1、,機(jī)械加工刀具基礎(chǔ)知識,一、零件表面的形成 表面加工方法,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,二、切削運(yùn)動及切削用量,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,切削速度VC,進(jìn)給量f (或進(jìn)給速度Vf),背吃刀量ap,切削運(yùn)動 (cutting motions),切削用量 (cutting conditions),切削層參數(shù)(parameters of undeformed chip),切削用量三要素,切削要素,二、切削運(yùn)動及切削用量 1.主運(yùn)動和切削速度 主運(yùn)動(primary motion) 是使刀具和工件之間產(chǎn)生相 對運(yùn)動，促使刀具接近工件 而實(shí)現(xiàn)切削的運(yùn)動。,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,二、切削運(yùn)動及切削用

2、量 1.主運(yùn)動和切削速度 主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(如車削、銑削等)，切削速度一般為其最大線速度 m/s或m/min 主運(yùn)動為往復(fù)直線運(yùn)動(如刨削、插削等)，以其平均速度為切削速度 m/s或m/min,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,二、切削運(yùn)動及切削用量 2.進(jìn)給運(yùn)動和進(jìn)給量 進(jìn)給運(yùn)動(feed movement) 使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的 相對運(yùn)動，加上主運(yùn)動，即可 連續(xù)地切除余量。 刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相 對工件的位移量稱為進(jìn)給量 (feed rate)。,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,二、切削運(yùn)動及切削用量 3.背吃刀量 通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直 于該點(diǎn)主運(yùn)動方向的切削層尺 寸平面中，垂直于進(jìn)給運(yùn)

3、動方 向測量的切削層尺寸，稱為背 吃刀量，以aP表示，單位為 mm 。車外圓時，aP可用下式 計算，即 mm,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,三、切削層參數(shù) 切削層的尺寸和形狀，通常在切削層尺寸平面中測量。,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,三、切削層參數(shù) 1.切削層公稱橫截面積AD 給定瞬間，切削層在切削層尺寸 平面里的實(shí)際橫截面積，單位為mm2。 2.切削層公稱寬度bD 給定瞬間，作用于主切削刃截形 上兩個極限點(diǎn)間的距離，在切削層尺 寸平面中測量，單位為mm。 3.切削層公稱厚度hD 同一瞬間切削層公稱橫截面積與 其公稱寬度之比，單位為mm。,1.1 切削運(yùn)動及切削要素,一、切削刀具,1.2 切削刀

4、具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素

5、組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 1.車刀切削部分的組成 車刀(turning tools)切削部 分由下列要素組成,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 (1)刀具靜止參考系 它主要包括基面、切削平面、 正交平面和假定工作平面等,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 (2)車刀

6、的主要角度 車刀設(shè)計、制造、刃磨 及測量時，必須考慮的主要角 度，如圖所示。 1)主偏角kr在基面中測量的主 切削平面與假定工作平面間的 夾角。 2)副偏角kr在基面中測量的 副切削平面與假定工作平面間 的夾角。,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 (2)車刀的主要角度 車刀設(shè)計、制造、刃磨 及測量時，必須考慮的主要角 度，如圖所示。 1)主偏角kr在基面中測量的主 切削平面與假定工作平面間的 夾角。 2)副偏角kr在基面中測量的 副切削平面與假定工作平面間 的夾角。,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 (2)車刀的主要角度 車刀

7、設(shè)計、制造、刃磨 及測量時，必須考慮的主要角 度，如圖所示。 1)主偏角kr在基面中測量的主 切削平面與假定工作平面間的 夾角。 2)副偏角kr在基面中測量的 副切削平面與假定工作平面間 的夾角。,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 背吃刀量和進(jìn)給量一定時，主偏角愈小，切削層公稱寬度愈大而公 稱厚度愈小，即切下寬而薄的切屑。,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 主、副偏角小時，已加 工表面殘留面積的高度hc亦 小，因而可減小表面粗糙度 的值，并且刀尖強(qiáng)度和散熱 條件較好，有利于提高刀具 壽命。,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀

8、具 2.車刀切削部分的主要角度 (2)車刀的主要角度 3)前角0是在正交平面 中測量的前刀面與基面 間的夾角。根據(jù)前刀面 和基面相對位置的不同， 分別規(guī)定為正前角、零 度前角和負(fù)前角,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 (2)車刀的主要角度 4)后角0是在正交平 面中測量的后刀面與 切削平面間的夾角 5)刃傾角s是在主切 削平面中測量的主切 削刃與基面間的夾角 。,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切削部分的主要角度 (3)刀具的工作角度 在工作參考系中定義的刀具角度 刀具安裝位置對工作角度的影響,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 2.車刀切

