機械制造技術基礎-西安交大課件

1、機械制造技術基礎,機械工程學院先進制造技術研究所2012-2013學年第一學期（2012.09. －2012.12）金濤 tomking@mail.xjtu.edu.cn,緒論,“制造業(yè)是國民經濟的主要支柱”—引自：國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要一、制造業(yè)與制造技術 制造業(yè)是一個國家的立國之本、民族產業(yè)和支柱產業(yè)。是反映一個國家經濟實力的重要標志，是為國家創(chuàng)造財富的重要產業(yè)，也是保障國家安全的重要產業(yè)

2、。 如：機床業(yè)（基礎行業(yè)－工欲善其事，必先利其器），家電，汽車，醫(yī)療，農業(yè)，造船業(yè)，紡織，印刷，IT制造業(yè)；航天、航空，宇航等。,緒論,緒論,制造技術支撐著制造業(yè)的發(fā)展，先進的制造技術能使一個國家的制造業(yè)乃至整個國民經濟處于極富競爭力的地位。忽視制造技術的發(fā)展，將會使經濟發(fā)展出現嚴重問題。如美國和日本的正反兩方面教訓。二、機械制造業(yè)的現狀,緒論,國外（八國聯軍） 加工對象：極大和極小，極端制造

3、； 精度和效率：精密和超精密、高速和超高速； CNC控制系統(tǒng)：五軸聯動、六軸聯動； 制造技術科學的基礎研究：投入巨大； 制造技術研究與裝備開發(fā)的手段：不斷開發(fā)，不斷更新（工藝、檢測技術、刀具及功能部件、設計、分析與計算手段等）。,緒論,三維造型軟件，如UG，PRO/E，CARTIA，SolidWorks等； 有限元分析軟件，如ANSYS，Abaqus， MR

4、C ，Dynaform，Forge等； 計算分析軟件，如Matlab，Mathematica，Maple等。 （現代工程師應掌握這三類軟件的至少一個?。?緒論,國內昨天－輝煌的過去 四大發(fā)明，卓越的鍛壓和鑄造技術等。-武林至尊，寶刀屠龍；倚天不出，誰與爭鋒今天－制造大國，不是制造強國 中低端產品居多，關鍵件、重要零部件的加工依賴進口，經常受國外的技術限制（“巴統(tǒng)”）、整機裝配工藝技術落后。高端的

5、數控產品，IT制造的核心裝備－光刻機，大型核電、風電、水電設備，大型發(fā)電機組、激光核聚變裝置（點火工程）等。,緒論,,青海華鼎超重型數控臥式鏜車床重大專項,最大回轉直徑 ?5m最大工件長度 ?25m工件重量 500t雙床身、雙刀架布局,緒論,裝備制造業(yè)：國民經濟發(fā)展 / 國防建設 / 技術裝備 / 基礎產業(yè) 2010年: 占GDP的11.5％, 世界前三位（2002年: 9.4%, 世界前四位）

6、“我國是世界制造大國，但還不是制造強國” ,自主創(chuàng)新能力弱、對外依存度高、國際競爭力不強。極易受到國際經濟、政治環(huán)境的制約。,緒論,主要表現在以下幾個方面：對制造技術中的重要基礎科學問題的研究遠遠不夠單元技術、功能部件的研究和開發(fā)落后整機的裝配工藝技術落后（沈機案例、傳統(tǒng)文化中“學而優(yōu)則仕”的深遠影響）,緒論,造成的后果： 所制造的機床，在加工精度、切削穩(wěn)定性、精度保持性、可靠性等方面與國外同類產品相比，

7、存在很大的差距。,緒論,明天－Yesterday Once More？！物質平臺：國家政策支持、企業(yè)、高校人才平臺：誰是主力軍？三、制造技術的發(fā)展 制造技術已從單工序的研究發(fā)展到制造系統(tǒng)（物質流、信息流、資金流）的研究。如車銑、鏜銑復合機床、加工中心、FMS（柔性制造系統(tǒng)）、CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）,緒論,隨著制造技術的發(fā)展，制造技術不再僅僅是以力學、切削理論為主要基礎的一門學科，而是涉及了機械科學、

8、系統(tǒng)科學、信息科學、材料科學和控制技術的一門綜合學科。,緒論,四、機械制造的基本流程－零件與機器 零件是機器的組成單元，裝配時機器是由零件單元逐一裝配而成，但在設計的時候卻是從整臺機器開始的。一種新產品（機器）的開發(fā)內容包括概念設計、方案設計、詳細設計、樣機試制與評審、工藝設計、新產品鑒定、試銷、生產準備、批量生產。在方案設計階段往往需要設計多種方案，通過性能、成本等的對比，經評審最后確定一種方案。,緒論,在詳細

