1、2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,1,第五讲 金属切削刀具,机械制造技术基础,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,2,2 金属切削刀具,内容提要2.1刀具角度换算2.2车刀2.3孔加工刀具2.4铣刀2.5拉刀2.6齿轮刀具2.7砂轮重点与要求刀具角度换算作业,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,3,2.1刀具角度换算,【意义】刀具在设计、制造、刃磨、测量时所用的参考坐标系通常是不同的，因此必须建立不同参考坐标系间到刀具角度换算。【方法】几何法2.1.1 法平面与正交平面内前、后角的关系2.1.2 垂直于基面的任意剖面与正交平面
2、内的前、后角关系2.1.3 最大前角与最小后角,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,4,2.1.1 法平面与正交平面内前、后角的关系,【法平面Pn】过主切削刃上一选定点，并且垂直于主切削刃（或其切线）的平面。【背平面Pp】通过主切削刃上选定点，平行于刀杆轴线并且垂直于基面的平面。【假定工作平面Pf】通过主切削刃上选定点，同时垂直于刀杆轴线及基面的平面。PrPpPf,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,5,正交平面参考系,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,6,法平面和正交平面间前角关系,AOB:PsAOC:PoBOC:PrABC
3、:是Ar的一部分AB:SA:刀尖AC:是Ar与Po的交线EDQ:Pn,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,7,证明,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,8,法平面和正交平面间后角关系,AOB:PsAOC:PoBOC:PrABC:是Aa的一部分AB:SA:刀尖AC:是Aa与Po的交线EDQ:Pn,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,9,证明1,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,10,证明2,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,11,结论1,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制
4、造工程学院,12,2.1.2 垂直于基面的任意剖面与正交平面内的前、后角关系,假设垂直于基面的任意剖面Pi与Ps的夹角为i,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,13,任意剖面前角,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,14,证明,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,15,任意剖面后角,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,16,证明1,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,17,证明2(推荐使用),机设03-1班秦峰同学发现的简单方法,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院
5、,18,结论2,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,19,2.1.3 最大前角与最小后角,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,20,2.2车刀,车刀是研究铣刀，钻头，刨刀等其他刀具的基础(“共性”)。车刀是一种单刃刀具。可以加工外圆、端平面、螺纹、内孔，切槽和切断等。车刀分为整体车刀、焊接式车刀和机械夹固刀片的车刀。机械夹固刀片的车刀又可分为机夹车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，应用越来越多。2.2.1车刀的种类、用途和结构2.2.2车刀几何参数的选择,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,21,车刀的种
6、类,直头外圆车刀外圆、倒角弯头车刀 外圆、端面、倒角偏刀外圆、轴肩、端面车槽、切断刀车槽、切断镗孔刀镗通孔、盲孔螺纹车刀内外螺纹成形车刀成形回转表面,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,22,常用的几种车刀,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,23,典型车削工序,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,24,车刀的结构,【高速钢车刀】整体式【硬质合金车刀】焊接式机夹式普通机夹式可转位式GB2078-80规定可转位刀片有正三角形，正方形，正五边形，菱形，和圆形等。上压式偏心式综合式,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程
7、学院,25,2.2.2车刀几何参数的选择,2.2.2.1切削角度的选择前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角等选择见前面内容2.2.2.2其他几何参数的选择过渡刃及其参数值圆弧过渡刃:高速钢r13mm硬质合金r0.51.5mm直线过渡刃:过渡刃偏角krkr/2，过渡刃长度b=0.52mm(OR (0.20.25)ap切断刀过渡刃：kr45，过渡刃长度b0.2bD切削刃钝圆半径：高速钢rn=1215(714)um,硬质合金rn1826(12)um负倒棱及其参数值：硬质合金刀具切削碳钢和合金钢时，br1=(0.30.8)f,r01=-10-15，粗加工铸钢、锻钢件或断续切削时，机床功率和刚度足够时，可
