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金属切削教案原






一、

新课导入: 新课导入:

《金属切削原理与刀具》 这门课, 原理讨论的是金属切削加工过程中 的主要物理现象的变化规律, 以及对规律的控制及应用; 刀具是要我们学 习常用金属切削刀具的选择、使用以及常用非标准刀具的设计。

二、教学内容
1.金属切削原理 金属切削原理 这部分内容以车削为主,系统阐明了有关问题,而对钻削、铣削及 磨削则侧重于特殊性方面的说明。 有关共同性的问题采用概略提示 (几何 角度、切削力等)或省略(切削温度、刀具磨损等)的方法。 2.金属切削刀具 金属切削刀具 常用刀具的合理选择与使用 对车刀、孔加工刀具、铣刀、螺纹刀 具及齿轮刀具等是生产中常用的刀具, 在介绍这些刀具的种类、 结构特点 与应用的同时,着重阐明其切削刃(或前、后刀面)的形成方法和刃磨方 法。 常用非标准刀具的设计 对成形车刀、机用铰刀、成形铣刀和拉刀等 非标准刀具,在介绍它们的设计时,以该刀具的主要结构要素为基点,阐 明它们在设计时应该考虑的主要问题。 数控加工用刀具介绍 对数控加工用刀具与工具的标准化模块化的 结构体系;予调等作了扼要介绍。

三、本课程的性质
根据所学专业的教学计划基本课程的教学大纲的规定, 本课程是一门 专业基础课, 为培养与机制方面有关的应用型人才服务, 为本专业的其他 专业课如《金属切削机床》《机械制造工艺学》及《机械加工技术》等提 、 供必要的基础知识。

四、学习本课程的要求
1.具有正确图示和选择刀具合理几何参数的能力。 2.基本掌握切削过程中的主要物理现象的变化规律和应用及控制方 法,具有解决实际生产问题的能力。 3.具有根据具体要求选择使用常用刀具,以及设计一般非标准刀具的

能力。

第一章 基本定义 新课导入:金属切削加工是使用具有一定几何形状的刀具, 新课导入:金属切削加工是使用具有一定几何形状的刀具,切入工
件一定深度,使刀具和工件间产生相对切削运动来实现的。 件一定深度,使刀具和工件间产生相对切削运动来实现的。掌握切削运 刀具几何角度、切削用量和切削层参数等的基本定义 动、刀具几何角度、切削用量和切削层参数等的基本定义,是学习本课 程的基础。 外圆车削为对象来讨论, 程的基础。本章主要以 外圆车削为对象来讨论,但其定义也适合于其 他切削加工方法。 他切削加工方法。

授课方式:讲授法 授课方式:讲授法 授课内容 第一节 切削运动及形成的表面
一、切削运动
金属切削运动, 是指刀具从工件表面上切除多余的金属层, 并形成合 乎要求的表面(即合乎精度、形状、表面质量上的要求)的运动。 切削时, 通常切削运动按其所起的作用可分为两种: 主运动和进给运 动。如图所示。

外圆车削的切削运动与加工表面

平面刨削的切削运动与加工表面

1.主运动 主运动 切削过程中速度最高、消耗功率最多的运动。 比如:车削外圆时工件旋转运动,刨削平面时刀具直线往复运动。主 运动由刀具或工件来完成, 其形式可以是旋转运动或直线运动, 但每种切 削加工方法的主运动只有一个。 主运动的速度即为切削速度,用 vc 表示,单位是 m/min 或 m/s。值得 注意的是以后一提到切削速度就知道是主运动的速度。 2.进给运动 进给运动 使新的金属层不断投入切削,以便切除工件表面上全部余量的运动。 表示方法 (1)进给速度 v f (mm/min 或 mm/s) (2)进给量 f (单位 mm/r)表示。 进给运动的速度和消耗的功率都要比主运动小得多。 比如: 车削外圆时车刀的纵向连续直线进给运动; 刨削平面时工件的 间歇直线进给运动。 进给运动形式可以是直线运动、 旋转运动或两者的组合, 也可以是连 续的或是断续的。 由工件或刀具来完成进给运动, 但进给运动可能不只一 个。 3.合成切削运动 合成切削运动 进行切削时,主运动与进给运动同时进行。这时,刀具切削刃上一点 相对于工件的合成运动称为合成切削运动,用合成切削运动方向 ve 表示。

ve = v f + vc

(是矢量相加,而不是大小相加)

由于 vc =

π dwn
1000

,切削刃上各点速度 vc 不等,由此可推出合成切削速

度 ve 在各点上的大小和方向也不相等。 对于外圆车刀来讲,直径 d 大的地方合成速度 ve 也大。

二、工件上的几个表面
在切削过程中,工件有三个不断变化的表面

1.待加工表面 待加工表面:即将被切除的表面; 待加工表面 2.过渡表面 过渡表面:切削刃正在切削的表面; 过渡表面 3.已加工表面 已加工表面:切削后形成的新表面。 已加工表面 切削运动是直接完成切除加工余量任务,形成所需零件表面的运动, 包括主运动和进给运动。切削加工后会形成三个表面,待加工表面、过渡 表面和已加工表面。

学生能够掌握切削运动的这两种主要运动形式, 通过做练习巩固了对 概念的掌握,能够根据不同的切削方式得到切削过程形成的不同表面。

第二节 刀具切削部分的几何角度
同学们想一想,为什么要以外圆车刀为例? 切削刀具的种类繁多,形状各异。但从切削部分的几何特征上看,却 具有共性。 外圆车刀切削部分的基本形态可作为其他各类刀具的切削部分 的基本形态。 其他各类刀具是在这个基本形态上演变出各自的特点, 所以

本节以外车刀切削部分为例,给出刀具几何参数方面的有关定义。

一、车刀切削部分的组成
车刀由刀杆和刀头组成,也就是刀体和切削部分。刀体用于安装,切 削部分用于进行金属切削加工。

车刀切削部分的组成

切削部分的组成: 1.前刀面( Aγ ) 前刀面( :切屑流经的刀面; 前刀面 2.后刀面 Aα ):与过渡表面相对的刀面; 后刀面( 后刀面 3.副后刀面 A α′ ) 副后刀面( :与已加工表面相对的刀面; 副后刀面 4.主切削刃 S ) 主切削刃( :前后刀面的交线,担负主要的切削工作,也称主 主切削刃 切削刃或主刀刃; 5.副切削刃 S′ ) 副切削刃( :前面与副后刀面的交线,配合切削刃完成切削工 副切削刃 作,并形成已加工表面,也称副刀刃; 6.刀尖 刀尖:主副刀刃的交点,它可以是一个点、直线或圆弧。 刀尖 由此可看出:外圆车刀切削部分的特点是“321” ;即 3 面 2 刃 1 尖。 而切断刀切削部分的特点是“432” 。即 4 面 3 刃 2 尖。

二、刀具标注角度参考系
刀具要从工件上切下金属, 就必须是它具备一定的切削角度, 也正是 由于这些角度才决定了刀具切削部分各表面的空间位置。 为了确定切削部 分各刀面在空间的位置,要人为的建立基准坐标系。要建立坐标系,首先 应建立坐标平面。以这些坐标平面为基准,建立坐标系,这些平面称为基 准坐标平面。 (一) 基准参考平面 1. 假定运动方向 在建立基准坐标平面以前,首先要做两点假设: (1)假定主运动方向 选定切削刃上一点,垂直于车刀刀杆底面;

(2)假定进给运动方向 以切削刃上选定点的进给运动方向作为假定进给运动方向, 平行于车 刀刀杆底面。 2. 基准参考平面 有了这两点假设,我们就好定义基准坐标平面了。 基准坐标平面 基面 pr 二者以切削速度 vc 为依据

切削平面 ps (1)基面 pr:过切削刃上的选定点,垂直于切削主运动方向的平面。 特点:pr∥刀杆底面。进给方向在 pr 内。 (2)切削平面 ps:过切削刃上的选定点,包括切削刃或切于切削刃 (曲面刃)且垂直于基面 pr 的平面。 特点:ps⊥刀杆底面, vc 方向在 ps 内。ps⊥pr。vf 不垂直于 ps。 (二) 刀具标注角度参考系及其角度 1. 正交平面参考系(pr-ps-po) 正交平面参考系( (1)正交平面 po 过切削刃上选定点,同时垂直于基面 pr 和切削平面 ps 的平面 特点:po⊥ps⊥pr po 包含切削速度 vc 的方向。

正交平面坐标系

(2)在正交平面参考系中的刀具标注角度 1)在基面 pr 内度量的角度(俯视图,让刀具投影到基面上) 主偏角кr:在基面 pr 内,切削刃与进给运动方向间的夹角; 副偏角кrˊ:在基面 pr 内,副切削刃与进给运动反方向间的夹角; 刀尖角εr:εr=180o-(кr + кrˊ) ,是派生角; 2)在切削平面 ps 内度量的角度(刀具在切削平面 ps 内投影) 刃倾角λs:在切削平面 ps 内,切削刃与基面 pr 间的夹角; 刃倾角λs 正负的判定:以刀尖点为基准点

刀尖点是刀刃的最高点,则刃倾角λs 为正; 刀尖点是刀刃的最低点,则刃倾角λs 为负; 刀刃与基面重合或平行,则刃倾角λs 为零; 3)在正交平面 po 内度量的角度(O-O 剖面 po 内) 前角γo:在正交平面 po 内,前面与基面 pr 之间的夹角; 前角γo 的正负的判定:前面高于基面 pr 时为负;前面低于基面 pr 时 为正;前面与基面 pr 重合时为零。 后角αo:在正交平面 po 内,后刀面与切削平面 ps 间的夹角; 楔角βo:在正交平面 po 内,前、后刀面间的夹角。βo=90o-(γo+α o);是一个派生角; 副切削刃同主切削刃一样,也可以建立副切削平面 psˊ、副基面 pr ˊ、副正交平面 poˊ,此时是在副切削刃上找一任意选定点。 副后角αoˊ:在副正交平面 poˊ内,副后刀面与副切削平面 psˊ间 的夹角。 对于一把外圆车刀,在正交平面系中要表达的有: 在基面 pr 内——主偏角кr 、副偏角кrˊ 在切削平面 ps 内——刃倾角λs 在正交平面 po 内——前角γo、后角αo 在正交平面 poˊ内——副后角αoˊ

6 个独立的角度 (做标注)

2 个派生角 在基面 pr 内——刀尖角εr (不做标注) 在正交平面 po 内——楔角βo 2. 法平面参考系(pr-ps-pn) 法平面参考系( (1)法平面 pn 过主切削刃上选定点与主切削刃相垂直的平面。 特点:pn⊥ps。

法平面坐标系

(2)在法平面参考系中的刀具标注角度 1)在基面 pr 内度量的角度主偏角кr 、副偏角кrˊ,在切削平面 ps 内度量的角度刃倾角λs 与正交平面系完全相同。 2)在法平面 pn 内测量的角度 法前角γn:前面与基面 pr 间的夹角,其正负判别方法与前角γo 相同。 法后角αn:主后面与切削平面 ps 间的夹角。 法平面 pn 与正交平面 po 间的夹角为刃倾角λs , 当λs=0 时, 法平面 pn 与正交平面 po 重合。 3.假定工作(进给)平面、背(切深)平面参考系(pr – (ps )- pf - pp) 假定工作( 切深)平面参考系( 假定工作 进给)平面、

假定工作平面、背平面坐标系

(1)假定工作(进给)平面 pf 过主切削刃上选定点, 平行于假定进给运动方向, 且垂直于基面的平 面。 特点:pf⊥pr,pf∥假定进给运动方向。 (2)背(切深)平面 pp 过主切削刃上选定点,垂直于基面 pr 和进给平面 pf 的平面。 特点:pp⊥pr 且 pp⊥pf。 (3)假定工作(进给)平面、背(切深)平面参考系中的刀具标注 角度 1)在基面 pr 内度量的角度主偏角кr 、副偏角кrˊ,在切削平面 ps 内度量的角度刃倾角λs 与正交平面系完全相同。 2)在假定工作(进给)平面 pf 内测量的角度 侧(进给)前角γf:前刀面与基面 pr 间的夹角,其正负判别方法与 前角γo 相同。 侧(进给)后角αf:主后面与切削平面 ps 间的夹角。 3)在背(切深)平面 pp 内测量的角度 背(切深)前角γp:前面与基面 pr 间的夹角,其正负判别方法与前 角γo 相同。

