第8章车刀
在金属切削加工中，车削是应用最广的加工方法之一。车刀可以用来加工外圆、内孔和端面等，也可以用来切槽或做切断工作。车刀是应用最广的一种单刃刀具，也是学习、分析其他各类刀具的基础。
8.1 车刀的分类和用途
车削加工通常都是在车床上进行的，主要用于加工回转表面及其端面。在加工中一般工件做旋转运动，刀具做纵向和横向进给运动。车刀的种类很多，一般可按用途和结构分类。
1.按用途分类
车刀按其用途可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀和螺纹车刀等。如图8-1所示为按用途分类的车刀。
（a）外圆车刀（b）内孔车刀（c）端面车刀
（d）切断车刀（e）螺纹车刀
图8-1 按用途分类的车刀
2.按结构分类
车刀按其结构可分为整体车刀、焊接车刀、焊接装配车刀、成形车刀、机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀。其中机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀具有较多优点，尤其机夹可转位车刀是国家重点推广项目之一，故它们的相关内容将在本章第三、四节中详细介绍。
1)整体车刀
如图8-2所示，用整块高速钢做成长条形状，称为整体车刀，俗称为“白钢刀”。该车刀的刃口可磨得较锋利，主要用于小型车床或加工有色金属。
图8-2 整体车刀
2）焊接车刀
焊接车刀是将一定形状的刀片和刀柄用紫铜或其他焊料通过镶焊连接成一体的车刀，如图8-3所示。其刀片一般选用硬质合金，刀柄一般选用45钢。
图8-3 焊接车刀
焊接车刀结构简单，制造方便，可根据需要刃磨。焊接车刀的硬质合金刀片利用充分，但其切削性能取决于工人的刃磨水平，并且焊接时会降低硬质合金刀片的硬度，易产生热应力，严重时会导致硬质合金刀片产生裂纹，影响刀具寿命。此外，焊接车刀刀杆不能重复使用，当刀片用完后，刀杆也随之报废。一般车刀，特别是小车刀多为焊接车刀。
3）焊接装配车刀
焊接装配车刀是将硬质合金刀片钎焊在小刀块上，再将小刀块装配到刀杆上，如图8-4所示。焊接装配车刀多用于重型车刀，采用装配式结构以后，既可使刃磨省力，刀杆也可重复使用。
图8-4 焊接装配车刀
1、5—螺钉；２—小刀块；３—刀片；４—断屑器；６—刀杆；７—销
4）成形车刀
成形车刀又称为样板刀，是在普通车床、自动车床上加工内外成形表面的专用刀具。用它能一次切出成形表面，故操作简便、生产率高。用成形车刀加工零件可达到公差等级IT8～IT10，粗糙度Ra =5～10 μm 。成形车刀制造较为复杂，当切削刃的工作长度过长时，易产生振动，故主要用于批量加工小尺寸的零件。成形车刀按其形状可分为平体成形车刀、棱形成形车刀和圆形成形车刀，如图8-5所示，图中f γ为进给前角，f α为进给后角。
图8-5 成形车刀的分类
8.2 硬质合金焊接车刀
焊接式车刀的硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨后，会产生内应力和裂纹，使切削性能下降，对提高生产效率不利，但由于焊接车刀结构紧凑、制造方便，目前在我国仍广泛使用。
8.2.1 硬质合金焊接车刀刀片的型号及选用
硬质合金焊接车刀刀片分为A 、B 、C 、D 、E 五类。刀片型号由一个字母和一个或二个数字组成。字母表示刀片形状、数字代表刀片主要尺寸。硬质合金焊接车刀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 型用于直头外圆镗孔刀、弯头外圆镗孔刀、宽刃刀等；D 型用于切断刀、切槽刀等；E 型用于螺纹车刀。
8.2.2 常用焊接车刀的形状
1.刀杆外形及尺寸的确定
常用焊接车刀刀杆断面形状为矩形或方形，一般选矩形,刀杆高度H 按机床中心选则，常用焊接车刀刀杆截面尺寸见表8-2。当高度尺寸受限制时，可加宽为方形，以提高其刚性。
表8-2 常用焊接车刀刀杆截面尺寸
常用焊接车刀刀杆外形可分为直头刀杆和弯头刀杆两类，如图8-6所示。直头刀杆简单
便于制造，弯头刀杆通用性好，既能车端面又能车外圆。
（a ）直头刀杆 （b ）45°弯头刀杆
图8-6 常用焊接车刀刀杆外形