9、設計階段，是從繪制產品（機器）的總裝圖開始，在完成產品的總裝圖設計后，再進行拆畫零件圖，在零件圖上除標注正確的幾何尺寸外，還要根據機器的性能要求標注出零件的精度要求。可見零件的精度要求來自于機器。而在制造過程中，是先加工出合格的零件，然后再通過合理的裝配工藝將零件裝配成滿足一定功能的機器。,緒論,五、本課程學習的目的 能對機械制造有一個總體的、全貌的了解與把握，能掌握金屬切削過程的基本規(guī)律，掌握機械加工的基本知識

10、，能選擇加工方法與機床、刀具、夾具及加工參數，具備制訂工藝規(guī)程的能力和掌握機械加工精度和表面質量分析的基本理論和基本知識，初步具備分析解決現場工藝問題的能力，了解當今先進制造技術的發(fā)展概況。,第一章 機械加工方法,第一節(jié) 零件的成形原理 按照零件由原材料或毛坯制造成為零件的過程中，質量M的變化，可分為△M＜0,△M＝0,△M＞0三種原理，不同原理采用不同的成形工藝方法。 △M＜0，材料去除

11、原理，如傳統(tǒng)的切削加工方法，包括磨料磨削、特種加工等,在制造過程中通過材料逐漸被去除而獲得需要的幾何形狀。,第一章 機械加工方法,△M＝0，材料基本不變原理，如鑄造、鍛造及模具成型（注塑、沖壓等）工藝，在成形前后，材料主要是發(fā)生形狀變化，而質量基本不變。 △M＞0，材料累加成形原理，如上世紀80年代出現的快速原形（Rapid Prototyping）技術，在成形中通過材料累加獲得所需形狀。,第一章 機械加工方法,一

12、、△M＜0 的制造過程 △M＜0主要指切削加工，該加工過程是通過刀具和工件之間的相對運動及相互力的作用實現的。工件往往通過夾具安裝在機床上，機床帶動刀具或工件或兩者同時進行運動。切削過程中，有力、熱、變形、振動、磨損等現象發(fā)生，這些現象的綜合作用決定了零件,第一章 機械加工方法,最終獲得的幾何形狀及表面質量。 對于加工精度要求特別高的零件，需要采取精加工及超精加工工藝（其尺寸精度往往達到亞微米乃至納

13、米級）。這些工藝在航空航天、計算機產品等領域有著廣泛的應用。,第一章 機械加工方法,特種加工是指利用電能、光能或化學等方法完成材料的去除成形方法，這些方法主要適合于加工超硬度、易碎等常規(guī)加工方法難加工的場合。如當前發(fā)展比較快的三束加工（激光束、電子束、離子束），在微細加工中有廣泛的應用。另外近幾年發(fā)展的高壓水射流等加工方法，也有其顯著的優(yōu)點。,第一章 機械加工方法,二、△M＝0 的制造過程 △M＝0的工藝內容主要

14、屬于材料成形課程的研究范疇。主要指鑄造、鍛壓和焊接等熱加工工藝。在我國，鑄造工藝、鍛壓模具的設計和制造方面 均是薄弱環(huán)節(jié)，特別是模具工業(yè)，模具制造精度要求較高，其生產方式往往是單件生產。模具的設計和制造需要CAD和CAE,第一章 機械加工方法,等一系列高新技術，屬于技術密集型產業(yè)。三、△M＞0 的制造過程△M＞0 的工藝即材料累加法制造（MIM）工藝 出現于上個世紀80年代，通過材料逐漸累加成型 。這一工藝又稱RP技術（Rapid

15、Prototyping） 。其優(yōu)點是：無需編程，即可以成型任意復雜形狀的零件，而無需刀、夾具等生產準備活動。,第一章 機械加工方法,RP技術制造出來的原型可供設計評估、投標或展示之用。RP技術與快速精鑄技術（Quick Casting）及快速模具制造技術（Rapid Tooling）等相結合，又可以為小批量或大批量生產服務，因而RP技術成為加速新產品開發(fā)及實現并行工程的有效技術。一些工業(yè)發(fā)達國家（如美、日、德等）已經全面應用這一技術來提

16、高制造業(yè)的競爭能力。,第一章 機械加工方法,RP技術已形成了幾種成熟的工藝方法，進入了商品化階段。目前商業(yè)化的設備主要有光固化法/SL法（Stereolithography）、疊層制造法/LOM法（Laminated Object Manufacturing）、激光選區(qū)燒結/SLS法（Selective Laser Sintering）、熔積法/FDM法（Fused Deposition Modeling）。,第一章 機械加工方法,第二