9、削部分的主要角度 (3)刀具的工作角度 車刀刀柄的縱向軸線與進(jìn)給方向不垂直時，將會引起主偏角和副偏角的變化 車刀安裝偏斜對主偏角和副偏角的影響,1.2 切削刀具及其材料,一、切削刀具 3.刀具結(jié)構(gòu) 車刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體式車刀、焊接式車刀、機(jī)夾重磨式車刀和機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀,1.2 切削刀具及其材料,機(jī)夾重磨式車刀,機(jī)夾重磨式車刀,一、切削刀具 4.多齒刀具 (1) 麻花鉆,1.2 切削刀具及其材料,標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆結(jié)構(gòu),一、切削刀具 4.多齒刀具 (1)麻花鉆 主要幾何參數(shù)有：前角0、后角0、螺旋角 、頂角2(主偏角kr)、橫刃斜角、直徑、橫刃長度等。,1.2 切削刀具及其材料,幾種群鉆,一、

10、切削刀具 4.多齒刀具 (2)銑刀,1.2 切削刀具及其材料,銑刀的類型及用途,一、切削刀具 4.多齒刀具 (2)銑刀,1.2 切削刀具及其材料,焊接式硬質(zhì)合金銑刀,可轉(zhuǎn)位銑刀的結(jié)構(gòu),316mm硬質(zhì)合金玻璃鉆,車削軟橡膠用的外圓車刀,一、切削刀具 5.非金屬材料切削刀具,1.2 切削刀具及其材料,橡膠加工用刀具,塑料加工用刀具,玻璃加工用刀具,復(fù)合材料加工用刀具,金剛石刀具,二、刀具材料 1.刀具材料應(yīng)具備的性能,1.2 切削刀具及其材料,較高的硬度和耐磨性,足夠的強(qiáng)度和韌度,較高的耐熱性,良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性,二、刀具材料 2.常用的刀具材料,1.2 切削刀具及其材料,常用刀具材料基本性能,

11、二、刀具材料 2.常用的刀具材料,1.2 切削刀具及其材料,二、刀具材料 3.新型刀具材料,1.2 切削刀具及其材料,一 、切屑的形成及其類型 1.切屑形成過程 金屬的切削過程實(shí)際上與金屬的擠壓過程很相似,1.3 切削過程及控制,一 、切屑的形成及其類型 1.切屑形成過程 經(jīng)過塑性變形的切屑，其厚度hch大于切削層公稱厚度hD，而長度lch小于切削層公稱長度lD，這種現(xiàn)象稱為切屑收縮,1.3 切削過程及控制,一 、切屑的形成及其類型 2.切屑的種類,1.3 切削過程及控制,二、積屑瘤 在一定范圍的切削速度下切削塑性金屬形成帶狀切屑時，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬楔塊

12、，這就是積屑瘤(the built-up edge)，或稱刀瘤 1.積屑瘤的形成,1.3 切削過程及控制,積屑瘤的形成與脫落,二、積屑瘤 2.積屑瘤對切削加工的影響 粗加工時可利用積屑瘤；精加工時應(yīng)盡量避免積屑瘤產(chǎn)生 3.積屑瘤的控制 影響積屑瘤形成的主要因素有：工件材料的力學(xué)性能、切削速度和冷卻潤滑條件等。 避免和減小積屑瘤的方法是：加工時控制切削速度，避開產(chǎn)生積屑瘤的切削速度區(qū)；增加刀具前角以減小切削變形，降低切屑接觸區(qū)壓力；使用潤滑性能良好的切削液，減小摩擦；用適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ㄌ岣吖ぜ牧系挠捕?，降低塑性，減小加工硬化傾向。,1.3 切削過程及控制,三、切削力和切削功率 1.切削力的構(gòu)成

