第二章金屬切削機床與刀具本章要點零件外表成形方法切削運動和切削要素金屬切削機床分類刀具的類型和幾何參數機床的傳動原理和系統機械制造根底第2章

金屬切削機床與刀具2.1機械零件外表成形過程2.1.1零件外表的成形方法

零件的外表通常是幾種根本形狀的外表：平面、圓柱面、圓錐面以及各種成形面或是幾種根本形狀外表的組合。機械零件根本形狀的外表都可以看成是一條線〔母線〕，沿著另一條線〔導線〕運動的軌跡。2.1.1零件外表的成形方法1.軌跡法母線和導線都是由刀具的切削刃端點〔刀尖〕相對于工件的運動軌跡。刀尖的運動軌跡和工件的回轉運動結合，形成了回轉成形面所需的母線和導線。2.1.1零件外表的成形方法

2.成形法刀具的切削刃就是被加工外表的母線，導線是刀具切削刃相對于工件的運動形成的。刨刀切削刃的形狀就是被加工外表的母線，刨刀的直線運動形成導線。2.1.1零件外表的成形方法

3.展成法在對齒形外表進行加工時，利用刀具和工件作展成運動形成發生線的方法。切削刃各瞬時位置的包絡線是齒形外表的母線，導線是由刀具沿齒長方向的運動形成。2.1.1零件外表的成形方法

4.相切法它是利用刀具切削刃的旋轉運動和刀具與工件的相對運動而形成發生線的方法。刀具的切削刃與工件相切形成母線，刀具和工件的相對運動形成導線。2.1.2外表成形運動從幾何的角度來分析，為保證得到工件外表形狀所需的運動，稱為成形運動。外表成形運動按其外表形狀和成形方法的不同，可分為兩種類型1.簡單成形運動

一個獨立的成形運動是由單獨的旋轉運動或直線運動構成的，這個成形運動稱為簡單成形運動。2.1.2外表成形運動

2.復合成形運動一個獨立的成形運動是由兩個或兩個以上的旋轉運動或〔和〕直線運動，按照某種確定的運動關系組合而成的，這個成形運動稱為復合成形運動。2.1.3切削運動和切削要素

1〕主運動——對切削起主要作用的工作運動，消耗機床的主要功率。機床主運動只有1個。◆主要形式：①工件或刀具作回轉運動，用轉速〔r/mim〕表示；②工件或刀具作直線運動，用速度〔m/min〕或行程次數〔dst/min〕表示；③復合運動2〕進給運動——使工件不斷投入切削的運動。機床的進給運動可以有一個或幾個。◆兩種形式：連續進給和間歇進給。◆表示方法：mm/min，mm/r，mm/dst機床成形運動2.1.3切削運動和切削要素

1〕切入〔吃刀〕運動2〕空行程運動〔趨進、退刀、返回、調位…〕3〕其他〔分度、轉位、變速、換刀、測量、補償…〕輔助運動2.1.3切削運動和切削要素

典型表面加工方法◆主運動和進給運動是實現切削加工的根本運動，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成；可以是直線運動〔用T表示〕，也可以是回轉運動〔用R表示〕。正是由于上述不同運動形式和不同運動執行元件的多種組合，產生了不同的加工方法。

外圓磨無心磨車銑加工滾壓加工銑削成形磨（橫磨）主運動進給運動表外圓表面加工方法刀具T/RT主運動進給運動工件表面成形原理圖RRRRRTRRT/R車削成形車削拉削研磨2.1.3切削運動和切削要素表內圓表面加工方法表面成形原理圖鉆擴鉸鏜拉擠行星式內圓磨主運動進給運動刀具主運動進給運動工件RRTRRT/RTRTRTTRTT內圓磨無心磨2.1.3切削運動和切削要素主運動進給運動表平面加工方法刀具主運動進給運動工件表面成形原理圖RTRTTT刨插周銑端銑平磨端面平磨車拉T2.1.3切削運動和切削要素車螺紋板牙主運動進給運動表螺紋加工方法刀具主運動進給運動工件表面成形原理圖RTRRTTR滾壓絲錐銑螺紋梳形銑刀旋風銑磨螺紋RR2.1.3切削運動和切削要素主運動進給運動表齒形加工方法刀具主運動進給運動工件表面成形原理圖RTRTTR/TRRR/T銑齒指狀銑刀銑齒成形磨齒滾齒剃齒插齒蝸桿砂輪磨齒碟形砂輪磨齒錐形砂輪磨齒2.1.3切削運動和切削要素2.1.3切削運動和切削要素