17、節(jié) 機械加工方法 采用機械加工方法獲得零件的形狀，是通過機床利用刀具將毛坯上多余的材料切除來獲得的。根據機床運動的不同、刀具的不同，可分為不同的加工方法，主要有：車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜削及特種加工等。,第一章 機械加工方法,一、車削主運動－工件的旋轉運動進給運動－刀具相對于工件的運動刀具 刀具的結構和形狀是基本的，“一尖二刃三刀面”。能加工的表面,第一章 機械加工方法,,車床加工的典型工

18、序,第一章 機械加工方法,內外圓柱面、端面、內外圓錐面、旋轉曲面、螺紋面及偏心軸等。加工精度 車削加工精度一般為IT8～IT7，表面粗糙度為Ra6.3～1.6μm。精車時，可達IT6～IT5，粗糙度可達Ra0.4～0.1μm。工藝特點 生產效率較高，加工過程平穩(wěn)，刀具簡單。,第一章 機械加工方法,二、銑削主運動－銑刀的旋轉運動進給運動－工件的直線運動銑削的不同型式 臥銑和立銑 臥銑時，平面的

19、形成是由銑刀的外圓面上的刃形成的；立銑時，平面是由銑刀的端面刃形成的。,第一章 機械加工方法,,銑削加工,第一章 機械加工方法,,順銑和逆銑,第一章 機械加工方法,順銑和逆銑 順銑時，銑削力的水平分力與工件的進給方向相同，而工作臺進給絲杠與固定螺母之間一般又有間隙存在，因此切削力容易引起工件和工作臺一起向前竄動，使進給量突然增大，容易引起打刀。逆銑則可以避免這一現象，因此，生產中多采用逆銑。,第一章 機械加工方法

20、,在順銑鑄件或鍛件等表面有硬度的工件時，銑刀齒首先接觸工件的硬皮，加劇了銑刀的磨損，逆銑則無這一缺點。但逆銑時，切削厚度從零開始逐漸增大，因而刀刃開始經歷了一段在切削硬化的已加工表面上擠壓滑行的階段，也會加速刀具的磨損，同時，逆銑時，銑削力具有將工件上抬的趨勢，也易引起振動，這是逆銑的不利之處。,第一章 機械加工方法,刀具 銑刀的結構較復雜，屬于多刃刀具。能加工的表面 平面、曲面（成形銑刀銑削齒輪、球頭銑刀加工復雜型面）。

21、加工精度一般可達IT8～IT7，表面粗糙度為Ra6.3～0.8μm。,第一章 機械加工方法,工藝特點 生產效率較高；銑刀的散熱條件較好；切削過程有沖擊和振動產生，影響表面質量，加速刀具的磨損和破損。三、刨削主運動－刨刀的直線往復運動能加工的表面－平面,第一章 機械加工方法,刨削加工,第一章 機械加工方法,刨床的結構形式 牛頭刨床和龍門刨床。牛頭刨床一般只用于單件生產，加工中小型工件；龍門刨床主要用來加工大型工件，加

22、工精度和生產率都高于牛頭刨床。加工精度一般可達IT8～IT7，表面粗糙度為Ra3.2～,第一章 機械加工方法,1.6μm，精刨時平面度可達0.02/1000，表面粗糙度可達Ra0.8～0.4μm。 插床實際上可以看作立式的牛頭刨床，主要用來加工鍵槽等內表面。插齒機的插刀與轉動的工件形成范成運動，可加工出漸開線齒輪的齒面。,第一章 機械加工方法,四、鉆削和鏜削鉆削主運動－鉆頭的旋轉運動進給運動－鉆頭的

23、軸向運動刀具－鉆頭能加工的表面－孔,第一章 機械加工方法,加工精度 鉆削的加工精度較低，一般只能達到IT11～IT13，表面粗糙度一般為Ra12.5～0.8μm。 精度高、表面質量要求高的小孔，在鉆削后常常采用擴孔和鉸孔來進行半精加工和精加工。,第一章 機械加工方法,擴孔、鉸孔時，擴孔鉆和鉸刀均在原底孔的基礎上進行加工，因此無法提高孔軸線的位置精度以及直線度。,鉆削加工,第一章 機械加工方法,2. 鏜削主運動－鏜刀和鏜

