第一節刀具的結構

一、切削運動

1.切削運動

刀具與工件間的相對運動稱為切削運動（即表面成形運動）

主運動：在機床上形成切削速度并消耗大部分切削力的運動

進給運動：機床上維持切削加工過程連續不斷進行運動金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具2.切削要素

待加工表面：工件上即將被切除的表面已加工表面：工件上已切去切削層而形成的新表面過渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削著的表面，介于已加工表面和待加工表面之間

切削過程中，工件上通常存在的3個不斷變化的表面黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具切削要素包括切削用量和切削層的幾何參數

(1).切削用量包括切削速度、進給量、背吃刀量（切削深度）

切削速度Vc（m/s）：刀具切削刃上選定點相對于工件主運動的速度計算時常用最大切削速度代表刀具的切削速度外圓車刀車削外圓時的切削速度計算公式為

dw—工件待加工表面的直徑，(mm)

n—工件的轉速，(r/s)

內孔車削時的切削速度計算公式為

dm—工件已加工表面的直徑，(mm)

n—工件的轉速，(r/s)黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

進給量f

在主運動每轉一轉或每一行程時，刀具與工件之間沿進給動方向的相對位移單位是mm/r(用于車削、鏜削等)mm/行程(用于刨削、磨削等)進給量表示進給運動的速度進給速度Vf（mm/s)每齒進給量fz(多刃刀具，mm/齒)

其中：n—主運動的轉速，(r/s)

z—刀齒齒數

Vf=n·f=n·z·fz黑龍江大學機電工程學院

背吃刀量ap

（切削深度）

待加工表面與已加工表面之間的垂直距離(mm)單位為mm對于外圓加工

其中：dw—工件待加工表面的直徑，(mm)

dm—工件已加工表面的直徑，(mm)對于鉆孔工作金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

(2).切削層參數

在切削過程中，工件每轉一轉或刀具每轉一齒，刀具主切削刃相鄰兩位置間的一層金屬，稱為切削層切削層公稱寬度aw：沿過渡表面測量的切削層尺寸aw反映了切削刃參加切削的工作長度aw=ap/sinkr

切削層公稱厚度ac：在過渡表面法線方向測量的切削層尺寸，即相鄰兩過渡表面之間的距離ac反映了切削刃單位長度上的切削負荷ac=f·sinkr

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

切削層公稱橫截面積Ac：切削層公稱厚度與切削層公稱寬度的乘積

Ac=ac·aw=f·sinkr·ap/sinkr=f·ap

切削用量與切削層參數黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

二、刀具角度

1.刀具切削部分的組成三面兩刃一尖前(刀)面主后(刀)面副后(刀)面主切削刃副切削刃刀尖黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具其它各類刀具，都可以看作是車刀的演變和組合

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具2.刀具角度的參考平面

正交平面參考系切削平面：通過主切削刃上某一點并與工件加工表面相切的平面。基面：通過主切削刃上某一點并與該點切削速度方向相垂直的平面。正交平面：通過主切削刃上某一點并與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具3.刀具的標注角度

在正交平面內測量的角度前角γ0：前刀面與基面之間的夾角表示前刀面的傾斜程度正值、負值、零后角α0：主后刀面與切削平面之間的夾角表示后刀面的傾斜程度一般為正值黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

在基面內測量的角度主偏角κr：主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角一般為正值副偏角κr’：副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角一般為正值黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

在切削平面內測量的角度刃傾角λs：主切削刃與基面之間的夾角正值、負值、零黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

4.刀具的工作角度

根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改變刀具的工作角度（實際角度）：以切削過程中實際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度

刀具安裝位置對工作角度的影響車刀安裝高度對工作角度的影響車刀安裝偏斜對工作角度的影響

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

不考慮進給運動，當刀尖安裝得高于或低于工件軸線時，將引起工作前角γoe和工作后角αoe的變化

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

當車刀刀桿的縱向軸線與進給方向不垂直時，將會引起工作主偏角κre和工作副偏角κre‘的變化

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

進給運動對工作角度的影響縱向進給運動對工作角度的影響橫向進給運動對工作角度的影響

車削時由于進給運動的存在，使車外圓及車螺紋的加工表面實際上是一個螺旋面

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

車端面或切斷時，加工表面是阿基米德螺旋面黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具刀具切削部分的組成三面兩刃一尖前(刀)面主后(刀)面副后(刀)面主切削刃副切削刃刀尖黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

三、刀具種類

1.刀具分類按加工方式和具體用途：車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數控機床刀具和磨具。按所用材料：工具鋼、高速鋼刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等。按結構：整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復合刀具等。按是否標準化：標準刀具和非標準刀具等。黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

2.常用刀具簡介(1)車刀在結構上分為：整體車刀焊接車刀焊接裝配式車刀機械夾固刀片車刀機夾車刀可轉位車刀黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