常用焊接车刀刀杆外形尺寸计算方法为： （1）直头刀杆。直头刀杆外形尺寸的表达式为
m ＞r cos l κ或（B –m ）＞r cos t κ （8-1）
式中，m 为刀尖偏距（mm ）；l 为切削刃长度（mm ）；t 为副切削刃长度（mm ）；B 为刀杆宽度（mm ）。
（2）45°弯头刀杆。45°弯头刀杆外形尺寸的表达式为
m ＞cos 45t
（8-2）
刀杆上支承部分高度H 1与刀片厚度s 应有一定的比例，如图8-7所示。当H 1/s ＞3时，焊接后刀片表面引起的拉应力不显著，不易产生裂纹；当H 1/s ＜3时，刀片表面层的拉应力较大，易出现裂纹。
图8-7 刀杆支承部分高度与刀片厚度的比例
刀杆长度可按刀杆高度H 的6倍估计，并选用标准尺寸系列，如100、125、150、175、… 2.刀槽的形式及结构
为使刀片焊接牢固，刃磨量小，故要在刀杆上加工出刀槽，常见刀槽形式有开口槽、半封闭槽、封闭槽和切口槽。其结构如图8-8所示。
（a ）开口槽 （b ）半封闭槽 （c ）封闭槽 （d ）切口槽
图8-8 刀槽形式
1）开口槽
开口槽形状简单，加工容易，但焊接面积小，适用于C型硬质合金焊接车刀的刀片。
2）半封闭槽
半封闭槽制造较困难，但其硬质合金焊接车刀的刀片牢固，适用于A、B型硬质合金焊接车刀的刀片。
3）封闭槽
封闭槽夹持硬质合金焊接车刀的刀片牢固，焊接可靠，适用于E型硬质合金焊接车刀的刀片。
4）切口槽
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 型硬质合金焊接车刀的刀片。
8.3 机械夹固重磨式车刀
机械夹固重磨式车刀是用机械夹固的方法将刀片固定在刀杆上，由刀杆、刀片和夹紧机构等组成，如图8-9所示。
图8-9 机械夹固重磨式车刀
1—刀杆； 2—刀片； 3—压板； 4—螺钉； 5—调整螺钉
这种车刀是针对于硬质合金焊接车刀的缺陷而出现的。与硬质合金焊接车刀相比，机械夹固重磨式车刀有很多优点，如刀片不经高温焊接，排除了产生焊接应力和裂纹的可能性，刀杆可以多次重复使用，使刀杆材料利用率提高，刀杆成本下降，刀片用钝后可多次刃磨，不能使用时还可以回收。其缺点是在使用过程中仍需刃磨，不能完全避免由于刃磨而引起的热裂纹，其切削性能仍取决于工人刃磨的技术水平，刀杆制造复杂。
机械夹固重磨式车刀刀片的夹固方式应满足刀片在重磨后能够调整尺寸的要求。常用的刀片夹固方式为上压式、侧压式和弹性夹固式。
8.4 机夹可转位车刀
机夹可转位车刀是将可转位刀片用机械夹固的方法装夹在特制刀杆上的一种车刀，如图8-10所示。它由刀杆及刀柄、刀垫、刀片、螺钉等组成。刀片上压制出断屑槽，周边经过精磨、刃口磨钝后可方便的转位换刀，不需重磨就可使新的切削刃投入使用，只有当全部切削刃都用钝后才需更换新的刀片。
图8-10 机夹可转位车刀
1—刀杆； 2—刀片； 3—刀垫； 4—夹紧元件
机夹可转位车刀除了具有焊接车刀、机械夹固重磨式车刀的优点外，还具有切削性能和断屑性能稳定，停车换刀时间短，完全避免了焊接和刃磨引起的热应力和热裂纹，有利于合理使用硬质合金和新型复合材料，有利于刀杆和刀片的专业化生产等优点。因此，机夹可转位车刀应用范围不断地扩大，已成为刀具发展的一个重要方向。
8.4.1 机夹可转位车刀的特点及应用
可转位刀片与焊接刀片相比有以下特点：
（1）可转位刀片成为独立的功能元件，更利于根据加工对象选择各种材料的刀片，刀片材料采用硬质合金，也可采用陶瓷多晶立方氮化硼或多晶金刚石，其切削性能得到了扩展和提高。
（2）机夹可转位车刀避免了焊接工艺的影响和限制，避免了硬质合金钎焊时容易产生裂纹的缺点，而且其刀体可重复使用，节约了钢材和制造费用，因此，其经济性好。
（3）由于可转位刀片是标准化和集中生产的，其几何参数易于一致，换另一个新切削刃或新的刀片后，切削刃空间位置相对刀体固定不变，节省了换刀、对刀等所需的辅助时间，提高了机床的利用率。
机夹可转位车刀的发展极大地促进了刀具技术的进步，同时机夹可转位车刀的刀体的专业化、标准化生产又促进了刀体制造工艺的发展。机夹可转位车刀的应用范围很广，包括各种车刀、镗刀、铣刀、外表面拉刀、大直径深孔钻和套料钻等。
8.4.2 机夹可转位车刀型号