〔1〕已加工外表是指經切削形成的新外表。它隨著切削運動的進行而逐漸擴大。〔2〕待加工外表是指即將被切除的外表。他隨著切削運動的進行而逐漸縮小，直至全部切除。〔3〕過渡外表是指正在切削著的外表。■切削過程中的表面2.1.3切削運動和切削要素切削速度vc假設主運動為往復運動時，其平均速度為：

式中n——主運動轉速〔r/s〕；d——刀具或工件的最大直徑〔mm〕。式中nr——主運動每秒鐘往復次數〔str/s〕；l——往復運動行程長度〔mm〕。

進給量：工件或刀具每轉一周時(或主運動一循環時)，兩者沿進給方向上相對移動的距離，單位為mm/r。背吃刀量：主刀刃與工件切削外表接觸長度在主運動方向及進給運動方向所組成的平面的法線方向上測量的值。3、切削用量2.1.3切削運動和切削要素切削厚度

（2-4）切削寬度

（2-5）圖2-7切削層截面bDhD=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）4、切削層參數2-2金屬切削機床

第二章金屬切削機床與刀具第二節金屬切削機床2-2金屬切削機床

1〕動力源：為機床提供動力〔功率〕和運動的驅動局部2〕傳動系統：包括主傳動系統、進給傳動系統和其他運動的傳動系統，如變速箱、進給箱等部件3〕支撐件：用于安裝和支承其它固定的或運動的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等4〕工作部件：包括2、機床的組成①與主運動和進給運動的有關執行部件，如主軸及主軸箱、工作臺及其溜板、滑枕等安裝工件或刀具的部件；②與工件和刀具有關的部件或裝置，如自動上下料裝置、自動換刀裝置、砂輪修整器等；③與上述部件或裝置有關的分度、轉位、定位機構和操縱機構等。2-2金屬切削機床5〕控制系統：控制系統用于控制各工作部件的正常工作，主要是電氣控制系統，有些機床局部采用液壓或氣動控制系統。數控機床那么是數控系統。6〕冷卻系統7〕潤滑系統機床的組成8〕其他裝置：如排屑裝置，自動測量裝置2-2金屬切削機床3、機床的分類

按機床的加工性質和所用刀具來分類，分成為12大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床和其它機床。每一類機床，又可按其結構、性能和工藝特點的不同細分為假設干組。同類型機床按通用性程度分為：通用機床〔或稱萬能機床〕、專門化機床和專用機床三類機床還可以按自動化程度分為：手動、機動、半自動和自動機床。機床還可以按質量和尺寸分為；儀表機床、中型機床、大型機床〔質量達10t〕、重型機床〔質量達30t以上〕和超重型機床〔質量在100t以上〕。圖2-35臥式車床的基本結構及運動1—主軸箱2—夾盤3—刀架4—后頂尖5—尾座6—床身7—光杠8—絲杠9—溜板箱10—底座11—進給箱XZn

◆普通車床2-2金屬切削機床

◆萬能臥式升降臺銑床nXY2-2金屬切削機床圖2-36萬能臥式升降臺銑床1—底座2—床身3—懸梁4—主軸5—支架6—工作臺7—回轉盤8—床鞍9—升降臺圖2-37立式鉆床1—工作臺2—主軸3—主軸箱4—立柱5—底座圖2-38搖臂鉆床1—底座2—工作臺3—立柱4—搖臂5—主軸箱和進給箱6—主軸nnff

◆立式鉆床與搖臂鉆床2-2金屬切削機床圖2-39臥式鏜床1—床身2—下滑座3—工作臺4—主軸箱5—前立柱6—主軸7—后立柱8—后支撐XZfn◆臥式鏜床2-2金屬切削機床

