上選定點且包含銑刀軸線的平面,切削平面Ps切于切削刃且垂直于基面。兩者是基準參考平面。(1)前角和后角對于螺旋齒圓柱形銑刀,如圖4-33a所示,為了便于制造,前角常用法前角γn,規(guī)定在法平面pn內測量。后角規(guī)定在正交平面po內測量。

第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素1.銑刀幾何角度圖4-33銑刀的幾何角度

a)螺旋齒圓柱形銑刀b)硬質合金面銑刀第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素1.銑刀幾何角度此時假定工作平面pf是與po重合的,故γo=γf,αo=αf,法前角γn與前角γo的關系為tanγn=tanγocosω式中

ω——圓柱形銑刀的外圓螺旋角。為了獲得所需的切削角度,使刀齒在刀體中徑向傾斜γf、軸向傾斜γp,需在刀體上開出相應的刀槽。若已確定γo、λs和κr值,可以算出γf和γp,可由下式換算tanγf=tanγosinκr-tanλscosκrtanγp=tanγocosκr-tanλssinκr第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素1.銑刀幾何角度(2)刃傾角對于圓柱形銑刀,其螺旋角ω就是刃傾角λs,它能使刀齒逐漸切入和切離工件,能增加實際工作前角,使切削輕快平穩(wěn);同時形成螺旋形切屑,排屑容易,防止切屑堵塞現(xiàn)象。一般細齒圓柱形銑刀ω=30°~35°,粗齒圓柱形銑刀ω=40°~45°。對于面銑刀銑削加工時沖擊較大,加工鋼和鑄鐵時一般取λs=-5°~-15°。λs如圖4-33b中S視圖所示。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素2.銑削要素(1)銑削用量如圖4-34所示,銑削用量有:1)銑削速度vc指銑刀切削刃選定點相對于工件的主運動的瞬時速度,可按下式計算式中vc——瞬時速度,單位為m/min或m/s;

d——銑刀直徑,單位為mm;

n——銑刀轉速,單位為r/min或r/s。圖4-34銑削用量

a)圓周銑削b)端銑第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素2.銑削要素(1)銑削用量2)進給量①進給量f是指銑刀每轉過一轉相對于工件在進給運動方向上的位移量,單位為mm/r。②每齒進給量fz是指銑刀每轉過一齒相對于工件在進給運動方向上的位移量,單位為mm/z。③進給速度vf是指銑刀切削刃選定點相對于工件的進給運動的瞬時速度,單位為mm/min。三者之間的關系為vf=fn=fzzn第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素2.銑削要素(1)銑削用量3)背吃刀量ap指垂直于工作平面測量的切削層中最大尺寸(平行于銑刀軸測量的切削層最大尺寸)。端銑時,ap為切削層深度;圓周銑削時,ap為被加工表面寬度。4)側吃刀量ae指平行于工作平面測量的切削層中最大尺寸(垂直于銑刀軸測量的切削層最大尺寸)。端銑時,ae為被加工表面的寬度;圓周銑削時,ae為切削層深度。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素2.銑削要素(2)切削層參數(shù)銑削時的切削層為銑刀相鄰兩個刀齒在工件上形成的過渡表面之間的金屬層,如圖4-35所示。圖4-35銑刀切削層參數(shù)

a)圓柱形銑刀b)面銑刀第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素2.銑削要素(2)切削層參數(shù)切削層形狀與尺寸規(guī)定在基面內度量,切削層參數(shù)有以下幾個:1)切削厚度hD指相鄰兩個刀齒所形成的過渡表面間的垂直距離,圖4-35a所示為直齒圓柱形銑刀的銑削厚度。當切削刃轉到F點時,其切削厚度為