背(切深)后角αp:主后面与切削平面 ps 间的夹角。 车刀是结构最简单, 也最具代表性的刀具, 其他的刀具均可看成是车 刀的变形。 车刀由刀杆和切削部分组成。 车刀的主要几何要素可归纳为三 面两刃一尖。 我国主要采用正交平面坐标系, 即在图样上标注кr、 rˊ、 o 、 o 、 к γ α αoˊ和λs 六个角度,有时应补充标注γn 、αn。 确定刀具几何角度的步骤为: 以切削刃为单元, 定出切削刃上选定点, 判定出选定点的假定主运动方向和假定进给运动方向, 作出基面和切削平 面,选取测量平面以建立参考系,从而确定其相应的角度。 正平面参考系中表达的角度有六个:кr、кrˊ、γo 、αo 、αoˊ和λs 法平面参考系中度量的角度有六个:кr、кrˊ、γn 、αn、αnˊ和λs 假定工作(进给)平面、背(切深)平面参考系中度量的角度有七个: кr、кrˊ、γf、αf、γp、αp和λs 给学生车刀实物, 让学生把课本上的知识与实物相联系, 基本掌握刀 具的标注角度。

第三节 切削用量与切削层参数
一、切削用量
切削用量是用于表示主运动、 进给运动和切入量参数的数量, 指切削 速度 vc 、进给量 f 和切削深度 a p 这三个要素。三者要根据不同的工件材 料、加工性质和刀具材料来选择,主要用于调整机床,编制工艺路线。 1.切削速度 vc 切削速度 刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。

vc =
式中

π dwn
1000

vc ——切削速度(m/min) ; d w ——完成主运动的刀具或工件的最大直径(mm) ;

n ——主运动的转速(r/min 或 r/s)
例:外圆车刀车削外圆时,工件的旋转速度; 刨刀刨削平面时,刨刀的直线运动速度; 钻床上钻孔时,麻花钻的旋转运动速度;等等。

2.进给量 f 进给量 工件或刀具的主运动每转或每一行程时, 刀具切削刃相对于工件在进 给运动方向的移动量。 例如: 车削时的进给量是指工件每转一转, 切削刃沿进给方向的移动 量(mm/r) 。 指切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速 其进给速度 v f : 度(mm/min 或 mm/s)。

v f = nf

3.切削深度 a p 切削深度 在基面 pr 上,垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸。 车削时: a p = 式中

dw ? dm 2

a p ——背吃刀量(mm) ;

d w ——工件待加工表面直径(mm) ; d m ——工件已加工表面直径(mm) 。 二、切削层参数
切削时,沿进给运动方向移动一个进给量所切除的金属层称为切削 层。切削层参数,是指切削层在基面 pr 内所截得的截面形状和尺寸,即 在切削层公称横截面中度量。

切削层参数 1. 切削层公称厚度简称切削厚度 hD 在基面内垂直于过渡表面度量的切削层尺寸。

式中

hD = f sin κ r hD ——切削厚度(mm) ;

f ——进给量(mm/r) ;
κ r ——主偏角(°) 。 切削刃为圆弧刃时,hD 处处不等。
2. 切削层公称宽度简称切削宽度 bD 在基面内平行于过渡表面度量的切削层尺寸。
bD = a p / sin κ r

式中

bD ——切削宽度(mm) ; a p ——背吃刀量(mm) 。

当κr =90?时, hD = f ;当 λs =0,为切削刃的实际长度。 由于切削厚度 hD 表明切削层的厚度,而切削宽度 bD 反映了切削层的 长度。 因而用切削厚度 hD 和切削宽度 bD 比用进给量 f 和背吃刀量 a p 更能 反映切削层横截面的特性。 3. 切削层横截面积简称切削层横截面积 AD 在切削层尺寸平面度量的横截面积(在基面内度量的切削层横截面 积)

AD = hD bD = fa p
式中

AD ——切削层横截面积(mm2) 。

切削用量三要素为切削速度、进给量和被吃刀量。切削层公称宽度

bD 、切削层公称厚度 hD 和切削层公称横截面积 AD 是描述切削层的基本
参数,与进给量 f 、背吃刀量 a p 、主偏角 k r 有关系。

毛坯直径为 60mm 的轴,现在一次进给车至直径为 50mm,选用进给 量 f =1mm/r,车刀主偏角 κ r =30°,求切削层公称厚度 hD 、切削层公

称宽度 bD 、切削层公称横截面积 AD 。

小结:
通过作业情况来看学生能够掌握切削用量与切削层要素参数的意义 与计算方法。

第二章 刀具材料 新课导入:在金属切削过程中,刀具切削部分承担切削工作,
其材料性能的好坏对于切削效率、 加工成本、 加工表面质量都有密切关系。 目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金。 随着生产率的不断提高和 难加工材料的日益广泛应用,超硬刀具材料也不断涌现,如:陶瓷、立方 氮化硼和人造金刚石等。

授课方式:讲授法 授课内容 第一节 刀具材料应具备的性能
在切削过程中,会产生切削抗力、切削热、冲击和振动,那么刀具材 料具有哪些性能才能满足要求呢?

一、高的硬度
硬度是指材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力, 刀具材料的硬度高 于工件材料的硬度。 目前室温下刀具材料硬度大于或者等于 60HRC。 高速钢在 63~ 66HRC 以上,硬质合金在 74~81.5HRC 左右,人造金刚石 10000HV。

二、高的耐磨性
耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。 耐磨性与材料的硬度、化学成分、显微组织有关。一般而言,材料硬 度越高,耐磨性越好。刀具材料组织中的硬质点的硬度越高,数量越多, 分布越均匀,耐磨性越好。

三、高的耐热性
耐热性是指材料在高温下仍能保持原硬度的性能。 刀具材料的耐热性越好, 允许切削加工时的切削速度越高, 有利于改 善加工质量和提高生产率,有利于延长刀具寿命。

四、足够的强度和韧性
强度是指材料在静载荷作用下, 抵抗永久变形和断裂的能力。 刀具材 料的强度一般指抗弯强度。 韧性是指金属材料在冲击载荷作用下, 金属材料在断裂前吸收变形能

量的能力。金属的韧性通常用冲击韧度表示。 切削过程中,刀具总是受到切削力、冲击、振动的作用,当刀具材料 有足够的强度的韧性,就可避免刀具的断裂和崩刃。

五、良好的工艺性 良好的工艺性
工艺性指材料的切削加工性,锻造、焊接、热处理等性能。刀具材料 有良好的工艺性,便于刀具制造。 刀具材料应具备的性能包括足够的硬度和耐磨性、足够的强度与韧 性、较高的耐热性、较好的工艺性、较好的传热性和经济性。

第二节 高速钢
高速钢是在钢中加入较多的 W、Mo、Cr、V 等合金元素的高合金工 具钢,俗称白钢或锋钢。 高速钢具有高的强度和高的韧性,具有一定的硬度和良好的耐磨性, 当切削温度高达 500~650℃时,尚能进行切削。高速钢刀具的制造工艺 性能好,在复杂刀具(如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等)制 造中占主要地位。其加工的材料范围也很广泛,包括有色金属、铸铁、碳 钢、合金钢等。 普通高速钢 高速钢按用途不同分为 高性能高速钢 熔炼高速钢 按制造工艺方法不同分为 粉末冶金高速钢

一、普通高速钢
工艺性好,可满足一般工程材料的切削加工。 1. 钨系普通高速钢 这类高速钢的典型牌号为 W18Cr4V(简称 W18),含 C 量为 0.7%~ 0.8%,含 W18%、Cr4%、V1%。此类高速钢综合性能较好,可制造各种 复杂刃型刀具。 优点:淬火时过热倾向小,碳化物含量较高,塑性变形抗力大。 缺点: 碳化物分布不均匀, 影响精加工刀具的寿命, 强度和韧度不够, 热塑性差,不适于制造热轧刀具。 2. 钨钼系普通高速钢 它是以 Mo 代替部分 W 发展起来的一种高速钢,典型牌号是

W6Mo5Cr4V2(简称 M2), 含碳量为 0.8%~0.9%, W6%、 含 Mo5%、 Cr4%、 V2%。 优点:抗弯强度、冲击韧度有所提高,热塑性好,适合制造受冲击力 较大的刀具和热轧刀具。 缺点:脱碳敏感性大,淬火温度范围窄。

二、高性能高速钢
高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些 C、 Co(钴)、 V、 Al(铝) 等合金元素,进一步提高耐热性能和耐磨性。这类高速钢刀具的耐 用度为普通高速钢的 1.5~3 倍,适用于加工不锈钢、耐热钢、钛合金及 高强度钢等难加工材料。这种高速钢的种类很多,下面主要介绍两种。 1. 钴高速钢 在高速钢中加入钴,典型牌号是 W2Mo9Cr4VCo8。 优点:良好的综合性能,允许较高的切削速度,适于加工高温合金和 不锈钢等难加工材料。 缺点:含钴量高,价格昂贵。 2. 铝高速钢 在高速钢中加入铝,典型牌号是 W6Mo5Cr4V2Al。 优点:提高耐热性的耐磨性,良好的切削性能。 缺点:淬火温度范围窄,氧化脱碳倾向大,磨削性能差。

三、粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢是将高频感应炉熔炼的高速钢液用高压惰性气体雾 化成细小粉末, 将粉末在高温高压下制成刀坯, 或压制成钢坯然后经轧制 (或锻造)成材的一种刀具材料。 优点:韧性和硬度较高,可磨削性能好,材质均匀,热处理变形小, 质量稳定可靠,耐用度较高,故可切削各种难加工材料,特别适合于制造 各种精密刀具和形状复杂的刀具。

四、高速钢的表面处理
高速钢刀具经过表面化学处理后,可提高刀具的切削性能。 处理方法有:用盐浴氮碳共渗、气体氮碳共渗、辉光离子氮化和离子 注入等。还可用真空溅射的方法在高速钢刀具表面沉积一层 TiN 或 TiC 等材料。 经过表面处理或涂层后, 刀具的耐磨性和耐用度可以得到显著提 高。 小结: 本节主要是高速钢的种类及选用。 高速钢按切削性能可分为普通高速 钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。高速钢具有较高的硬度、耐磨性以 及强度和韧性。 高速钢的最大优点是可加工性好并具有良好的综合力学性 能。 高速钢主要用于制造形状复杂的刀具。 高性能高速钢和粉末冶金高速

钢适于制造切削难加工材料的各种精密刀具和形状复杂刀具。 学生能够掌握高速钢的特点, 并根据不同的加工性质和加工材料进行 选择。

第三节 硬质合金
一、硬质合金的种类与选用
硬质合金是用高硬度、 高熔点的金属碳化物和金属黏结剂, 经过高压 成形,并在 1500℃的高温下烧结而成的。 常用的合金碳化物有 WC、TiC、TaC、NbC 等,常用的黏结剂有 Co、 Ni 以及 Mo 等。 碳化物决定了硬质合金的硬度、 耐磨性的耐热性; 粘结剂决定了硬质 合金的强度和韧度。 1. 钨钴类硬质合金(YG) 钨钴类硬质合金 由 WC 和 Co 组成 ) 常用牌号有 YG3、YG6、YG8 等。 牌号中的数字表示 Co 的质量分数,如 YG8 为 wCo 8%, wWC 92%。 当 Co 的质量分数较多,WC 的质量分数较少时,则硬度较低,但抗 弯强度较高,反之,则抗弯强度较低,而硬度、耐磨性和耐热性较高。 YG3(精加工) YG6(半精加工) YG8(粗加工) Co 的含量↑ 韧性↑ 强度↑ HRC↓ 耐磨性↓ Co 的含量↓ 韧性↓ 强度↓ HRC↑ 耐磨性↑ 脆性↑ 这个特点决定了我们可以根据不同的加工性质和加工材料来选用不 同的硬质合金。 2. 钨钛钴类硬质合金(YT) 由 WC、TiC 和 Co 组成 钨钛钴类硬质合金( ) 常用牌号为 YT14、YT30 等。 牌号中的数字表示 TiC 的质量分数,如 YT5, wTiC 5%, wCo 10%,

wWC 85%。
当 TiC 的质量分数较多,Co 的质量分数较少时,硬度和耐磨性均提 高,但坑弯强度有所下降;反之则相反。 YT5(粗加工) YT14、YT15(半精加工) YT30(精加工) TiC 含量↑ 硬度↑ 耐磨性↑ 脆性↑ 韧性↓ TiC 含量↓ 硬度↓ 耐磨性↓ 脆性↓ 韧性↑

主要用于加工钢材及有色金属,一般不用与加工含 Ti 的材料,如 1Cr15Ni9Ti,Ti 与 Ti 的亲合力较大,使刀具磨损较快。

二、涂层硬质合金的选用
涂层硬质合金是采用韧性较好的基体 (如硬质合金刀片或高速钢等) , 通过化学气相沉积和真空溅射等方法,对硬质合金表面喷涂厚度为 5~12 μm 的涂层材料,以提高刀具的抗磨损能力。 涂层材料为晶粒极细的 TiC、TiN、Al2O3 等。适合于各种钢材、铸铁 的半精加工和精加工,也适合于负荷较轻的粗加工。 硬质合金刀具材料有 YG 类、YT 类。具有高硬度、高耐磨性、高耐 热性、 抗弯强度低和可加工工艺性差等特点。 涂层刀片有效解决了刀具的 硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾,大大提高了刀具的切削性能,且 具有较好的通用性,但价格较高。