可转位刀片是机夹可转位车刀的切削部分，也是机夹可转位车刀最关键的零件。其结构设计、几何尺寸、制造精度的确定及选用等，都要根据机夹可转位车刀的类型及使用的具体要求来进行。
我国硬质合金可转位刀片的国家标准采用的是ISO标准，已经颁布了6项。在《切削刃具用可转位刀片型号表示规则》(GB／T2076—2007)中，可转位刀片的型号由代表一给定意义的字母和数字代号按一定顺序排列所组成，共有l0个号位。其型号格式举例见表8-2。
表8-2 可转位刀片的型号格式举例
标准规定：任何一个刀片的型号都必须用前7个号位，后3个号位在必要时才使用。不论有无第8、9两个号位，第10号位都必须用“—”与前面号位隔开，并且其字母不得使用第8、9两个号位已使用过的7个字母(F、E、T、S、R、L、N)，当第8、9号位只使用其中一位时，则写在第8号位上，且中间不需空格。第5、6、7号位使用不符合标准规定的尺寸代号时，第4号位要用X表示，并需用略图或详细的说明书加以说明。
可转位刀片的型号格式说明如下：
1—刀片形状：用一个字母表示，见表8-3。
表8-3 可转位刀片形状
注：①表示所示的角度是较小的角度。
2—刀片法后角：用一个字母表示，见表8-4。
表8-4 刀片法后角
号对应的允许偏差见表8-5。
表8-5 刀片主要尺寸的极限偏差等级代号对应的允许偏差
4—刀片有无断屑槽和中心固定孔：由于可转位刀片是用机械夹固的方法将刀片夹紧在可转位刀具上的，因此，通常按刀片在刀杆或刀体上的安装方法不同，把可转位刀片分为无孔可转位刀片、圆孔可转位刀片和沉孔可转位刀片。刀片有无断屑槽和中心固定孔，用一个字母表示，其各种情况如图8-11所示。
图8-11 可转位刀片有无断屑槽和中心固定孔各种情况
5—刀片边长位数：用一个字母表示。取刀片理论边长的整数部分，如边长为16.5㎜的刀片代号为16；若舍去小数部分后只剩一位数字，则在该数字前加“0”，如边长为9.525 mm 的刀片代号为09。
6—刀片厚度：取舍去小数值的刀片厚度作代号，若舍去小数部分后只剩一位数字，则在该数字前加“0”；当刀片厚度的整数值相同，小数部分值不同时，则将小数部分值大的刀片代号用“T”代替“0”，如刀片厚度分别为3.18 mm和3.97㎜时，则前者代号为“03”，后者代号为“T3”。
7—对于车削刀片，表示刀片刀尖转角形状或刀尖圆弧半径，刀片刀尖转角为圆角时，用放大l0倍的刀尖圆弧半径作代号。对于铣刀片，表示刀片主偏角，铣刀片用一个字母表示主偏角大小。
8—对于车削刀片，表示切削刃截面形状，用一个字母表示切削刃形状。其中，F表示尖锐切削刃，E表示倒圆切削刃，T表示倒棱切削刃，S表示倒棱又倒圆切削刃。对于铣刀片，用一个字母表示修光刃法向后角的大小。尖角刀片和圆刀片的数字代号为“00”。
9—对于车削刀片，表示切削方向，用一个字母表示，R表示右切，L表示左切，N表示左、右切。对于铣刀片，表示切削刃截面形状，用一个字母表示。其中，F表示尖锐切削刃，E表示倒圆切削刃，T表示倒棱切削刃，S表示倒棱又倒圆切削刃。
10—对于车削刀片，表示切屑槽型式及槽宽, 用一个字母和一个数字表示刀片断屑槽型式及槽宽。对于铣刀片，表示切削方向，用一个字母表示，R表示右切，L表示左切，N 表示左、右切。
8.4.3可转位刀片的夹紧结构
可转位刀片装夹的基本要求包括以下几点：
（1）可转位刀片定位准确，使得其转位或更换方便、迅速。
（2）可转位刀片夹紧力方向应尽可能与切削力方向一致，并应将其推向定位支承面，以利于定位和夹紧可靠，在切削过程中不能产生松动或使刀尖位置发生变化。
（3）可转位刀片夹紧力不宜过大，且应均匀分布，以免压碎刀片。
（4）可转位刀片夹紧机构应力求紧凑，尽可能无外露件，以利于切屑和切削液流动畅通和便于断屑。
（5）可转位刀片的制造工艺性好。
常用的可转位刀片夹紧结构很多，常见的类型有上压式夹紧结构、杠杆式夹紧结构、楔块式夹紧结构、偏心式夹紧结构和综合式夹紧结构。
1.上压式夹紧结构
上压式夹紧结构采用夹紧元件从上面将刀片夹紧，具有夹紧可靠、定位精确的优点，但刀头尺寸较大，夹紧元件可能妨碍切屑的流出。这种夹紧结构适用于无孔刀片夹紧和中、重负荷的切削，如图8-12（a）所示。
2.杠杆式夹紧结构