hD=fzsinψ式中ψ——瞬時接觸角,它是刀齒所在位置與起始切入位置間的夾角。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素2.銑削要素(2)切削層參數(shù)切削厚度隨瞬時接觸角的變化而變化。刀齒在起始位置H點時,ψ=0,因此hD=0。刀齒轉到即將離開工件的A點時,ψ=δ,hD=fzsinδ,為最大值。對于螺旋齒圓柱形銑刀切削刃是逐漸切入和切離工件的,切削刃上各點的瞬時接觸角不相等,因此切削刃上各點的切削厚度也不相等。圖4-35b所示為端銑時切削厚度hD,刀齒在任意位置時切削厚度為hD=EFsinκr=fzcosψsinκr到中間位置時,切削厚度為最大,然后逐漸減小。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素2.銑削要素(2)切削層參數(shù)2)切削寬度bD指切削刃參加工作的長度。直齒圓柱形銑刀的bD等于ap,而螺旋齒圓柱形銑刀的bD是隨刀齒工作位置不同而變化的。刀齒切入工件后,bD由零逐漸增大至最大值,然后又逐漸減小至零,因而銑削過程較為平穩(wěn)。端銑時每個刀齒的切削寬度始終保持不變,其值為第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素3.銑削力與銑削功率(1)銑刀總切削力及分力切削力(切向力)Fc——作用在銑刀的主運動方向,消耗功率最多。垂直切削力FcN——在工作平面內,總切削力F在垂直于主運動方向上的分力,它使刀桿產生彎曲。背向力Fp——總切削力F在銑刀軸向的分力。圓周銑削時,FcN和Fp的大小和圓柱形銑刀的螺旋角ω有關;端銑時,與面銑刀的主偏角κr有關。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素3.銑削力與銑削功率(1)銑刀總切削力及分力作用在工件上的總切削力F'與F大小相等、方向相反,通常把總切削力F'沿著機床工作臺方向分解為三個分力:進給力Ff、橫向進給力Fe、垂直進給力FfN。進給力Ff——總切削力在縱向進給方向的分力。橫向進給力Fe——總切削力在橫向進給方向的分力。垂直進給力FfN——總切削力在垂直進給方向的分力。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素3.銑削力與銑削功率(2)銑削功率切削力Fc可按實驗公式計算,然后根據(jù)Fc計算出銑削總切削力F。銑削功率Pc計算公式為式中Pc——銑削功率,單位為kW;

Fc——切削力,單位為N;

vc——銑削速度,單位為m/min。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素4.銑削方式(1)圓柱形銑刀銑削根據(jù)銑刀切入工件的旋轉方向與工件的進給方向組合不同,分為逆銑和順銑。銑刀的旋轉方向與工件的進給方向相反時稱為逆銑,兩者方向相同時稱為順銑,如圖4-37所示。圖4-37順銑與逆銑a)逆銑b)順銑第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素4.銑削方式(1)圓柱形銑刀銑削逆銑時,切削厚度由零逐漸增大,由于銑刀的刀齒有刃口鈍圓半徑,使刀齒要產生一段“滑行”才能切入工件,導致工件表面產生冷硬層,加劇刀齒磨損。由于垂直進給力的作用,工件有被抬起的趨勢。順銑時,切削厚度從最大開始,無“滑行”現(xiàn)象。垂直進給力向下壓向工作臺,進給力與進給方向一致,可能使工作臺帶動絲杠竄動,要求進給機構必須有消除間隙機構。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素4.銑削方式(2)端銑方式端銑可分為三種不同的銑削方式,對稱端銑、不對稱逆銑和不對稱順銑,如圖4-38所示。圖4-38端銑的銑削方式a)對稱端銑b)不對稱逆銑c)不對稱順銑第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素4.銑削方式(2)端銑方式對稱端銑是指銑刀軸位于工件的對稱中心位置,切入、切出時的厚度相同。不對稱逆銑時,刀齒切入厚度較小,切出厚度較大,其逆銑部分大于順銑部分。不對稱順銑時,刀齒切入厚度較大,切出厚度較小,其順銑部分大于逆銑部分。圖4-38中切入角δ與切出角δ1,位于逆銑一側為正值,位于順銑一側為負值。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素5.銑削特點(1)多刃回轉切削銑刀同時有多個刀齒參加切削,其切削刃長度總和較長,生產率高,但由于制造、刃磨、安裝的誤差,刀齒產生徑向或軸向圓跳動,會造成每個刀齒負荷不一,磨損不均勻,影響加工質量。(2)斷續(xù)切削銑削時刀齒依次切入和切出工件,這個過程使刀齒應力產生周期性循環(huán)變化。另外,由于周期性受熱、冷卻所導致的熱應力循環(huán),在這種機械沖擊和熱沖擊作用下,容易造成刀具破損。第四節(jié)銑削和銑刀一、銑刀幾何角度和銑削要素5.銑削特點(3)銑削均勻性銑削時由于切削厚度、切削寬度和同時工作齒數(shù)的周期性變化,導致切削總面積周期性變化,切削力和轉矩也出現(xiàn)周期性變化,均勻性較差。(4)半封閉切削每個刀齒的容屑空間小,呈半封閉狀態(tài),排屑條件差。(5)銑削方式可根據(jù)工件材料和加工條件合理選擇不同的銑削方式。第四節(jié)銑削和銑刀二、常用尖齒銑刀及其選用1.圓柱形銑刀如圖4-39a所示,只在圓柱表面上有切削刃,一般用于臥式銑床上加工平面。圖4-39常用的幾種銑刀