第四节 其他刀具材料或超硬度刀具材料
一、陶瓷
主要是以氧化铝(Al2O3)或氮化硅(Si3N4)等为主要成分,经压 制成型后烧结而成的刀具材料。 陶瓷材料优点是:有很高的硬度和耐磨性;有很好的耐热性,在 1200℃高温下仍能进行切削; 有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数, 抗 扩散和抗粘结能力强。 陶瓷刀具最大的缺点是强度低、韧性差。 陶瓷刀具适用于各种金属材料(如钢、铸铁、有色金属等)的半精加工 和精加工,但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。

二、金刚石
金刚石分为人造和天然两种, 金刚石价格昂贵, 刃磨困难, 应用较少。 人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨转化而成。 是目前已知 最硬的,硬度约为 10000HV。 金刚石目前主要用于磨具及磨料, 作为刀具多在高速下对有色金属及 非金属材料进行精细切削。

三、立方氮化硼
立方氮化硼刀具有整体聚晶立方氮化硼和立方氮化硼复全刀片 (在硬 质合金基体上烧结一层厚度约为 0.5mm 的立方氮化硼)两种。 立方氮化硼硬度高,耐磨性好,耐热性好,可对高温合金、淬硬钢、 冷硬铸铁进行半精加工和精加工。

陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐热性,抗扩散和抗黏结能力 强。最大缺点是强度低、韧性差。金刚石和立方氮化硼属于超硬刀具材料 主要用于精加工。 金刚石目前主要用于磨具及磨料, 立方氮化硼用于加工 钢铁等黑色金属, 特别是加工高温合金、 淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料。

第三章 金属切削的基本规律 新课导入: 金属切削理论是在生产实践和切削实验中,总结出
地关于金属切削过程中基本物理现象变化规律的理论。 这些基本物理现象 包括: 切削变形、 切削力、 切削温度和刀具磨损等。 学习并掌握这些规律, 以提高切削加工的生产率、加工质量和降低生产成本。

授课方式:讲授法 授课内容 第一节 切削变形
一、金属切削过程的变形区
金属切削过程的实质是指金属切削层在刀具挤压作用下产生塑性剪 切滑移变形的过程。 为了研究方便,通常把金属切削过程的变形划分为三个区。

1.第一变形区 第一变形区 由曲线 AO、MO、AM 包围的区域是塑性剪切滑移区,称为第一变 形区。用Ⅰ表示。 特点: 金属切削过程中主要的变形区, 消耗大部分功率并产生大量的 热量。

OA — 始滑移面 ? , ? 二者距离很窄(0.02—0.2mm) 且随着切削速度 OM — 终滑移面?
的加快距离越近

简化,用 OM 平面代替第一变形区,平面 OM 称为剪切平面,剪切 平面与切削速度的夹角称为剪切角 ? 2.第二变形区 第二变形区 金属切削层经过第一变形区后绝大部分开始成为切屑, 切屑沿前刀面 流出,由于受刀具前面挤压和摩擦的作用,切屑将继续发生强烈的变形, 这个变形区域称为第二变形区,用Ⅱ表示。 特点: 靠近刀具前面的切屑底层附近纤维化, (1) 切屑流动速度缓慢, 甚至滞留在刀具前面上; (2)切屑发生弯曲变形; (3)由摩擦产生的热量使刀屑接触面附近温度升高。 第二变形区的变形直接关系到刀具的磨损, 也会影响第一变形区的变 形大小。 3.第三变形区 第三变形区 当金属进入第一变形区, 发生了塑性剪切滑移变形, 而在切削刃钝圆 部分,这种变形更加复杂,更加激烈。 切削层在刃口钝圆 O 点处分离为两部分,O 点以上的部分成为切屑 沿前刀面流出, 点以下部分绕过切削刃沿刀具后面流出,成为已加工表 O 面。 由于钝圆半径的存在,在整个切削厚度中, 点以下的那一层金属切 O 削层,不能沿 OM 方向剪切滑移,只能受钝圆的挤压,不断受到挤压摩 擦,产生塑性变形,这个变形区域称为第三变形区,用Ⅲ表示。 第三变形区的变形,会造成已加工表面的加工硬化和产生残余应力, 对已加工表面的质量影响密切。

二、切屑类型
金属切削过程中, 由于工件材料的不同和切削条件的不同, 切削产生 的切屑可分为四种类型。

1.带状切屑 带状切屑 切屑连续呈较长的带状,底面光滑,背面无明显裂纹,呈微小锯齿状。 特点:较常见,切削力波动小,切削过程较平稳,加工表面质量较好。

2.节状切屑 节状切屑 切屑背面有时有较深的裂纹,呈较大锯齿形。 特点:切削力波动较大,切削过程不太平稳,加工表面质量较差。

3.粒状切屑 粒状切屑 切屑裂纹贯穿整个切屑断面,切屑成梯形粒状。 特点:较少见,切削力波动大,切削过程不平稳,加工表面质量差。 以上三种切屑是在切削塑性金属材料时才能产生的。 切屑形态相互转换的切削条件是: 粒状切屑 节状切屑 带状切屑 (1)增大刀具前角 (2)增大切削速度 (3)减小进给量 4.崩碎切屑 崩碎切屑 切屑呈不规则的碎块状。 切削脆性金属材料时产生的。 切削过程不太平稳,易损坏刀具,加工表面较粗糙。 减小进给量, 减小刀具主偏角, 适当提高切削速度可使崩碎切屑转为 片状或针状切屑,切削过程中的不良现象得到改善。

三、切削变形程度的度量方法
金属切削过程中,切削层转变为切屑,形状变化为长度缩短,厚度增 大,宽度变化极小,根据材料变形前后体积不变,可用变形系数 ξ 来度量 切削变形的大小。

ξ=

l hch = l c hD

式中 l —切削层长度

l c —切屑长度 hch —切屑厚度

hD —切削层厚度
变形系数 ξ 总是大于 1,ξ 越大,切削变形越大,工件材料塑性越大, 剪切角 ? 越小。

四、积屑瘤
在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时, 往往会在刀具切削刃 及刀具部分前面上粘结堆积一楔状或鼻状的高硬度金属块,称为积屑瘤。

1.积屑瘤的生长及消失 积屑瘤的生长及消失 在一定的切削速度范围内切削塑性金属材料时, 切屑与刀具前面有剧 烈的摩擦,使切屑底层流动缓慢,流动缓慢的称为滞流层。在刀-屑接触 面处,滞流层的流速接近于零,于是滞流层与刀具前面发生粘结,这是形 成积屑瘤的基础。 随后新的滞流层又在这基础上不断的粘结堆积, 最后形 成积屑瘤。 积屑瘤在生长的过程中, 一直受到工件材料与切屑的挤压摩擦, 受到 切削的冲击振动, 受到切削温度升高等因素的作用和影响, 因此积屑瘤会 随时破碎、 脱落、 消失。 可以认为, 积屑瘤不断生长的过程也是不断破碎、 脱落、消失的过程。 2.积屑瘤对切削过程的影响 积屑瘤对切削过程的影响 (1)增大刀具前角 积屑瘤使刀具实际工作前角增大,减小切削变形和切削力。 (2)提高刀具硬度 积屑瘤是由受了剧烈塑性变形而强化的被切材料堆积而成, 其硬度是 工件材料硬度的 2-3 倍,它可代替刀具切削刃进行切削。 (3)对刀具寿命的影响 积屑瘤包围着刀具切削刃和刀具前面,减小 刀具磨损,提高了刀具 寿命。但是积屑瘤的生长是一个不稳定的过程,积屑瘤随时会发生破碎、 脱落,脱落的碎片会粘走刀面上的金属材料,或者严重擦伤刀面,使刀具 寿命下降。 (4)增大切削厚度 积屑瘤前端伸出切削刃外, 导致切削厚度增大, 不利于加工尺寸的精 度。 (5)降低工件表面质量 由于积屑瘤的外形不规则, 使被切削工件表面不平整, 又由于积屑瘤 不断地破碎、脱落,脱落的碎片使工件表面粗糙,产生缺陷。 3.控制积屑瘤的措施 控制积屑瘤的措施 (1)降低工件材料的塑性 可减小刀—屑之间的摩擦系数,减少粘结,抑制积屑瘤的生长。

(2)控制切削速度 (3)增大刀具前角 可减小切削变形和切削温度,从而可抑制积屑瘤的生长。 (4)合理使用切削液 既可减少切削摩擦, 又可降低切削温度, 从而使积屑瘤的生长得到控 制。

五、鳞刺
鳞刺是在已加工表面上呈鳞片状有裂口的毛刺。 切削金属塑性材料时,若切削速度较低时,常常会产生鳞刺。鳞刺使 已加工表面质量下降, 表面粗糙度值增大, 鳞刺的形成过程可分为四个阶 段。

(a)抹拭阶段 金属切削加工时, 切屑沿着刀具前面流出, 逐渐擦净刀具前面上的润 滑膜, 使切屑与刀具前面之间的摩擦系数逐渐增大, 当增大到一定值时使 切屑在刀具前面作短暂的停留。 (b)开裂阶段 由于停留的切屑代替刀具前面推挤切削层,导致切削区产生裂口。 (c)层积阶段 随着推挤切削层的继续,裂口继续增大,同时切削力也在增大。 (d)刮成阶段 当切削力增大到一定值时, 切屑能克服前面的摩擦粘结, 切屑又开始 沿刀具前面流出,一个鳞刺就这样刮成了。 控制鳞刺的措施: 控制鳞刺的措施: 在低的切削速度( vc =10m/min)时,减小进给量,增大刀具前角, 采用润滑性能好的切削液,可抑制鳞刺的形成。 在高的切削速度( vc =30m/min)时,工件材料调质处理,减小刀具 前角,可抑制鳞刺的形成。 高速切削,切削温度在 500℃以上,不会产生鳞刺。

六、影响切削变形的主要因素 影响切削变形的主要因素
(1)工件材料 工件材料强度越大,则变形系数越小,切削变形也越小,工件材料塑 性越大,则变形系数越大。 (2)刀具前角 刀具前角越大,则变形系数越小, (3)切削速度 切削塑性金属材料时,切削速度对切削变形的影响呈波浪形。

(4)进给量 进给量增大,则切削厚度增大,切削变形减小,变形因数减小。 在切削塑性金属的过程中, 工件材料受到刀具前刀面的推挤, 发生变 形,最终被撕裂下来形成切屑,这个过程中存在着 3 个变形区。切削变形 程度可用变形系数来表示。不同的加工状态生成带状、节状、粒状和崩碎 四种类型的切屑, 随工件材料、 刀具和切削用量等因素的改变其切屑形态 也会发生转化。 切削过程中会产生积屑瘤和鳞刺, 可以采取措施来控制积 屑瘤和鳞刺的产生。 从工件材料, 切削用量和刀具几何角度方面讲了这些 因素对切削变形的影响。 三个变形区的特点及其相互关系。 切屑的四种类型以及相互转化条件 积屑瘤的产生及消失,如何控制积屑瘤? 控制鳞刺的措施 影响切削变形的主要因素 学生掌握情况良好。

第二节 切削力

一、切削力的产生
切削加工时,工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削力。 切削加工时,在刀具作用下,被切削层金属、切屑和已加工表面层 金属都要产生弹性变形和塑性变形。如图所示,有法向力 FγN 和 FaN 分 别作用于前、后刀面。由于切屑沿前刀面流出,故有摩擦力 Fγ 作用于 前刀面;刀具与工件间有相对运动,又有摩擦力 Fa 作用于后刀面。FγN 与 Fγ 合成为 Fγ,γN;FaN 与 Fa 合成为 Fa,aN;Fγ,γN 与 Fa,aNv 再合成为 F,F 就是作用在刀具上的总切削力。 综上所述,切削力的来源有两方面:一是切削层金属、切屑和 工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力;二是刀具与切 屑、工件表面间的摩擦阻力。

二、总切削力的分解
通常将总切削力 F 分解为三个互相垂直的分力,即主切削力 Fc ,背 向力 F p ,进给力 F f 。 主切削力 Fc 总切削力在主运动方向上的分力。Fc 使机床功率消耗的功 率最多,是计算机床功率、刀具强度,设计机床夹具,选 择切削用量不可少的参数。 背向力 F p 总切削力在垂直于进给运动方向上的分力。 F p 不消耗机床 功率,是校验工件刚性,机床刚性不可少的参数。 进给力 F f 总切削力在进给运动方向上的分力。 F f 使机床消耗的功率 很少,是计算机床进给功率,设计机床进给机构,校验机 床进给强度的不可少的参数。