24、桿的旋轉運動刀具－鏜刀（單刃或雙刃）能加工的表面－孔（精加工）加工精度 鏜孔加工精度一般為IT10～IT8，表面粗糙度為Ra3.2～0.8μm,第一章 機械加工方法,鏜孔時，鏜孔后的軸線是以鏜桿的回轉軸線決定的，因此可以校正原底孔軸線的位置精度。鏜孔可在鏜床上或車床上進行。,鏜床鏜孔,車床鏜孔,第一章 機械加工方法,五、齒面加工 根據形成齒面的方法不同，可分為兩大類 ：成形法和展成法(又稱范成法)。 成形法

25、 成形法加工齒面所使用的機床一般為普通銑床，刀具為成形銑刀，需要兩個簡單成形運動：刀具的旋轉運動(主切削運動)和直線移動（進給運動）。,第一章 機械加工方法,展成法 展成法加工齒面的常用機床有滾齒機、插齒機等。 在滾齒機上滾切斜齒圓柱齒輪時，一般需要兩個復合成形運動：由滾刀的旋轉運動B11和工件的旋轉運動B12組成的展成運動；由刀架軸向移動A21和工件附加旋轉運動 B22組成的差動運動。,

26、第一章 機械加工方法,前者產生漸開線齒形，后者產生螺旋線齒長。圖示為滾齒機滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖 。,滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理,第一章 機械加工方法,六、復雜曲面加工 三維曲面的切削加工，主要采用仿形銑和數控銑的方法或特種加工方法（見本節(jié)八）。仿形銑必須有原型作為靠模，加工中球頭仿形頭始終以一定壓力接觸原型曲面，仿形頭的運動變換為電感量，信號經過放大控制銑床三個軸的運動，形成刀頭,第一章 機械加工方法,

27、沿曲面運動的軌跡。銑刀多采用與仿形頭等半徑的球頭銑刀。 仿形加工的誤差取決于加工系統(tǒng)的動特性、原型精度、靠模壓力、切削用量及曲面本身的復雜程度等。 采用數控銑床或加工中心加工時，曲面是通過球頭銑刀逐點按曲面坐標值加工而成。,第一章 機械加工方法,七、磨削主運動－砂輪的旋轉運動刀具－砂輪砂輪上的每個磨粒都可以看成一個微小刀齒，砂輪的磨削過程，實際上是磨粒對工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應。,

28、第一章 機械加工方法,磨削中，磨粒本身也會由尖銳逐漸磨鈍，使切削能力變差，切削力變大，當切削力超過粘結劑強度時，磨鈍的磨粒會脫落，露出一層新的磨粒，這就是砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會阻塞砂輪，因而，磨削一定時間后，需用金剛石刀具等對砂輪進行修整。,第一章 機械加工方法,能加工的表面內外圓柱面、平面、特殊曲面（如齒面）。,磨削加工a)磨外圓 b)磨內孔 c)磨平面,第一章 機械加工方法,加工精度 磨床是精加工

29、機床，磨削精度可達IT7—IT5，表面粗糙度可達Ra1.6～0.025μm，甚至可達Ra0.1～0.008μm。工藝特點 磨削時，由于刀刃很多，所以加工過程平穩(wěn)、精度高，表面粗糙度小。,第一章 機械加工方法,磨削的另一特點是可以對淬硬的工件進行加工，因此，磨削往往作為最終加工工序。但磨削時，產生熱量大，需要有充分的切削液進行冷卻，否則會產生磨削燒傷，降低表面質量。,第一章 機械加工方法,八、特種加工 科學和

30、技術的發(fā)展提出了許多傳統(tǒng)切削加工方法難以完成的加工任務，如具有高硬度、高強度、高脆性或高熔點的各種難加工材料(如硬質合金、鈦合金、淬火工具鋼、陶瓷、玻璃等)零件的加工，具有較低剛度或復雜曲面形狀的特殊零件 (如薄壁件、彈性元件、具有復雜,第一章 機械加工方法,曲面形狀的模具、葉輪機的葉片、噴絲頭等)的加工等。特種加工方法正是為完成這些加工任務而產生和發(fā)展起來的。 特種加工方法區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，而是利用化學、

31、物理(電、聲、光、熱、磁)或電化學方法對工件材料進行去除的一系列加工方法的總稱。,第一章 機械加工方法,這些加工方法包括：化學加工(CHM)、電化學加工(ECM)、電化學機械加工(ECMM)、電火花加工(EDM)、電接觸加工(RHM)、超聲波加工(USM)、激光束加工(LBM)、離子束加工(IBM)、電子束加工(EBM)、等離子體加工(PAM)、電液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料噴射加工(AJM)、液體噴射加工(HDM)及各