a)圓柱形銑刀b)硬質合金面銑刀c)錯齒三面刃銑刀d)鋸片銑刀e)立銑刀f)鍵槽銑刀

g)模具銑刀h)角度銑刀第四節(jié)銑削和銑刀二、常用尖齒銑刀及其選用2.硬質合金面銑刀(見圖4-39b)其圓周表面和端面上都有切削刃,一般用于高速銑削平面。目前廣泛采用機夾可轉位式結構,它是將硬質合金可轉位刀片直接用機械夾固的方法安裝在銑刀刀體上的,磨鈍后,可直接在銑床上轉換切削刃或更換刀片。和高速工具鋼圓柱形銑刀相比,它的銑削速度較高,加工生產率高,加工表面質量也較好。第四節(jié)銑削和銑刀二、常用尖齒銑刀及其選用3.盤形銑刀盤形銑刀分為錯齒三面刃銑刀(見圖4-39c)和槽銑刀。槽銑刀只在圓柱表面上有刀齒,銑削時,為了減少兩側端面與工件槽壁的摩擦,兩側做有30'的副偏角,一般用于加工淺槽。薄片的槽銑刀也稱鋸片銑刀(見圖4-39d),用于切削窄槽或切斷工件。三面刃銑刀在兩側端面上都有切削刃。第四節(jié)銑削和銑刀二、常用尖齒銑刀及其選用4.立銑刀(見圖4-39e)其圓柱面上的切削刃是主切削刃,端面上的切削刃沒有通過中心,是副切削刃。工作時不宜作軸向進給運動。一般用于加工平面、凹槽、臺階面以及利用靠模加工成形表面。5.鍵槽銑刀(見圖4-39f)鍵槽銑刀主要用于加工圓頭封閉鍵槽。它有兩個刀齒,圓柱面和端面上都有切削刃,端面切削刃延伸至中心,工作時能沿軸線作進給運動。第四節(jié)銑削和銑刀二、常用尖齒銑刀及其選用6.模具銑刀(見圖4-39g)模具銑刀用于加工模具型腔或凸模成形表面。在模具制造中廣泛應用,是鉗工機械化的重要工具。它是由立銑刀演變而成的。硬質合金模具銑刀可取代金剛石銼刀和磨頭來加工淬火后硬度小于65HRC的各種模具,它的切削效率可提高幾十倍。7.角度銑刀(見圖4-39h)角度銑刀一般用于加工帶角度的溝槽和斜面,分單角銑刀和雙角銑刀。單角銑刀的圓錐切削刃為主切削刃,端面切削刃為副切削刃;雙角銑刀的兩圓錐面上的切削刃均為主切削刃,它分為對稱和不對稱雙角銑刀。第四節(jié)銑削和銑刀三、鏟齒成形銑刀簡介成形銑刀是在銑床上加工成形表面的專用刀具。與成形車刀類似,其刃形是根據(jù)工件廓形設計計算的。它具有較高的生產率,并能保證工件形狀和尺寸的互換性,因此得到廣泛使用。成形銑刀按齒背形狀可分為尖齒和鏟齒兩種。鏟齒成形銑刀的刃形與后面是在鏟齒車床上用鏟刀鏟齒獲得的(見圖4-40a)。圖4-40鏟齒過程和重磨后鏟齒成形銑刀的后角變化

