1、金屬切削刀具金屬切削刀具 cutting tools 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容 一一 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素切削運(yùn)動(dòng)與切削要素 二二 刀具切削部分的幾何參數(shù)刀具切削部分的幾何參數(shù) 三三 金屬切削基本理論金屬切削基本理論 四四 刀具分類刀具分類 五五 刀具材料刀具材料 六六 刀具發(fā)展刀具發(fā)展 利用刀具切除被加工零件多余的材利用刀具切除被加工零件多余的材 料料，形成已加工表面，形成已加工表面 金屬切削加工的目的金屬切削加工的目的 使被加工零件的尺寸精度、使被加工零件的尺寸精度、 形狀和位置精度、表面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)與使用要求形狀和位置精度、表面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)與使用要求 兩個(gè)基本條件兩個(gè)基本

2、條件 切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng) 刀具刀具 是機(jī)械制造工業(yè)中最基本的加工方法，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中是機(jī)械制造工業(yè)中最基本的加工方法，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中 占有重要地位。占有重要地位。 工業(yè)革命前：生產(chǎn)加工是低效的手工勞作方式工業(yè)革命前：生產(chǎn)加工是低效的手工勞作方式 1785 1785 瓦特瓦特 蒸汽機(jī)在紡織工廠使用，機(jī)器代蒸汽機(jī)在紡織工廠使用，機(jī)器代 替手工勞動(dòng)的序幕，機(jī)械化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，機(jī)器替手工勞動(dòng)的序幕，機(jī)械化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，機(jī)器 生產(chǎn)機(jī)器生產(chǎn)機(jī)器 1797 1797 發(fā)明第一臺(tái)滑動(dòng)刀架車床發(fā)明第一臺(tái)滑動(dòng)刀架車床 1873 1873 第一臺(tái)凸輪控制的自動(dòng)車床第一臺(tái)凸輪控制的自動(dòng)車床 1910-1920 1910-192

3、0 福特汽車公司，泰勒按節(jié)拍生產(chǎn)的理論，福特汽車公司，泰勒按節(jié)拍生產(chǎn)的理論， 首先建立了流水線生產(chǎn)方式，創(chuàng)造了平均每分鐘生產(chǎn)一首先建立了流水線生產(chǎn)方式，創(chuàng)造了平均每分鐘生產(chǎn)一 輛輛t t型車的記錄。型車的記錄。 1952 1952 美國(guó)首先研制成功數(shù)控（美國(guó)首先研制成功數(shù)控（numerical control ncnumerical control nc） 機(jī)床及自動(dòng)編程，機(jī)床及自動(dòng)編程，camcam的開(kāi)端的開(kāi)端 1953 1953 同一臺(tái)機(jī)床上通過(guò)自動(dòng)換刀實(shí)現(xiàn)銑、鉆、鏜、锪，同一臺(tái)機(jī)床上通過(guò)自動(dòng)換刀實(shí)現(xiàn)銑、鉆、鏜、锪， 鉸、磨及攻絲等多種工藝的數(shù)控加工中心鉸、磨及攻絲等多種工藝的數(shù)控加工中心

4、 （machining centermachining center）mitmit美國(guó)麻省理工學(xué)院美國(guó)麻省理工學(xué)院 19621962 美國(guó)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，（美國(guó)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，（industrial robotindustrial robot） 1967 1967 英、美英、美fms(flexible manufacturing fms(flexible manufacturing system)system)柔性制造系統(tǒng)，解決十批量，離散形生柔性制造系統(tǒng)，解決十批量，離散形生 產(chǎn)自動(dòng)化。產(chǎn)自動(dòng)化。 6060年代末年代末cappcapp（computer-aided process com

5、puter-aided process plannplann- - inging）計(jì)算機(jī)進(jìn)行加工工藝路線和工序內(nèi)容的設(shè)計(jì)及機(jī)）計(jì)算機(jī)進(jìn)行加工工藝路線和工序內(nèi)容的設(shè)計(jì)及機(jī) 床切削用量、時(shí)間定額等的選擇與制定床切削用量、時(shí)間定額等的選擇與制定 19541954 美國(guó)通用電器公司（美國(guó)通用電器公司（gege）首次用計(jì)算機(jī)計(jì)）首次用計(jì)算機(jī)計(jì) 算職工工資算職工工資 19611961：物料需求計(jì)劃：物料需求計(jì)劃：mrpi mrpi material requirements planning material requirements planning 19791979：制造資源計(jì)劃：制造資源計(jì)劃：mrp

6、ii mrpii manufacturing resources planning manufacturing resources planning 管理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng) mis mis management information system management information system 目前目前 pdm pdm 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 機(jī)床上（機(jī)床上（5%）運(yùn)送和等待時(shí)間運(yùn)送和等待時(shí)間95% 切削切削 30% 裝卸、測(cè)量、裝卸、測(cè)量、 等待等待 70% 由此看出機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)由此看出機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) computer integrated manuf

7、acturing system 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)：以制造技術(shù)，計(jì)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)：以制造技術(shù)，計(jì) 算機(jī)技術(shù)，柔性制造技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)和算機(jī)技術(shù)，柔性制造技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)和 現(xiàn)代管理科學(xué)為基礎(chǔ)，將制造業(yè)，工廠經(jīng)現(xiàn)代管理科學(xué)為基礎(chǔ)，將制造業(yè)，工廠經(jīng) 營(yíng)活動(dòng)所需的各種自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)新的營(yíng)活動(dòng)所需的各種自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)新的 生產(chǎn)管理模式，工藝?yán)碚摵陀?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有生產(chǎn)管理模式，工藝?yán)碚摵陀?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有 機(jī)地集成，使任何復(fù)雜的產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加機(jī)地集成，使任何復(fù)雜的產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加 工以及管理的工作量減少到最低限量。工以及管理的工作量減少到最低限量。 ： 公元前公元前20002000多年多年 青銅器時(shí)代青銅器

8、時(shí)代 青青 銅刀，鋸銼，磨石銅刀，鋸銼，磨石 春秋中晚期春秋中晚期 考工記考工記金工知識(shí)金工知識(shí) 唐代唐代 原始的車床原始的車床 1668 1668 1915 1915 第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)車床第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)車床 1947 1947 2 0 0 0 02 0 0 0 0 多 臺(tái)多 臺(tái) 碳 素 工 具 鋼 刀 具碳 素 工 具 鋼 刀 具 v=10m/minv=10m/min 直徑2丈（6.7米）， 加工天文儀器上 的銅環(huán) ， 或磨石 切削方式的發(fā)展離不開(kāi)刀具材料，切削方式的發(fā)展離不開(kāi)刀具材料， 刀具結(jié)構(gòu)的發(fā)展刀具結(jié)構(gòu)的發(fā)展 刀具材料：高速鋼刀具材料：高速鋼硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金陶陶 瓷瓷超硬材料超硬材料 刀具結(jié)構(gòu)

