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1、机械加工刀具机械加工刀具(doj)(doj)基础知识基础知识 一、零件(ln jin)表面的形成表面加工方法1.1 切削运动切削运动(yndng)及切及切削要素削要素第一页，共58页。二、切削(qixio)运动及切削(qixio)用量 1.1 切削运动切削运动(yndng)及及切削要素切削要素进给运动(图中)主运动(图中)切削速度VC 进给量f(或进给速度(sd)Vf)背吃刀量ap切削运动(cutting motions)切削用量(cutting conditions)切削层参数(parameters of undeformed chip)切削用量三要素切削要素第二页，共58页。二、切削运动及
2、切削用量 1.主运动和切削速度 主运动(primary motion)是使刀具(doj)和工件之间产生相对运动，促使刀具(doj)接近工件而实现切削的运动。1.1 切削切削(qixio)运动及切削运动及切削(qixio)要素要素第三页，共58页。二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度 主运动为旋转运动(如车削(ch xu)、铣削等)，切削速度一般为其最大线速度 m/s或m/min 主运动为往复直线运动(如刨削、插削等)，以其平均速度为切削速度 m/s或m/min 1.1 切削切削(qixio)运动及切运动及切削削(qixio)要素要素第四页，共58页。二、切削运动及切削用量2.进给运动和
3、进给量 进给运动(feed movement)使刀具与工件之间产生(chnshng)附加的相对运动，加上主运动，即可连续地切除余量。刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量(feed rate)。1.1 切削切削(qixio)运动及运动及切削切削(qixio)要素要素第五页，共58页。二、切削运动及切削用量3.背吃刀量 通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量(cling)的切削层尺寸，称为背吃刀量，以aP表示，单位为mm。车外圆时，aP可用下式计算，即 mm 1.1 切削切削(qixio)运动及运动及切削切削(qixio)要素要素第六页，共58
4、页。三、切削层参数 切削层的尺寸(ch cun)和形状，通常在切削层尺寸(ch cun)平面中测量。1.1 切削运动切削运动(yndng)及切及切削要素削要素第七页，共58页。三、切削层参数 1.切削层公称横截面积AD 给定(i dn)瞬间，切削层在切削层尺寸 平面里的实际横截面积，单位为mm2。2.切削层公称宽度bD 给定(i dn)瞬间，作用于主切削刃截形 上两个极限点间的距离，在切削层尺 寸平面中测量，单位为mm。3.切削层公称厚度hD 同一瞬间切削层公称横截面积与 其公称宽度之比，单位为mm。1.1 切削切削(qixio)运动及运动及切削切削(qixio)要素要素第八页，共58页。一、
5、切削(qixio)刀具1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其材及其材料料第九页，共58页。一、切削(qixio)刀具1.车刀切削(qixio)部分的组成 车刀(turning tools)切削(qixio)部分由下列要素组成1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其材及其材料料第十页，共58页。一、切削(qixio)刀具1.车刀切削(qixio)部分的组成 车刀(turning tools)切削(qixio)部分由下列要素组成1.2 切削切削(qixio)刀具及刀具及其材料其材料第十一页，共58页。一、切削刀具1.车刀(ch do)切削部分的组成 车刀(ch do)(turning tools)切
6、削部分由下列要素组成1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其及其材料材料第十二页，共58页。一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列(xili)要素组成1.2 切削切削(qixio)刀具及刀具及其材料其材料第十三页，共58页。一、切削(qixio)刀具1.车刀切削(qixio)部分的组成 车刀(turning tools)切削(qixio)部分由下列要素组成1.2 切削切削(qixio)刀具及其材刀具及其材料料第十四页，共58页。一、切削(qixio)刀具1.车刀切削(qixio)部分的组成 车刀(turning tools)切削(qixio)部分由下
7、列要素组成1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其及其材料材料第十五页，共58页。一、切削刀具1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列(xili)要素组成1.2 切削切削(qixio)刀具及其刀具及其材料材料第十六页，共58页。一、切削刀具(doj)1.车刀切削部分的组成 车刀(turning tools)切削部分由下列要素组成1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其及其材料材料第十七页，共58页。一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(1)刀具静止参考系 它主要包括基面、切削平面(pngmin)、正交平面(pngmin)和假定工作平面(pngmin)等1.2 切削