F
Fc
Ff Fp

总切削力 F 与三个互相垂直的分力 Fc 、 F p 、 F f 的关系

F = Fc + F p + F f
2 2

2

F p = FD cos κ r

F f = FD sin κ r

主偏角 κ r 的大小直接影响 F p 和 F f 的大小。

三、影响切削力的主要因素
1.工件材料的影响 工件材料的影响 工件材料的硬度、强度越高,则切应力越大,切削力越大。 在强度、硬度相近的情况下,工件材料的塑性、冲击韧性越大,则加 工硬化越高,切削变形越大,切削力越大。 2.切削用量的影响 切削用量的影响 (1)切削速度

切削一般钢材料,在低速范围内,由于存在着积屑瘤,所以切削速度 对于切削力 Fc 的影响呈波浪形。加工塑性金属时,在中速和高速下,切 削力一般随着切削速度的增大而减小。 切削铸铁等脆性材料时, 因塑性变 形小,切削速度对切削力无明显影响。 (2)进给量

进给量越大, 切削力 Fc 也增大。 进给量增大 1 倍时, c 仅增大 75% F

左右。 原因:进给量增大 1 倍时,切削宽度 bD 不变,切削厚度 hD 增大 1 倍,切削变形减小,使第一、二变形区的变形和摩擦不按比例增长。 (3)背吃刀量 背吃刀量 a p 增大,切削力 Fc 也增大。 a p 增大 1 倍, Fc 增大 1 倍。 原因: a p 增大 1 倍时,切削厚度 hD 不变,切削宽度 bD 增大 1 倍, 切削刃上的切削载荷随之增大 1 倍, 即第一、 二变形区的变形和摩擦按比 例增大,导致 Fc 增大约 1 倍。 3.刀具几何参数的影响 刀具几何参数的影响 (1)前角 前角增大,则刀具锋利,切削变形减小,切削力下降。加工塑性材料 时,增大前角,切削力下降明显,加工脆性材料,增大前角,切削力下降 不显著。 (2)主偏角 切削一般钢时,当主偏角 κ r <60°~75°时,随着 κ r 的增大,切削 力 Fc 减小,当主偏角 κ r =60°~75°时, Fc 减小至最小,当 κ r >60°~ 75°时,随着 κ r 的增大, Fc 增大。 (3)刃倾角 刃倾角对切削力 Fc 的影响较小,对背向力和进给力的影响较大。 (4)刀尖圆弧半径 刀尖圆弧半径增大,刀尖处圆弧部分参加切削的长度增大,因此,切 削变形增大,切削力增大。另外,刀尖处圆弧部分上各点的 κ r 不同,平 均角度值小于主切削刃的直线部分 κ r ,使背向力增大,进给力减小。 4.切削液的影响 切削液的影响 切削液 切削液具有冷却、润滑、清洁、防锈的作用。选用润滑性能好的切削 液,可以减小刀具前面与切屑,刀具后面与工件之间的摩擦,从而降低切 削力。如矿物油、植物油、极压切削油。

本节主要讲切削力的产生的分解以及影响切削力的主要因素。 影响切削力的主要因素。 学生基本掌握切削力的影响因素。

第三节 切削温度
一、切削热的产生与传出
金属切削过程中,在刀具的切削作用下, 切削层金属发生弹性变形 和塑性变形,这是切削热的一个来源。同时,切屑与前刀面,工件与 后刀面间消耗的摩擦功,也将转化为热能,这是切削热的又一个来源。 切削热是由切屑、 工件、 刀具和周围介质传出扩散的。 加工方法不同, 由切屑、工件、刀具和周围介质传出的切削热百分比是不同的。

二、切削温度及温度分布
切削温度一般指切屑与刀具前面接触区域的平均温度。 刀具前面的温度高于刀具后面的温度。刀具前面上的最高温度不 在切削刃上,而是在离切削刃一定距离处。这是因为切削塑性材料时, 刀-屑接触长度较长, 切屑沿着刀具前面流出, 摩擦热逐渐增大的缘故。 切削脆性材料时,因切屑较短,切屑与刀具前面相接触所产生的摩擦 热都集中在切削刃附近,所以刀具前面上的最高温度集中在切削刃附 近。

三、影响切削温度的主要因素
1.工件材料的影响 工件材料的影响 工件材料的强度、硬度越高,切削力大,产生切削热也多,切削温度 就高。工件材料的塑性大,切削时,切削变形大,产生的切削热多,切削 温度就高。工件材料的热导率大,本身吸热、散热快,温度不易积 聚,切削温度就低。 2.切削用量的影响 切削用量的影响 (1)切削速度 切削速度增大,切削温度明显增大。

(2)进给量 进给量增大,切削温度就增加。 (3)背吃刀量 背吃刀量增大,切削温度略有增加。 3.刀具几何参数的影响 刀具几何参数的影响 (1)前角 前角增大,切削变形减小,产生的切削热少,切削温度下降, 但是如果前角过分增大,刀具散热体积减小,反而会提高切削温度。 (2)主偏角 背吃刀量相同,增大主偏角,主切削刃与工件接触长度减 小,散热条件差,切削温度升高。 4.切削液影响 切削液影响 使用切削液可使切削温度降低。

本节主要讲了切削热的产生和分解以及影响切削温度的主要因素。 影响切削温度的主要因素 学生基本掌握影响切削温度的主要因素。

第四节 刀具磨损
刀具在切削过程中将逐渐产生磨损。当刀具磨损量达到一定程度 时,可以明显地发现切削力加大,切削温度上升,切屑颜色改变,甚 至产生振动。同时,工件尺寸可能会超出公差范围,已加工表面质量 也明显恶化。因此它是切削加工中极为重要的问题之一。

一、刀具磨损形态

1.前刀面磨损 前刀面磨损 当切削塑性材料时, 切削厚度和切削速度都比较大时, 切屑会在前刀 面磨损出洼凹, 这个洼凹称月牙洼。 月牙洼产生的地方是切削温度最高的 地方,前刀面磨损量的大小,用月牙洼的宽度 KB 和深度 KT 表示。随着 切削继续进行,KB 和 KT 逐渐增大,月牙洼边缘与切削刃之间的小狭面 减小,最终导致崩刃。

2.后刀面磨损 后刀面磨损 由于切削刃的刃口钝圆半径对加工表面的挤压与摩擦, 在切削刃的下 方会磨损出一条后角等于零的沟痕, 这就是后刀面磨损。 在切削速度较低、 切削厚度较小的情况下,切削脆性材料时,将会发生后刀面磨损。 后刀面磨损的大小是不均匀的, 在刀尖部分由于强度和散热条件差, 磨损 厉害。切削刃靠近待加工表面部分,由于硬化或毛坯表面的缺陷,磨损也 较大。后刀面磨损量用平均值 VB 表示。

3.前、后刀面同时磨损 前 切削塑性材料时,采用较小的切削厚度时,刀具前、后刀面可能同时 磨损。

二、刀具磨损的原因
刀具磨损的原因极其复杂, 按性质大体可分为机械作用和热—化学作 用。 (一)机械作用的磨损 刀具材料虽比工件材料硬度大, 但从微观上看, 在工件材料中包含有 氧化物,碳化物等硬质点。这些硬质点的硬度很高,它们象切削刃一样, 在刀面上划出划痕,使刀具磨损。此外,积屑瘤脱落的碎片,粘结在切屑 或工件上,也会使刀具磨损。 机械磨损是低速时形成刀具磨损的主要原因。 (二)热—化学作用 1.粘结磨损 粘结磨损 粘结是分子间的吸引力导致金属相互吸附的结果。 切削时, 在一定温

度与压力下, 使刀具与切屑和工件间产生粘结。 由于工件与刀具之间有相 对运动,使刀具材料被切屑带走而造成磨损。此外,当积屑瘤脱落时,带 走刀具材料也会形成粘结磨损。 2.扩散磨损 扩散磨损 切削时,由于高温,刀面始终与切屑或工件的新生表面相接触,在接 触面间分子活动能量很大,使两摩擦面间的化学元素相互扩散到对方去, 造成两摩擦面的化学成分发生变化, 降低刀具材料的性能, 加速刀具磨损。 扩散磨损的速度, 一方面决定于刀具和工件材料间是否容易起化学反 应;另一方面扩散磨损的速度又决定于接触面的温度。 3.氧化磨损或化学磨损 氧化磨损或化学磨损 在一定的温度下, 刀具材料与空气中的氧、 极压润滑液中的添加剂硫、 氯等起化学反应, 生成一些疏松、 脆弱的氧化物被切屑带走从而加速刀具 的磨损。或因刀具材料的某种介质被腐蚀造成刀具磨损。

4.相变磨损 相变磨损 当刀具的最高温度超过相变温度时,刀具表面的金相组织发生变化, 使硬度下降,刀具磨损加剧。 由上可知,温度对刀具磨损起着决定性的作用,温度愈高,刀具磨损 愈快。

三、刀具磨损过程
1.前刀面磨损——月牙洼形成过程 前刀面磨损——月牙洼形成过程 前刀面磨损—— 磨损从距切削刃一断距离处开始, 主要向深度方向扩大, 并逐渐向前 后扩展,这个区域是前刀面温度最高的区域。 2.后刀面磨损 后刀面磨损 通过实验可以得到如图所示的刀具磨损过程典型曲线。 由图可知刀具 的磨损过程大致可以分为以下三个阶段。

Ⅰ—初期磨损阶段 这一阶段的磨损较快,因为新刃磨的刀具,表面粗糙度值大,接触应 力大,以及前后刀面可能有脱碳、氧化层等表面缺陷,因而这一阶段的磨

损速度在很大程度上取决于刀具刃磨的质量。 Ⅱ—正常磨损阶段 这是一个磨损稳定区, 磨损宽度随切削时间均匀的增加, 这是刀具工 作的有效区域。 磨损曲线基本上是一条上行的直线, 其斜率代表刀具正常 工作时的磨损强度,这是一个用来衡量刀具切削性能的重要指标。 Ⅲ—急剧磨损阶段 当刀具磨损到一定程度后,由于刀具很钝,摩擦过大,使切削温度迅 速升高,刀具磨损加剧。

四、刀具磨损限度
后刀面磨损量 VB 由于后刀面对加工质量影响大,而且容易测量,常用 后刀面磨损的平均值 VB 来规定刀具磨损限度。 前刀面磨损量 KT KT=0.06+0.3f

五、刀具寿命 T
刀具耐用度是指将新刃磨的刀具, 从开始切削至达到刀具磨损限度所 经过的总切削时间,用 T 表示,刀具寿命大,表示刀具磨损慢。 1.刀具寿命方程 刀具寿命方程 由前面分析已知, 切削速度对切削温度影响最大, 因而切削速度对刀 具寿命的影响最大。用实验方法求得关系式如下

vcT m = C
式中

vc —切削速度;
T —刀具寿命; C —与实验条件有关的系数

m —指数,表示 vc 对 T 的影响程度。
2.一定刀具寿命 T 时的切削速度 v c 一定刀具寿命 同样用实验方法可求出背吃刀量 a p 、进给量 f 对刀具寿命 T 的影 响。可得到与 v c — T 类似的关系式

fT m1 = C1

a p T m2 = C 2

把这些关系式综合为一起,可得:

T=
1

CT vc m f
1 m1 1

a p m2

小结:
本节主要介绍了刀具磨损的几种形式,造成刀具磨损的原因。 学生掌握情况良好。

第四章 提高金属切削效益的途径 新课导入:本章内容是利用前面所学知识,就如何控制与、合理和
选用工件材料、刀具几何角度、切削用量等以改善切削过程,提高金属效 益。以达到提高生产率、加工质量和降低成本的目的。

授课方式:讲授法 授课内容 第一节 改善工件材料的切削加工性
一、衡量切削加工性的指标
1)刀具寿命或在一定寿命下允许的切削速度; 2)切削力; 3)表面粗糙度,或表面质量。 多采用在一定寿命下所允许的切削速度这个指标。

二、改善材料可切削性的途径
1.材料中加入少量添加剂 材料中加入少量添加剂 主要是在切削时可起到润滑作用, 减少摩擦, 使刀具寿命和表面质量 提高。 2.进行适当的热处理 进行适当的热处理 根据材料性质不同,对材料进行适当的热处理。 本节主要讲采取什么措施来改善材料可切削性的途径 学生掌握情况良好。

第二节 合理选择切削液
一、切削液的作用
1.润滑作用 润滑作用 切削液的润滑作用是指切削液具有减小前刀面与切屑、 后刀面与工件 间摩擦的能力。

切削时,切削液的润滑能力,取决于切削液的渗透性,成膜能力和润 滑膜强度。 2.冷却作用 冷却作用 一方面减少切屑、刀具、工件间的摩擦,减少切削热的产生;另一方 面将已产生的热量从切削区带走,使切削温度降低。 冷却性能的好坏,取决于切削液的导热率、比热容、汽化热、流量与 流速等。 3.清洗与防锈作用 清洗与防锈作用 切削液的清洗作用是要将粘附在机床、 夹具、 刀具上的细碎切屑和磨 料细粉清除,以减小刀具磨损,防止划伤已加工表面和机床导轨。清洗性 能的好坏,取决于切削液的油性、流动性和使用压力。 切削液的防锈作用,是为保护工件、机床、刀具不受周围介质的影响 而腐蚀。防锈作用的强弱取决于切削液本身的成分与添加剂的作用。