杠杆式夹紧结构是利用杠杆原理对刀片进行夹固，拧动螺钉推动杠杆绕其支点顺时针转动一个角度，将刀片压向两个定位面并夹紧，如图8-12（b）所示。这种夹紧结构简单，装卸方便，定位精确，且排屑顺畅，不会刮伤夹紧元件，故应用较广，适于在中、小型机床上使用。
3.楔块式夹紧结构
楔块式夹紧结构是利用斜面夹紧的原理将刀片夹紧，拧动螺钉带动楔块下压，楔块一面靠紧刀杆上的凸台，另一面将刀片推往刀片中间孔的圆柱销上压紧刀片，如图8-12（c）所示。这种夹紧结构简单，夹紧可靠，但由于利用孔的一个侧面定位，刀片转位后定位精度不易保证，且夹紧力与切削力相反。此外，由于切削热的影响，将产生较大的内应力，可能造成刀片碎裂和圆柱销变形。
4.偏心式夹紧结构
偏心式夹紧结构是利用轴上端部的偏心将刀片夹紧在刀杆上，如图8-12（d）所示。由于螺纹能自锁，故夹紧较为可靠。这种夹紧结构简单，装卸方便，切屑流出顺利，不会刮伤夹紧元件，但往往只能使刀片靠单面加紧，难以保证两个定位侧面都贴合，不能双边定位，定位精度稍差。当偏心量过小时，要求刀片制造的精度高；当偏心量过大时，在冲击和振动下刀片易松动，因此，偏心式夹紧结构适于连续平稳切削的场合，故其通常在中、小型机床上进行连续切削时使用。
5.综合式夹紧结构
为了增强夹紧力，避免刀片因振动而产生位移，可将上述四种夹紧结构综合使用，如图8-12（e）所示。这种夹紧结构的特点是夹紧力大，刀片定位精度高，夹紧力与切削力方向一致，使用可靠。
图8-12 可转位刀片的夹紧结构
本章小结
通过对本章的学习，初步了解了在金属切削加工中，车削是应用最广的加工方法之一。车刀可以用来加工外圆、内孔和端面等，也可以用来切槽或做切断工作。车刀是应用最广的一种单刃刀具，也是学习、分析其他各类刀具的基础。车刀按其用途可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断车刀和螺纹车刀等。车刀按其结构可分为整体车刀、焊接车刀、焊接装配车刀、成形车刀、机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀。此外，本章还重点介绍了硬质合金焊接车刀刀片的型号及选用，机械夹固重磨式车刀和机夹可转位车刀的相关知识。
习题8
8-1 按用途分类，车刀有哪些种类？
8-2 按结构分类，车刀有哪些种？
8-3 硬质合金焊接车刀各种型号刀片的主要用途有哪些？
8-4 硬质合金焊接车刀的刀槽有几种形式？各适用于何种刀片？
8-5 什么是机械夹固重磨式车刀？和硬质合金焊接车刀比有哪些优点？
8-6 可转位刀片与焊接刀片相比有什么特点？
8-7 可转位刀片装夹的基本要求有哪些？
8-8 可转位刀片的常用夹紧机构有哪些类型，各有什么特点？
刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。 绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。 然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。 那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5M/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。 在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8M/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。 由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。 1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。 刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