◆普通外圓磨床圖2-40普通外圓磨床1—床身2—床頭箱3—砂輪4—砂輪主軸箱5—尾座6—導軌7—工件8—工作臺fLfRnGnW2-2金屬切削機床

◆立式加工中心2-2金屬切削機床nXYZ圖2-41立式加工中心1—床身2—滑座3—工作臺4—立柱5—數控柜6—機械手7—刀庫8—主軸箱9—驅動電柜10—操縱面板2-2金屬切削機床

注：1）有“□”符號者，為大寫的漢語拼音字母；2）有“△”符號者，為阿拉伯數字；3）有“（）”的代號或數字，當無內容時則不表示，有內容時應去掉括號分類代號類別代號通用特性和結構特性代號組別代號型別代號主參數或設計順序號主軸數（用“·”分開）重大改進序號同一型號機床的變型代號(用“／”分開)最大跨距、最大工件長度、工作臺長度等第二參數(用“×”分開)(△)

□

(□)

△

△

△△

(·△)

(□)

(／△)

(×△)4、機床型號的編制

2-2金屬切削機床類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機床螺紋加工機床銑床刨插床拉床鋸床其他機床代號CZTM2M3MYSXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲銑刨拉割其〔1〕機床的類別代號機床的類別代號用大寫漢語拼音表示。例如：“車床〞的漢語拼音是“chechuang〞，所以用“C〞表示，讀作“車〞。當需要時，每一類可分為假設干個分類，其表示方法是在類別代號前用阿拉伯數字表示

2-2金屬切削機床〔2〕機床的特征代號機床的特征代號表示機床具有的特殊性能，它包括通用特征和結構特征。1〕通用特征代號當某種機床除普通形式外，還有某種特征時應在類代號后用字母表示，表2－2所示為常用的通用特征代號。〔2〕結構特征代號無統一規定，也用字母表示通用特性高精度精密自動半自動數控加工中心仿型輕型加重型簡式或經濟型柔性加工單元數顯高速代號GMZBKHFQCJRXS讀音高密自半控換仿輕重簡柔顯速

2-2金屬切削機床〔3〕機床組別代號和系別代號機床的組別和系別代號用兩位數字表示，前位表示組別，后位表示系列。每類機床分為十個組，每組又分假設干個系，分別用0～9表示。表2－3所示為機床的類、組別劃分