二、切削液中的添加剂
1.油性剂 油性剂 可降低油与金属的表面张力, 使切削油能很快的渗透到切削区, 并形 成物理吸附膜,减少切屑、刀具、工件间的摩擦。由于油性剂的熔点低, 温度高容易挥发,因而,润滑膜只能在低温条件下起作用。 2.极压添加剂 极压添加剂 含有硫、磷、氯等的有机化合物。这些化物能在高温时与金属表面起 化学反应,而生成硫化铁、氯化铁、磷化铁等化学吸附膜,它比物理吸附 膜耐高温与高压,可在边界润滑状态下,防止金属界面的完全接触,保持 润滑,减少摩擦。 3.乳化剂 乳化剂 一种有机化合物, 其分子由极性基团和非极性基团两部分组成。 前者 亲水可溶于水, 后者亲油可溶于油。 加入乳化剂后, 它把水和油连接起来, 降低油—水的界面张力,同时,乳化剂在乳化液中,除起乳化作用外,还 能吸附在金属表面起油性剂的润滑作用。 4.防锈剂 防锈剂 防锈剂有水溶性类和油溶性类, 这些有机化合物与金属有很强的附着 力,形成金属表面的保护层,达到防锈作用。

三、切削液的种类与选用
1.水溶液 主要成分是水,加入防锈剂即可。 水溶液 2.乳化液 乳化油加水稀释而成。 乳化液 3.切削油 主要成分是矿物油。在低速时,可加入油性剂,在高速或重切 切削油 削时加入极压添加剂来提高润滑能力。 本节主要讲述了切削液的作用,切削液的添加剂以及切削液的种类。

学生听课情况良好,掌握情况良好。

第三节 刀具合理几何参数的选择
一、前角及前刀面型式的选择
(一)前角 1.工件材料 加工塑性材料时,为减小切削变形,降低切削力和切削温度,应选大 的前角,加工脆性材料时,塑性变形小,前角的作用不显著,应选用较小 的前角。 工件材料的强度小,硬度低,应选大的前角,反之,应选小的前角。 2.刀具材料 抗弯强度和冲击韧性大的刀具材料,选较大的前角,反之选小值。 3.加工性质 粗加工时,切削力大,切削热量多,应选用较小前角,精加工时,切 削力小,切削热少,为提高表面质量,应采用较大前角。 (二)前刀面型式 1.正前角平面型 2.正前角平面带倒棱型 3.正前角曲面带倒棱型 4.负前角单面型和负前角双面型

二、后角的选择
后角的选择主要根据切削厚度 hD 选取。精加工时, f 小, hD 小,后 角取大值;粗加工时, f 大, hD 大,后角取小值。

三、主、副偏角及过渡刃的选择
(一)主偏角 主要按工艺系统的刚性选取。系统刚性好,则可选小一点的主偏角, 反之,系统刚性差,要选择大一些的主偏角。 (二)副偏角 主要根据加工性质选取, 粗车时取 10°~15°, 精车时取 5°~10°; 切断时取 1°~3°。 (三)过渡刃 1.直线过渡刃和水平修光刃 多用于粗加工或强力切削的车刀上。 2.圆弧过渡刃与刀尖圆弧半径

四、刃倾角的选择
刃倾角起以下的主要作用: 1.控制切屑流向 2.控制切削刃切入时,首先与工件接触的位置。 3.控制切削刃在切入和切出时的平稳性 4.控制背向力和进给力的比值 刃倾角的合理数值与正、负,主要根据加工性质选取。精车时,λ s = 0~+5°;粗车时, λ s =0~-5°,断续切削, λ s =-30°~-45°。 本节从刀具角度方面讲了各个角度选择时的原则问题。主要是前角, 后角,主偏角及刃倾角。

第四节 切削用量的合理选择
所谓 “合理” 的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能 (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。

一、切削加工的经济性
切削加工的经济性指在保证加工零件质量的前提下, 必须使切削加工 符合经济原则,以此为目标作为企业需要完成的经济指标。通常包括 ① 最大生产率 ② 最低成本。 1、最大生产率(单件工时最小) 、最大生产率(单件工时最小) 最大生产率是以单位时间内生产最多数量产品或加工每个零件所消 耗的生产时间为最少来衡量。 单件工序的工时为

tw = tm +
式中

tm t ct + t ot T

t w ——工序时间(min) ; t m ——加工时间(min) ; T ——刀具寿命(min) ; t ct ——换刀一次所需要的时间(min) ; t ot ——其他辅助时间(min) 。

2、最低成本(最小单件加工成本) 、最低成本(最小单件加工成本) 每个工件的加工成本为

C = Mt m +
式中

tm t Mt ct + C t m + Mt ot T T

C ——工序生产成本(元) ; M ——该工序单位时间所分担的全厂的开支(元) ; C t ——每次磨刀费用(包括刀具折旧费) (元) 。

除 t m 和 T 外,其余为已知量,由

tm =

lw A πl Ad = w w nfa p 1000vfa p

T =(

C vc vc a p c f
x yc

1

)m

二、切削用量的选择
合理地选择切削用量,可以保证加工质量,降低生产成本,提高生产 率。因此,我们要研究切削用量选择的基本原则。 从机动时间 t m =

lw A 和金属切除率 Q = a p fv c 可知, 若要提高生产 nfa p

率,必须取尽可能大的 a p 、 f 和 vc 。事实上 a p 、 f 和 v c 的提高受到来 自机床、工艺系统、刀具和加工质量要求等诸多因素的限制。因此,应重 点考虑这些限制因素来选择切削用量。 (一)粗加工切削用量的选择 一 粗加工切削用量的选择 粗加工,以提高生产率为主,兼顾加工成本。 1.背吃刀量 a p 在保留半精加工余量的前提下,尽量将粗加工余量一次切削完。当 余量过大或工艺系统刚性过差时,可分二次切除。 第一次进给的 a p1 第二次进给的 a p 2 2.进给量 f 当背吃刀量 a p 已确定进给量主要根据工件材料、刀杆尺寸、工件直 径和背吃刀量 a p 选取。通过查表得到。 3.切削速度 vc 和机床主轴转速 n 背吃刀量 a p 和进给量 f 确定以后,根据已知的刀具寿命 T ,求出 切削速度。

2 3 a p1 = ( ~ ) A 3 4 1 1 a p2 = ( ~ ) A 3 4

vc =
再根据 n =

C vc T map
xv c

f

y vc

k vc

1000vc 计算工件转速 n 。然后根据机床说明书选取近似 πd w 较低的机床主轴转速 n s ,再计算出实际切削速度 vc 。

4.校验机床功率 切削功率计算式

Fc vc 10 ?3 Pc = 60
机床有效功率计算式

′ PE = PEη m

η m 为机床传动效率,一般η m =0.75~0.85。
满足 Pc < PE ,则所选切削用量可以在原确定的机床上使用。 若 Pc << PE ,说明机床有效功率没有得到充分利用,可通过采 用切削性能良好的刀具来提高切削速度,使机床效率得到充分利用。 若 Pc > PE ,说明机床有效功率不够,要更换大功率的机床或者 降低切削速度。 5.计算机动时间 t m







tm =

lw + y + ? nf

(二)半精加工、精加工切削用量的选择 半精加工、 半精加工、 精加工时, 以提高加工质量为主, 兼顾生产率和生产成本。 1.背吃刀量 a p 半精加工、精加工的切削余量都比较小,其背吃刀量 a p 通常都是一 次进经切除全部余量。 2.进给量 f 为保证加工质量,主要是表面粗糙度的限制,使进给量 f 不能过大, 通常主要根据切削速度 vc (预选) ,刀尖圆弧半径来查表得到。 待实际切削速度 vc 确定后,如发现 v预 与其相差太大,再修正进给量

f。
3.切削速度 vc 和机床主轴转速 n 按已经选定的 a p 、 f 和已知的 T ,计算出切削速度,再计算工件转 速 n 。然后根据机床说明书选取近似较低的机床主轴转速 n s ,再计算出 实际切削速度 vc 。 由于半精加工、精加工时, a p 、 f 均较小,一般可不校验机床功率。 (三)切削用量选择举例 已知:工件材料:45 钢, σ b =0.637Gpa。

毛坯尺寸: φ 56mm × 310mm ,装夹如图所示。

加工要求:车工件外圆至 φ 50mm ,长度至 300mm,精工直

径余量为 1mm,表面粗糙度为 Ra 1.6 ?m 。 机床:CA6140 卧式车床。 刀具:焊接式硬质合金外圆车刀,刀片材料为 YT14,刀杆截 面尺寸为 16mm × 25mm ,刀具几何参数:γ o =10°,

α o =8°, r =75°, r ′ =10°,λ s =0, rε =1mm。 κ κ
求:车削工件外圆的切削用量。 从粗、 精加工两个方面讲了切削用量进行选择时的方法和步骤。 基本 上都是先确定背吃刀量,查表得进给量,最后计算得出切削速度。

第五章 车刀 新课导入:车刀是用于卧式车床、转塔车床、 新课导入:车刀是用于卧式车床、转塔车床、自动车床和数控车床
的刀具。它是生产中应用最为广泛的一种刀具。车刀按用途可分为: 的刀具。它是生产中应用最为广泛的一种刀具。车刀按用途可分为:外 用最为广泛的一种刀具 圆车刀、端面车刀、切断刀、螺纹刀等;按结构可分为:整体、焊接、 圆车刀、端面车刀、切断刀、螺纹刀等;按结构可分为:整体、焊接、 机夹等。 机夹等。

授课方式: 授课方式:讲授法 授课内容 第一节 焊接车刀
焊接车刀:将具有一定形状的硬质合金刀片,用纯铜或其它焊料 钎焊在普通结构钢或铸铁刀杆上而成。 焊接车刀的使用性能 优点:焊接车刀结构简单、紧凑;刚性好、抗振性能强;制造、刃磨 方便;使用灵活。 缺点:刀片经过高温焊接,强度、硬度降低,切削性能下降;刀片材 料产生内应力,容易出现裂纹等缺陷;刀柄不能重复使用,浪 费原材料;换刀及对刀时间较长,不适用于自动车床和数控车 床。

一、焊接车刀的结构
用于车削工件外圆、端面的直头、90°及 45°弯头车刀,通孔镗 刀,不通孔镗刀,切断刀等。

二、硬质合金刀片型号及选用
硬质合金各种型号刀片的主要用途为:

A 型用于 90°外圆车刀、端面车刀等; B 型用于直头外圆车刀、端面车刀、镗孔刀等; C 型用于直头、弯头外圆车刀、宽刃刀等; D 型用于切断、车槽刀等; E 型用于螺纹车刀。 刀片型号与尺寸要根据车刀类型,主、副偏角大小来选取,其中刀片 长度 l 应使切削刃参与切削的宽度 bD 不超过 l 的 60%~70%;对切断刀、 车槽刀用的刀片宽度 t,应根据槽宽或切断刀宽度来选取;切断刀的宽度 也可按 t=0.6dw0.5 来估算。刀片厚度 s 与切削横截面积 AD 有关,AD 值大 则 s 值大,反之则 s 值小。

三、刀槽的形式及参数确定
为使刀片焊接牢固,刃磨量小,故要在刀杆上加工出槽形,常见刀槽 形式有以下几种。 (1)开口槽 形状简单,加工容易,但焊接面积小,适用于 C 型刀片。 (2)半封闭槽 只能用铣刀加工,制造较困难,但焊接刀片牢固,适 用于 A、B 型刀片。 (3)封闭槽 夹持刀片牢固,焊接可靠,用于螺纹刀具,适用于 E 型 刀片。 (4)切口槽 用于底面积较小的切断刀、切槽刀,从而增大焊接面积 提高结合强度,适用于 D 型刀片。 本节主要讲焊接车刀的硬质合金刀片型号及选用。 为安装刀片在刀杆 上加工出刀槽。

第二节 机夹车刀
掌握机夹车刀的三种结构形式 为了避免焊接车刀因焊接使硬质合金刀片产生裂纹、降低刀具耐用 度, 使用时出现脱焊和刀杆只能使用一次等缺点, 采用将刀片用机械夹持 的方法固定在刀杆上, 刀片用钝后可更换新刃磨好的刀片的一种车刀, 即 机夹车刀。

1.上压式 上压式
采用螺钉和压板从上面压紧刀片,通过调整螺钉来调节刀片位置。 特点:结构简单,夹固牢靠,使用方便,刀片平装,用钝后重磨后 面。上压式是加工中应用最多的一种。

2.侧压式 侧压式
这种形式一般多利用刀片本身的斜面, 由楔块和螺钉从刀片侧面来夹 紧刀片。 特点:刀片竖装,对刀槽制造精度的要求可适当降低,刀片用钝后重 磨前面。