將硬質合金刀片用機械夾固的方法安裝在刀桿上，又稱“機夾重磨式”車刀黑龍江大學機電工程學院

刀片為多邊形，每一邊都可做切削刃，用鈍后只需將刀片轉位，即以新的切削刃投入工作。又稱“機夾不重磨式”車刀金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

(2)孔加工刀具從實體材料上加工出孔的刀具:麻花鉆切削部分：承擔主要的切削工作導向部分：引導鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分柄部：鉆頭的夾持部分，用來傳遞扭矩（直柄、錐柄）頸部：磨柄部時的砂輪越程槽，也是鉆頭打標記的地方黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

中心鉆加工軸類零件的中心孔鉆孔時先打中心孔，防止鉆偏深孔鉆（孔深與孔徑之比大于5的孔）內排屑深孔鉆外排屑深孔鉆噴吸鉆套料鉆黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

對工件上已有孔進行加工的刀具:擴孔鉆

擴孔鉆專門用來擴大已有孔。它比麻花鉆的齒數多(Z＞3)，容屑槽較淺，無橫刃，強度和剛度均較高，導向性能、切削性能較好，加工質量和生產效率比麻花鉆高(a)高速鋼整體式（b）鑲齒套式(c)鑲硬質合金可轉位式黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

鉸刀用于孔的精加工，加工余量小，齒數多，又有較長的修光刃，加工精度和表面質量都很高

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

鏜刀：多用于箱體孔的粗、精加工，可分為單刃和多刃鏜刀微調鏜刀1-刀片2-鏜桿3-導向鍵4-緊固螺釘5-精調螺母6-刀塊黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

(3).銑刀按用途分圓柱銑刀端銑刀盤形銑刀立銑刀鍵槽銑刀角度銑刀成形銑刀盤形齒輪銑刀黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

(4)拉刀

是一種加工精度和加工效率都比較高的多齒刀具，廣泛用于大批大量生產加工各種內、外表面按加工表面的不同分為：內拉刀外拉刀推刀拉刀的結構組成拉刀參數的確定

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具圓孔拉刀的組成部分1頭部2頸部3過渡錐部4前導部5校準部6后導部7尾部黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

拉削各種內外表面舉例黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具(5)螺紋刀具

切削法螺紋車刀：是一種具有螺紋廓形的成形車刀螺紋梳刀：相當于一排多齒的螺紋車刀絲錐：加工中小尺寸內螺紋的標準刀具板牙：加工中小尺寸外螺紋的標準刀具螺紋銑刀：用銑削方法加工螺紋的刀具滾壓法滾絲輪搓絲板黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具板牙黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

(6)齒輪刀具

展成齒輪刀具

成形齒輪刀具

插齒刀齒輪滾刀剃齒刀盤形齒輪銑刀指形齒輪銑刀插齒刀黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

第二節刀具材料

一、刀具材料應具備的性能

高硬度常溫HRC60~62以上高耐磨性高耐熱性（熱穩定性）足夠的強度和韌性(抗彎強度、沖擊值）良好的工藝性能良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

二、常用的刀具材料

工具鋼碳素工具鋼：T10AT12A合金工具鋼：9SiCrCrWMn高速鋼（HSS）鎢系：W18Cr4V鎢鉬系：W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2碳化物的均勻性、韌性和高溫塑性均超過W18Cr4V，耐磨性比W18Cr4V略差。

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

二、常用的刀具材料硬質合金鎢鈷(YG)：YG3YG6YG8鎢鈷鈦(YT)：YT5YT15YT30硬質合金是高硬度、難熔的金屬化合物微米級的粉末，用鈷或鎳等金屬作粘結劑燒結而成的粉末冶金制品。刀具耐用度較高速鋼高幾倍到幾十倍。

碳素鋼合金鋼YTYT5不連續粗加工YG8鑄鐵有色金屬YGYT15連續粗加工，不連續精加工YG6YT30連續精加工YG3黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

三、新型刀具材料

陶瓷陶瓷的主要成分是氧鋁化（Al2O3

）或氮化硅（Si3N4）。硬度、耐磨性和熱硬性均比硬質合金好。陶瓷刀片性脆，抗變強度與沖擊韌性低，一般用于高硬度材料的半精加工和精加工。立方氮化硼立方氮化硼是六方氮化硼的同素異形體，硬度僅次于金剛石，立方氮化硼的熱穩定性和化學惰性大大優于金剛石。

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

三、新型刀具材料

人造金剛石金剛石是目前已知的最硬材料，其硬度為HV10000，精車有色金屬時，加工精度可達IT5，刀具耐用度通常為硬質合金的10-100倍。金剛石的耐熱性較差，一般低于800℃，在高溫條件下，與鐵原子反應，不適于加工鋼鐵材料。金剛石粉制成的砂輪磨削硬質合金。

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

第三節金屬切削過程及其物理現象一、切削過程及切屑種類

1.切屑形成過程

切屑的形成過程就是切削層金屬的變形過程。即在前刀面的推擠、摩擦作用下，使變形金屬內部發生剪切滑移的過程。黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