9、：整體式，焊接式，機(jī)類刀具結(jié)構(gòu)：整體式，焊接式，機(jī)類 式，可轉(zhuǎn)位式式，可轉(zhuǎn)位式 超聲波加工超聲波加工 振動(dòng)切削振動(dòng)切削 特種加工：電火花加工（電脈沖） 電解光加工 激光加工 金屬切削原理與刀具是研究金屬切金屬切削原理與刀具是研究金屬切 削過(guò)程基本規(guī)律與刀具設(shè)計(jì)、使用削過(guò)程基本規(guī)律與刀具設(shè)計(jì)、使用 的一門(mén)科學(xué)，是機(jī)械制造專業(yè)的重的一門(mén)科學(xué)，是機(jī)械制造專業(yè)的重 要課程。要課程。 其中切削原理又是本課及其它專業(yè)其中切削原理又是本課及其它專業(yè) 課的基礎(chǔ)。課的基礎(chǔ)。 刀具材料的性能選用；刀具材料的性能選用； 刀具切削部分幾何參數(shù)；刀具切削部分幾何參數(shù)； 切削過(guò)程現(xiàn)象與變化規(guī)律；切削過(guò)程現(xiàn)象與變化規(guī)律；

10、被切削材料的加工性；被切削材料的加工性； 提高加工表面質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的方法提高加工表面質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的方法 鉆削、銑削、磨削過(guò)程特點(diǎn)等。鉆削、銑削、磨削過(guò)程特點(diǎn)等。 1 1、幾何問(wèn)題、幾何問(wèn)題刀具幾何角度、參刀具幾何角度、參 數(shù)及其相互關(guān)系。數(shù)及其相互關(guān)系。 2、規(guī)律問(wèn)題、規(guī)律問(wèn)題切削變形、切削力、切削變形、切削力、 切削溫度、切削溫度、刀削溫度、刀具磨損等規(guī)刀削溫度、刀具磨損等規(guī) 律。律。 這些內(nèi)容又可以歸納為這些內(nèi)容又可以歸納為 兩個(gè)方面的問(wèn)題兩個(gè)方面的問(wèn)題： 認(rèn)識(shí)金屬切削過(guò)程的一般現(xiàn)象及基本規(guī)認(rèn)識(shí)金屬切削過(guò)程的一般現(xiàn)象及基本規(guī) 律，能按具體加工條件選擇合理的刀具律，能按具體加工條件選擇合

11、理的刀具 材料、切削部分幾何參數(shù)及切削用量，材料、切削部分幾何參數(shù)及切削用量， 計(jì)算切削力和功率，并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)計(jì)算切削力和功率，并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 分析及解決生產(chǎn)中的一些問(wèn)題。分析及解決生產(chǎn)中的一些問(wèn)題。 達(dá)到的要求：達(dá)到的要求： 金屬切削刀具是切削加工中重要工具，影金屬切削刀具是切削加工中重要工具，影 響生產(chǎn)率、加工質(zhì)量與成本。響生產(chǎn)率、加工質(zhì)量與成本。 刀具變化靈活、改革簡(jiǎn)便、收效顯著。刀具變化靈活、改革簡(jiǎn)便、收效顯著。 正確設(shè)計(jì)刀具，合理使用刀具，改進(jìn)刀具正確設(shè)計(jì)刀具，合理使用刀具，改進(jìn)刀具 了解一些常用的標(biāo)準(zhǔn)通用刀具、標(biāo)準(zhǔn)專了解一些常用的標(biāo)準(zhǔn)通用刀具、標(biāo)準(zhǔn)專 用刀具的類型，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，

12、工作原理，用刀具的類型，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作原理， 應(yīng)用范圍和如何正確的使用。應(yīng)用范圍和如何正確的使用。 初步掌握一些常用刀專用刀具的設(shè)計(jì)計(jì)初步掌握一些常用刀專用刀具的設(shè)計(jì)計(jì) 算方法算方法 常用加工手段（方法）的特點(diǎn)常用加工手段（方法）的特點(diǎn) 刀具種類繁多，例如有單刃刀具，多刃刀具， 成形刀具； 有整體高速刀具，鑲片硬質(zhì)合金刀具、機(jī)夾、 可轉(zhuǎn)位式刀具等。 在各種類型的刀具中，又可分為如下兩類，對(duì) 它們的教學(xué)方法也有所不同。 指專業(yè)工廠按國(guó)際或部標(biāo)生產(chǎn)的刀具。 如可轉(zhuǎn)位車刀、麻花鉆、鉸、銑刀、絲錐、 板牙、插齒刀、齒輪滾刀等。 重點(diǎn)掌握結(jié)構(gòu)，工作原理，選擇與使用方法。 了解機(jī)夾、可轉(zhuǎn)位車、銑刀結(jié)構(gòu)分析

13、，刀片 槽型的選擇，以及麻花鉆的修磨與群鉆，為 使用面廣的通用刀具打下初步基礎(chǔ)。 指需專門(mén)設(shè)計(jì)制造的刀具 如成形車刀與銑刀、拉刀、蝸輪滾 刀等。 主要了解其設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法 金屬切削原理與刀具是與生產(chǎn)實(shí)踐緊密聯(lián)系的， 涉及知識(shí)面較廣 掌握基本理論 熟悉有關(guān)手冊(cè)、樣本，特別要重視生產(chǎn)實(shí)際， 參加生產(chǎn)勞動(dòng)與工作實(shí)踐 理論聯(lián)系實(shí)際，逐步提高解決實(shí)際問(wèn)題的工作 能力 一一 切削運(yùn)動(dòng)與切削要素切削運(yùn)動(dòng)與切削要素 （一）切削運(yùn)動(dòng)（一）切削運(yùn)動(dòng) 1.主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng) 刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)刀具與工件之間主要的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料使刀具切削刃及其鄰近的刀具表面切入工件材料

14、使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而形成工件的新表面。使被切削層轉(zhuǎn)變?yōu)榍行迹瑥亩纬晒ぜ男卤砻妗?切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)速度最高，消耗功率最大切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)速度最高，消耗功率最大 主運(yùn)動(dòng)方向主運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)主 運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向 切削速度切削速度vc切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng) 的瞬時(shí)速度的瞬時(shí)速度 2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 刀具與工件之間附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng)刀具與工件之間附加的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 配合主運(yùn)動(dòng)依次地或連續(xù)不斷地切除切屑配合主運(yùn)動(dòng)依次地或連續(xù)不斷地切除切屑 可由刀具完成可由刀具完成車削、工件完成車削、工件完成銑削銑削 可

15、以是間歇的可以是間歇的刨削、連續(xù)的刨削、連續(xù)的車削車削 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的 瞬時(shí)進(jìn)給方向。瞬時(shí)進(jìn)給方向。 進(jìn)給速度進(jìn)給速度vf切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)刨刀的直線運(yùn)動(dòng)刨刀的直線運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件移動(dòng)工件移動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)車刀軸向運(yùn)動(dòng)車刀軸向運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)砂輪旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪軸向移動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪軸向移動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)銑刀旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件移動(dòng)工件移動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)（繞工件軸線）刀具旋轉(zhuǎn)（繞工件

16、軸線） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刀具徑向移動(dòng)刀具徑向移動(dòng) 3合成切削運(yùn)動(dòng)合成切削運(yùn)動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱 為合成切削運(yùn)動(dòng)。為合成切削運(yùn)動(dòng)。 （二）、切削加工過(guò)程中的（二）、切削加工過(guò)程中的工件表面工件表面 車削加工是一種最常見(jiàn)的、典型的車削加工是一種最常見(jiàn)的、典型的 切削加工方法切削加工方法 以它為例，車削加工過(guò)程中工件上以它為例，車削加工過(guò)程中工件上 有三個(gè)不斷變化著的表面。有三個(gè)不斷變化著的表面。 (1)待加工表面待加工表面工件上工件上 有待切除的表面有待切除的表面 (2)已加工表面已加工表面經(jīng)刀具經(jīng)刀具 切削后產(chǎn)生的新表面切削后產(chǎn)生的新表面 (3)過(guò)渡表面過(guò)