3.切削力夹固式 切削力夹固式

这种形式通常是指切削力自锁车刀,它是利用车刀车削过程中的切 削力,将刀片夹紧在 1:30 的斜槽中。 特点:结构简单,使用方便,但要求刀槽与刀片紧密配合,切削时无 冲击振动。 本节主要讲了三种机夹车刀的结构形式。

可转位(刀片) 第三节 可转位(刀片)车刀
掌握可转位车刀的几种典型的夹紧结构 可转位车刀是将可转位的硬质合金刀片用机械方法夹持在刀杆上形 成的。刀片具有供切削时选用的几何参数(不需磨)和三个以上供转位用的 切削刃。当一个切削刃磨损后,松开夹紧机构,将刀片转位到另一切削刃 后再夹紧,即可进行切削,当所有切削刃磨损后,则可取下再代之以新的 同类刀片。 可转位车刀是一种先进刀具, 由于其不需重磨、 可转位和更换刀片等 优点,从而可降低刀具的刃磨费用和提高切削效率。

一、可转位刀片
1. 形状与结构 外形有正三角形、正方形、五边形、菱形和圆形。 刀片分带孔无后角和不带孔有后角两种。 2.精度等级 精度等级 基本参数为内切圆直径 d,刀尖位置 m 和刀尖厚度 S。 3.断屑槽形状和几何参数 断屑槽形状和几何参数 直槽、外斜槽、内斜槽、直通槽、正刃倾角。

二、可转位车刀几种典型的夹紧结构: 可转位车刀几种典型的夹紧结构:
1 偏心式 它是利用螺钉上端部的一个偏心销,将刀片夹紧在刀杆上。 特点:该结构靠偏心夹紧,靠螺钉自锁,结构简单,操作方便,但不 能双边定位。由于偏心量过小,容易使刀片松动,故偏心式夹紧机构一般 适用于连续平稳切削的场合。 2 杠杆式 应用杠杆原理对刀片进行夹紧。当旋动螺钉时,通过杠杆产生的夹 紧力将刀片定位夹紧在刀槽侧面上;旋出螺钉时刀片松开。 特点:定位精度高,夹固牢靠,受力合理,使用方便,但工艺性较差, 适合于专业工具厂大批量的生产。 3 楔块式 该结构是把刀片通过内孔定位在刀杆刀片槽的销轴上,由压紧螺钉 下压带有斜面的楔块,使其一面紧靠在刀杆凸台上,另一面将刀片推往 刀片中间孔的圆柱销上,将刀片压紧。 特点:简单易操作,但定位精度较低,且夹紧力与切削力相反。

第四节 成形车刀
掌握成形车刀前后角的形成以及成形车刀的装夹和刃磨 成形车刀又称样板刀,是一种专用刀具,其刃形是根据工件要求的廓 形设计的。它主要用在普通车床、六角车床、半自动及自动车床上加工回 转体内外成形表面。

1. 成形车刀的种类
(1) 平体成形车刀 其外形为平条状,与普通车刀相似,刃形具有一定的廓形,结构简 单, 容易制造, 成本低。 但可重磨次数不多。 用于加工简单的外成形表面, 如螺纹车刀和铲制成形铣刀的铲 刀等。 (2) 棱体成形车刀 棱柱体的刀头和刀杆分开制作,大大增加了沿前刀面的重磨次数, 刀体刚性好,但比圆体成形车刀制造工艺复杂,刃磨次数少,且只能加工 外成形表面。 (3) 圆体成形车刀 它好似由长长的棱体车刀包在一个圆柱面上而形成。它允许重磨的次 数最多, 制造也比棱体成形车刀容易, 且可加工零件上的内、 外成形表面。

2. 成形车刀前后角的形成及其选择
成形车刀必须具有合理的前、 后角才能有效地工作。 由于成形车刀的 刃形复杂, 切削刃上各点正交平面方向不一致, 同时考虑测量和重磨方便, 前角和后角都不在正交平面内测量,而规定在刀具的假定工作平面(垂直 于工件轴线的断面)内测量,并以切削刃上最外缘与工件中心等高点(图中 的 1 点, 该点称为成形车刀的基点)处的假定工作前角和假定工作后角作 为标注值。

(1)棱体成形车刀 )棱体成形车刀 棱体成形车刀的后刀面是成形棱形柱面,前刀面是平面。后刀面与燕 尾面 K-K 平行,而前刀面与 K-K 呈倾角 90°-( γ f + α f )。在制造棱体 成形车刀时,将前刀面与后刀面的夹角磨成 90°-( γ f + α f )。切削时, 将后刀面安装出 α f 角,这样就形成了前角 γ f 和后角 α f 。 (2)圆体成形车刀 ) 圆体成形车刀前刀面刃磨出 γ f ,后刀面是成形回转表面。切削时, 将基准点安装在与工件中心等高处, 从而形成了成形刀的中心高于工件中 心 H,这样就获得所需要的后角 α f 。

H = R sin α f
当 γ f 、 α f 确定后,刀具中心 O′ 与前刀面间的距离 hc

hc = R sin(α f + γ f )
以 O′ 为中心,以 hc 为半径的圆称为刃磨圆。在制造和重磨圆体成形 刀时,使前刀面与此圆相切。

3.成形车刀的装夹与刃磨 成形车刀的装夹与刃磨

(1)成形车刀的装夹 ) 棱体成形车刀是以燕尾作为定位基准, 配装在刀夹的燕尾槽内。 刀具 燕尾的后平面是夹固基准。安装时,刀体竖立并倾斜 α f 角,刀夹下端的 螺钉可将计算基准点的位置调整与工件中心等高后用螺栓夹紧, 同时下端 螺钉可以承受部分切削力,以增强刀具的刚性。 圆体成形车刀以圆柱孔作为定位基准, 套装在刀夹的螺杆上。 成形车 刀借助于销子与端面齿块相连, 端面齿块与扇形齿相啮合, 以防止成形车 刀工作时受力面转动, 同时可以粗调圆体成形车刀基准点的高低位置。 用 扇形齿块与蜗杆来微调基准点的高度。调整好后,旋紧螺母,即可将成形 车刀夹固在刀夹中。 (2)成形车刀的刃磨 ) 棱体成形车刀的刃磨比较简单, 只要在工具磨床上使用一简单的双向 万能刃磨夹具,将刀具后刀面与砂轮表面的垂线装成( γ f + α f )的角度 即可刃磨。 圆体成形车刀的端面刻有磨刀检验圆时,在端面上涂一层红粉油料, 用划钉划一条检验圆的切线, 然后把刀具装在心轴上, 将检验圆的切线调 整至与砂轮的工作表面重合即可刃磨。

小结:
本节主要讲了成形车刀的几种结构形式, 主要是平体成形车刀、 棱体 成形车刀和圆体成形车刀, 主要讲棱体成形车刀和圆体成形车刀的前后角 形成的过程以及对这两种刀进行刃磨的方法。

第六章

钻削与孔加工刀具

新课导入:钻削是常用的一种切削加工方法。在工件实体材料
上钻孔或扩大已有孔的刀具统称为孔的加工刀具, 机械加工中孔加工刀具 应用非常广泛。由于孔的形状、规格、精度要求和加工方法各不相同,所 以孔加工刀具种类很多。

授课方式:讲授法 授课内容 第一节
一、钻削运动
钻削时的切削运动与车削一样,由主运动和进给运动组成。

钻削与麻花钻

二、麻花钻的组成
标准麻花钻的结构如图所示,由柄部、颈部和工作部分组成。

(1) 柄部 柄部是钻头的夹持部分, 用于与机床连接, 并在钻孔时传递转矩和轴 向力。 麻花钻的柄部有锥柄和直柄两种。 直柄主要用于直径小于 12 mm 的 小麻花钻。 锥柄用于直径较大的麻花钻, 能直接插入主轴锥孔或通过锥套

插入主轴锥孔中。 锥柄钻头的扁尾用于传递转矩, 并通过它方便的拆卸钻 头。 (2) 颈部 麻花钻的颈部凹槽是磨削钻头柄部时的砂轮越程槽, 槽底通常刻有钻 头的规格及厂标。直柄钻头多无颈部。 (3) 工作部分 麻花钻的工作部分有两条螺旋槽, 其外形很像麻花因此而得名。 它是 钻头的主要部分,由切削部分和导向部分组成。 切削部分担负着切削工作, 有两个前面、 主后面、 副后面、 主切削刃、 副切削刃及一个横刃组成。 横刃为两个主后面相交形成的刃, 副后面是钻 头的两条刃带,工作时与工件孔壁(即已加工表面)相对,如图所示。

导向部分是当切削部分切入工件后所起的导向作用, 也是切削部分的 备磨部分。为减少导向部分与孔壁的摩擦,其外径(即两条刃带上)磨有 (0.03~0.12)/100 的倒锥。

三、麻花钻的几何角度

(一)主切削刃 (1)主偏角 κ r (2)刃倾角 λ s (3)前角 γ o (4) 后角 α o (二)副切削刃 (1)副偏角 κ r 前角由外径向钻芯逐渐减小。 为了测量方便, 常采用在假定工作平面内的侧后角 α f 。



(2)副后角 α o

′ ′

(3)副刃倾角 λ s

(三)横刃 (1)主偏角 κ r? (2)刃倾角 λ sψ (3)前角 γ oψ (4)后角 α oψ

κ r? =90° λ sψ =0° γ oψ =-(90°- α oψ )
刃磨得到。

四、麻花钻的刃磨角度
1.锋角 2φ 锋角 钻头两切削刃在中剖面上的夹角。 2.后角 α f 后角 刃磨钻头时, 必须使 α f 沿切削刃各点不相等, 外径处小而内径处大。 3.横刃斜角ψ 横刃斜角 在端视图中横刃与中剖面间的夹角称为横刃斜角ψ 。

五、钻削用量和切削层参数

1.钻削用量 钻削用量 (1)切削速度 vc

vc =
(2)每刃进给量 f z

π dn
1000

fz =
(3)背吃刀量 a p

1 f 2

ap =
式中

1 d 2

d ——钻头直径(mm) ;

f ——钻头进给量(mm/r) ;

n ——工件或钻头的每分钟转数(r/min) ;
a p ——背吃刀量(mm) ;

f z ——每刃进给量(mm/z) ;
vc ——钻削速度(m/min) 。
2.切削层参数 切削层参数 切削宽度 bD

bD =

d d ≈ 2 sin k r 2 sin φ f sin k r f sin φ = 2 2
A Dz = a p f z = bD hD =

切削厚度 hD

hD =

每刃切削层横截面面积 ADz 总切削层横截面面积 AD

fd 4

AD =

fd 2

六、钻削力与功率
(一)钻削力 钻削时产生扭矩 T 和轴向力 F。 扭矩 T 是各切削刃在主运动方向上的切削力 Fc 形成的,它消耗的功 率最多。 T = Tc + Tψ 轴向力 F 是各切削刃在进给运动方向上的进给力 F f 形成的,它也消 耗功率,但所占比例较少。 F = Fc + Fψ

(二)计算钻削力的实验公式 1.指数公式 扭矩 T 轴向力 F 式中

T = 9.81CT d xT f

yT

KT
yF

F = 9.81C F d x F f

KF

CT 、 C F ——系数 xT 、 yT ; xF 、 y F ——指数 K T 、 K F ——修正系数乘积

2.单位切削力计算公式

Fc = 9.81bD hD ps K F
(三)钻削功率 Pc 三 钻削功率

Pc = 2πTn 七、麻花钻的修磨
1.标准麻花钻的缺陷 标准麻花钻的缺陷 (1)主切削刃上各点前角相差较大(由 30°~-30°),切削能力悬 殊; (2)横刃前角小(负值)而长,钻削轴向力大,定心差; (3)主切削刃长,切削宽度大,切屑卷曲困难,不易排屑; (4)主切削刃与副切削刃转角处(即刀尖)切削速度最高,但该处后 角为零,因而刀尖磨损最快等。 2.常用修磨方法 常用修磨方法 (1)修磨出过渡刃或双重刃 在钻头的转角处磨出过渡刃(其锋角值 2φ1=70°~75°),从而使钻 头具有了双重刃。由于锋角减小,相当于主偏角 k r 减小,同时转角处的 刀角 ε r 增大,改善了散热条件。 (2)修磨横刃 将原来的横刃长度修磨短,同时修磨出前角,从而有利于钻头的定 心和轴向力减小。 (3)修磨分屑槽 在主切削刃上交错地磨出分屑槽,使切屑分割成窄条,便于排屑。主 要用于塑性材料的钻削。 (4)修磨棱边