2-2金屬切削機床〔3〕機床組別代號和系別代號機床的組別和系別代號用兩位數字表示，前位表示組別，后位表示系列。每類機床分為十個組，每組又分假設干個系，分別用0～9表示。表2－3所示為機床的類、組別劃分2-2金屬切削機床表2-7常用機床主參數和第二主參數最大模數最大工件直徑滾齒機工作臺工作面長度工作臺工作面寬度坐標鏜床工作臺工作面長度工作臺工作面寬度矩臺平面磨床最大磨削長度最大磨削直徑外圓磨床主軸直徑臥式鏜床最大跨矩最大鉆孔直徑搖臂鉆床工作臺工作面長度工作臺工作面寬度升降臺銑床最大車削直徑立式車床工件最大長度床身上工件最大回轉直徑普通車床第二主參數主參數機床名稱〔5〕機床重大改進順序號機床的重大改進序號用于表示機床性能和結構上的重大改進，以與原型區別，序號按A、B、C、…的字母順序選用。2-2金屬切削機床〔5〕機床的其他特征代號機床其他特征代號用于反映各類機床的特征，如數控機床控制系統的不同、同一型號機床的變形等，用字母或阿拉伯數字表示或二者相結合來表示。〔6〕企業代號企業代號包括機床的生產廠家或機床研究所代號，置于輔助局部尾部，用“－〞分開，如輔助局部只有企業代號，那么不加“－〞。例如中捷友誼廠生產的搖臂鉆床Z3040×16/S2，型號中字母及數字的含義如下：Z3040×16/S2類別代號組代號系代號主參數第二主參數企業代號鉆床搖臂搖臂最大鉆孔直徑40mm最大跨距1600mm中捷友誼廠2-2金屬切削機床5、機床精度的概念機床本身的精度直接影響到零件的加工精度。因此，機床的精度必須滿足加工的要求。〔1〕機床的精度包括幾何精度、傳動精度和位置精度。①幾何精度包括：床身導軌的直線度、工作臺臺面的平面度等。②傳動精度是指機床內聯系傳動鏈兩端件之間運動關系的準確性③位置精度是機床運動部件，如工作臺、刀架和主軸箱等。〔2〕機床的精度有靜態精度和動態精度之分。①靜態精度是在無切削載荷以及機床不運動或運動速成度很低的情況下檢測的。靜態精度國家標準的內容包括：精度檢驗工程、檢驗方法和允許的誤差范圍。動態精度是機床在載荷、溫升、振動等作用下的精度。②動態精度除了與靜態精度密切有關外，很大程序上決定于機床的剛度、抗振性和熱穩定性等。2-2.2機床傳動原理為了實現加工過程中所需的各種運動，機床必須具備以下三個根本局部：〔1〕執行件執行機床運動的部件。如主軸、刀架、工作臺等，其任務就是裝夾刀具和工件，直接帶動它們完成運動形式的運動和保持準確的運動軌跡。〔2〕運動源為執行件提供和動力的裝置。如交流異步電動機、伺服電動機、步進電動機等。〔3〕傳動裝置傳遞運動和動力的裝置。通過它可以把運動源的運動和動力傳給執行件，使之獲得運動的速度和方向的運動；也可把兩個執行件聯系起來，使二者保持某種確定的運動關系。機床的傳動裝置有機械、液壓、電氣、氣壓等多種形式，本書主要講述機械傳動裝置，它應用帶、齒輪、齒條、絲杠螺母、滾珠絲杠等傳動實現運動聯系。2-2金屬切削機床傳動鏈——使運動源和執行件以及兩個有關的執行件保持運動聯系的一系列順序排列的傳動件。外聯系傳動鏈——聯系運動源和執行件的傳動鏈。內聯系傳動鏈——聯系兩個執行件之間的傳動鏈。通常傳動鏈中包含兩類傳動機構：一類是定比傳動機構，其傳動比和傳動方向固定不變，如定比齒輪副、蝸輪蝸桿副、絲杠螺母副、滾珠絲杠等；另一類是換置機構，可根據加工要求變換傳動比和傳動方向，如滑移齒輪變速機構、掛輪變換機構、離合器換向機構等。2-2金屬切削機床為了便于研究機床傳動系統的聯系，常用一些簡明的符號把傳動原理和傳動路線表示出來，這就是傳動原理圖。如圖2－4所示，其中點劃線代表傳動鏈中所有的定比傳動機構，棱形塊代表所有的換置機構。2-2.3機床傳動系統機床的傳動系統它是由實現成形運動和輔助運動的各傳動鏈組成。通常由傳動系統圖表達，如圖2－5所示為萬能升降臺銑床XA6132的外形圖，圖2－6所示為萬能升降臺銑床XA6132的傳動系統圖。它是表示機床全部運動關系的示意圖。圖中各傳動元件用簡單的規定符號表示〔符號見國家標準GB4460－84機械制圖－機構運動簡圖符號〕，并標注齒輪和蝸輪的齒數、蝸桿頭數、絲杠導程、帶輪直徑、電動機功率和轉速等。圖中各傳動元件按照運動傳遞的先后順序，以展開圖形式畫在能反映主要部件相互位置的機床外形輪廓中。2-2.3機床傳動系統2-2.3機床傳動系統主運動傳動鏈進給運動傳動鏈快速空程傳動鏈2-2.4機床運動計算機床的運動計算通常有兩種情況：據傳動系統圖提供的有關數據，確定某執行件的運動速度或位移量例1根據圖2－6所示的傳動系統，計算工作臺縱向進給速度。⑴確定傳動鏈的兩端件：進給電動機——工作臺。⑵根據兩端件的運動關系，確定它們的計算位移：電動機1410r/min——工作臺縱向移動速度uf縱向〔單位為mm/min〕。⑶根據計算位移經及傳動路線中各傳動副的傳動比，列運動平衡式：⑷計算進給速度：將uⅦ-Ⅷ、uⅧ-Ⅸ、uⅨ-Ⅹ不同傳動比代入運動平衡式，便可計算出工作臺的各級縱向進給速度。2-2.4機床運動計算據執行件所需的運動速度、位移量，或者有關執行件之間所需保持的運動關系確定相應傳動鏈中換置機構〔通常是掛輪變速機構〕的傳動比，以便進行必要的調整例2根據圖2－7所示螺紋機構傳動鏈，確定掛輪變速機構的轉換公式。⑴確定傳動鏈兩端件：主軸——刀架；⑵計算位移：主軸轉1轉——刀架移動L〔L是工件螺紋的導程，單位為mm〕；⑶運動平衡式：(P＝12mm傳動螺母導程)2-2.4機床運動計算⑷整理換置公式，確定配換齒輪齒數：將工件螺紋導程L(假設L=9mm)代入運動平衡式，得出換置公式確定配換齒輪a、b、c、d的齒數有兩種：假設ux是無理數時可查有關資料取近似值〔誤差必須在允許的范圍內〕。假設傳動比ux是有理數且分解因子不大可用因式分解法。此例，即a＝45、b＝30、c＝60、d＝80。〔為了保證齒輪的齒頂不至于碰到軸，必須滿足c+15<a+b；b+15<c+d，配換齒輪的齒數一般從20～120間隔為5選擇不同的齒數〕；2-2.5數控機床概述數控機床的定義