a)鏟齒過程b)重磨后鏟齒成形銑刀的后角變化第四節(jié)銑削和銑刀三、鏟齒成形銑刀簡介鏟齒后所得的齒背曲線為阿基米德螺旋線。它具有下列特性:1)由圖4-40a可知,由鏟齒車刀的頂刃和根刃分別鏟出的BD和B1D1為徑向等距線,其徑向距離保持不變,沿銑刀前面重磨后,其形狀保持不變。2)如圖4-40b所示,阿基米德齒背曲線的方程式為ρ=R-bθtanψ=ρ/ρ'=(R-bθ)/(-b)=θ-R/b而αf=ψ-90°重磨后,銑刀的直徑(半徑為R)變化不大,所以ψ角變化很小,故后角變化也很小。第五節(jié)螺紋刀具一、絲錐絲錐是加工內螺紋的刀具,按用途和結構的不同,主要有手用絲錐、機用絲錐、螺母絲錐、錐形絲錐、板牙絲錐、螺旋槽絲錐、擠壓絲錐、拉削絲錐等,如圖4-41所示。圖4-41常用的幾種絲錐

a)手用絲錐b)機用絲錐c)螺母絲錐d)錐形絲錐e)板牙絲錐f)螺旋槽絲錐g)擠壓絲錐h)拉削絲錐第五節(jié)螺紋刀具一、絲錐1.絲錐的結構與幾何參數(shù)圖4-42所示為絲錐的外形結構。圖4-42絲錐的外形結構第五節(jié)螺紋刀具一、絲錐1.絲錐的結構與幾何參數(shù)圖4-42所示為絲錐的外形結構。絲錐的參數(shù)包括螺紋參數(shù)與切削參數(shù)兩部分。螺紋參數(shù)如大徑d、中徑d2、小徑d1、螺距P、牙型角α及螺紋旋向(一般為右旋)等,按被加工螺紋的規(guī)格來選擇。切削參數(shù)如錐角2φ、端剖面前角γp、后角αp、槽數(shù)z等,由被加工螺紋的精度、尺寸來選擇。第五節(jié)螺紋刀具一、絲錐2.幾種主要類型絲錐的結構特點(1)手用絲錐如圖4-41a所示,手用絲錐的刀柄為方頭圓柄,用手操作,常用于小批和單件修配工作,齒形不鏟磨。手用絲錐因切削速度較低,常用T12A和9SiCr制造。(2)機用絲錐機用絲錐(見圖4-41b)是用專門的輔助工具裝夾在機床上由機床傳動來切削螺紋的,它的刀柄除有方頭外,還有環(huán)形槽,以防止絲錐從夾頭中脫落,機用絲錐的螺紋齒形均經鏟磨。第五節(jié)螺紋刀具一、絲錐2.幾種主要類型絲錐的結構特點(3)擠壓絲錐擠壓絲錐不開容屑槽,也無切削刃。它是利用塑性變形原理加工螺紋的,可用于加工中小尺寸的內螺紋。它的主要優(yōu)點是:1)擠壓后的螺紋表面組織緊密,耐磨性提高。攻螺紋后擴張量極小,螺紋表面被擠光,提高了螺紋的精度。2)可高速攻螺紋,無排屑問題,生產率高。3)絲錐強度高,不易折斷,壽命長。第五節(jié)螺紋刀具一、絲錐2.幾種主要類型絲錐的結構特點(3)擠壓絲錐擠壓絲錐主要適用于加工高精度、高強度的塑性材料工件,圖4-41g所示為擠壓絲錐的結構。工作部分的大徑、中徑、小徑均做出正錐角,攻螺紋時先是齒尖擠入,逐漸擴大到全部齒,最后擠壓出螺紋齒形。擠壓絲錐的端截面呈多棱形,以減少接觸面,降低扭矩。擠壓絲錐的直徑應比普通絲錐增加一個彈性恢復量,常取0.01P。擠壓絲錐的直徑、螺距等參數(shù)制造精度要求較高。選用擠壓絲錐時,預鉆孔直徑可取螺紋小徑加上一個修正量。修正量的數(shù)值與工件材料有關,須通過工藝實驗決定。第五節(jié)螺紋刀具一、絲錐2.