17、渡表面(或稱切削表或稱切削表 面面) 切削刃正在切削切削刃正在切削 的表面的表面 它是待加工表面和已加工它是待加工表面和已加工 表面之間的過(guò)渡表面表面之間的過(guò)渡表面 （三）、切削要素（三）、切削要素 切削過(guò)程的切削用量要素和在切削過(guò)切削過(guò)程的切削用量要素和在切削過(guò) 程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。程中由余量變成切屑的切削層參數(shù)。 1.切削用量要素切削用量要素 背吃刀量背吃刀量 m/min 指主運(yùn)動(dòng)的線速度，以車削為例：指主運(yùn)動(dòng)的線速度，以車削為例： n工件或刀具的轉(zhuǎn)速，n為rmin d工件或刀具觀察點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)直徑，d為mm 一般取dw 1000 ndw v c （m/min) 指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方

18、向上相對(duì)工件的位移量指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量 主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周， 兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mmmmr r 當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直 線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mmmm 雙行程或雙行程或mmmm單行程單行程 對(duì)于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具對(duì)于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具( (如銑刀、切齒刀如銑刀、切齒刀) )，常用每齒進(jìn)給，常用每齒進(jìn)給 量量fzf

19、z，單位為，單位為mmmmz z或或mmmm齒，它與進(jìn)給量齒，它與進(jìn)給量f f的關(guān)系為的關(guān)系為 f=f=zfzfz z 進(jìn)給量是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的單位量。車削時(shí)進(jìn)給量 f是取工件每旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，工件與刀具相 對(duì)位移量 fnvf（mm/min) vf進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度 多齒刀具有每齒進(jìn)給量 背吃刀量ap 工件待加工表面與加工表面之間的垂直距離 在通過(guò)切削刃基點(diǎn)并垂直于工作平面方向上測(cè) 量的吃刀量 一般稱為切削深度，單位為mm； dw待加工表面直徑 dm已加工表面直徑 2 dmdw ap apvf al mt fapvq cz 1000 （mm3/min） 2切削層參數(shù)切削層參數(shù) 切削層是指工件上正被刀具切

20、削刃切切削層是指工件上正被刀具切削刃切 削著的一層金屬削著的一層金屬 切削層參數(shù)切削層參數(shù)基面中測(cè)量的切削層基面中測(cè)量的切削層 長(zhǎng)度、寬度和面積。長(zhǎng)度、寬度和面積。 它們與切削用量它們與切削用量f、ap 有關(guān)有關(guān) (1)切削層公稱厚度切削層公稱厚度hd垂直于正在加垂直于正在加 工的表面工的表面(過(guò)渡表面過(guò)渡表面)度量的切削層參數(shù)。度量的切削層參數(shù)。 (2)切削層公稱寬度切削層公稱寬度bd平行于正在加平行于正在加 工的表面工的表面(過(guò)渡表面過(guò)渡表面)度量的切削層參數(shù)。度量的切削層參數(shù)。 (3)切削層公稱橫截面積切削層公稱橫截面積a d在切削在切削 層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫

21、截面積。 二、刀具切削部分的幾何參數(shù)二、刀具切削部分的幾何參數(shù) (一)刀具的部分 刀面刀面 刀頭刀頭-切削部分切削部分 刀刃刀刃 刀尖刀尖 刀桿刀桿-用于裝夾用于裝夾 1.1. 前刀面ar 切屑流出時(shí)經(jīng)過(guò)的刀面切屑流出時(shí)經(jīng)過(guò)的刀面 后刀面aa 與加工表面相對(duì)的刀面與加工表面相對(duì)的刀面 副后刀面aa 與已加工表面相對(duì)與已加工表面相對(duì) 的的刀面刀面 2。切削刃。切削刃 主切削刃主切削刃s s arar與與aaaa的交線的交線 副切削刃副切削刃s s arar與與aaaa的交線的交線 3 刀尖刀尖 主、副切削刃匯交的一小段切削刃 稱刀尖 實(shí)際使用的刀具切削部分放大形狀 （二）、刀具角度 標(biāo)注坐標(biāo)系-

22、靜態(tài)參考系-刀具角度 它是刀具設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖標(biāo)注、刃磨測(cè)量 角度時(shí)基準(zhǔn)。 工作坐標(biāo)系-動(dòng)態(tài)參考系-工作角度 它是確定刀具切削運(yùn)動(dòng)中角度的基準(zhǔn)。 1。主剖面標(biāo)注系坐標(biāo)平面 刀具是以刀具結(jié)構(gòu)為基 礎(chǔ)，以刀具的安裝定位面及假定的切削運(yùn)動(dòng)方 向建立起來(lái)的。 1.基面pr 刃磨測(cè)量的定位基準(zhǔn) 通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，平行于車刀底面的 平面?；?yàn)橥ㄟ^(guò)切削刃某選定點(diǎn)，包含刀具軸 線的平面。 2.切削平面ps 通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，與切削刃相切，且 垂直于基面的平面。 3.主剖面po 主剖面是通過(guò)切削刃某選定點(diǎn)，同時(shí)垂直 于基面與切削平面的平面。 四個(gè)四個(gè) 主偏角主偏角 ：基面中測(cè)量的主切削刃：基面中測(cè)量的主切削刃

23、 與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間夾角。與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向間夾角。 刃傾角刃傾角 ： ：切削平面中測(cè)量的切削切削平面中測(cè)量的切削 刃與基面間刃與基面間夾角。夾角。 前角前角 ：主剖面中測(cè)量的前主剖面中測(cè)量的前刀面與刀面與 切削平面間的夾角。切削平面間的夾角。 后角后角 ：主剖面中測(cè)量的后刀面與：主剖面中測(cè)量的后刀面與 切削平面間的夾角。切削平面間的夾角。 s 三個(gè)刀面、兩條刀刃、六個(gè)獨(dú)立角度 副偏角 、副刃后角 派生角度：由以上角度推算 副刃傾角 ，副刃前角 楔角 刀尖角 )(90 ) (180 s 三三 金屬切削基本理金屬切削基本理論論 金屬切削過(guò)程是指：通過(guò)切削運(yùn)動(dòng)，金屬切削過(guò)程是指：通過(guò)切削運(yùn)動(dòng)， 使刀具從

24、工件上切下多余的金屬層，使刀具從工件上切下多余的金屬層， 形成切屑和已加工表面的過(guò)程。形成切屑和已加工表面的過(guò)程。 在這過(guò)程中產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如形在這過(guò)程中產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如形 成切屑、切削力、切削熱與切削溫成切屑、切削力、切削熱與切削溫 度、刀具磨損等度、刀具磨損等 本節(jié)主要研究各種現(xiàn)象的成因、作 用和變化規(guī)律。 掌握這些規(guī)律，對(duì)于合理使用與設(shè) 計(jì)刀具、夾具和機(jī)床，保證切削加 工質(zhì)量、減少能量消耗、提高生產(chǎn) 率和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展等方面起著重要 作用 切削變形、切削力、切削溫度、刀 具磨損 （一）切削變形 u 金屬切削過(guò)程與金屬受壓縮（拉伸）過(guò)程比 較：塑性金屬受壓縮時(shí)，隨著外力增加，金屬先 后產(chǎn)