刀具的基本原理及常用问题讲解 刀具的基本原理及常用问题讲解 其实，要讲解切削刀具的基本原理真是一件不容易的事，真正要了解切削原理，必定要从实践开始。 麦董就要求我们要“用好刀”。其意一：刀具部在选用刀具的时候，必须根据公司实际加工情况，选用适合我们的好用的刀。一把好的刀，不仅是指刀粒材质硬度的韧性好、切削角度、断屑槽设计精妙等，而最重要的是此刀具能否切削你所需的工件，达到预期的目的，如加工效率、光洁度、精度、刀刃寿命、可靠性、甚至稳定性等…….其意二：必须正确使用刀具。这就是今晚我们所要讨论的范围。 一、影响刀具切削条件的各项可能性 （一）刀具本身的设计：如刀具的材质的耐磨度、坚硬度，还有刀刃的切削角度、刀刃在刀体上支承的稳固度。 （二）刀具与刀柄的配合：刀柄是机械将切削力传到刀具的媒介，如果刀柄设计得不妥，将会大大减低了刀具的威力及寿命；例如，产生震动，刀具中心偏移；刀刃后角刃口支承不足而使刀刃过早崩裂等。 （三）机械本身的刚性：若果机械不能提供一个稳定的切削环境给刀具；例如进刀量不稳定，切削速度不稳定甚至震动等，也会是加工的致命伤。 （四）被加工工件夹紧的方式及稳定性：很多刀具寿命不稳定的主要原因（人为）是工件未有被夹紧在机械之上，引致移位或震动做成超差或刃崩。 （五）切削条件设定错误：由于操作者对切削速度、进刀量不甚了解，错误地设定了切削条件，引致刀具不正常损耗等现象，在我司经常发生。 （六）错误选刀，不考虑切削特性：由于刀具部未能将刀具调度，往往出现用长刀做浅孔浅框的现象。 （七）切削液：在精加工中，切削液的浓度对表面光洁度，精度影响很重要，而且对延长刀刃寿命也有一定的帮助。 （八）其他因素：如工件的特性、进刀方向等也是因素之一。
机械加工刀具基础知识
1.1 切削运动及切削要素
一、零件表面的形成 表面加工方法
1.1 切削运动及切削要素
二、切削运动及切削用量
主运动(图中Ⅰ) 切削运动
(cutting motions)
进给运动(图中Ⅱ) 切削速度VC 切削用量
(cutting conditions)
进给量f (或进给速度Vf) 背吃刀量ap 切削用量三要素
切削要素 切削层参数(parameters of undeformed chip)
1.1 切削运动及切削要素
二、切削运动及切削用量 1.主运动和切削速度
主运动(primary motion) 是使刀具和工件之间产生相 对运动，促使刀具接近工件 而实现切削的运动。
1.1 切削运动及切削要素
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、铣削等)，切削速度一般为其最大线速度
v
pdn c = 1000
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
vc =
2 Lnr
1000
m/s或m/min
1.1 切削运动及切削要素
二、切削运动及切削用量 2.进给运动和进给量
进给运动(feed movement) 使刀具与工件之间产生附加的 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)。
2013 铰刀基本上是由被铰削孔导向的，因此，钻孔的直线度、同心度也是影响铰孔质量的重要因素..孔径尺寸失准与铰刀导向刃上的切削刃磨损直接相关。铰刀切削时，切削刃的逐渐钝化使刀具承受的切削压力和切削热逐渐增加。随着切削刃继续变钝，会产生更多的切削热，这些热量会使工件材料膨胀，而此时铰刀仍在孔中。而当铰刀退出后，工件冷却收缩，并导致孔径尺寸变小铰孔直径（mm）＜5 5~20 21~32 33~50 51~70 铰削余量(mm) 0.1~0.2 0.2~0.3 0.3 0.5 0.8 PVD&CVD CVD工艺温度高1000度，易造成刀具材料抗弯强度下降，涂层内部为拉应力状态，易导致刀具产生微裂纹，相继开发出PCVD 和MT-CVD涂层 PVD工艺温度低，在500度以下时对刀具材料的抗弯强度基本无影响，薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层 材料分析 可加工性视为一种材料特性，它取决于在金属切削过程中所涉及的所有因素，其中五个基本材料特性对可加工性影响很大，即粘附性、加工硬化、导热性、硬度和耐磨性。 当材料粘附倾向较高时，需要使用韧性好的刀具材料和特定的镀层。切削速度也应该有所提高。对于容易发生严重加工硬化（变形硬化）的材料，需要使用切削刃锋利的刀具。