在加工软材料时,为了减小棱边(其后角等于零)与加工孔壁的摩擦, 对于直径大于 12mm 以上的钻头, 可对棱边进行修磨, 这样可使钻头的耐 用度提高一倍以上。

八、硬质合金麻花钻
加工硬脆材料时,采用硬质合金钻头,可显著提高切削效率。

φ 5mm 以下的硬质合金麻花钻都做成整体结构, φ 6 ~ 12mm 的可作 φ 成直柄镶片硬质合金麻花钻, 12 ~ 30mm 可作成锥柄镶片硬质合金麻花
钻。 与高速钢麻花钻相比,钻芯直径较大,螺旋角较小,工作部分长度较 短,刀体采用 9SiCr 合金钢,并淬硬到 50~52HRC。这些措施都是为了 提高钻头的刚性和强度,以减少钻削时因振动而引起刀片的碎裂现象。 本节主要介绍了麻花钻的相关知识, 要求学生掌握麻花钻的组成及几 何角度,能够计算切削用量和切削层参数。 因刀具形状比较复杂,虽然有实物但是学生掌握情况一般。

第二节 深孔钻
深孔一般指孔的长径比大于 5 倍以上的孔。 钻深孔时, 必须要解决断 屑与排屑、冷却与润滑、导向问题。

一、枪钻
枪钻原用于枪管钻孔,故称枪孔钻。多用于加工 φ 3 ~ 20mm 小直径 的深孔加工。 1.结构与工作原理 结构与工作原理 枪钻由切削部分和钻杆组成。 切削部分由高速钢或硬质合金制成, 并 作出排屑槽;钻杆用无缝钢管制成,在靠近钻头处滚压出排屑槽,钻杆直 径比钻头直径小 0.5~1mm,二者用焊接的方法连接在一起,焊接时使排 屑槽对齐。 工作原理:钻孔时工件旋转,钻头进给。用高压将切削液由钻杆内孔 和切削部分的进油孔注入切削区, 进行冷却和润滑, 同时把切屑由排屑槽 内冲刷出来。由于切屑是由钻头体外排出的,故称外排屑。 2.切削部分的几何参数 切削部分的几何参数 切削部分仅在钻头轴线的一侧有切削刃, 呈折线形, 分外切削刃和内 切削刃。钻尖与钻头中心有一偏心 e。

内、外刃的主偏角分别为 k rD (50°~65°)和 k rE (65°~72°) ,前角

γ o(0°~8°) 外刃后角 α oD(8°~15°) 内刃后角 α oE (10°~20°)。 , ,
3.特点 特点 (1)由于切削液进、出路分开,使切削液在高压下,不受干扰,容易到 达切削区,较好的解决了钻深孔时的冷却、润滑问题; (2)由于切削刃分为内、外切削刃,且刀尖有偏心 e,切削时可起分屑 作用,切屑变窄,切削液便于将切屑冲出,使排屑容易; (3)由于钻孔后留有直径为 2h 的芯柱, k rD > k rE ,保持 FpD > FpE ,这 样就能保证钻头支承面始终紧贴于孔壁, 使钻头有可靠的导向, 解决深孔 钻导向问题。

二、内排屑深孔钻
钻头由钻体、分布在不同圆周上的三个切削刃和两个导向块组成。 工作时, 高压切削液从钻杆与孔壁间的间隙处送入切削区, 起冷却润 滑作用。同时把切屑由钻头的体内排屑孔和钻杆内孔中冲出。 这种深孔钻,由于三个刀齿排列在不同的圆周上,起到分屑的作用,使排 屑方便。并且切屑在排出时,不与已加工表面摩擦,故生产效率和加工质 量均较外排屑深孔钻高。这种结构没有横刃,降低了轴向力,不平衡的圆 周力和径向力由圆周上的导向块承受,深孔钻具有较好的导向性。

三、喷吸钻
喷吸钻由钻头、内管和外管三部分组成。 工作时,2/3 切削液经内、外管之间的间隙输入到切削区,用于冷却 和润滑。其余 1/3 的切削液经内管壁上的月牙小槽窄缝喷入管内,使内管 的前端与后端形成压力差产生“吸力” ,加速切削液和切屑排出。

四、套料钻
套料钻的刀齿分布在圆形的刀体上, 同时在刀体上装有分布均匀的导 向块。 加工时, 只是把工件上一圈环形材料切除, 从中间套出一个尚可利用 的芯棒。减少了金属切除量,提高了生产率。

第三节 扩孔钻与锪钻
一、扩孔钻
扩孔钻是对已有孔扩大或提高加工质量的一种刀具。 扩孔钻与麻花钻

相比,齿数较多,钻芯直径大,刀体刚性和强度高,工作时导向性好,故 加工后质量较麻花钻高。 直径 10~32mm 的扩孔钻常制成整体结构,直径为 25~80mm 的扩 孔钻常制成套装结构。 整体的常采用高速钢, 套装的可采用高速钢或镶焊 硬质合金。 扩孔钻作为终加工孔使用时, 其直径应等于扩孔后孔的基本尺寸, 作 为铰孔前使用时,其直径等于铰孔后孔的基本尺寸减去铰削量。

二、锪钻
锪钻用于加工各种埋头螺钉沉头座,锥孔,凸台端面等。 本节主要讲了在已有孔的基础上进行加工的刀具扩孔钻与锪钻。 从图 形中可以很容易的理解其结构特点与应用情况。

第四节 铰刀
一、圆柱机用铰刀的结构要素
铰刀由工作部分、颈部和柄部组成。

工作部分包括切削部分和校准部分。 校准部分又分为圆柱部分和倒锥 部分。 圆柱部分主要起校正导向和修光作用; 倒锥部分则为了减少切削刃 和孔壁的摩擦,并防止因铰刀歪斜而引起孔径扩大。 1.直径公差 直径公差 铰刀是定尺寸刀具, 直径及其公差的选取主要取决于被加工孔的直径 及其精度,同时,也要考虑铰刀的使用寿命和制造成本。 铰刀的公称直径是指校准部分中圆柱部分的直径, 它应等于被加工孔 的基本尺寸,而其公差则与被铰削孔的公差、铰刀的制造公差、铰刀的磨 损储存量和铰削过程中孔径的变形性质有关。 (1)铰孔后产生扩张时,铰刀的最大和最小尺寸

d max = d m max ? pmax d min = d m max ? pmax ? G

(2)铰孔后产生收缩时,铰刀的最大和最小尺寸

d max = d m max + pa min d min = d m max + pa min ? G
式中

d ——铰刀直径(mm) ; d m ——工件铰孔后直径(mm) ;

p ——铰刀扩张量(mm) ; pa ——铰刀收缩量(mm) ; G ——铰刀制造公差(mm) 。
2.齿数 齿数 铰刀齿数一般为 4~12 个。 在铰削进给量一定时, 若增加铰刀的齿 数,则每齿的切削厚度减小,导向性好,但齿数过多,也会使刀齿强度降 低,容屑空间减小。通常根据铰刀直径和工件材料的性质选取。大 直径铰刀取较多齿数; 加工韧性材料取较小齿数; 加工脆性材料取较多齿 数。为了便于测量直径,铰刀齿数一般取偶数。刀齿在圆周上一般为等齿 距分布。在某些情况下,为避免周期性切削载荷对孔表面的影响,也可选 用不等齿距结构。 3.齿槽 齿槽 铰刀的齿槽形状通常有直线齿背与圆弧齿背两种。 铰刀的齿槽方向有直槽和螺旋槽两种。 4.几何角度 几何角度 (1)主偏角кr 主偏角кr 小 ,切削厚度小,切削宽度大,刀齿参加切削的切削刃长 度长,轴向力小,切入时导向性好。但кr 过小时,刀齿的挤压摩擦大, 切入和切出时间长。 (2)前角γo 因铰刀切下的切削厚度小,前角作用不明显,为便于制造,通常取γo=0. (3)后角αo 由于铰削时切削厚度小,所以铰刀后角αo 应取较大值。 (4)刃倾角λs 一般铰刀的刃倾角λs=0.但刃倾角能使铰削过程平稳,提高铰削质量。

二、铰刀的刃磨与研磨
铰削时,由于切削厚度小,铰刀的磨损常发生在切削部分的后面,所 以主要磨削铰刀的后刀面。铰刀刃磨通常在工具磨床上进行。

有些铰刀在制造时留有研磨量, 使用前, 铰刀需经研磨到所要求的尺寸才能使 用。铰刀的研磨是在车床上用铸铁研磨套加研磨膏进行的。

本节主要以圆柱铰刀为例讲了铰刀的结构要素,学生可以对铰刀的刃磨 与研磨了解一下。

第五节 孔加工复合刀具
复合刀具是将两把或两把以上的同类或不同类的孔加工刀具组合成 一体的专用刀具,它能在一次加工过程中,完成钻孔、扩孔、铰孔、锪孔 和镗孔等多工序不同的工艺复合, 具有高效率、 高精度和高可靠性的成形 加工特点。 通常使用的孔加工复合刀具有以下几种。

一、由同类刀具组成的孔加工复合刀具
1. 复合钻 通常在同时钻螺纹底孔与孔口倒角, 或钻扩阶梯孔时使用。 这种复合 钻可用标准麻花钻改制而成,或制成硬质合金复合钻。 2. 复合扩孔钻 在组合机床上加工阶梯孔、倒角时,广泛使用扩孔钻。小直径制成整 体结构,直径稍大时,可制成硬质合金复合扩孔钻。由于刀具悬伸较长, 在条件允许时,可设置前引导。 3. 复合铰 小直径的复合铰刀可制成整体的, 大直径的可制成套式的, 直径相差 较大时,可制成装配式。 一般复合铰刀为了保证孔的尺寸精度和位置精度,设计复合铰刀时, 要合理设置导向部分, 由同类刀具组成的孔加工复合刀具, 对不同表面的加工工艺相同, 刀 具各部分的结构相似或相同, 因而刀具设计与制造都较为方便, 而且切削 用量也比较接近,容易安排工艺方案。

二、由不同类刀具组成的孔加工复合刀具

1.钻—扩复合刀具 钻 2.扩—铰复合刀具 扩 由不同类刀具组成的孔加工复合刀具,由于刀具结构和工艺要求不 同,在设计与制造方面都带来一定困难。因而要解决好刀具材料、结构形 式和切削用量的选择等问题。

小结:
本节主要讲了两种刀具组合的方法, 同类刀具组成的孔加工复合刀具 制造与设计方便,切削用量接近,容易安排工艺方案,不同类刀具组成的 孔加工复合刀具,要解决刀具材料、结构形式和切削用量的选择等问题。

第七章 铣削与铣刀 新课导入:铣削是使用多齿旋转刀具进行切削加工的一种方法。 新课导入:铣削是使用多齿旋转刀具进行切削加工的一种方法。铣
削时由于同时切削齿数多,并能采用较高的切削速度,因而生产率高。 削时由于同时切削齿数多,并能采用较高的切削速度,因而生产率高。 它可以加工平面、沟槽和成形面等,铣刀的种类和很多。 它可以加工平面、沟槽和成形面等,铣刀的种类和很多。

授课方式:讲授法 授课方式:讲授法 授课内容 第一节 铣削
一、铣削运动
铣削的主运动是铣刀的旋转运动,进给运动是工件的直线运动。

二、铣刀几何角度
(一)基准参考平面 基面 p r :过切削刃上选定点,包括铣刀轴线在内的平面。 切削平面 p s :是通过切削刃选定点与基面垂直的圆柱切平面。 (二)几何角度 1.圆柱铣刀

(1)圆柱铣刀的主偏角 κ r 为 90°,无副偏角。 (2)刃倾角 λ s ,对于直齿圆柱铣刀, λ s =0,对于螺旋齿圆柱铣刀, λ s 等于螺旋角 β 。 (3)前角 γ o 、主后角 α o 。 对于螺旋齿圆柱铣刀,还要标注法前角 γ n 、法后角 α n 、螺旋角 β 。 2.面铣刀

主偏角 κ r 、刃倾角 λ s 、前角 γ o 、后角 α o 。面铣刀除需要正交平面 系中的有关角度外,在设计、制造、刃磨时,还需要进给、切深平面系中 的有关角度。

(三)铣刀几何角度的选择 铣刀几何角度的选择, 除遵循第四章刀具几何参数的选择原则外, 还 必须考虑铣削的自身特点,如铣削过程的断续切削和切削厚度随时变化 等。 对于硬质合金面铣刀为避免刀齿受冲击后而崩刃, 一般将前角与刃倾 角均选成负值。 本节主要通过圆柱铣刀和面铣刀来讲解铣刀的几何角度。

第二节 铣削用量和切削层参数
一、铣削用量

1.铣削速度 vc 铣削速度

vc =
式中

πdn
1000

vc -切削速度(m/min)
d -铣刀直径(mm) n -铣刀转数(r/min)

2.进给量 进给量 铣削进给量有每齿、每转和每分钟三种表示法。 (1)每齿进给量 f z 铣刀每转过一个刀齿时,工件与铣刀的相对位移量(mm/z)。 (2)每转进给量 f 铣刀每转一转时,工件与铣刀的相对位移量(mm/r)。 (3)每分钟进给量或进给速度 v f