25、生彈性變形、塑性變性，并使金屬晶格產(chǎn)生 滑移，而后斷裂。（實(shí)質(zhì)） u以直角自由切削為例，如果忽略了摩擦、溫度 和應(yīng)變速度的影響，金屬切削過(guò)程如同壓縮過(guò)程， 切削層受刀具擠壓后產(chǎn)生了塑性變性。 第變形區(qū) 近切削刃處切削層內(nèi)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)； 第變形區(qū) 與前刀面接觸的切屑底層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)； 第變形區(qū) 近切削刃處已加工表層內(nèi)產(chǎn)生的變形區(qū)。 （二）、切屑的形成過(guò)程中變形特點(diǎn) 1。切屑的形成過(guò)程 切削層受刀具的作用，經(jīng)過(guò)第變形區(qū) 的塑性變形后形成了切屑。 切削層在法向力fn和摩擦力ff組成的 合力fr作用下，使近切削刃處的金屬產(chǎn)生 彈性變形、塑性變形，在這同時(shí)金屬晶格 產(chǎn)生滑移。（剪應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度）

26、 ac是始滑移面 ae是終滑移面 ac、ae之間為第變形區(qū)。 ab面稱為剪切面或滑移面。 剪切面ab作用力fr之間的夾角約為400500。 剪切角 ：ab與v之間的夾角。 作用角 ：fr與v之間的夾角。 第變形區(qū)就是形成切屑的變形區(qū)。 相距約為0.020.2mm 2。切屑的類型 根據(jù)切削層變形特點(diǎn)和變形后形成切屑的外形不同， 通常將切屑分為以下四類： （1）、帶狀切屑 外形連續(xù)不斷呈帶狀。切削塑性金屬材料，例如碳 素鋼、合金鋼、銅和鋁合金時(shí)常出現(xiàn)這類切屑。 （2）、節(jié)狀切屑 外形也呈帶狀，但在切屑上與前刀接觸的一面較光 潔，其背面局部開(kāi)裂成節(jié)狀。切削黃銅或低速、較大走 刀切鋼易得到這類切屑。

27、帶狀切屑 單元切屑 節(jié)狀切屑 崩碎切屑 切切 削削 形形 狀狀 （3）、粒狀切屑 切下切屑斷裂成均勻的顆粒狀。切削鉛 或用很低速度、大走刀切削鋼可得到這類切 屑。 （4）、崩碎切屑 在切削脆性金屬時(shí)，例如鑄鐵、黃銅等 材料，得到的是呈不規(guī)則的細(xì)粒狀切屑。 （三）、已加工表面類形和加工硬化 1。已加工表面變形 由于刃口圓弧的擠壓和摩擦作用，使刃口前 方切削層內(nèi)出現(xiàn)了復(fù)雜的塑性變形區(qū)域，并在近 刃口的已加工表面金屬層內(nèi)形成了第變形區(qū)。 a點(diǎn) 為分流點(diǎn) ac段切削的金屬層ac被擠壓后留在加工表面上 ce段后刀面上小棱面的摩擦作用 ef段彈性復(fù)原層h引起的接觸面上的擠壓與摩 擦 2。加工硬化 加工硬化

28、亦稱冷硬，它是在已加工表面嚴(yán)重變 形層內(nèi)，金屬晶格伸長(zhǎng)、擠緊、扭曲甚至碎裂而使 表面層組織硬度增高的現(xiàn)象。 后果： 在硬化層的表面上會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的裂紋、并在表 層內(nèi)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。因此，硬化降低了加工表面質(zhì) 量和材料的疲勞強(qiáng)度，增加下道工序加工困難，加 速刀具磨損。在切削時(shí)應(yīng)設(shè)法避免或減輕硬化現(xiàn)象。 減輕硬化程度的措施 提高刀具刃磨質(zhì)量，減小刃圓孤半徑；提高刀具刃磨質(zhì)量，減小刃圓孤半徑； 增大前，減小切削變形；增大前，減小切削變形； 增大后角，減少摩擦；增大后角，減少摩擦； 提高切削速度提高切削速度，使表層來(lái)不及硬化；，使表層來(lái)不及硬化； 不采用很小的進(jìn)給量不采用很小的進(jìn)給量f，以減小擠壓作，以減

29、小擠壓作 用。用。 （四）影響切削變形的方法 研究切削變形的方法 影響切削變形的因素 切削變形大小對(duì)于積屑瘤、加工 硬化、切削力、切削溫度和加工表 面質(zhì)量起著重要影響。改變加工條 件，促使剪切角增大、摩擦系數(shù) 減小，就能使切削變形減小 前角：增大前角o，使剪切角增 大，變形系數(shù)減小，因此，切削 變形減小 工件材料：材料的強(qiáng)度、硬度提高， 正壓力fn增大，平均正壓力增大， 因此，摩擦系數(shù)下降，剪切角增 大，切削變形減小。塑性較高的材 料，則變形較大。 進(jìn)給量 切削速度：中低速時(shí)，積屑瘤影響 較大，積屑瘤高度越高，刀具實(shí)際 前角增大，使剪切角增大，故變 形系數(shù)減小。高速時(shí)，積屑瘤逐 漸消失，刀具實(shí)

30、際前角減小，使 減小。增大 進(jìn)給量f增大，切削厚度ac增加，平 均正應(yīng)力afav增大，正壓力fn增大， 因此摩擦系數(shù)下降、剪切角。致 使變形系數(shù)減小。 切削厚度ac增加，切屑中平均變形 減??；反之，薄切屑的變形量大 （五）切削力 切削過(guò)程中作用在刀具與工件上的 力稱為切削力。本節(jié)主要研究切削 力的計(jì)算及變化規(guī)律 1、切削力的來(lái)源、合力及其分力 切削時(shí)作用在刀具上的力，由下列兩個(gè) 方面組成。 （1）三個(gè)變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的彈性變形抗力和塑 性變形抗力； （2）切屑、工件與刀具間的摩擦力。 為了便于分析切削力的作用和測(cè)量、 計(jì)算切削力的大小，通常將合力fr 在主運(yùn)動(dòng)速度方向、切深方向和進(jìn) 給方向作的直角

31、坐標(biāo)軸z、y、x上 分解成三個(gè)分力，它們是： （1）主切削力fz 主運(yùn)動(dòng)切削速度 方向的分力；也稱切向力。 它消耗了切削總功率的95左右， 它是設(shè)計(jì)與使用刀具的主要依據(jù)， 并用于驗(yàn)算機(jī)床、夾具主要零、部 件的強(qiáng)度和剛性以及確定機(jī)床電動(dòng) 機(jī)功率。 （2）切深抗力fy 切深方向的分力； 也稱徑向力、吃刀力。不消耗功率， 但在機(jī)床一工件夾角刀具工藝 系統(tǒng)剛性不足時(shí)，是造成振動(dòng)的主 要因素。 （3）進(jìn)給抗力fx 進(jìn)給方向的分力。 也稱軸向力、走刀力。 消耗了總功率5左右，它是驗(yàn)算 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)主要零、部件強(qiáng)度和 剛性的依據(jù)。 2、切削力測(cè)定和車削力實(shí)驗(yàn)公式 （1）測(cè)力儀的工作原理 （2）車削力實(shí)驗(yàn)公式