常見的有數控車床、數控鉆床、數控鏜床、數控銑床、數控磨床、數控加工中心等。數控機床工作時，首先要將被加工零件圖紙上的幾何信息和工藝信息數字化，按規定的代碼和格式編成加工程序，然后把加工程序輸入機床數控裝置，數控系統把程序進行譯碼、運算后向機床的各個坐標的伺服裝置和輔助控制裝置發出指令驅動機床運動部件、并控制所需要的輔助動作，完成零件的加工。2-2.5數控機床概述數控機床的組成及分類

數控機床的根本組成包括加工程序、輸入裝置、數控系統、伺服電機、輔助控制裝置、反響裝置和機床本體。數控機床一般按以下幾種方法分類〔1〕按工藝用途分1〕普通數控機床在加工工藝過程中的一個工序上實現數字控制的自動化機床，自動化程度還不夠完善，工藝可能性和通用機床相似，刀具更換、零件裝夾仍需人工完成。2〕數控加工中心機床加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數控機床，又稱多工序數控機床，簡稱加工中心。在一次裝夾后，可進行多種工序加工，有效防止由于屢次安裝造成的定位誤差，并提高加工生產率。2-2.5數控機床概述〔2〕按運動軌跡分1〕點位控制數控機床這類機床的數控裝置只能控制行程終點的坐標值，在移動過程中不能進行切削加工。2〕點位直線控制數控機床這類機床不僅要求具有準確的定位功能，還要求當機床的位移部件移動時，可沿平行于坐標軸的直線及與坐標軸成45的斜線進行加工。3〕輪廓控制數控機床這類機床的控制裝置不僅能準確定位，而且還能夠控制加工過程中每點的速度和位置，以得到形狀復雜的零件輪廓。2-2.5數控機床概述〔3〕按伺服系統的控制方式分1〕開環控制數控機床機床沒有檢測反響裝置，機床加工精度不高，其精度主要取決于伺服系統的性能。2〕閉環控制數控機床增加了檢測反響裝置，在加工過程中隨時檢測機床位移部件的位置，以到達很高精度。3〕半閉環控制數控機床半閉環控制數控機床對工作臺實際不進行檢查測量，而是測量伺服電機的轉角，推算工作臺實際位移量2-2.5數控機床概述數控機床的傳動特點

〔1〕傳動系統的各個運動局部一般均由各自獨立的伺服電機獨立驅動。每一運動的傳動鏈實現了最短的傳動路線，為提高傳動精度提供了有利條件；〔2〕回轉運動由伺服電機實現無級調速，直線運動由滾珠絲杠來實現；〔3〕機床中所有內聯系傳動鏈都由數控系統完成。2-2.5數控機床概述