单位时间工件与铣刀的相对位移量(mm/min)。 三种进给量之间的关系为 v f = fn = f z zn

3.背吃刀量 a p 背吃刀量 在基面上垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸。 铣削时为平行于铣 刀轴线所测量的切削层尺寸。 4.侧吃刀量 a e 侧吃刀量 在假定工作平面上垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸。 铣削时为 垂直于铣刀轴线所测量的切削层尺寸。

二、铣削切削层参数
1.圆柱铣刀 圆柱铣刀 (1)切削厚度 hD 铣刀上相邻两个刀齿主切削刃形成的过渡表面间的垂直距离。

hD = f z sin θ
式中 θ -铣刀刀齿所在位置与切入或切出位置间的夹角,称为瞬时 接触角。 铣刀刀齿由切入工件至离开工件所转过的角度 δ ,称为接触角。 最大切削厚度 hD max hD max = f z sin δ

故平均切削厚度 hDav (2)切削宽度 bD

hDav = f z sin

δ
2

= fz

ae d

主切削刃与工件切削层的接触长度(近似值),即主切削刃实际参加切 削的长度。直齿圆柱铣刀的切削宽度等于背吃刀量 a p (3)平均切削层横截面积 ADav 一个刀齿的平均横截面积 ADavz

ADavz = bD hDav = a p f z
总平均横截面积 ADavΣ

ae d

ADavΣ = a p f z
式中

ae a δ ze = a p f z e z d d 2π

z e -同时工作齿数
z -铣刀齿数

2.面铣刀 面铣刀 (1)切削厚度 hD 面铣时,刀齿开始切入时厚度 hD 最小,在中心位置时 hD 最大,以后 又逐渐减小。任意点的切削厚度 hD 为:

hD = f z cos θ sin κ r
平均切削厚度 hDav

hDav =

f z ae sin κ r d

δ

2

(2)切削宽度 bD

bD =
(3)平均切削层横截面积 ADav 一个刀齿平均横截面积 ADavz

ap

sin κ r

ADavz = bD hDav =

ap sin κ r

f z ae sin κ r d

δ

=

2a p a e f z dδ

2

总平均横截面积 ADavΣ

ADavΣ = bD hDav z e =

ap sin κ r

a p ae f z z f z a e sin κ r z δ= δ 2π πd d 2

铣削用量包括铣削速度、进给量(每齿进给量、每转进给量和进给速 度)以及背吃刀量和侧吃刀量。一般铣床铭牌上标出的是进给速度。 铣削层参数包括铣削层厚度、 铣削层宽度和铣削层面积。 由于铣削的 特殊性,在加工过程中,铣削层厚度和铣削层面积是不断发生变化的。 学生在前面学习内容的基础上理解起来比较容易, 能够掌握铣刀与前 面刀具讲的不同之处。

第三节 铣削力
理解铣削力作用在刀具和工件上不同的分解方法

一、铣削力和分力
作用于铣刀的切削分力 (1)主切削力 Fc (2)垂直切削力 Fcn 作用于铣刀的主运动方向,消耗功率最多。 作用于铣刀的半径方向,使刀杆弯曲变形。

(3)背向力 F p

作用于铣刀的轴线方向。对螺旋齿圆柱铣刀来说,

与螺旋角 β ( λ s )有关,对面铣刀来说,与主偏角 κ r 和刃倾角 λ s 有关。

二、作用于工件的切削分力
1)进给力 F f 平行于铣床的纵向进给方向。其作用方向可能与进给方

向一致,也可能与进给方向相反。 2)横向进给力 Fe 3) 垂直进给力 F f n 作用于铣床横向进给方向。 垂直于铣床工作台水平平面。 其作用方向可能向下,

将工件压向工作台,也可能向上,将工件自铣床工作台抬起。

三、铣削力计算
1.指数公式 (1)计算铣削切削力 Fc 的指数公式可查表。 (2)根据切削力 Fc 计算作用于工件上的各切削分力 1)圆柱铣刀铣削 铣削条件: a e = 0.05d 进给力 F f 逆铣 顺铣

f z =0.1~0.2mm/z
F f =(1.0~1.2) Fc F f =(0.8~0.9) Fc

垂直进给力 F f n

逆铣 顺铣

F f n =(0.2~0.3) Fc F f n =(0.75~0.8) Fc Fe =(0.35~0.4) Fc Fe =(0.35~0.4) Fc

横向进给力 Fe

逆铣 顺铣

2)面铣刀铣削

铣削条件: a p = (0.4 ~ 0.8) d 进给力 F f 垂直进给力 F f n 横向进给力 Fe

f z =0.1~0.2mm/z 对称铣削

F f =(0.3~0.4) Fc

F f n =(0.85~0.95) Fc Fe =(0.5~0.55) Fc

2.单位切削力计算公式 一个刀齿的切削力

Fcz = hDav bD p s K
总切削力 Fc

Fc = Fcz z e 四、铣削功率 Pc = Fc vc

根据对刀具和铣削加工动力的影响可分为主切削力、 垂直切削力和背 向力;根据对加工过程和机床的影响,按工作台运动方向可分为进给力、 横向进给力和垂直进给力。

第四节 铣削方式
掌握圆柱铣刀和面铣刀不同的铣削方式及特点

一、圆柱铣刀铣削

铣削时, 根据铣刀旋转方向和工件进给方向组合不同, 分为顺铣和逆 铣。逆铣时,切削厚度从零逐渐增大。由于切削刀齿刃钝圆半径的影响, 在开始切入时刀齿在工作表面上打滑、 产生挤压和摩擦, 使已加工表面产 生硬化,表面粗糙度值变大,铣刀磨损增大。 顺铣时,切削厚度由厚变薄,无“滑行”现象,加工表面粗糙度值小, 铣刀磨损也小。同时,垂直分力 Fv 向下,将工件压向工作台,避免铣削 时上下振动。

二、面铣刀铣削
用面铣刀铣平面时, 根据铣刀和工件间的相对位置不同, 分为对称铣 削和不对称铣削。

1.对称铣削 对称铣削 被铣工件安放在铣刀轴心移动轨迹的对称位置时,称为对称铣削。 把铣刀刀齿切入工件处和铣刀中心的连线与铣刀轴心移动轨迹间的 夹角 φ ,称为切入角;铣刀铣刀刀齿切出工件处和铣刀中心的连线与铣刀 轴心移动轨迹间的夹角 φ ′ ,称为切出角。在切入角 φ 范围内类似于逆铣, 在切出角 φ ′ 范围内相当于顺铣。对称铣削时 φ = φ ′ ,一半是逆铣削,一 半是顺铣削。

2.不对称铣削 不对称铣削 被铣工件平分线相对于铣刀轴心移动轨迹, 有一偏移量时, 称为不对称铣 削。逆铣部分大于顺铣部分时,称为不对称逆铣;顺铣部分大于逆铣部分 时,称为不对称顺铣。切入角和切出角位于逆铣一侧时为正值,位于顺铣 一侧时为负值。 圆柱铣刀的铣削有两种方式, 即顺铣和逆铣, 顺铣应该注意丝杠和螺 母间的间隙。面铣刀的铣削有三种铣削方式:不对称逆铣、不对称顺铣和 对称铣削。

第五节
一、铣刀的磨损形式

铣刀的磨损

铣刀的磨损与车刀的基本相似,都是有前刀面磨损、后刀面磨损、前 后刀面同时磨损,由于铣削的特点,它还有自身的磨损形式。 (1)逆铣时,刀齿对工件表面挤压,滑行较严重,所以铣刀磨损主要发 生在后面。 (2) 用硬质合金面铣刀高速铣削时, 刀齿经受反复的机械冲击和热冲击, 产生裂纹而引起刀齿的疲劳破损。

二、铣刀破损的基本类型和原因
1.低速性崩刃 低速性崩刃 通常在使用刚刃磨过的铣刀, 以较低的切削速度进行铣削时, 在刀齿 并没有龟裂的地方发生崩刃。其他铣削条件不变,只改变切削速度,当速 度达到某一极限值时,就不会出现这种现象。 原因:断续切削时的机械冲击和刀具材料的脆性所致。 2.没有龟裂的大打刀 没有龟裂的大打刀 这种情况是偶然发生的

原因:背吃刀量和进给量过大,由于刀具强度不足,而引起的断裂现 象。 3.高速性破损 高速性破损 当铣刀刀齿已经磨损并且铣削速度较高时,而产生的崩刃。 原因:刀具已经磨损,速度又高,会产生大量的切削热,使刀齿在切 削区内因加热,外表面温度高,膨胀大,内部温度低膨胀小,外表面 呈压缩热应力,当刀齿切出工件后,在空气中冷却,这时刀齿外表面因冷 却快而收缩,内部因冷却慢收缩小,外表面呈拉伸热应力,这种冷、热应 力状态反复作用的结果, 使表面形成热疲劳, 导致热龟裂, 容易产生崩刃、 剥落等破损,使刀具很快失去切削能力。

三、防止铣刀破损的措施
(一)合理地选择铣刀片牌号 选用韧性高, 抗热裂纹敏感性小, 具有良好耐热性的耐磨性的刀片材 料。 (二)合理选用铣削用量 在一定加工条件下, 存在一个不产生破损的安全工作区域, 选择在安 全工作区内的 vc 和 f z ,能保证铣刀正常工作。

(三)合理选择工件与铣刀之间的相对位置

为了减少破损现象,希望最初接触点在 U 点而不在 S 点,这就决定 于面铣刀的几何角度和相对于工件的安装位置。 由图可知,γ f < δ 这种情 况比较好。

当被铣削工件的宽度已经给定时, 面铣刀直径和安装位置的选择方案 如图所示,

铣刀同样具有前面所说的刀具的几种磨损形式,并且具有自身的形 式, 主要是逆铣时的后刀面磨损和面铣刀铣削时的疲劳破损。 铣刀破损主 要有三种类型, 针对造成铣刀破损的原因, 可以采取措施来减小刀具的破 损。当当被铣削工件的宽度已经给定时,我们首选不对称顺铣,其次是小 直径对称铣削,然后是大直径对称铣削,最后是大直径不对称逆铣。

第六节
一、圆柱形铣刀

常用铣刀的结构特点与应用

了解常用铣刀的结构特点和应用 用于加工平面。 圆柱面上切削刃为主切削刃,无副切削刃。

齿数少,刀齿强度高,容屑空间大,适用于粗加工.。 ?粗齿: ? 齿数多,工作平稳,适用于精加工。 ?细齿:

二、立铣刀
用于加工凹槽,台阶面和成形表面。 直径 d =2~71mm 的立铣刀作成直柄或削平型直柄;直径 d =6~ 63mm 作成莫氏锥柄;直径 d =25~80mm 作成 7:24 锥柄。 立铣刀圆柱切削刃是主切削刃, 端面切削刃是副切削刃, 没有能过中 心,不宜做轴向进给运动。端面切削刃通过中心的立铣刀,加工时可以进 行轴向进给或钻浅孔。

? ?标准螺旋角(30°或45°) 铣刀刀齿少,容屑槽大,适用于粗加工 ?整体式 ? 切削平稳,适用于精加工 ?大螺旋角(60°) ? ? ? 普通型 一般选用80°菱形、 °或88°平行四边形刀片 87 ? ? 可转位式? 钻铣型 可以铣台阶面和开口槽,钻浅孔、封闭槽和坡铣斜槽 ? ? ?螺旋齿型 每个螺旋齿上装上若干可转位刀片,切削刃呈玉米状分布。 ? ? ?

三、键槽铣刀
用于加工圆头封闭健槽。 圆柱面和端面上都有切削刃, 端面切削刃延至中心, 能做轴向进给运 动。

四、三面刃铣刀
用于加工凹槽和台阶面。 圆周有切削刃,两侧也有副切削刃,改善了切削条件,提高了切削效 率和减小表面粗糙度。 直齿三面刃铣刀 圆周齿与端齿前面是一个平面, 可一次铣成和刃磨 错齿三面刃铣刀 切削平稳,切削力小,排屑容易,容屑槽大 镶齿三面刃铣刀 刀体上开有斜度齿槽, 带齿纹的楔形刀齿楔紧在齿 槽内

五、角度铣刀
用于加工带角度的沟槽和斜面 单角铣刀 圆锥切削刃为主切削刃,端面切削刃为副切削刃 双角铣刀 两圆锥面上的切削刃均为主切削刃, 可分为对称双角铣刀 和不对称双角铣刀

六、模具铣刀
用于加工模具型腔或凸模成形表面。 圆锥形立铣刀 圆柱形球头立铣刀 圆锥形球头立铣刀 硬质合金旋转锉表面作有齿纹,可取代金刚石锉刀和磨头来加工模 具,其切削效率可提高几十倍。

小结:通过本章学习学生对机加工的方法有了更进一步的认识,学生
在前面学习内容的基础上理解起来比较容易, 能够掌握铣刀与前面刀具讲 的不同之处。


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