32、和切削功率的計(jì)算 （3）單位切削力和單位切削功率 （4）修正系數(shù)概念 3、影響切削力的因素 影響切削力變化主要有三個(gè)方面因素： 工件材料、切削層面積和刀具幾何參數(shù) （1）工件材料的影響 工件材料是通過(guò)材料的剪切屈服強(qiáng)度、 塑性變性、切屑間的摩擦等影響的。 工件材料的硬度或強(qiáng)度越高，材料的剪 切屈服強(qiáng)度越高，切削力越大。 工件材料的塑性或韌性越高，切屑越不易折 斷，使切屑與前刀面間摩擦增加，故切削力 增大。 注意點(diǎn)：材料硬化能力越高，則力越大。 奧氏體不銹鋼，強(qiáng)度低、硬度低，但強(qiáng)化系 數(shù)大，較小的變形就會(huì)引起材料硬度提高， 所以切削力大。 銅、鉛等塑性大，但變形時(shí)，加工硬化小， 則切削力小。 （

33、2）切削用量的影響 切削深度和進(jìn)給量 切削深度ap和進(jìn)給量f增大，分別使切削 寬度a、切削厚度ao增大、切削層面積ac 增大，故變形抗力和摩擦力增加，而引起切 削力增大。 當(dāng)ap不變、f增大一倍時(shí)，ac增大一倍， 雖則ac也成倍增大，但由于切削變形減小， 故使主切削力fz增大不到一倍， 為了提高生產(chǎn)效率，采用大進(jìn)給切削比大 切深切削較省力又節(jié)省功率。 切削速度 加工塑性金屬時(shí)，主要因素為積屑瘤與摩擦。 低、中速（520m/min）：提高，切削變形減小， 故fz逐漸減小；積屑瘤漸成。 中速時(shí)（20m/min左右）：變形值最小，fz減至最 小值，積屑瘤最高，大前角作用。 超過(guò)中速，提高，切削變形增

34、大，故fz逐漸增大。 積屑瘤消失。 高速（60m/min），切削變形隨著切削速度增加 而減小，fz逐漸減小而后達(dá)到穩(wěn)定。 切削脆性金屬，因?yàn)樽冃魏湍Σ辆^小，故切削速 度改變時(shí)切削力變化不大。 注意點(diǎn)： v提高，生產(chǎn)率提高，f下降，但功率上升。 v提高50%， f下降4%，功率上升40%。 （3）刀具幾何角度的影響 前角： 前角o增大，切削變形減小，切削力減小 主偏角： 當(dāng)主偏角r增大時(shí)，切削厚度ac增加，切削 變形減小，故主切削力fz減??； r增大后，圓弧刀尖在切削刃上占的切削工 作比例增大，使切屑變形和排屑時(shí)切屑相互 擠壓加劇。 刃傾角s 刃傾角s的絕對(duì)值增大時(shí)，使主切削刃參 加工作長(zhǎng)增加

35、，摩擦加??；但在法剖面中刃口 圓弧半徑減小，刀刃鋒利，切削變削小， 所以fz變化很小。 （4）其它因素的影響 1、刀具的棱面 刀具棱面寬度b1上升，切削時(shí)擠壓和摩擦增大， 切削力增大；前角o1負(fù)值增大，變形加大，切削力 增大。 刀尖圓弧半徑 刀尖圓弧半徑越大，圓弧刀刃參加工作比 例越多，切削變形和摩擦越大，切削力越大。 由于圓弧刀刃上主偏角是變化的，使參加 工作刀刃上主偏角的平均值減小，因此使fy增 大，并較易引起振動(dòng)。 刀具磨損 刀具磨損，使刀刃變鈍、后刀面與 加工表面間擠壓和摩擦加劇，切削 力增大，振動(dòng)加大。 （六） 切削熱與切削溫度 切削時(shí)作的功，可轉(zhuǎn)化為等量的熱。 切削熱除少量散逸在周

36、圍介質(zhì)中外， 其余均傳入刀具、切屑和工件中， 并使它們溫度升高，引起工件熱變 形、加速刀具磨損。 1、切削熱的來(lái)源與傳導(dǎo) 來(lái)源： qp-剪切區(qū)變形功形成的熱 qf -切屑與前刀面摩擦功形成的熱 qaf -已加工表面與后刀面摩擦功形 成的熱。 傳導(dǎo)途徑： qch-傳入切屑中 qe -傳入刀具中 qw -傳入工件中 qfe-傳入周圍介質(zhì)中 切削熱的形成及傳散關(guān)系為： qpqfqafqchqwqaqf 切削塑性金屬時(shí)切削熱主要由剪切區(qū) 變形和前刀面摩擦形成；切削脆性金屬則 后刀面摩擦熱占的比例較多。 切削熱傳至各部分比例： 一般情況是切屑帶走熱量最多；由于第、 變形區(qū)的塑性變形、摩擦產(chǎn)生熱及其傳導(dǎo)的

37、 影響，致使工件中次之,刀具中熱量最少。 例如切鋼不加切削液時(shí)，它們之間傳熱比例為： qch 5086； qw 4010 qc 93； qf 1 2、切削溫度及測(cè)定 切削區(qū)域的溫度高低，決定于該處 切削熱量多少和傳、散熱快慢。切 削區(qū)域內(nèi)溫度最高一點(diǎn)是在前刀面 上近刀刃處。 測(cè)定方法 自然熱電偶法 人工熱電偶法 3、影響切削溫度的因素 切削溫度與變形功、摩擦功和熱傳導(dǎo)有關(guān)。 （1）切削用量 實(shí)驗(yàn)公式： kvfap zyx c c k 與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的影響系數(shù) 切削條件改變后的修正系數(shù) 車削中碳鋼時(shí)，公式中系數(shù)、指數(shù)為： c y z 高速鋼刀具 140170 0.081 0.20.3 0.350

38、.45 硬質(zhì)合金刀具 320 0.05 0.15 0.260.41 切削速度對(duì)切削溫度影響最大、進(jìn)給量f 次之、切削深度ap影響最小。 ap、f和增大時(shí)，變形和摩擦加劇，切削 功增大，故切削溫度升高。 v提高，f下降，產(chǎn)生熱量少；但摩擦嚴(yán)重，熱 量增多；切屑與前面接觸長(zhǎng)度減短，散熱差， 所以溫度上升。 進(jìn)給量f增大，變形減小，產(chǎn)生熱量下降；但切 屑與前面接觸長(zhǎng)度有所提高，故散熱較好。 但切削深度ap增大后，切屑與刀具接觸面積以 相同比例增大，散熱條件顯著改善； （2）刀具幾何參數(shù) 前角 前角o增大，切削變形和摩擦減小，因 此產(chǎn)生熱量少，切削溫度下降；但前角o繼 續(xù)增至150左右，由于楔角o減小

39、后使刀具散 熱變差，切削溫度略有上升。 主偏角 主偏角r減小，切削寬度a增大、切削厚 度ac減小，切削變形和摩擦增大，切削溫度升高； 但當(dāng)切削寬度a增大后，散熱條件改善。由于散 熱起主要作用，故隨著主偏角r減小切削溫度 下降。 用小的主偏角切削，能降低削溫度、提高刀 具耐用度，尤其是在切削難加工材料時(shí)效果更明 顯。 前角增大，使切削溫度降低，但刀具強(qiáng)度和 散熱效果差；主偏角r減小后，既能使切削溫度 降低幅度較大,又能提高刀具強(qiáng)度。 (3)工件材料影響 工件材料是通過(guò)強(qiáng)度、硬度和導(dǎo)熱系數(shù) 等性能的不同對(duì)切削溫度產(chǎn)生影響的。 (4）刀具磨損 刀具磨損后，會(huì)使摩擦加劇，變形嚴(yán) 重，切削溫度上升。切削