數控機床的加工特點

第二章金屬切削機床與刀具第三節刀具2-3.1刀具的類型金屬切削刀具是完成切削加工的重要工具，它直接參與切削過程，從工件上切除多余的金屬層。因為刀具變化靈活，作用顯著，所以它是切削加工中影響生產率、加工質量和本錢的最活潑的因素。根據用途和加工方法不同，刀具有如下幾大類1.切刀類包括車刀、刨刀、插刀、鏜刀、成形車刀、自動機床和半自動機床用的切刀以及一些專用切刀。一般多為只有一條主切削刃的單刃刀具。2.孔加工刀具是在實體材料上加工出孔或對原有孔擴大孔徑〔包括提高原有孔的精度和減小外表粗糙度值〕的一種刀具。如麻花鉆、擴孔鉆、锪孔鉆、深孔鉆、鉸刀、鏜刀等。2-3.1刀具的類型3.拉刀類在工件上拉削出各種內、外幾何外表的刀具，生產率高，用于大批量生產，刀具本錢高。4.銑刀類是一種應用非常廣泛的在圓柱或端面具有多齒、多刃的刀具，它可以用來加工平面、各種溝槽、螺旋外表和成形外表等。5.螺紋刀具指加工內、外螺紋外表用的刀具。常用的有絲錐、板牙、螺紋切頭、螺紋液壓工具以及螺紋車刀等。6.齒輪刀具用于加工齒輪、鏈輪、花鍵等齒形的一類刀具。如齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、花鍵滾刀等。7.磨具類用于外表精加工和超精加工的刀具。如砂輪、砂帶、拋光輪等。2-3.1刀具的類型8.組合刀具、自動線刀具是根據組合機床和自動線特殊要求設計的專用刀具，可以同時或依次工具假設干個外表。9.數控機床刀具刀具配置根據零件的工藝要求而定，有預調裝置、快速換刀裝置和尺寸補償系統。10.特種加工刀具如水刀等。2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.1刀具的類型2-3.2刀具切削局部的幾何參數金屬切削刀具的種類很多，各種刀具的結構有的相差很大，但它們的切削局部的幾何形狀都大致相同，都是以普通外圓車刀切削局部的幾何形態為根本形態，其他刀具的切削局部都是由外圓車刀的切削局部演變而來的。因此，我們在刀具切削局部根本定義時，是以普通外圓車刀為例進行分析研究的。1、刀具切削局部的組成普通外圓車刀的切削局部包括以下要素切削局部由3個刀面〔前刀面、主后刀面和副后刀面〕，2個刀刃〔主切削刃和副切削刃〕和1個刀尖組成。2-3.2刀具切削局部的幾何參數2、刀具角度

為定量地表示刀具切削局部的幾何形狀，必須把刀具放在一個確定的參考系中，用一組確定的幾何參數確切表達刀具外表和切削刃在空間的位置，該幾何參數稱為刀具角度。工作參考系，即規定刀具在切削加工時幾何參數的參考系，它與刀具的安裝情況、切削運動的大小和方向等因素有關。度量刀具角度的參考系分兩類。靜止參考系〔也稱標注角度參考系〕，是用于定義刀具的設計、制造、刃磨和測量時幾何參數的參考系，它不受刀具工作條件的影響，即只考慮主運動和進給運動的方向，不考慮進給運動的大小，刀具的安裝定位基準與主運動方向平行或垂直；2-3.2刀具切削局部的幾何參數刀具標注角度參考系（正交平面參考系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃正交平面PoA1〕基面Pr：通過切削刃選定點與主運動方向垂直的平面。基面與刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr車刀正交平面參考系2〕切削平面Ps：通過切削刃選定點與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3〕正交平面Po：通過切削刃選定點垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。γo影響切削難易程度。增大前角可使刀具鋒利，切削輕快。但前角過大，刀刃和刀尖強度下降，刀具導熱體積減小，影響刀具壽命。Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ02-3.2刀具切削局部的幾何參數刀具標注角度用硬質合金車刀切削鋼件，γo取10～20°；切削灰鑄鐵，γo取5～15°；切削鋁及鋁臺金，γo取25～35°；切削高強度鋼，γo取-5～-10°。Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工外表之間的摩擦以及主后刀面的磨損。但后角過大，刀刃強度下降，刀具導熱體積減小，反而會加快主后刀面的磨損。α02-3.2刀具切削局部的幾何參數粗加工和承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強度，后角可選小些，一般為4°～6°；精加工時切深較小，為保證加工的外表質量，后角可選大一些，一般為8°～12°。主偏角應根據加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。κr的大小影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削的長度增加，負荷減輕，同時加強了刀尖，增大了散熱面積，使刀具壽命提高。κr的大小還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大，當加工剛性較弱的工件時，易引起工件變形和振動。2-3.2刀具切削局部的幾何參數Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκrκr′AA向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工外表之間的摩擦，以防止切削時產生振動。副偏角的大小影響刀尖強度和外表粗糙度。2-3.2刀具切削局部的幾何參數κr′在切深、進給量和主偏角相同的情況下，減小副偏角可使殘留面積減小，外表粗糙度降低。a）b）c）圖2-51刃傾角對排屑方向的影響2-3.2刀具切削局部的幾何參數λs影響刀尖強度和切屑流動方向。粗加工時為增強刀尖強度，λs常取負值；精加工時為防止切屑劃傷已加工外表，λs常取正值或零。2-3.2刀具切削局部的幾何參數標注角度參考系還有：法平面參考系及標注角度在刃傾角較大時，常用法平面內前、后角