8、取br1=(1.52)f,r01=-10-15,负倒棱是沿着切削刃磨制出带负前角的窄棱面，其主要作用是增强切削刃和提高车刀耐用度。负倒棱不能太宽，否则就成为具有负前角的前刀面了。,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,26,2.3孔加工刀具,重要性：切削加工过程中孔的加工量约40左右特点：结构尺寸受待加工孔的限制决定了刀具的结构尺寸不能大于孔径尺寸对于小孔径或深孔，存在刀具强度、刚度问题对于封闭条件工作的麻花钻，排屑、导向、冷却、润滑困难，导致一系列工艺问题对于深孔钻，钻头导向问题十分突出对于孔二次加工的刀具，条件有所改善2.3.1孔加工刀具的种类和用途2.3.2麻花钻,2
9、018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,27,2.3.1孔加工刀具的种类和用途,孔加工刀具一般可分为两大类：从实体材料上加工出孔扁钻:整体式=12装配式， 较大麻花钻: 六面，五刃，二尖导向部分呈螺旋柱面及两条螺旋容屑槽组成颈部用于连接刀体和刀柄刀柄用于装夹钻头和传递扭矩直柄锥柄,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,29,2.3.2.1标准高速钢麻花钻的结构,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,30,麻花钻的切削部分结构组成,六面，五刃，二尖(“个性”)两个前刀面两个后刀面两个副后刀面两个主切削刃两个副切削刃一个横刃两个刀尖,2018
10、年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,31,2.3.2.2标准高速钢麻花钻的几何参数,Ps:包含选择点切削速度方向，切于加工表面的平面Pr:与切削平面垂直，包含钻头轴线的平面螺旋角：钻头外圆柱面与螺旋槽交线的切线与钻头轴线夹角，1830度,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,32,麻花钻几何参数,刃倾角和端面刃倾角顶角：118主偏角：副偏角：前角：3030 后角：横刃角度：5055 ,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,33,2.4铣刀,铣削是加工平面的一种主要方式，在最早的机械加工中，内外圆柱表面和平面占绝大部分比例。铣削加工精度：IT
11、9-IT8,Ra6.3-1.6铣削特点是刀具高速旋转，属主运动，其进给运动大多由工件完成铣刀是多齿、多刃连续加工刀具，生产效率高铣削的冲击负荷较大2.4.1铣刀的种类和用途2.4.2铣刀的几何参数及铣削要素2.4.4铣削方式,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,34,2.4.1铣刀的种类和用途,有三种分类方法用途加工平面用加工沟槽用加工成形表面用刀齿齿背形式尖齿铲齿刀齿数目粗齿细齿,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,35,铣刀的种类,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,36,2.4.2铣刀的几何参数及铣削要素,2.4.2.1铣
12、刀的几何参数圆柱形铣刀基面：过铣刀轴线和选定点的平面切削平面：过选定点切线，垂直于基面的平面（Ps与Pp重合）正交平面（端平面Po与Pf重合）前角后角刃倾角（螺旋角）主偏角90，没有副偏角（“个性”）面铣刀面铣刀每一刀齿相当于一把车刀,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,37,2.4.4铣削方式,端铣用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削表面精度高，生产效率高，主轴刚性好可用硬质合金刀片，广泛用于平面加工周铣用分布于铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削可以加工成形表面和组合表面,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,38,铣削方式2,逆铣铣刀切入工件方向与工件进给方
13、向相反特点：切削厚度由0最大优点：工件硬皮对刀齿没有直接影响，进给丝杠螺母始终保持良好的右侧面接触，进给速度比较均匀缺点切厚0时，刀齿在工件表面上挤压摩擦，刀齿易磨损工件的表面受到挤压，冷硬现象严重工作时有挑起工件的趋势，增加了装夹的要求顺铣铣刀切入工件方向与工件进给方向一致特点：切削厚度由最大0优点：容易切下切削层，刀齿磨损较少，已加工表面质量高缺点：进给力与进给方向相同，容易引起进给速度波动，影响表面粗糙度，有时甚至因为进给量突然增加很多，损坏刀齿工件的表面硬皮对铣刀的磨损影响很大,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,39,铣削方式3,对称铣削刀齿切入和切出工件时的切
14、削厚度相等一般端铣时常用这种方式不对称铣削刀齿切入和切出工件时的切削厚度不相等采用不对称铣削可以调节切削厚度，以提高刀具耐用度数控铣削数控铣床可以用软件通过数控系统控制几个轴按一定关系联动，铣出复杂曲面来，这时一般采用球头铣刀。数控铣床对加工叶轮机械的叶片、模具的模芯和型腔等形状复杂的工件，具有特别重要的意义。,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,40,2.5拉刀,拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具，广泛应用于大批量生产中，可加工各种内、外表面。拉刀按所加工工件表面的不同，可分为各种内拉刀和外拉刀两类。使用拉刀加工时，除了要根据工件材料选择刀齿的前角、后角，根
