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1、第第2章制造工艺装备章制造工艺装备金属切削刀具金属切削刀具机床机床机床夹具机床夹具1熊良山等编机械制造技术基础课件2.1金属切削刀具的基本知识金属切削刀具的基本知识2.1.1金属切削加工的基本概念金属切削加工的基本概念1.切削运动（切削运动（主运动和进给运动主运动和进给运动）与切削用量）与切削用量图图2-1外圆车削的切削运动与外圆车削的切削运动与加工表面加工表面图图2-2平面刨削的切削运动与平面刨削的切削运动与加工表面加工表面2华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作切削速度切削速度Vc，进给量，进给量f(或进给速度或进给速度Vf)和背吃刀量和背吃刀量ap3华中科技大学机械科学与工程学院熊良山
2、制作n切削运动切削运动n主运动主运动n进给运动进给运动n合成切削运动合成切削运动2.工件表面工件表面n待加工表面待加工表面n已加工表面已加工表面n过渡表面过渡表面4华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作3.切削层参数：切削层参数：公称厚度公称厚度hD，公称宽度公称宽度bD，公称横截面积公称横截面积AD=hDbD=fap5华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1.2刀具角度刀具角度（一）切削部分的组成（一）切削部分的组成n前刀面前刀面An主后刀面主后刀面An副后刀面副后刀面n主切削刃主切削刃Sn副切削刃副切削刃Sn刀尖刀尖6华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作其他刀具可看作是车刀的演
3、变和组合其他刀具可看作是车刀的演变和组合7华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作（二）定义刀具角度的参考系（二）定义刀具角度的参考系n刀具标注角刀具标注角度参考系度参考系n基面基面Prn切削平面切削平面Psn正交平面正交平面P0n法平面法平面Pnn假定工作假定工作Pfn背平面背平面Pp8华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作（三）刀具的标注角度（三）刀具的标注角度n前角前角 0：前刀面前刀面基面（正交平面）基面（正交平面）n后角后角 0：主后刀面：主后刀面切削平面（正交平面）切削平面（正交平面）n主偏角主偏角 r：主刃投影：主刃投影假定进给方向（基面）假定进给方向（基面）n副偏角副偏角 r
4、：主刃投影：主刃投影假定进给方向（基面）假定进给方向（基面）n刃倾角刃倾角 s：主刃：主刃基面（切削平面）基面（切削平面）9华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作图图2-7车刀的主要标注角度车刀的主要标注角度10华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作图图2-9横向横向进给运动的进给运动的影响影响（四）刀具的工作角度（四）刀具的工作角度11华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作轴轴向向进进给给运运动动的的影影响响12华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作安安装装高高度度的的影影响响13华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作刀杆中心线偏斜的影响刀杆中心线偏斜的影响14华中科技大学机械科学
5、与工程学院熊良山制作2.1.3刀具材料刀具材料加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦，冲击和振动。加工时要承受高温、高压、强烈的摩擦，冲击和振动。1.刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能1)高的硬度高的硬度：比工件高，：比工件高，HRC602)高的耐磨性：高的耐磨性：耐用度耐用度3)足够的强度和韧性：足够的强度和韧性：不崩刃，不断不崩刃，不断4)高的耐热性（热稳定性）：高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加工高温时可以加工5)良好的热物理性能和耐热冲击性能良好的热物理性能和耐热冲击性能6)良好的工艺性能：良好的工艺性能：刀具制造成本低刀具制造成本低15华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作常用
6、刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。2.高速钢高速钢表表2-1n含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢n较高的硬度较高的硬度（热处理硬度达（热处理硬度达HRC6267）和）和耐热性耐热性（切削温（切削温度可达度可达550600）n切速比碳素工具钢和合金工具钢高切速比碳素工具钢和合金工具钢高13倍（因此而得名），倍（因此而得名），刀具耐用度高刀具耐用度高1040倍，甚至更多倍，甚至更多n可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛
7、的材料可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料n制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃n在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。的制造中占有重要地位。n用途分：用途分：通用型高速钢通用型高速钢和和高性能高速钢高性能高速钢n制造工艺制造工艺分：分：熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢16华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作3.硬质合金硬质合金(表表2-2)n用高耐热性和高耐磨性的用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物金属碳化物（碳化钨，碳化钛，碳（碳化
8、钨，碳化钛，碳化钽，碳化铌等）与化钽，碳化铌等）与金属粘结剂金属粘结剂（钴，镍，钼等）在高温下（钴，镍，钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。烧结而成的粉末冶金制品。n硬度：硬度：HRA89-93，能耐，能耐850-1000C的高温，良好的耐磨性，的高温，良好的耐磨性，切速可达切速可达100-300m/min，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。n广泛应用广泛应用n硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性差，不锋利，较难加工，不易做成差，不锋利，较难加工，不易做成形状复杂的整体刀具。形状复杂的整体刀具。n常用的硬质合金有钨钴类（常用的硬质合金有