40、液是降低切削 溫度的一個(gè)有效措施。 四四 刀具分類刀具分類 (1)切刀切刀 包括各種車刀、刨刀、插刀、包括各種車刀、刨刀、插刀、 鏜刀、成形車刀等鏜刀、成形車刀等 (2)孔加工刀具孔加工刀具 包括各種鉆頭、擴(kuò)包括各種鉆頭、擴(kuò) 孔鉆、鉸刀、復(fù)合孔加工刀具孔鉆、鉸刀、復(fù)合孔加工刀具(如鉆如鉆- 鉸復(fù)合刀具鉸復(fù)合刀具)等。等。 (3)拉刀拉刀 包括圓拉刀、平面拉刀、包括圓拉刀、平面拉刀、 成形拉刀成形拉刀(如花鍵拉刀如花鍵拉刀)等。等。 (4)銑刀銑刀 包括加工平面的圓柱銑刀、包括加工平面的圓柱銑刀、 面銑刀等；加工溝槽的立銑刀、鍵槽面銑刀等；加工溝槽的立銑刀、鍵槽 銑刀、三面刃銑刀、鋸片鈍刀等；加

41、銑刀、三面刃銑刀、鋸片鈍刀等；加 工特形面的模數(shù)銑刀、凸工特形面的模數(shù)銑刀、凸(凹凹)圓弧銑刀、圓弧銑刀、 成形銑刀等。成形銑刀等。 (5)螺紋刀具螺紋刀具 包括螺紋車刀、絲錐、板包括螺紋車刀、絲錐、板 牙、螺紋切頭，搓絲板等。牙、螺紋切頭，搓絲板等。 (6)齒輪刀具齒輪刀具 包括齒輪滾刀，蝸輪滾包括齒輪滾刀，蝸輪滾 刀、插齒刀、剃齒刀、花鍵滾刀等。刀、插齒刀、剃齒刀、花鍵滾刀等。 (7)磨具磨具 包括砂輪、砂帶、砂瓦、油包括砂輪、砂帶、砂瓦、油 石和拋光輪等。石和拋光輪等。 (8)其它刀具其它刀具 包括數(shù)控機(jī)床專用刀具、包括數(shù)控機(jī)床專用刀具、 自動(dòng)線專用刀具等。自動(dòng)線專用刀具等。 單刃單刃(

42、單齒單齒)刀具和多刃刀具和多刃(多齒多齒)刀具；刀具； 標(biāo)準(zhǔn)刀具標(biāo)準(zhǔn)刀具(如麻花鉆、銑刀、絲錐等如麻花鉆、銑刀、絲錐等)和非和非 標(biāo)準(zhǔn)刀具標(biāo)準(zhǔn)刀具(如拉刀、成形刀具等如拉刀、成形刀具等)； 定尺寸刀具定尺寸刀具(如擴(kuò)孔鉆、鉸刀等如擴(kuò)孔鉆、鉸刀等)和非定尺和非定尺 寸刀具寸刀具(如外圓車刀、直刨刀等如外圓車刀、直刨刀等)； 整體式刀具、裝配式刀具和復(fù)合式刀具整體式刀具、裝配式刀具和復(fù)合式刀具 等等 形狀、結(jié)構(gòu)和功能各不相同的各種形狀、結(jié)構(gòu)和功能各不相同的各種 刀具都有功能相同的組成部分刀具都有功能相同的組成部分 工作部分和夾持部分工作部分和夾持部分 工作部分承擔(dān)切削加工，夾持部分工作部分承擔(dān)切削

43、加工，夾持部分 將工作部分與機(jī)床連接在一起，傳將工作部分與機(jī)床連接在一起，傳 遞切削運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并保證刀具正遞切削運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并保證刀具正 確的工作位置確的工作位置 34 刀具磨損與刀具耐用度 切削過(guò)程中刀具在切除工件上的金屬層， 同時(shí)工件與切屑也對(duì)刀具起作用，使刀具磨損。 刀具嚴(yán)重磨損，會(huì)縮短刀具使用時(shí)間、惡化加 工表面質(zhì)量、增加刀具材料損耗、增大切削力、 增大切削溫度、產(chǎn)生振動(dòng)。 因此，刀具磨損是影響生產(chǎn)效率、加工質(zhì) 量和成本的一個(gè)重要因素。 一、刀具磨損形式 （一）正常磨損形式 正常磨損是指在刀具設(shè)計(jì)與使用合理、制 造與刃磨質(zhì)量符合要求的情況下，刀具在切削 過(guò)程中逐漸產(chǎn)生的磨損。 1、后

44、刀面磨損 c區(qū)：在近刀尖處是磨損較大的區(qū)域，這是 由于溫度高、散熱差而造成的。其磨損量用高 度vc表示。 n區(qū)：近待加工表面，約占全長(zhǎng)14的區(qū)域。 在它的邊界處磨出較長(zhǎng)溝痕，這是由于表面 氧化皮或上道工序留下的硬化層等原因造成 的。它亦稱邊界磨損，磨損量用vn表示。 b區(qū)：在c、n區(qū)間較均勻的磨損區(qū)。磨損量 用vb表示。其中局部出現(xiàn)的劃痕、深溝的高 度用vbmax 表示。 2、前刀面磨損 切屑在前刀面上流出時(shí)，由于摩擦、高溫 和高壓作用，使前刀面上近切削刃處磨出月牙 洼。前刀面的磨損量用月牙洼深度kt表示。月 牙洼的寬度為kb。 原因是切屑與前刀面完全是新鮮表面相互 接觸、摩擦，化學(xué)活性很高，

45、反應(yīng)很強(qiáng)烈。寬 度變化不明顯，深度不斷增大，深度最大處即 為切削溫度最高的地方。一定程度后，易發(fā)生 破損。 （高速、大進(jìn)給量，切削塑性金屬時(shí)常見(jiàn)） 3、前、后刀面同時(shí)磨損 經(jīng)切削后刀具上同時(shí)出現(xiàn)前刀面和后刀面 磨損。這是在切削塑性金屬時(shí)，采用大于中 等切削速度和中等進(jìn)給量時(shí)較常出現(xiàn)的磨損 形式。 多數(shù)情況，兩者皆有。 *邊界磨損：切削鋼料時(shí)發(fā)生 原因：應(yīng)力突然下降，形成很高的壓力梯 度，引起很大的剪應(yīng)力。 溫度梯度引起邊界應(yīng)力。 副后刀面上的邊界磨損是由于上道工序加工 硬化或鑄、鍛件外皮粗糙引起的。 邊界磨損 發(fā)生處 （二）非正常磨損 刀具在切削過(guò)程中突然發(fā)生損壞或過(guò)早損 壞現(xiàn)象。 1、破損：

46、切削刃或刀面產(chǎn)生裂紋、崩刃或碎 裂。 2、卷刃：切削時(shí)在高溫作用下，使切削刃或 刀面產(chǎn)生塌陷或隆起的塑性變形現(xiàn)象。 二、磨損過(guò)程和磨損限度 磨損三個(gè)階段： （段）初期磨損階段 在開(kāi)始切削的短時(shí) 間內(nèi)，磨損較快。這是由于刀具表面粗糙不平 或表層組織不耐磨引起的。 （段）正常磨損階段 隨著切削時(shí)間增長(zhǎng)， 磨損量以較均勻的速度加大。這是由于刀具表 面磨平后，接觸面增大，壓強(qiáng)減小所致。 （段）急劇磨損階段 磨損量達(dá)到一定數(shù) 值后，磨損急損加速、繼而刀具損壞。這是由 于切削時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，磨損嚴(yán)重，切削溫度劇增， 刀具強(qiáng)度，硬度降低所致。 iiiiii a b c 切削時(shí)間tm 磨損量vb vb vbb t