13、與分解 總切削力F一般常分解為3個互 相垂直的分力 切削力Fc 總切削力F在主運(yùn)動方向 上的分力 進(jìn)給力Ff 總切削F在進(jìn)給運(yùn)動方向 上的分力 背向力Fp 總切削力F在垂直于工作 平面方向上的分力 3個切削分力與總切削力F有如下關(guān) 系：,1.3 切削過程及控制,三、切削力和切削功率 2.切削力的估算 車削外圓時，計算Fc的經(jīng)驗(yàn)公式如下： N 經(jīng)驗(yàn)公式中的系數(shù)和指數(shù)，可從“切削用量手冊”中查出 生產(chǎn)中，常用切削層單位面積切削力Kc來估算切削力Fc的大小。因?yàn)镵c是切削力Fc與切削層公稱橫截面積AD之比，所以,1.3 切削過程及控制,三、切削力和切削功率 3.切削功率 切削功率Pm可用下式計算 k

14、W 機(jī)床電動機(jī)的功率PE可用下式計算 kW,1.3 切削過程及控制,四、切削熱和切削溫度 1.切削熱的產(chǎn)生、傳出及對加工的影響 切削熱主要有3個切削熱源 切屑變形所產(chǎn)生的熱量， 是切削熱的主要來源； 切屑與刀具前刀面之間 的摩擦所產(chǎn)生的熱量； 工件與刀具后刀面之間 的摩擦所產(chǎn)生的熱量。,1.3 切削過程及控制,四、切削熱和切削溫度 2.切削溫度及其影響因素 切削溫度的高低取決于切削熱的產(chǎn)生和傳散情況。 影響切削溫度的主要因素有,1.3 切削過程及控制,切削用量,工件材料,刀具角度,切削液,切削油,乳化液,水溶液,五、刀具磨損和刀具壽命 1.刀具磨損形態(tài),1.3 切削過程及控制,五、刀具磨損和刀

15、具壽命 2.刀具磨損過程,1.3 切削過程及控制,硬質(zhì)合金車刀主后刀面磨損量VB與切削時間之間的關(guān)系(磨損曲線),五、刀具磨損和刀具壽命 3.影響刀具磨損的因素 切削用量中，切削速度對刀具磨損的影響最大，進(jìn)給量f次之，背吃刀量ap最小。 4.刀具壽命 一把新刀(或重新刃磨過的刀具)從開始使用直至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時間，稱為刀具壽命，以T表示。 一把新刀從第一次投入使用直至完全報廢(經(jīng)刃磨后亦不可再用) 時所經(jīng)歷的實(shí)際切削時間，叫做刀具總壽命。,1.3 切削過程及控制,六、切削用量的合理選擇 所謂“合理”的切削用量是指充分利用切削性能和機(jī)床動力性能(功率、扭矩)，在保證質(zhì)量的前提下，獲

16、得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。 (1)選擇背吃刀量ap (2)選擇進(jìn)給量f (3)選擇切削速度vc 切削用量選擇的基本原則是：粗加工時在保證合理的刀具壽命的前提下，首先選盡可能大的背吃刀量ap，其次選盡可能大的進(jìn)給量f，最后選取適當(dāng)?shù)那邢魉俣葀c；精加工時，主要考慮加工質(zhì)量，常選用較小的背吃刀量和進(jìn)給量，較高的切削速度，只有在受到刀具等工藝條件限制不宜采用高速切削時才選用較低的切削速度。,1.3 切削過程及控制,一、磨料與磨具 磨削(grinding)是用帶有磨粒的工具(砂輪、砂帶、油石等)對工件進(jìn)行加工的方法,1.4 磨具與磨削過程,一、磨料與磨具 珩磨、超精加工及鉗工使用的磨具為油

17、石,1.4 磨具與磨削過程,油石的形狀,二、磨削過程 比較凸出的和比較鋒利的磨粒起 切削作用 凸出高度較小或較鈍的磨粒起刻 劃作用 磨鈍的或比較凹下的磨粒與工件 表面產(chǎn)生滑擦，起摩擦拋光作用 比較鋒利且凸出的單個磨粒，其 切削過程大致也可分為三個階段,1.4 磨具與磨削過程,三、磨削過程的特點(diǎn) 1.背向力大 2.磨削溫度高 3.表面變形強(qiáng)化和殘余應(yīng)力嚴(yán)重,1.4 磨具與磨削過程,一、衡量材料切削加工性的指標(biāo) 1.衡量切削加工性的指標(biāo) 物理量vT來表示材料的切削加工性。vT的含義是：當(dāng)?shù)毒邏勖鼮門分鐘時，切削某種材料所允許的切削速度 2.材料的相對切削加工性 切削加工性的概念具有相對性，如下式,1.5 材料的切削加工性,一、衡量材料切