9、钨钴类（YG类），钨钛钴类（类），钨钛钴类（YT类）和类）和通用硬质合金（通用硬质合金（YW类）类）3类。类。17华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作4.涂层刀具和其它刀具材料涂层刀具和其它刀具材料n涂层刀具涂层刀具：耐磨性高的难熔金属化合物耐磨性高的难熔金属化合物耐磨性高的难熔金属化合物耐磨性高的难熔金属化合物n耐用度至少可提高耐用度至少可提高13倍（刀片），或倍（刀片），或210倍（高速钢）倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。加工材料的硬度愈高，效果愈好。n人造金刚石人造金刚石：在高温高压下由石墨转化而成在高温高压下由石墨转化而成在高温高压下由石墨转化而成在高温高压下由石墨转化
10、而成n极高的硬度（显微硬度可达极高的硬度（显微硬度可达HV10000）和耐磨性，摩擦系）和耐磨性，摩擦系数小，切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。数小，切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。n陶瓷材料陶瓷材料：以氧化铝为主要成分，经压制而成以氧化铝为主要成分，经压制而成以氧化铝为主要成分，经压制而成以氧化铝为主要成分，经压制而成n在在1200C时可保持时可保持HRA80的硬度，脆。的硬度，脆。n热稳定性较差（不得超过热稳定性较差（不得超过700800），与铁元素的化学），与铁元素的化学亲和力很强，不宜加工钢铁件。加工硬质合金。亲和力很强，不宜加工钢铁件。加工硬质合金。n立方氮化硼立方氮化硼：由六
11、方氮化硼在高温高压下转变而成由六方氮化硼在高温高压下转变而成由六方氮化硼在高温高压下转变而成由六方氮化硼在高温高压下转变而成n硬度热稳定性很高（可达硬度热稳定性很高（可达13001400C）。n最大的优点：在高温（最大的优点：在高温（12001300C）时也不易与铁族金）时也不易与铁族金属起反应。属起反应。18华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1.4CVD金刚石切削刀具金刚石切削刀具激光激光焊焊接金接金刚刚石石圆锯圆锯片片人造金人造金刚刚石石单单晶晶n寿命相当于硬质合金刀具的寿命相当于硬质合金刀具的100倍以上倍以上n加工特性：加工特性：1)刀刃强度高，能承受较单晶金刚石刀具更高的冲
12、击载荷。刀刃强度高，能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。2)磨耗小，耐用度比硬质合金高磨耗小，耐用度比硬质合金高100倍以上，性能优于倍以上，性能优于PCD刀具。刀具。可以多次修磨，反复使用。可以多次修磨，反复使用。3)用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至Ra0.05um,被加工工件表面可达到镜面光。被加工工件表面可达到镜面光。4)热导率热导率5W/cmK。5)热稳定性好，最高工作温度热稳定性好，最高工作温度800。19华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.1.5刀具角度的选择刀具角度的选择1.选择前角选择前角 0 02.选择后角
13、选择后角o3.选择主偏角选择主偏角r和副偏角和副偏角r4.选择刃倾角选择刃倾角ls应当指出，刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤应当指出，刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。20华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作1.前角前角 0 0n影响：影响：n切削的难易程度切削的难易程度-很大。很大。前角，使刀刃变得锋利，使切前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，切屑变形削更轻快，切屑变形，切削力和切削功率，切削力和切削功率 n 前角，刀刃和刀尖强度前角，刀刃和刀尖强度，散热体积，散热体积，影响刀具寿命。，影响
14、刀具寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响21华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作选择前角选择前角 0 0n主要取决于：主要取决于：工件材料工件材料、刀具材料刀具材料、加工要求加工要求n工件强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前工件强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角；角；n加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）选较小的前角。选较小的前角。n刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之（如硬质合金）则前角应选得小一
15、些。（如硬质合金）则前角应选得小一些。n粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角；精加粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角；精加工时应选用较大前角。工时应选用较大前角。n硬质合金车刀的前角硬质合金车刀的前角0 0在在552020范围内选，高速范围内选，高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大钢刀具的前角应比硬质合金刀具大551010，而陶瓷刀具，而陶瓷刀具的前角一般取的前角一般取551515。22华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作2.后角后角on后角的主要功用后角的主要功用：减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨：减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都