47、vba 刀具在產(chǎn)生急劇磨擦前必須重磨或更新刀 刃。這時(shí)刀具的磨損稱為磨損限度或磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 磨鈍標(biāo)準(zhǔn)-后刀面上均勻上磨損區(qū)的寬度vb值 在iso標(biāo)準(zhǔn)中，供作研究用推薦的高速鋼 和硬質(zhì)合金刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為： （1）在后刀面b區(qū)內(nèi)均勻磨損vb0.3mm； （2）在后刀面b區(qū)內(nèi)非均勻磨損vbmax0.6mm； （3）月牙洼深度標(biāo)準(zhǔn)： kt0.06+0.3f,(f為mm/r)； （4）精加工時(shí)根據(jù)需達(dá)到的表面粗糙度等級(jí) 確定。 粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)加工要求制訂： 粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)能使刀具切削時(shí)間 與可磨或可用次數(shù)的乘積長(zhǎng)為原則定的，從而 能充分發(fā)揮刀具的切削性能，該標(biāo)準(zhǔn)亦稱為經(jīng) 濟(jì)磨損限度。 精加工磨

48、鈍標(biāo)準(zhǔn)是在保證零件加工精度和 表面粗糙度條件下制訂的，因此vb值較小。該 標(biāo)準(zhǔn)亦稱為經(jīng)濟(jì)磨損限度。 生產(chǎn)中，以加工面亮度，切屑顏色形狀、 聲音、振動(dòng)等為根據(jù)，判斷是否重磨 三、刀具磨損原因 （一）磨粒磨損（硬質(zhì)點(diǎn)磨損） 切屑底層和切削表面材料中含有氧化物 （sio、al2o3等）、碳化物（fe3c、tic等） 和氮化物（si2n4、aln等）的硬元素、粘附 著積屑瘤的碎片、鍛造表皮和鑄件表面上殘 留的夾砂等對(duì)刀具的機(jī)械磨損。刀具上被它 們刻劃出深淺不一的溝痕。 高速鋼：磨粒磨損的作用較明顯。 硬質(zhì)合金：這種磨損較少。co含量越低，越不 易磨損。 在低速時(shí)，其他磨損不明顯，因而磨粒磨 損顯得比較

49、突出。 （二）粘結(jié)磨損 切屑與前刀面、加工表面與后刀面之間在 正壓力和溫度作用下，接觸面間吸附膜被擠破， 形成了新鮮表面接觸，當(dāng)接觸面間達(dá)到原子間 距離時(shí)就產(chǎn)生粘結(jié)。粘結(jié)磨損就是由于接觸面 滑動(dòng)時(shí)在粘結(jié)處產(chǎn)生剪切破壞造成的。通常剪 切破壞在較軟金屬一方，但刀面受到摩擦、壓 力和溫度連續(xù)作用下使強(qiáng)度降低，也會(huì)破壞。 此外，當(dāng)前刀面上粘結(jié)的積屑瘤脫落后，帶走 了刀具材料也形成粘結(jié)磨損。 粘結(jié)磨損的程度與壓力、溫度和材料間親 合程度有關(guān)。 低速：切削溫度低，故粘結(jié)是在正壓力作用下 接觸點(diǎn)處產(chǎn)生塑性變形所致，亦稱為冷焊。 中速：切削溫度較高，促使材料軟化和分子間 的熱運(yùn)動(dòng)，更易造成粘。 用yt類硬質(zhì)合

50、金工加工鈦合金或鈦不銹鋼， 在高溫作用下鈦元素之間的親合作用，也會(huì)產(chǎn) 生粘結(jié)磨損。 所以，低、中速切削時(shí)，粘結(jié)磨損是硬質(zhì) 合金刀具的主要磨損原因。 （三）擴(kuò)散磨損 擴(kuò)散磨損：在高溫作用下，接觸面間分子 活動(dòng)能量大，造成了合金元素相互擴(kuò)散置換， 使刀具材料機(jī)械性能降低，若再經(jīng)摩擦作用， 刀具容易被磨損。是一種化學(xué)磨損。 高速鋼，一定溫度時(shí)，前刀面由于擴(kuò)散而形 成一層白色層，厚度0.83.5m。cr、c擴(kuò)散到 工件材料中。白色層較軟，易被磨掉。v越高， 磨損越快。 但擴(kuò)散未占主導(dǎo)時(shí)，就會(huì)因塑性變形而使刀 具損壞。 硬質(zhì)合金，切鋼時(shí)的擴(kuò)散溫度在80010000c。 擴(kuò)散磨損是硬質(zhì)合金的主要磨損形式。

51、 硬質(zhì)合金中w、co和c原子向鋼中擴(kuò)散，然 后被切屑和加工表面帶走。硬質(zhì)合金中失去w 后，在結(jié)晶組織中出現(xiàn)空穴。此外，失去了co 后削弱了粘結(jié)強(qiáng)度。同時(shí)，材料中fe原子向刀 具中擴(kuò)散，使刀面表層形成了新材質(zhì)。經(jīng)相互 擴(kuò)散的結(jié)果，降低了刀具表面的強(qiáng)度和硬度。 通常鎢鈷類硬質(zhì)合金擴(kuò)散溫度為850 9000c、鎢鈷鈦類擴(kuò)散溫度為90010000c、因 此，后者在高溫時(shí)耐磨性較高。 在生產(chǎn)中若采用細(xì)顆粒硬質(zhì)合金或添加稀 有金屬硬質(zhì)合金，采用tic、tin涂層刀片，對(duì) 于提高刀具耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性、減少擴(kuò)散磨 損均可起良好作用。 金剛石，結(jié)晶溶解，c擴(kuò)散 9000c 10s 開(kāi)始擴(kuò)散 10000c 1s

52、 明顯擴(kuò)散 13000c 0.1s c全部溶化到fe中 （四）相變磨損 當(dāng)?shù)毒呱献罡邷囟瘸^(guò)材料相變溫度時(shí)， 刀具表面金相組織發(fā)生變化，如馬氏體組織轉(zhuǎn) 變?yōu)閵W氏體，使硬質(zhì)下降、磨損加劇。 因此，工具鋼刀具在高溫時(shí)均屬此類磨損， 它們的相變溫度為： 合金工具鋼 3003500c 高速鋼 5506000c 相變磨損造成了刀面塌陷和刀刃卷曲。 （五）氧化磨損 氧化磨損是一種化學(xué)性質(zhì)的磨損。在一 定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)（ o2、 切削液中的s、cl）起化學(xué)反應(yīng)，在刀具表面 形成一層硬度較低的化合物，被切屑帶走。 （六）熱電磨損 在切削區(qū)高溫作用下，刀具與工件之間形成 熱電偶，產(chǎn)生電勢(shì)，刀具工