n、

n代替正交平面前、后角

o、

o。所謂法平面Pn，它是通過主切削刃上的選定點，垂直于切削刃在該點的切線的平面。由Pn、Pr、PS組成法平面參考系，如圖2－18a所示。標注角度除

n、

n外，其余標注角度與正交平面參考系相同背平面和假定工作平面參考系及標注角度在制造和刃磨刀具時，常需要知道刀具在背平面和假定工作平面的角度。假定工作平面Pf是通過切削刃上的選定點，垂直于基面Pr且平行于進給運動方向的平面；背平面PP是通過切削刃上的選定點垂直于基面Pr和假定工作平面的平面。由Pf、Pr、PP組成背平面和假定工作平面參考系2-3.2刀具切削局部的幾何參數標注角度參考系還有：法平面參考系及標注角度在刃傾角較大時，常用法平面內前、后角

n、

n代替正交平面前、后角

o、

o。所謂法平面Pn，它是通過主切削刃上的選定點，垂直于切削刃在該點的切線的平面。由Pn、Pr、PS組成法平面參考系，如圖2－18a所示。標注角度除

n、

n外，其余標注角度與正交平面參考系相同背平面和假定工作平面參考系及標注角度在制造和刃磨刀具時，常需要知道刀具在背平面和假定工作平面的角度。假定工作平面Pf是通過切削刃上的選定點，垂直于基面Pr且平行于進給運動方向的平面；背平面PP是通過切削刃上的選定點垂直于基面Pr和假定工作平面的平面。由Pf、Pr、PP組成背平面和假定工作平面參考系刀具工作角度參考系及工作角度

2-3.2刀具切削局部的幾何參數在實際工作中，由于假定的工作條件發生了變化，使標注參考系中的各個坐標面和測量面的位置也發生了變化。因此，刀具在切削加工時的工作角度要在工作參考系中進行測量。工作參考系也分為正交平面工作參考系、法平面工作參考系以及工作平面和背平面工作參考系等。工作參考系中各坐標平面的定義與標注參考系方法一樣，只要用合成切削速度

e方向的取代主運動

c的方向即可。它們是工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作正交平面Poe、工作法平面Pne、工作平面Pfe、工作背平面Ppe等相應的工作角度分別用kre、kre′

、

Se、

oe、

oe表示，它們是在切削過程中真正起作用的角度。刀具工作角度

式中μ角是主運動方向與合成切削速度方向間的夾角。◆進給運動對工作角度的影響橫向（圖2-53）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPes圖2-53切斷刀的工作角度fxα0（2-8）2.6.2刀具幾何角度

（2-8a）

縱向（圖2-54）

在進給剖面，有：將其換算到主剖面內得到：在主剖面內：（2-9）O—O圖2-54外圓車刀工作角度μffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe2-3.2刀具切削局部的幾何參數◆刀具安裝對工作角度的影響