16、有很大的影损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大的影响。响。n大小大小取决于：取决于：切削厚度（或进给量）切削厚度（或进给量），也与，也与工件材料工件材料，工工艺系统的刚性艺系统的刚性有关。有关。n车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用46。23华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作3.主偏角主偏角r和副偏角和副偏角rn影响：影响：主偏角和副偏角主偏角和副偏角对对刀具耐用度刀具耐用度影响很大。减小主偏影响很大。减小主偏角和副偏角角和副偏角n刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度提高。度提高。n降低
17、残留面积高度，减小加工表面的粗糙度。降低残留面积高度，减小加工表面的粗糙度。n主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。n主偏角取值：在工艺系统刚性较好时，主偏角主偏角取值：在工艺系统刚性较好时，主偏角r宜取较小宜取较小值，如值，如r=3070。车削细长轴时，取。车削细长轴时，取r=9093，以减小，以减小背向力背向力Fp。n副偏角副偏角r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为515，粗加工时取大值，精加工时取小值。，粗加工时取大值，精加工时取小值。24华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作4.刃
18、倾角刃倾角lsn影响影响：刀头的强度刀头的强度和和切屑流动的方向切屑流动的方向。n取值取值：n在加工一般钢件和铸铁时，无冲击的粗车取在加工一般钢件和铸铁时，无冲击的粗车取ls=0-5n精车取精车取ls=0+5；n有冲击负荷时，取有冲击负荷时，取ls=5 15；n当冲击特别大时，取当冲击特别大时，取ls=30 45。n切削高强度钢，冷硬钢时，可取切削高强度钢，冷硬钢时，可取ls=30 10。25华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作9、静夜四无邻，荒居旧业贫。3月-233月-23Friday,March 17,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。04:29:3504:29:3504:293/
19、17/2023 4:29:35 AM11、以我独沈久，愧君相见频。3月-2304:29:3504:29Mar-2317-Mar-2312、故人江海别，几度隔山川。04:29:3504:29:3504:29Friday,March 17,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。3月-233月-2304:29:3504:29:35March 17,202314、他乡生白发，旧国见青山。17 三月 20234:29:35 上午04:29:353月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。三月 234:29 上午3月-2304:29March 17,202316、行动出成果，工作出财富。2023/3/
20、17 4:29:3504:29:3517 March 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。4:29:35 上午4:29 上午04:29:353月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。3月-233月-23Friday,March 17,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。04:29:3504:29:3504:293/17/2023 4:29:35 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。3月-2304:29:3504:29Mar-2317-Mar-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。
21、04:29:3504:29:3504:29Friday,March 17,202313、不知香积寺，数里入云峰。3月-233月-2304:29:3504:29:35March 17,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。17 三月 20234:29:35 上午04:29:353月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。三月 234:29 上午3月-2304:29March 17,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/3/17 4:29:3504:29:3517 March 202317、空山新雨后，天气晚来秋。4:29:35 上午4:29 上午04:29:
22、353月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。3月-233月-23Friday,March 17,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。04:29:3504:29:3504:293/17/2023 4:29:36 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。3月-2304:29:3604:29Mar-2317-Mar-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。04:29:3604:29:3604:29Friday,March 17,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。3月-233月-2304:29:3604:29:36March 17,202314、意志坚强的人能
23、把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。17 三月 20234:29:36 上午04:29:363月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。三月 234:29 上午3月-2304:29March 17,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/3/17 4:29:3604:29:3617 March 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。4:29:36 上午4:29 上午04:29:363月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