8、刀具切削刀具(doj)及其材及其材料料第十八页，共58页。一、切削刀具2.车刀(ch do)切削部分的主要角度(2)车刀(ch do)的主要角度 车刀(ch do)设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。1.2 切削切削(qixio)刀具及其刀具及其材料材料第十九页，共58页。一、切削刀具2.车刀切削部分的主要角度(jiod)(2)车刀的主要角度(jiod)车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与
9、假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。1.2 切削切削(qixio)刀具及其材刀具及其材料料第二十页，共58页。一、切削刀具2.车刀切削部分(b fen)的主要角度(2)车刀的主要角度 车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须考虑的主要角度，如图所示。1)主偏角kr在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。2)副偏角kr在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其及其材料材料第二十一页，共58页。一、切削(qixio)刀具2.车刀切削(qixio)部分的主要角度 背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削(q
10、ixio)层公称宽度愈大而公 称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。1.2 切削切削(qixio)刀具及其材刀具及其材料料第二十二页，共58页。一、切削刀具一、切削刀具2.2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度 主、副偏角小时，已加主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度工表面残留面积的高度hchc亦亦小，因而小，因而(yn r)(yn r)可减小表面粗糙度可减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热的值，并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提高刀具条件较好，有利于提高刀具寿命。寿命。1.2 切削切削(qixio)刀具及其材刀具及其材料料第二十三页，共58页。一、切削刀具一、切削刀具2.2.车刀
11、切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(2)(2)车刀的主要角度车刀的主要角度 3)3)前角前角00是在正交平面是在正交平面中测量的前刀面与基面中测量的前刀面与基面间的夹角。根据前刀面间的夹角。根据前刀面和基面相对位置和基面相对位置(wi zhi)(wi zhi)的不同，的不同，分别规定为正前角、零分别规定为正前角、零度前角和负前角度前角和负前角1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其及其材料材料第二十四页，共58页。一、切削刀具一、切削刀具2.2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(2)(2)车刀的主要角度车刀的主要角度 4)4)后角后角00是在正交平是在正交平面中测量面中测量(c
12、ling)(cling)的后刀面与的后刀面与切削平面间的夹角切削平面间的夹角5)5)刃倾角刃倾角ss是在主切是在主切削平面中测量削平面中测量(cling)(cling)的主切的主切削刃与基面间的夹角削刃与基面间的夹角。1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其材及其材料料第二十五页，共58页。一、切削刀具一、切削刀具2.2.车刀切削部分的主要角度车刀切削部分的主要角度(3)(3)刀具的工作角度刀具的工作角度 在工作参考系中定义在工作参考系中定义(dngy)(dngy)的刀具角度的刀具角度刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装位置对工作角度的影响1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其材及其材料料第二十
13、六页，共58页。一、切削刀具一、切削刀具2.2.车刀切削部分车刀切削部分(b fen)(b fen)的主要角度的主要角度(3)(3)刀具的工作角度刀具的工作角度 车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化角和副偏角的变化车刀安装偏斜对主偏角和副偏角的影响车刀安装偏斜对主偏角和副偏角的影响1.2 切削切削(qixio)刀具及其材刀具及其材料料第二十七页，共58页。一、切削刀具3.刀具结构 车刀在结构上可分为(fn wi)整体式车刀、焊接式车刀、机夹重磨式车刀和机夹可转位式车刀1.2 切削切削(qixio)刀具及刀具及其材料