幾種主要類型絲錐的結構特點(4)拉削絲錐拉削絲錐可以加工梯形、方形、三角形單線與多線螺紋。在臥式車床上一次拉削成形,效率很高,操作簡單,質量穩(wěn)定。其工作情況如圖4-41h所示。拉削絲錐實質是一把螺旋拉刀,它綜合了絲錐、鏟齒成形銑刀及拉刀三種刀具的結構。其中螺紋部分的參數(shù)、切削錐角、校準部分的齒形等都屬于梯形絲錐參數(shù)。后角、鏟削量、前角及齒形角修正都按鏟齒成形銑刀設計方法計算。頭、頸和引導部分的設計均類似拉刀。第五節(jié)螺紋刀具二、其他螺紋刀具1.板牙板牙是加工和修整外螺紋的標準刀具之一,它的基本結構是一個螺母,軸向開出容屑槽以形成切削齒前面。因結構簡單,制造方便,故在小批量生產中應用很廣。加工普通外螺紋常用圓板牙,其結構如圖4-43a所示。板牙只能加工精度要求不高的螺紋。圖4-43其他螺紋刀具a)圓板牙b)螺紋切頭c)盤形螺紋銑刀d)梳形螺紋銑刀e)滾絲輪f)搓絲板第五節(jié)螺紋刀具二、其他螺紋刀具2.螺紋切頭螺紋切頭是一種組合式螺紋刀具,通常是開合式。圖4-43b所示為加工外螺紋的圓梳刀螺紋切頭,使用時可通過手動或自動操縱梳刀的徑向開合。因此可在高速切削螺紋時快速退刀,生產率很高。梳刀可多次重磨,使用壽命較長。板牙頭結構復雜,成本較高,通常在轉塔、自動或組合機床上使用。第五節(jié)螺紋刀具二、其他螺紋刀具3.螺紋銑刀螺紋銑刀分為盤形、梳形與銑刀盤三類,多用于銑削精度不高的螺紋或對螺紋進行粗加工,但都有較高的生產率。銑刀盤是用硬質合金刀頭高速銑削的螺紋刀具。常見的有內、外旋風銑削刀盤,刀盤軸線相對于工件軸線傾斜一個螺紋升角,刀盤高速旋轉形成主運動。工件每轉一周,旋風頭沿工件軸線移動一個導程的距離為進給運動。螺紋表面是切削刃運動的軌跡與工件相對螺旋運動包絡形成的。第五節(jié)螺紋刀具二、其他螺紋刀具4.螺紋滾壓工具滾壓螺紋屬于無屑加工,適用于滾壓塑性材料。由于效率高,精度高,螺紋強度高,工具壽命長,因此這種工藝已廣泛用于制造螺紋標準件、絲錐、螺紋量規(guī)等。常用的滾壓工具是滾絲輪和搓絲板。(1)滾絲輪圖4-43e所示為滾絲輪工作情況,兩個滾絲輪螺紋旋向與工件螺紋旋向相反,向同一方向旋轉。滾絲時動輪逐漸向靜輪靠攏,工件表面被擠壓形成螺紋。兩輪中心距到達預定尺寸后,停止進給,繼續(xù)滾轉幾圈以修整螺紋廓形,然后退出,取下工件。第五節(jié)螺紋刀具二、其他螺紋刀具4.螺紋滾壓工具(2)搓絲板如圖4-43f所示,搓絲板由動板、靜板組成,是成對使用的。工件進入兩板之間,立即被夾住,隨著搓絲板的運動迫使其轉動,最終滾壓出螺紋。搓絲板受行程的限制,只能加工直徑小于24mm的螺紋。由于壓力較大,螺紋易變形,所以工件圓柱度誤差較大,不宜加工薄壁工件。第六節(jié)齒輪刀具一、齒輪刀具的種類齒輪刀具是用于切削齒輪齒形的刀具。齒輪刀具結構復雜,種類較多。按齒形加工的工作原理,齒輪刀具可分為成形法齒輪刀具和展成法齒輪刀具兩大類。1.成形法齒輪刀具常用的成形法齒輪刀具主要有:盤形齒輪銑刀(見圖4-44a)、指形齒輪銑刀(見圖4-44b)、齒輪拉刀等。圖4-44成形法齒輪銑刀