15、据工件加工表面的尺寸（如圆孔直径）确定拉刀尺寸外，还需要确定两个参数：（1）齿升角af即前后两刀齿（或齿组）的半径或高度之差；（2）齿距p即相邻两刀齿之间的轴向距离。2.5.1拉刀的种类和用途2.5.2拉刀的结构,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,41,拉削图形,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,42,2.5.1拉刀的种类和用途,拉削用途和特点生产率高工件精度和表面质量高IT7.Ra0.20.4,螺旋升角0 -滚刀的造形误差d0太大-相同速度下转速n-生产率，制造困难，成本螺旋升角0头数双头比单头生产率提高3040三头比单头生产率提高50头数，螺
16、旋升角0，造形误差，Ra齿轮齿距精度*滚刀的磨损和窜刀*螺旋方向*刃磨和校验,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,56,2.7砂轮,磨削是一种非常重要的加工方法磨削是机械加工中使用最广泛的精加工方法加工精度：IT6-IT4,Ra1.25-0.01，甚至可达0.008m磨削对各种工件材料和多种几何表面具有广泛的适应性各种表面：内孔，外圆，平面，螺纹，齿轮，花键，导轨，成形面，等一般金属材料：钢材，铸铁，铜铝，等难切削超硬材料:淬火钢，硬质合金，等非金属材料：木材，橡胶，塑料，玻璃，陶瓷，石材，等现代加工中，开始把磨削扩大到粗加工领域，极大地提高了产品质量砂轮是磨削加工中使用
17、最广泛的磨具,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,57,常见磨削形式,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,58,2.7.1砂轮参数及其选择,砂轮是一种用结合剂把磨料颗粒粘结在一起后经过焙bi烧、车整而成，具有很多气孔，用磨料进行切削的刀具。由六大要素组成磨料粒度结合剂组织硬度形状,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,59,磨料,磨料是砂轮的主要成分天然磨料：金刚砂，天然刚玉，金刚石（性质因产地不同而变化）人造磨料（主要使用）常用磨料分五类刚玉系Al2O3棕刚玉A(棕褐色）白刚玉WA(白色)铬刚玉PA（玫瑰红色）碳化硅系SiC黑色
18、碳化硅C(黑色）绿色碳化硅GC(绿色)碳化硼系金刚石系CBN系,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,60,粒度,【定义】表示磨料颗粒的尺寸大小，以磨粒刚好能够通过的筛网号表示（筛网号指每英寸长度上孔眼的数目）粒度号越大，颗粒越细，eg.46#当磨粒的直径小于40微米时，粒度号为颗粒最大尺寸的微米数，在粒度号前加W，eg.W20，粒度号越小，颗粒越细。【选用准则】粗磨：粗粒度精磨：细粒度材料软、塑性大、磨削面积大时：粗粒度砂轮速度高时：粗粒度,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,61,结合剂,【定义】将磨粒粘结成砂轮的结合物【分类】陶瓷V(A)：最广泛
19、使用，砂轮许用线速度=35m/s树脂B(S)：弹性好，可以做得很薄，用于切槽(断)橡胶R(X)：结合强度高，弹性、自锐性好金属J(主要是青铜Q)：强度高，成形性好，有一定韧性，自锐性差，用于制作各种金刚石砂轮,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,62,组织,【定义】砂轮中磨料、结合剂和气孔三者之间的比例关系。常用气孔所占百分比例表示。磨料所占比例越大，砂轮的组织越紧密，反之，组织疏松。【分类】高密度(紧密)（0-20）中等密度（20-40）疏松密度（40-60）砂轮未表明组织号者为中等密度组织,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,63,硬度,【定义】
20、砂轮工作时在磨削作用下磨料脱落的难易程度。易脱落则硬度低，反之硬度高。主要取决于结合剂的粘结能力及其所占比例。新国标分16级。【选择原则】工件材料硬度：硬材料：软砂轮软材料：硬砂轮材料导热性差时选软砂轮与工件接触面积大，接触时间长时用软砂轮成形磨削：硬砂轮内圆磨削较外圆磨削取软一些清理铸件、锻件、粗磨时选硬砂轮状,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,64,形状,常用的砂轮形状有九种（P95.表27）平形砂轮P DXHXd薄片砂轮PB DXHXd单面凹砂轮PDA DXHXd-1-d1Xl1双面凹砂轮PSA DXHXd-2-d1Xl1Xl2双斜边一号砂轮PSX1 DXHXd双
21、面凹带锥砂轮PSZA DXHXd筒形砂轮N DXHXb碗形砂轮BW DXHXd碟形一号砂轮D1 DXHXd,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,65,2.7.2砂轮的种类标志和用途,GB2484-84规定磨具的标志书写顺序：磨具形状，尺寸，磨料，粒度，硬度，组织，结合剂，最高工作线速度Eg.PB 400X40X60 A 60 L 5 B 35PB形状代号：薄片砂轮400外径D=400mm40厚度H=40mm60内径d=600mmA磨料（棕刚玉）6060号粒度L硬度中软255号组织B树脂结合剂35最高工作线速度35m/s,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,66,讨论,P 400X40X203 A 46 K 20 V 35P平形砂轮400外径D=400mm40厚度H=40mm203内径d=203mmA棕刚玉磨料4646号粒度K中软1硬度2020号组织V陶瓷结合剂35最大线速度35m/s,2018年7月13日星期五,西安科技大学机械制造工程学院,67,作业,推导垂直于基面的任意剖面Pi与正交平面Po内前角和后角之间的关系。已知刀具的前角ro，后角ao，刃倾角s和该剖面在基面内与切削平面的投影之间的角度为i。,