14、其材料机夹重磨式车刀机夹重磨式车刀第二十八页，共58页。一、切削(qixio)刀具4.多齿刀具(1)麻花钻1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其及其材料材料标准标准(biozhn)(biozhn)高速钢麻花钻结构高速钢麻花钻结构第二十九页，共58页。一、切削刀具一、切削刀具4.4.多齿刀具多齿刀具(1)(1)麻花钻麻花钻 主要主要(zhyo)(zhyo)几何参数有：前角几何参数有：前角00、后角、后角00、螺、螺旋角旋角 、顶角、顶角2(2(主偏角主偏角kr)kr)、横刃斜角、横刃斜角、直径、直径、横刃长度等。横刃长度等。1.2 切削切削(qixio)刀具及其刀具及其材料材料几种群钻第三十页，
15、共58页。一、切削刀具一、切削刀具(doj)(doj)4.4.多齿刀具多齿刀具(doj)(doj)(2)(2)铣刀铣刀 1.2 切削切削(qixio)刀具及其刀具及其材料材料铣刀的类型及用途第三十一页，共58页。一、切削刀具一、切削刀具(doj)(doj)4.4.多齿刀具多齿刀具(doj)(doj)(2)(2)铣刀铣刀 1.2 切削切削(qixio)刀具及其材刀具及其材料料焊接式硬质合金铣刀 可转位铣刀的结构第三十二页，共58页。316mm硬质合金玻璃钻车削软橡胶用的外圆车刀 一、切削(qixio)刀具5.非金属材料切削(qixio)刀具1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其材及其材料料橡胶加
16、工用刀具塑料加工用刀具玻璃加工用刀具复合材料加工用刀具金刚石刀具第三十三页，共58页。二、刀具材料(cilio)1.刀具材料(cilio)应具备的性能1.2 切削刀具切削刀具(doj)及其及其材料材料较高的硬度和耐磨性足够的强度和韧度较高的耐热性良好的工艺性和经济性第三十四页，共58页。二、刀具材料(cilio)2.常用的刀具材料(cilio)1.2 切削切削(qixio)刀具及其刀具及其材料材料常用刀具材料基本性能第三十五页，共58页。二、刀具材料二、刀具材料(cilio)(cilio)2.2.常用的刀具材料常用的刀具材料(cilio)(cilio)1.2 切削切削(qixio)刀具及其刀具
17、及其材料材料第三十六页，共58页。二、刀具材料(cilio)3.新型刀具材料(cilio)1.2 切削切削(qixio)刀具及其刀具及其材料材料第三十七页，共58页。一、切屑的形成(xngchng)及其类型1.切屑形成(xngchng)过程 金属的切削过程实际上与金属的挤压过程很相似1.3 切削切削(qixio)过程及控制过程及控制第三十八页，共58页。一、切屑的形成及其类型1.切屑形成过程 经过塑性变形的切屑，其厚度hch大于切削层公称厚度hD，而长度lch小于切削层公称长度lD，这种现象称为(chn wi)切屑收缩1.3 切削切削(qixio)过程及过程及控制控制第三十九页，共58页。一一
18、、切屑的形成及其类型、切屑的形成及其类型(lixng)2.切屑的种类切屑的种类1.3 切削切削(qixio)过程及控制过程及控制第四十页，共58页。二、积屑瘤 在一定范围的切削速度下切削塑性金属形成带状切屑时，常发现(fxin)在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属楔块，这就是积屑瘤(the built-up edge)，或称刀瘤1.积屑瘤的形成1.3 切削过程切削过程(guchng)及及控制控制积屑瘤的形成与脱落第四十一页，共58页。二、积屑瘤2.积屑瘤对切削加工的影响 粗加工时可利用积屑瘤；精加工时应尽量避免积屑瘤产生(chnshng)3.积屑瘤的控制 影响积屑瘤形成的主要因素
19、有：工件材料的力学性能、切削速度和冷却润滑条件等。避免和减小积屑瘤的方法是：加工时控制切削速度，避开产生(chnshng)积屑瘤的切削速度区；增加刀具前角以减小切削变形，降低切屑接触区压力；使用润滑性能良好的切削液，减小摩擦；用适当的热处理方法提高工件材料的硬度，降低塑性，减小加工硬化倾向。1.3 切削过程切削过程(guchng)及及控制控制第四十二页，共58页。三、切削力和切削功率1.切削力的构成与分解 总切削力F一般常分解为3个互相垂直的分力切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力进给力Ff 总切削F在进给运动方向上的分力背向力Fp 总切削力F在垂直于工作平面(pngmin)方向上的分力
20、3个切削分力与总切削力F有如下关系：1.3 切削过程切削过程(guchng)及控制及控制第四十三页，共58页。三、切削力和切削功率2.切削力的估算(sun)车削外圆时，计算Fc的经验公式如下：N 经验公式中的系数和指数，可从“切削用量手册”中查出 生产中，常用切削层单位面积切削力Kc来估算(sun)切削力Fc的大小。因为Kc是切削力Fc与切削层公称横截面积AD之比，所以1.3 切削过程切削过程(guchng)及及控制控制第四十四页，共58页。三、切削力和切削功率3.切削功率 切削功率Pm可用下式计算(j sun)kW 机床电动机的功率PE可用下式计算(j sun)kW1.3 切削切削(qixi