a)盤形齒輪銑刀b)指形齒輪銑刀第六節(jié)齒輪刀具一、齒輪刀具的種類1.成形法齒輪刀具當盤形齒輪銑刀前角為0°時,其刃口形狀就是被加工齒輪的漸開線齒形。壓力角為20°的直齒漸開線圓柱齒輪的盤形齒輪銑刀已標準化,每種模數(shù)備有8把銑刀(模數(shù)0.3~8mm)或15把銑刀(模數(shù)9~16mm)分別組成一套。盤形齒輪銑刀也可加工斜齒圓柱齒輪,所用銑刀的模數(shù)和壓力角應與被加工齒輪的法向模數(shù)和壓力角相同,而刀號則由當量齒數(shù)zv確定。第六節(jié)齒輪刀具一、齒輪刀具的種類2.展成法齒輪刀具這類刀具是利用齒輪嚙合原理加工齒輪的。切齒時,刀具就相當于一個齒輪,它與被加工齒輪作無側隙嚙合,工件的齒形是刀具齒形運動軌跡包絡而成的。其加工齒輪的精度和生產率較高,刀具通用性好,生產中已被廣泛使用。第六節(jié)齒輪刀具一、齒輪刀具的種類2.展成法齒輪刀具這類刀具中最常用的有以下幾種:(1)齒輪滾刀可加工直齒、斜齒圓柱齒輪,生產率較高,應用最廣泛。(2)蝸輪滾刀用于加工各種蝸輪,它需專門設計和制造。(3)插齒刀常用于加工內外齒輪,還可加工臺肩齒輪和外圓柱斜齒輪等。(4)剃齒刀用于未經淬硬(<32HRC)的直齒、斜齒圓柱齒輪精加工。剃削齒輪前,需用專用的剃前滾刀或剃前插齒刀加工齒槽,并留有剃削余量。剃齒刀生產率高,在大批量生產中使用較多。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用齒輪滾刀是加工直齒和螺旋齒圓柱齒輪最常用的一種展成法刀具,利用螺旋齒輪嚙合原理來加工齒輪。它加工范圍廣,模數(shù)為0.1~40mm的齒輪均可使用滾刀加工,且同一把齒輪滾刀可加工模數(shù)、壓力角相同而齒數(shù)不同的齒輪。1.齒輪滾刀的基本蝸桿齒輪滾刀相當于一個齒數(shù)很少,螺旋角很大,而且輪齒很長的斜齒圓柱齒輪,因此,其外形就像一個蝸桿。為了使這個蝸桿能起到切削作用,需要在其圓周上開出幾個容屑槽(直槽或螺旋槽),形成很短的刀齒,產生前面和切削刃。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用1.齒輪滾刀的基本蝸桿如圖4-45所示,每個刀齒有兩個側刃和一個頂刃,同時,需對齒頂后面和齒側后面進行鏟齒加工,從而產生后角。但是,滾刀的切削刃必須保持在蝸桿的螺旋面上,這個蝸桿就是滾刀的鏟形蝸桿,也稱為滾刀的基本蝸桿。圖4-45滾刀的基本蝸桿和切削要素1—前面2—頂刃