切削速度可能各不相同，但进给量应增加。 若材料的导热性偏低，则刀具材料应具备较高的红硬性。切削速度和进给量均应受到限制。毋庸置疑，硬的工件材料需要使用更硬的刀具材料。一般来说，进给量和切削深度都需要保持中等的水平。耐磨的工件材料需要使用高耐磨性的刀具材料。切削工况必须适应切削利用率或切削效率有待提高的情形。 对付振颤的一种普通方法是减小切深，因而有较小的力产生振动。另一种通常的办法是提高系统的刚性，或者使用较短的刀具，或者采用一种有较大夹紧力的刀夹 刀具工程师: 首先是要用好刀具，保证生产正常运作，服务好生产；第二就是不断改进，通过改进来解决问题对一个刀具工程师来讲，细心非常重要 同行之间的交流也非常重要。不参与行业的交流，只囿于车间，就是闭门造车
第11章 齿轮刀具 齿轮是各种机械产品中应用最为广泛的传动零件。齿轮加工又是机械制造的重要组成部分。目前，全世界每年对齿轮的需求量约为100～200亿件，其中80％是直径为30～300 mm 、模数为2～5 mm 的齿轮。尽管齿轮加工方法种类繁多，但绝大部分齿轮是用各种齿轮刀具在与其相适应的机床上切削出来的，其中又以滚齿应用最为广泛，其次为插齿。 11.1 齿轮刀具的分类 11.1.1 按成形法加工的刀具 成形法加工齿轮刀具的特点是刀具的齿形或齿形的投影与被切齿轮端面的齿槽形式相同。这类刀具主要有盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀和插齿刀等。前两种刀具结构简单，可在普通铣床上加工，而无需使用结构和调整较为复杂的专门齿轮机床，但它们加工出的齿轮精度一般较低，常用于修配和单件生产。后两种刀具加工精度和生产率都比较高，但刀具制造复杂，仅适用于大量生产。 1.盘形齿轮铣刀 盘形齿轮铣刀是一种廓形与齿齿槽形式状相似的成形铣刀，如图11-1所示。 图11-1 盘形齿轮铣刀 由机械原理可知，两个齿轮即使模数和压力角分别相等，如果齿数不同，则它们的基圆就不同，不同的基圆所形成的渐开线齿形也就不同。如图11-2所示，1、2两条渐开线分别为基圆1O 、2O 所形成的渐开线，其形状不同。因此，用成形法切制齿轮要得到较高精度，就必须在切制不同模数、不同压力角以及不同齿数的齿轮时，设计与其齿形相同的专门铣刀。这样做不仅是不经济的，而且在技术和管理上也非常麻烦。为了减少铣刀的规格和数量，标准盘形齿轮铣刀都需成套制造和供应，即对同一模数的盘形齿轮铣刀，按被切盘形齿轮齿数间隔分为8个刀号或15个刀号，每个刀号表示一种切制一定齿数范围（间隔）盘形齿轮铣刀。 图11-2 齿轮齿数与齿形的关系 当模数m ≤8 mm 时，同一模数的盘形齿轮铣刀由8个刀号（8把铣刀）组成一套；当模数m ≥9 mm 时，同一模数的盘形齿轮铣刀由15个刀号（15把铣刀）组成一套。盘形齿
一、选择题（30分） 1. 下面是关于常用刀具材料硬度的比较，那个选项的论述是正确的（A） A 金刚石>CBN>硬质合金>高速钢 B 金刚石>CBN>高速钢>硬质合金 C 金刚石>硬质合金>高速钢>CBN D 金刚石>高速钢>硬质合金>CBN 2. 下面属于性质脆、工艺性差的刀具材料是（C） A 碳素工具钢 B 合金工具钢 C 金刚石 D 硬质合金钢 3. 增大前角，下面正确的是（D） A 增大粗糙度 B 增大切削效率 C 切削刃与刀头的强度增大 D 减小切削的变形 4. 加工下面哪种材料时，应该采用较小的后角（C） A 工件材料塑性较大 B 工件材料容易产生加工硬化 C 脆性材料 D 硬而脆的材料 5. 在背吃刀量和进给量一定的情况下,增大主偏角时,切削层的( C) A 公称宽度减小,公称厚度减小 B 公称宽度增大,公称厚度增大 C 公称宽度减小,公称厚度增大 D 公称宽度增大,公称厚度减小 6. 下面有关主偏角和付偏角的功用的叙述，正确的是：（A） A 减小主偏角和付偏角，减小已加工的表面粗糙度 B 增大主偏角，切削层公称宽度将增大 C 增大主偏角，减小已加工的表面粗糙度 D 增大付偏角，减小已加工的表面粗糙度 7. 关于各种刀具耐用度的选择，哪中叙述是正确的：（C） A 简单的刀具如车刀、钻头等，耐用度选高些 B 同一类刀具，尺寸大的，制造成本较高的，耐用度选低些 C 结构复杂和精度高的刀具，耐用度选高些 D 可转位刀具的耐用度比焊接式刀具选高些 8. 提高切削速度、增大进给量和背吃刀量,都能提高金属的切除率。但是，这三个因素中，对刀具耐用度影响的大小为（D） A >进给量>背吃刀量>切削速度 B 切削速度>背吃刀量>进给量 C 进给量>背吃刀量>切削速度 D 切削速度>进给量>背吃刀量