21、o)过程及控过程及控制制第四十五页，共58页。四、切削热和切削温度四、切削热和切削温度1.切削热的产生、传出及对加工的影响切削热的产生、传出及对加工的影响 切削热主要切削热主要(zhyo)有有3个切削热源个切削热源切屑变形所产生的热量，切屑变形所产生的热量，是切削热的主要是切削热的主要(zhyo)来源；来源；切屑与刀具前刀面之间切屑与刀具前刀面之间 的摩擦所产生的热量；的摩擦所产生的热量；工件与刀具后刀面之间工件与刀具后刀面之间 的摩擦所产生的热量。的摩擦所产生的热量。1.3 切削切削(qixio)过程及控过程及控制制第四十六页，共58页。四、切削四、切削(qixio)(qixio)热和切削热
22、和切削(qixio)(qixio)温度温度2.2.切削切削(qixio)(qixio)温度及其影响因素温度及其影响因素 切削切削(qixio)(qixio)温度的高低取决于切削温度的高低取决于切削(qixio)(qixio)热的产生和传散热的产生和传散情况。情况。影响切削影响切削(qixio)(qixio)温度的主要因素有温度的主要因素有1.3 切削切削(qixio)过程及过程及控制控制切削用量 工件(gngjin)材料刀具角度切削液 切削油乳化液水溶液第四十七页，共58页。五、刀具磨损(m sn)和刀具寿命1.刀具磨损(m sn)形态1.3 切削切削(qixio)过程及控过程及控制制第四十八
23、页，共58页。五、刀具(doj)磨损和刀具(doj)寿命2.刀具(doj)磨损过程1.3 切削切削(qixio)过程及控制过程及控制硬质合金车刀主后刀面磨损量VB与切削时间之间的关系(磨损曲线)第四十九页，共58页。五、刀具磨损和刀具寿命五、刀具磨损和刀具寿命3.影响影响(yngxing)刀具磨损的因素刀具磨损的因素 切削用量中，切削速度对刀具磨损的影响切削用量中，切削速度对刀具磨损的影响(yngxing)最大，进给最大，进给量量f次之，背吃刀量次之，背吃刀量ap最小。最小。4.刀具寿命刀具寿命 一把新刀一把新刀(或重新刃磨过的刀具或重新刃磨过的刀具)从开始使用直至达到磨钝标准所从开始使用直至
24、达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命，以经历的实际切削时间，称为刀具寿命，以T表示。表示。一把新刀从第一次投入使用直至完全报废一把新刀从第一次投入使用直至完全报废(经刃磨后亦不可再用经刃磨后亦不可再用)时所经历的实际切削时间，叫做刀具总寿命。时所经历的实际切削时间，叫做刀具总寿命。1.3 切削切削(qixio)过程及控制过程及控制第五十页，共58页。六、切削用量的合理选择 所谓“合理”的切削用量是指充分利用切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。(1)选择背吃刀量ap(2)选择进给量f(3)选择切削速度vc 切削用量选择的基本
25、原则是：粗加工时在保证合理的刀具寿命的前提下，首先选尽可能大的背吃刀量ap，其次选尽可能大的进给量f，最后选取适当的切削速度vc；精加工时，主要考虑加工质量，常选用较小的背吃刀量和进给量，较高的切削速度，只有在受到刀具等工艺条件(tiojin)限制不宜采用高速切削时才选用较低的切削速度。1.3 切削过程切削过程(guchng)及及控制控制第五十一页，共58页。一、磨料与磨具一、磨料与磨具 磨削磨削(grinding)(grinding)是用带有磨粒的工具是用带有磨粒的工具(砂轮、砂带、油砂轮、砂带、油石等石等)对工件进行对工件进行(jnxng)(jnxng)加工的方法加工的方法1.4 磨具与磨
26、削磨具与磨削(m xio)过过程程第五十二页，共58页。一、磨料与磨具 珩磨(hngm)、超精加工及钳工使用的磨具为油石1.4 磨具与磨削磨具与磨削(m xio)过过程程油石(yush)的形状第五十三页，共58页。二、磨削过程 比较凸出的和比较锋利的磨粒起切削作用 凸出高度较小或较钝的磨粒起刻划作用 磨钝的或比较凹下的磨粒与工件表面产生滑擦，起摩擦抛光(pogung)作用 比较锋利且凸出的单个磨粒，其切削过程大致也可分为三个阶段 1.4 磨具与磨削磨具与磨削(m xio)过过程程第五十四页，共58页。三、磨削过程的特点(tdin)1.背向力大2.磨削温度高3.表面变形强化和残余应力严重1.4
27、磨具与磨削磨具与磨削(m xio)过程过程第五十五页，共58页。一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标1.衡量切削加工性的指标衡量切削加工性的指标 物理量物理量vT来表示来表示(biosh)材料的切削加工性。材料的切削加工性。vT的含义是：的含义是：当刀具寿命为当刀具寿命为T分钟时，切削某种材料所允许的切削速度分钟时，切削某种材料所允许的切削速度2.材料的相对切削加工性材料的相对切削加工性 切削加工性的概念具有相对性，如下式切削加工性的概念具有相对性，如下式1.5 材料材料(cilio)的切削加工的切削加工性性第五十六页，共58页。一、衡量材料切削加工性的指标(zhbio)常
28、用材料的相对加工性Kr分为8级1.5 材料材料(cilio)的切削加工的切削加工性性材料(cilio)相对加工性等级第五十七页，共58页。二、常用(chn yn)材料的切削加工性 化学成分和金相组织对工件材料切削加工性影响很大，主要应从这两方面着手改善切削加工性。1.调整材料的化学成分2.热处理改变金相组织三、难加工材料的切削加工性 材料的相对加工性Kr小于0.65时，属于难加工材料,切削难切金属材料的主要措施有：1.改善切削加工条件 2.选用合适的刀具材料3.优化刀具几何参数和切削用量 4.对材料进行适当热处理5.选用合适的切削液 6.重视切屑控制1.5 材料材料(cilio)的切削加的切削加工性工性第五十八页，共58页。