3、4—側刃5—頂后面

6、7—側后面第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用1.齒輪滾刀的基本蝸桿而阿基米德蝸桿齒形在軸平面內的截形是直線,實質上是一個梯形螺紋,在端平面是阿基米德螺旋線;法向直廓蝸桿實質上是在法平面中具有直線齒形的梯形螺紋,其端平面是延伸漸開線,它們的幾何特性如圖4-47、圖4-48所示。圖4-47阿基米德蝸桿幾何特性圖4-48法向直廓蝸桿幾何特性第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用1.齒輪滾刀的基本蝸桿由于制造和檢驗較為方便,因此,實際生產中常采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿作為齒輪滾刀的基本蝸桿。這種以代用蝸桿作為滾刀基本蝸桿的設計方法稱為滾刀的“近似造形法”。用阿基米德滾刀和法向直廓滾刀加工出來的齒輪齒形,理論上都不是漸開線,但是由于齒輪滾刀的分度圓柱上的螺旋升角很小,故加工出來的齒形誤差也很小,尤其是阿基米德滾刀,不僅誤差較小,而且誤差的分布對齒形造成一定的修緣,有利于齒輪的傳動。因此,一般精加工和小模數(shù)(m≤10mm)的齒輪滾刀,均為阿基米德滾刀;而粗加工和大模數(shù)齒輪加工多用法向直廓蝸桿滾刀,加工誤差稍大。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用2.齒輪滾刀的有關參數(shù)齒輪滾刀的有關參數(shù)及選用原則,簡述如下:(1)齒輪滾刀的外徑de滾刀的外徑是一個重要的結構尺寸,它直接影響其他結構參數(shù)(如孔徑、齒數(shù)等)的合理性、滾刀的精度和壽命、切削過程的平穩(wěn)性以及滾刀制造工藝性。滾刀外徑可自由選定,但根據(jù)使用條件,應盡量增大滾刀外徑。增大滾刀外徑可增多滾刀的齒數(shù),有利于減小齒面的包絡誤差和降低每齒的切削負荷。而且也可以增大滾刀內孔直徑,采用直徑較大的心軸,提高剛度。然而,外徑過大,在制造、刃磨和安裝上均有不便,還會增加切入時間,影響生產率。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用2.齒輪滾刀的有關參數(shù)齒輪滾刀的有關參數(shù)及選用原則,簡述如下:(2)齒輪滾刀的長度L滾刀的最小長度應滿足以下兩個要求:①滾刀能完整地包絡齒輪的齒廓;②滾刀邊緣的刀齒負荷不應過重。此外,還應考慮滾刀兩端邊緣的不完整刀齒及使用中軸向竄刀等因素,適當增大滾刀的長度,滾刀軸臺的長度a一般不小于4~5mm,作為檢驗滾刀安裝是否正確的基準。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用2.齒輪滾刀的有關參數(shù)齒輪滾刀的有關參數(shù)及選用原則,簡述如下:(3)齒輪滾刀的頭數(shù)滾刀的螺旋頭數(shù)對于滾刀的切齒效率和加工精度都有重要影響。采用多頭滾刀加工時,由于同時參與切削的刀齒增加了,其生產率比單頭滾刀高,但加工精度較低,常用于粗切。多頭滾刀如適當增大外徑、增加圓周齒數(shù),也可提高加工精度。單頭滾刀多用于精切。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用2.齒輪滾刀的有關參數(shù)齒輪滾刀的有關參數(shù)及選用原則,簡述如下:(4)齒輪滾刀的齒數(shù)z滾刀的齒數(shù)關系到切削過程的平穩(wěn)性,齒面加工質量和刀具使用壽命。增加齒數(shù),不僅可減輕每個刀齒的切削負荷,有利于切削熱的散發(fā)和切削溫度的降低,而且可使更多個刀齒切出每一個齒形,形成的漸開線齒廓的包絡線精度高,并可獲得較小的表面粗糙度值,所以精加工齒輪用的滾刀齒數(shù)應比粗加工用得多。通常,Ⅰ型(大外徑)滾刀齒數(shù)為12~16個,Ⅱ型(小外徑)滾刀齒數(shù)為9~12個。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用2.齒輪滾刀的有關參數(shù)齒輪滾刀的有關參數(shù)及選用原則,簡述如下:(5)前角γ和后角α為使?jié)L刀重磨后齒形與齒高不變,刀齒的頂面及兩側都經過鏟削,一般齒頂刃背后角αp為10°~12°,齒側刀刃后角αo為3°~4°。滾刀刀齒的前面就是容屑的螺旋表面,為了保證齒形精度,高精度滾刀為零前角滾刀,刀齒的頂刃背前角γp=0°,而正前角可以改善切削條件,所以普通精度滾刀背前角可取γp7°~9°,粗加工滾刀可取12°~15°。αp、γp是在滾刀端剖面內度量的,αo是在法向剖面內度量的。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用3.齒輪滾刀的合理使用用于加工分度圓壓力角為20°的漸開線齒輪滾刀已標準化。選用齒輪滾刀時,應注意以下幾點:1)齒輪滾刀的基本參數(shù)(如模數(shù)、壓力角、齒頂高系數(shù)等),應與加工齒輪相同。2)齒輪滾刀的精度等級應符合加工精度要求或工藝文件規(guī)定,而且應考慮滾齒機的精度,滾刀與工件的安裝、刃磨質量等因素。第六節(jié)齒輪刀具二、齒輪滾刀及其選用3.齒輪滾刀的合理使用3)齒輪滾刀的旋向,應盡可能與加工齒輪的旋向相同,以減小滾刀的安裝角度,避免產生切削振動,提高加工精度和表面質量。4)滾刀類型按滾切工藝要求有粗滾、精滾、剃前與磨前滾刀等。粗滾刀可用雙頭,以提高生產率。精滾刀用單頭阿基米德滾刀。中等模數(shù)用直槽整體式滾刀,模數(shù)大于10mm的可選用鑲齒滾刀。成批生產可使用正前角滾刀,以增大切削用量。第六節(jié)齒輪刀具三、蝸輪滾刀3.齒輪滾刀的合理使用蝸輪滾刀是利用蝸桿與蝸輪嚙合原理切削蝸輪的專用刀具，一種規(guī)格的蝸輪滾刀只能加工一種相應類型與尺寸的蝸輪,如圖4-49所示。圖4-49蝸桿副的幾何參數(shù)第六節(jié)齒輪刀具三、蝸輪滾刀3.齒輪滾刀的合理使用蝸輪滾刀的切削方式有徑向進給和切向進給兩種方式,如圖4-50所示。圖4-50蝸輪滾刀的進給方式