“工欲善其事,必先利其器”，公司的各种零配件,当形状,尺寸精度、表面质量要求较高时，都需经车钳加工作业。而刀具是对零件进行切削的，它的性能和质量的优劣，都直接影响加工效率、加工精度和表面质量，也将直接决定产品的品质、性能和生产成本。 一、刀具常识 1．刀具的种类繁多，形状各异。但就刀具切屑部分而言，都可看成车刀刀头的演变。它具有下述表面和切刃： 前刀面——切下的切屑沿其流出的表面； 主后刀面——和工件加工表面相对的表面； 副后刀面——和工件已加工表面相对的表面； 主切削刃——前刀面和主后刀面的交线，它担任主要切削工作； 副切削刃——前刀面和副后刀面的交线，它完成一小部分切削工作； 刀尖——主切削刃与副切削刃的交点。 (车刀切削剖分的组成) (r o为主前角,a o为主后角)
2．刀具几何角度的定义：（包括前角和后角） 前角是指前刀面与基面之间的夹角；分为主前角，法前角、进给剖面前角、切深剖面前角。前角大刃口锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力小，切削力和切削热降低。但前角过大将使切削刃强度降低，散热条件变坏，刀具寿命下降，甚至会造成崩刃。 后角是主后刀面与切削平面之间的夹角；分为主后角、法后角、进给剖面后角、切深剖面后角。后角的作用是减少刀具后刀面与工件之间的摩擦。但后角过大会降低切削刃强度，并使散热条件变差。从而降低刀具寿命 二、刀具材料 刀具的材料系指刀具切削部分的材料。刀具切削部分在工作中不仅受到巨大的切削压力和很高的切削温度，而且受冲击载荷和摩擦力的作用。因此刀具材料的正确选择对生产的产品的品质和生产成本有着重要的影响。 1．刀具的材料应满足下面的要求： 1)硬度和耐磨性高；一般说来，刀具的材料硬度较高，耐磨性就越高。 2)有足够的强度和韧性 3)耐磨性高 4)有良好的工艺性能；工艺性能主要包括刀具材料的热处理性能、可磨性能、锻造性能及高温性变形性能等。 2.常用的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。 目前公司刀具使用的材料有：合金工具钢、高速钢、硬质合金。 1）合金工具钢含铬、钨、硅、锰等合金元素的低合金工具钢。用于制造刃形较复杂的低速刀具，如铰刀、拉刀、丝锥等 2）高速钢又称锋钢、风钢、白钢。它淬火后硬度高，而且耐热性、耐磨性、淬透性和回火稳定性大大提高，并有足够的韧性。除高钒高速钢的磨削性能较差外，高速钢的工艺性能也较好。所以，在各种刀具材料中，高速钢的性能最理想。它用于制造刀具，工艺简单、易刃磨成锋利的刃口，可用于制造车刀、铣刀、铰
一、刀具基础知识 1、刀具材料的要求：（1）（2）、（3）、 （4）、（5）、 2、常用刀具材料：（1）、（2）、（3）、（4）、 （5）、（6）、 3.高速钢是一种含、、、合金较多的工具钢，其较普通工具钢高，允许切削速度也要高倍以上，因此称为高速钢。 4、高速钢中各元素的作用： W的作用：W和Fe、Cr一起与C形成高硬度的碳化物，可以提高钢的； Mo的作用：与W基本相同，并能减少，，增加为了增加热硬性，添加等元素； 为了提高耐磨性，可适当增加量，但随着量的增加，可磨性变得越来越。5、硬质合金是高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC）的粉末，用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结 而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢，硬度可达HRC74~81，允许切削温度可达800~1000℃，允许切削速度可比高速钢高十几倍，并能切削工具钢无法切削的难加工的材料。但其抗弯强度和冲击韧性较高速钢低的多，刃口也不易磨得很锋利。 6、硬质合金的类别主要有： ①、类硬质合金（WC-Co）（K类）：钨钴类硬质合金的抗弯强度、韧性、磨削性、 导热性较好，主要用于加工（如铸铁）、。 ②、类硬质合金（WC-TiC-Co）（P类）：钨钛钴硬质合金由于加入了， 使其耐磨性提高但抗弯强度、磨削性、导热性下降，主要用于一般钢材。 ③、硬质合金：在韧性较好的硬质合金表面上涂覆一层5~12μm，硬度和耐磨性很 高的物质，如（TiC、TiN），使得硬质合金既有高硬度和耐磨性表面，又有坚韧的基体。 涂层可提高硬质合金的耐磨性，减少工件和刀具表面的摩擦系数，减少切削力，降低