2-3.2刀具切削局部的幾何參數刀尖高于工件的中心線車削外圓時，工作基面Pre和Pr、工作切削平面Pse和Ps之間有夾角

p,這時在背平面Pp內工作的前、后角分別為：圖2-52車刀安裝高度對工作角度的影響γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr

2.6.2刀具幾何角度

如果刀尖低于工件中心，那么上述工作角度的變化正好相反。我們可以自己分析一下。◆刀具安裝傾斜的影響

2-3.2刀具切削局部的幾何參數式中G——刀具軸線的傾斜角度。對刀具切削部分材料的要求1〕高的硬度和耐磨性2〕足夠的強度和韌性3〕較好的熱硬性4〕良好導熱性5)較好的抗粘接性6〕較好化學穩定性7)良好的工藝性經濟性2-3.3刀具材料刀具材料種類很多，常用的有工具鋼〔包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼〕、硬質合金、陶瓷、金剛石〔天然和人造〕和立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具。◆高速鋼高速鋼是一種參加了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。特點：1〕強度高，抗彎強度為硬質合金的2～3倍；2〕韌性高，比硬質合金高幾十倍；3〕硬度HRc63以上，且有較好的耐熱性；4〕可加工性好，熱處理變形較小。應用：常用于制造各種復雜刀具〔如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等〕。2-3.3刀具材料

常用刀具材料表2-9常用高速鋼牌號及其應用范圍類別牌號主要用途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于制造對韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復雜刀具，價格昂貴

2-3.3刀具材料

◆硬質合金

超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預燒結的硬質合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據其質量的不同，硬度范圍為HK8000～12000〔HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2〕，密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01μm左右，刀具壽命可長達數百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和外表粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價格廉價，焊接方便，可磨削性好，因此成為當前金剛石刀具的主要材料，可在大局部場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復雜的刀具〔如硬質合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等〕上進行涂層，故具有廣闊的開展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動，其耐熱性達1200℃左右，化學惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發生化學反響。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機床一夾具一工件一刀具系統的剛性好。只有這樣才能充分發揮這些先進刀具材料的作用，取得良好的使用效果。硬質合金因其切削性能優良而被廣泛用來制作各種刀具。在我國，絕大多數車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質合金制造，目前，在一些較復雜的刀具上，如立銑刀、孔加工刀具等也開始應用硬質合金制造。2-3.3刀具材料

超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預燒結的硬質合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據其質量的不同，硬度范圍為HK8000～12000〔HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2〕，密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01μm左右，刀具壽命可長達數百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和外表粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價格廉價，焊接方便，可磨削性好，因此成為當前金剛石刀具的主要材料，可在大局部場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復雜的刀具〔如硬質合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等〕上進行涂層，故具有廣闊的開展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動，其耐熱性達1200℃左右，化學惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發生化學反響。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機床一夾具一工件一刀具系統的剛性好。只有這樣才能充分發揮這些先進刀具材料的作用，取得良好的使用效果。表2-10各種硬質合金的應用范圍牌號應用范圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續切削時的粗加工、半精加工，亦可用于斷續切削時的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強度、韌性、進給量硬度、耐磨性、切削速度2-3.3刀具材料

超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預燒結的硬質合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據其質量的不同，硬度范圍為HK8000～12000〔HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2〕，密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達0.01μm左右，刀具壽命可長達數百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和外表粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價格廉價，焊接方便，可磨削性好，因此成為當前金剛石刀具的主要材料，可在大局部場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復雜的刀具〔如硬質合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等〕上進行涂層，故具有廣闊的開展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動，其耐熱性達1200℃左右，化學惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發生化學反響。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機床一夾具一工件一刀具系統的剛性好。只有這樣才能充分發揮這些先進刀具材料的作用，取得良好的使用效果。◆陶瓷刀具材料陶瓷材料比硬質合金具有更高的硬度〔HRA91～95〕和耐熱性，在1200℃的溫度下仍能切削，耐磨性和化學惰性好，摩擦系數小，抗粘