a)徑向進給b)切向進給第六節(jié)齒輪刀具三、蝸輪滾刀3.齒輪滾刀的合理使用當小批量或單件生產蝸桿時,可采用蝸輪飛刀,飛刀相當于切向進給蝸輪滾刀的一個齒,結構簡單,制造方便,如圖4-51所示。圖4-51用飛刀加工蝸輪

1—刀桿2—飛刀刀頭3—蝸輪第六節(jié)齒輪刀具四、插齒刀及其使用1.插齒刀的結構插齒刀工作時,實質上應用兩個嚙合的圓柱齒輪相互對滾原理而切出齒形。它的形狀如同圓柱齒輪,但具有前角、后角和切削刃。整個插齒刀可看作由無窮多的每片厚度無限小,且具有不同變位系數(shù)的薄片齒輪疊加而成,直齒插齒刀的刀齒如圖4-52所示。圖4-52直齒插齒刀的刀齒

1—前面2、4—側切削刃3—頂切削刃

5、7—側后面6—頂后面第六節(jié)齒輪刀具四、插齒刀及其使用1.插齒刀的結構為了形成后角,以及重磨后齒形不變,插齒刀的不同端面就具有不同的變位系數(shù)的變位齒輪的廓形,如圖4-53所示。圖4-53插齒刀不同端面的齒形第六節(jié)齒輪刀具四、插齒刀及其使用1.插齒刀的結構為了改善插齒刀的切削條件,要求插齒刀的頂刃和側刃都具有一定的前角,可將前面磨成內凹的圓錐面,標準插齒刀頂刃的前角為5°。插齒刀有了前、后角,切削刃在端面上投影(又稱為鏟形齒輪齒形)就不再是理論上正確的漸開線,而會產生一定的齒形誤差,即齒頂處齒厚增大,齒根處齒厚減小。為了減小這些齒形誤差,可適當增大插齒刀分度圓處的壓力角,使刀齒在端面的投影接近于正確的漸開線齒形。第六節(jié)齒輪刀具四、插齒刀及其使用2.插齒刀的選用插齒刀實質上是一個變位齒輪,根據(jù)漸開線的嚙合原理,一個齒輪可以與標準齒輪嚙合,也可以與變位齒輪嚙合,因此,同一把插齒刀可以切削任意齒數(shù)的標準齒輪和變位齒輪。標準直齒插齒刀按其結構特點,可分為盤形、碗形和錐柄三種類型。選用插齒刀時,首先應根據(jù)加工齒輪的類型和精度等級選擇與之相應的插齒刀類型和精度等級,然后再選擇插齒刀的各種參數(shù),即模數(shù)、壓力角和齒頂高系數(shù)應與加工齒輪一致。第六節(jié)齒輪刀具五、齒輪滾刀和插齒刀的發(fā)展方向1.加工硬齒面的硬質合金滾刀