切屑根部的金相顯微照片繪出金屬變形過程中的滑移線和流線示意圖

M刀具切屑OA終滑移線始滑移線：τ=τsΦ剪切角黑龍江大學機電工程學院第二變形區（纖維化）第一變形區（剪切滑移）

金屬切削原理與刀具

第三變形區（纖維化與加工硬化）金屬切削過程中的滑移線和流線黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

2.切屑的類型及其控制切屑類型a帶狀切屑b擠裂(節狀)切屑c單元（粒狀）切屑d崩碎切屑黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具（1）帶狀切屑特點：內表面比較光滑，其他自由變形的表面顯得粗糙。加工塑性金屬材料，當切削深度較小、切削速度較高、刀具前角較大時，一般常得到這類切屑。切削過程平衡，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

（2）擠裂切屑特點：表面上有裂紋，甚至斷裂成一個個屑，但切屑內部還是互相連接著。這種切屑大多在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時產生。(3)單元切屑特點：形狀類似，互相分離的屑塊，切削力的波動較大。黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

(4)崩碎切屑特點：形狀各不相同的屑塊。它的切削過程很不平穩，容易破壞刀具，也有損于機床，已加工表面粗糙。黑龍江大學機電工程學院切屑類型及形成條件金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具切屑形狀的分類黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

3.積屑瘤現象

在切削速度不高而又能形成連續切屑的情況下，加工一般鋼料或其它塑性材料時，常常在前刀面處粘著一塊剖面有時呈三角狀的硬塊。它的硬度很高，通常是工件材料的2－3倍，在處于比較穩定的狀態時，能夠代替刀刃進行切削。這塊冷焊在前刀面上的金屬稱為積屑瘤或刀瘤。黑龍江大學機電工程學院積屑瘤對切削過程的影響：1)

積屑瘤包圍著切削刃，可以代替前面、后面和切削刃進行切削，從而保護了刀刃，減少了刀具的磨損。2)

積屑瘤使刀具的實際工作前角增大，而且，積屑瘤越高，實際工作前角越大，刀具越鋒利。3)

積屑瘤前端伸出切削刃外，直接影響加工尺寸精度。4)

積屑瘤直接影響工件加工表面的形狀精度和表面粗糙度。金屬切削原理與刀具黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

第四節切削力與切削功率一、切削力的來源、切削合力及其分解

金屬切削時，刀具切入工件,使被加工材料發生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力克服被加工材料對彈性變形的抗力克服被加工材料對塑性變形的抗力克服切屑對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力切削力的來源黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具Fy—背向力Fx—進給力、軸向力Fz—主切削力或切向力黑龍江大學機電工程學院κrFcFFpFf·pFfF·pFf·pfv切削力的分解F切削合力Fc主切削力Fp背向力Ff進給力切削力分解黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

切削功率Pc：

消耗在切削過程中的功率Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向沒有位移，所以不消耗功率

Pc=(FzV+Fxnwf/1000)×10-3

第二項是消耗在進給運動中的功率，相對于Fz所消耗的功率來說（<1%～2%）

Pc=FzV×10-3計算機床電動機的功率PE

η:機床的傳動效率，0.75~0.85黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

二、切削力的測量及切削力的計算機輔助測試

1.測定機床功率，計算切削力2.用測力儀測量切削力三、切削力的經驗公式和切削力估算

常用的經驗公式約可分為兩類：計算切削力的指數公式

按單位切削力計算切削力和切削功率

黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

第五節切削熱與切削溫度一、切削熱的產生和傳導切削時所消耗的能量，絕大部分（98%~99%）轉化為熱能切削熱是切削溫度上升的根源切削熱被切屑、工件、刀具和周圍的介質傳出車、銑、刨加工中，切削熱大部分傳遞給切屑鉆、磨加工中，切削熱大部分傳遞給工件黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

二、切削溫度的測量

熱電偶法自然熱電偶法人工熱電偶法三、影響切削溫度的主要因素

1.切削用量的影響切削用量三要素對切削溫度的影響：vc最大，其次是f，ap的影響最小2.工件材料的影響材料的強度、硬度愈高，切削時消耗的功愈多，切削溫度也就愈高。材料的導熱性好，可以使切削溫度降低。黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

3.刀具角度的影響

前角前角加大，變形和摩擦減小，切削熱減少黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

主偏角主偏角減小將使切削刃工作長度增加，散熱條件改善，使切削溫度降低黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

4.刀具磨損的影響在后刀面的磨損值達到一定數值后，對切削溫度的影響增大；切削速度愈高，影響就愈顯著。5.切削液的影響切削液對降低切削溫度有明顯的效果四、切削液

1.水溶液2.乳化液3.切削液黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

五、切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響

1.對工件材料強度和切削力的影響2.對刀具材料的影響3.對工件尺寸精度的影響4.利用切削溫度自動控制切削速度或進給量5.利用切削溫度與切削力控制刀具磨損黑龍江大學機電工程學院金屬切削原理與刀具

一、刀具磨損的形態及其原因

刀具損壞的形