53、件之間有電流通 過(guò)，加速擴(kuò)散。 刀具磨損是由機(jī)械摩擦和熱效應(yīng)兩方面 造成的。 （七）刀具非正常磨損原因 使用硬質(zhì)合金刀具或硬度高、抗彎強(qiáng)度較 低的刀具在銑削、刨削、重型切削、對(duì)難加工 材料切削和在帶沖擊載荷工作中，破損已成為 較常見(jiàn)的磨損形式。 破損原因主要有 1、機(jī)械沖擊力 2、熱內(nèi)應(yīng)力 3、積屑瘤脫落 4、刀具材料硬度低、韌性差 5、刀具幾何參數(shù)和切削用量選擇不合理 6、焊接或刃磨時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或裂紋 7、操作、保管不當(dāng)?shù)取?四、刀具耐用度 （一）刀具耐用度概念 刀具耐用度是指刀具從開(kāi)始切削至達(dá)到磨 損限度為止所用的切削時(shí)間，用t分表示。 刀具耐用度還可以用達(dá)到磨損限度所經(jīng)過(guò) 的切削路程lm

54、或加工出的零件數(shù)n表示。 刀具耐用度高低是衡量刀具切削性能好壞 的重要標(biāo)志。利用刀具耐用度來(lái)控制磨損量vb 值，比用測(cè)量vb的高度來(lái)判別是否達(dá)到磨損限 度要簡(jiǎn)便。 （二）刀具耐用度公式 v=c/tv=c/tm m c c：與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的系數(shù)。（t=60min時(shí)的v值） m m：v對(duì)t的影響指數(shù)。 當(dāng)車削中碳鋼和灰鑄鐵時(shí)，m值大致如下： 高速鋼車刀；m=0.11； 硬質(zhì)合金焊接車刀：m=0.2； 硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀：m=0.250.3； 陶瓷車刀：m=0.2。 由公式可知：速度高，則溫度高，耐用度 下降。 例硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀： v=80m/min t=60min v=160m/min t=3.7

55、5min (四）刀具耐用度合理數(shù)值的確定原則 耐用度t值大，則切削速度要低，但 生產(chǎn)效率降低、成本高；反之，規(guī)定t值小， 雖然允許高的切削速度，提高生產(chǎn)效率， 但加速刀具磨損，增加了裝卸刀具的輔助 時(shí)間。 刀具耐用度合理數(shù)值應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)率和加工 成本制訂 1最高生產(chǎn)率耐用度tp 加工一個(gè)零件的生產(chǎn)時(shí)間tpr由下列幾部分 組成： t tpr pr t tm mt tl ltctc*tmtm /t/t t tm m：切削時(shí)間 t tl l ：輔助時(shí)間 tctc ：一次換刀所需時(shí)間 以縱車外圓為例： cpt m m t 1 m大，則tp值小，切削速度可以提高，生 產(chǎn)率高。陶瓷刀具。 tc小，則tp值小

56、，切削速度可以提高， 生產(chǎn)率高?？赊D(zhuǎn)位刀具。 2最低生產(chǎn)成本耐用度tc 每個(gè)零件平均加工成本cpr為： t t ct t t tmtmtmcpr mm clm m：每分鐘費(fèi)用 ct：換刀一次所需費(fèi)用 m ct t m m tcc 1 ct上升，tc上升，則磨刀次數(shù)應(yīng)該減少， 所以耐用度應(yīng)該高。 m上升，則tc下降，應(yīng)制定小的tc使速 度提高，生產(chǎn)率提高。 tptc vpvc 則 通常用tc （四）影響刀具耐用度的因素 分析刀具耐用度影響因素的目的是，調(diào)節(jié) 各因素的相互關(guān)系，以保持刀具耐用度的合理 數(shù)值。各因素變化對(duì)刀具耐用度的影響，主要 是通過(guò)它們對(duì)切削溫度的影響而直起作用的。 1、切削用量

57、yvxv m fapv cv t （min） 切削用量對(duì)刀具耐用度的影響與對(duì)切削溫 度的影響一致。 刀具耐用度所允許的切削速度： kv fapt cv v yvxvm t m/min 當(dāng)確定刀具耐用度合理數(shù)值后，應(yīng)首先 考慮增大ap、其次增大f，然后根據(jù)、ap、 和f的值計(jì)算出r，這樣既能保持刀具耐用 度、發(fā)揮刀具切削性能，又能提高切削效率。 2刀具幾何參數(shù)影響 前角o增大，切削溫度降低，耐用度提 高；前角o太大，刀刃強(qiáng)度低、散熱差、且 易于破損，故耐用度t反而下降了。因此，前 角o對(duì)刀具耐用度t影響呈“駝峰形”，它 的峰頂前角o值能使耐用度t最高，或刀具 耐用度允許的切削速度t最高。 主偏角

58、r減小，增加刀具強(qiáng)度和改善散 熱條件，故耐用度t或刀具耐用度允許的切削 速度r可增高。 副偏角減小和刀尖圓弧半徑增大，都能 提高刀具強(qiáng)度，改善散熱條件，使刀具耐用 度t或刀具耐用度允許的切削速度增高。 3.加工材料影響 加工材料的強(qiáng)度、硬度越高，產(chǎn)生的切 削溫度越高，故刀具磨損越快、刀具耐用度 t越低。 加工材料的延伸越大或?qū)嵯禂?shù)越小， 均能使切削溫度升高、刀具耐用t降低。 4.刀具材料影響 耐磨性越好，高溫硬度高，耐用度高。 對(duì)于難加工材料、重型切削，大沖擊等情況 下，刀具磨損以破損為主，韌性越高，抗彎 強(qiáng)度越高，耐用度越高。 五五 刀具材料及合理選用刀具材料及合理選用 刀具切削部分承受較

59、大的（1）切削壓力 （2）切削溫度（3）劇烈摩擦（4）沖擊振動(dòng)， 因此刀具材料應(yīng)具備以下性能： 1、高硬度：刀具材料硬度要高于被加工材料 的硬度，切削刃的硬度一般在hrc60以上。 2、高耐磨性：抗磨損能力，硬度，耐磨性， 金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)（氮化物，碳化物）的硬 度高，耐磨性好，硬質(zhì)點(diǎn)數(shù)量多，顆粒越小， 分布均勻，則耐磨性越好。 3、足夠的強(qiáng)度與韌性：抗沖擊，承受各種應(yīng) 力而不崩刃、折斷。與硬度、耐磨性相矛盾。 4、高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性： 耐熱性：高溫下保持材料硬度、耐磨性、強(qiáng) 度、韌性（紅硬性），紅硬性越好 切削速度越高。 化學(xué)穩(wěn)定性：（熱穩(wěn)定性）：高溫下抗氧化， 不與工件材料和介質(zhì)發(fā)生化

60、學(xué)反應(yīng)， （抗氧化、粘結(jié)、擴(kuò)散）刀具磨損慢， 表面質(zhì)量好。 5、良好的工藝性：便于刀具制造，（1） 鍛造性能（2）熱處理性能（3）高溫塑 性變形（4）容削加工性能（5）焊接性能 6、經(jīng)濟(jì)性：（1）刀具材料發(fā)展結(jié)合本國(guó)資 源，資源豐富，則成本極低（2）有的刀 具材料（超硬刀具材料）雖然單件成本貴， 但壽命長(zhǎng)，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的成本不一定 高，要注重經(jīng)濟(jì)效益。 7、切削加工性能的可預(yù)測(cè)性： 為適應(yīng)切削加工自動(dòng)化和柔性制造系統(tǒng)的發(fā) 展，要求刀具磨損及刀具耐用度等具有良好 的可預(yù)測(cè)性。 選擇刀具材料時(shí)，各性能之間相互矛 盾，如硬度高，則強(qiáng)度低；耐磨，則加工 工藝?yán)щy，要抓住主要矛盾。 刀具材料類型： 工