切削温度，从而能提高切削速度而不降低刀具耐用度。 7、陶瓷刀具：陶瓷刀具主要用，加微量添加剂经冷压烧结而成，其硬度、耐磨性、 红硬性均较硬质合金，能在高温下切削，可采用比硬质合金几倍的切削速度，可获得较高的工件表面粗糙度和尺寸稳定性，但其缺点就是。 8、PCD ，硬度，用于加工材料，可获得较的表面粗糙度和尺寸精度。 9、PCBN ，其硬度仅金刚石，但其热稳定性大大金刚石，在仍然保持其 硬度，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等。 10、切削平面： 。 11、基面：。 12、前刀面：。 13、后刀面：。 ：的夹角 14、前角γ ①、根据材料的强度、硬度 ②、加工塑性材料，应取较的前角；加工脆性材料时，可取较的前角。 ③、粗加工应适当前角。 ④、成形刀具常取较的前角。 15、前角的功用： ①、影响。 ②、影响。 ③、影响。 ④、影响。 16、前角的选择原则： ⑤、刀具的材料抗弯强度低时，应选用较的前角
刀具修磨基础知识 （一）刀具基础知识 一、刀具材料： 在刀具修磨中常见的刀具材料有：高速钢(HSS)、粉末冶金高速钢(PM-HSS)、硬质合金(HM)及PCD、CBN等超硬材料。高速钢刀具锋利、韧性好，硬质合金刀具硬度高但韧性差。硬质合金刀具的密度明显大于高速钢刀具。这二种材料是钻头、绞刀、铣刀和丝锥的主要材料。粉末冶金高速钢的性能介于上述二者材料之间，主要用于制造粗铣刀和丝锥。 高速钢刀具因材料韧性好，故对碰撞不太敏感。但硬质合金刀具硬度高而脆，对碰撞很敏感，刃口易蹦。所以，在修磨过程中，必须对硬质合金刀具的操作和放置十分小心，防止刀具间的碰撞或刀具摔落。 二、刀具磨床 由于刀具材料很硬，所以，一般只能采用磨削来改变其外形。在刀具的制造、修磨中常见的刀具磨床有以下几种： 1、磨槽机：磨钻头、立铣刀等刀具的槽或背。 2、磨顶角机：磨钻头的锥形顶角。 3、修横刃机：修正钻头的横刃。 4、手动万能刀具磨床：磨外圆、槽、背、顶角、横刃、平面、前刀面等。常用于数量少、形状复杂的刀具。 5、五轴联动CNC磨床：功能由软件确定。一般用于修磨数量大、精度要求高、但不复杂的刀具，如钻头、立铣刀等。 三、砂轮 1、磨粒 不同材质的砂轮磨粒适合于磨削不同材质的刀具。刀具的不同部位需
要使用的磨粒大小也不同，以确保刃口保护和加工效率的最佳结合。氧化铝：用于磨HSS刀具。砂轮价廉，易修正成不同的外形用于修磨复（刚玉类）杂的刀具。 碳化硅:用于修正CBN砂轮和金刚石砂轮。 CBN（立方碳化硼）：用于磨HSS刀具。价高，但耐用。国际上，砂轮用 B来表示，如B107，其中107表示磨粒直径的大小。 金刚石：用于磨HM刀具，价高，但耐用。砂轮上用D来表示，如D64，其中64表示磨粒直径的大小。 2、形状 为了方便磨削刀具的不同部位，砂轮应有不同的形状。最常用的有： - 平行砂轮(1A1)：磨顶角、外径、背等。 - 碟形砂轮(12V9, 11V9)：磨螺旋槽、铣刀的主、副切削刃，横刃等。- 平行砂轮(1A1) 碟形砂轮12V9 碗形砂轮12A2 3、砂轮经过一段时间的使用后需要修正其外形（包括平面、角度及圆角R）。砂轮必须经常用清理石把填充在磨粒间的切屑清理掉以提高砂轮的磨削能力。 四、刀具参数 1、基本尺寸：总长、刃长、槽长、阶梯长、直径 2、螺旋角 ：大小根据类型( N-W-H)从10-40° 3、槽前角： 4、芯厚： 5、棱边：孔中起导向作用，有棱边宽、棱边高参数要求 6、倒锥 (0,02- 0,08)/100 mm，起减少摩擦作用 7、保护刀棱：有宽度和前角参数要求