32、類復合加工等。,第二章 金屬切削原理與刀具,金屬切削過程是刀具與工件相互作用的過程，在此過程中，為了能將工件上多余的金屬材料切除掉，對刀具的結構及其材料需提出相應的要求。本章主要介紹刀具的結構、材料以及切削過程的基本現象。最后，簡要介紹高速切削中的 基本概念及其所用刀具。,第二章 金屬切削原理與刀具,第一節(jié) 刀具的結構一、運動與切削要素1.切削運動 金屬切削加工是利用刀具切去工件毛坯上多余的金屬層(加工余量

33、)，以獲得具有一定的尺寸、形狀、位置精度和表面質量的機械加工方法。,第二章 金屬切削原理與刀具,刀具的切削作用是通過刀具與工件之間的相互作用和相對運動來實現的。 刀具與工件間的相對運動稱為切削運動，即表面成形運動。切削運動可分解為主運動和進給運動。⑴ 主運動是切下切屑所需的最基本的運動。在切削運動中,主運動的速度最高、消耗的功率最大，主運動只有一個。,第二章 金屬切削原理與刀具,⑵ 進給運動是多余材料不斷被投入

34、切削,從而加工出完整表面所需的運動。進給運動可以有一個或幾個。 切削運動及其方向用切削運動的速度矢量來表示。如圖所示，用車刀進行普通外圓車削時的切削運動，圖中主運動切削速度 ,進給速度 和切削運動速度之間的關系為：,,,,第二章 金屬切削原理與刀具,切削運動與切削表面,第二章 金屬切削原理與刀具,2.切削要素 在切削過程中，工件上通常存在著3個不斷變化的表面。已加工表面：工件上已切

35、去切屑的表面。待加工表面：工件上即將被切去切屑的表面。 加工表面（過渡表面）：工件上正在被切削的表面。,第二章 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。⑴ 切削用量 切削用量是切削時各參數的合稱，包括切削速度、進給量和切削深度（背吃刀量）三要素，它們是設計機床運動的依據。1)切削速度,,第二章 金屬切削原理與刀具,在單位時間內，刀具和工件在主運動方向上的相對位移，單位為m/s。若主運動為

36、旋轉運動，則計算公式為 ： 式中 －為工件待加工表面或刀具的最大直徑（mm）； n－工件或刀具每分鐘轉數（r/min）。,,第二章 金屬切削原理與刀具,2)進給量

37、 在主運動每轉一轉或每一行程時（或單位時間內），刀具和工件之間在進給運動方向上的相對位移，單位是mm/r（用于車削、鏜削等）或mm/行程（用于刨削、磨削等）。進給量還可以用進給速度 （單位是mm/s）或每齒進給量,第二章 金屬切削原理與刀具,(用于銑刀，鉸刀等多刃刀具，單位為mm/齒)表示。一般情況下， 3)切削深度（背吃刀量）,第二章 金屬切削原理與刀具,待加工表面與已加工表面之間的垂直距離（

38、mm）。車削外圓時為式中， ， 分別為待加工表面和已加工表面的直徑（mm）。（2）切削層的幾何參數 切削層是指工件上正被切削刃切削的一層金屬，以車削外圓為例 ，,第二章 金屬切削原理與刀具,切削層是指工件每轉一轉，刀具從工件上切下的那一層金屬。切削層的大小反映了切削刃所受載荷的大小，直接影響到加工質量、生產率和刀具的磨損等。 切削寬度 沿主切削刃方向度量的切削層尺寸（mm）。車外圓時

39、 ：,第二章 金屬切削原理與刀具,切削厚度 兩相鄰加工表面間的垂直距離（mm）。車外圓時 。切削面積 切削層垂直于切削速度截面內的面積,,,第二章 金屬切削原理與刀具,切削用量與切削層數,第二章 金屬切削原理與刀具,車外圓時 ：二、刀具角度1.刀具切削部分的組成 切削刀具的種類很多，結構也多種多樣。下面以外圓車刀為例說明，外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，如圖

40、所示。,,第二章 金屬切削原理與刀具,其切削部分(又稱刀頭)由前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所組成。,車刀的組成,第二章 金屬切削原理與刀具,前面（前刀面） 刀具上與切屑接觸并相互作用的表面。主后面（主后刀面） 刀具上與工件過渡表面接觸并相互作用的表面。 副后面（副后刀面） 刀具上與工件已加工表面接觸并相互作用的表面。主切削刃 前刀面與主后刀面的交線，它完成主要的切削工作。,第二章 金屬切削原理與刀具,副切

41、削刃 前刀面與副后刀面的交線，它配合主切削刃完成切削工作，并最終形成已加工表面。刀尖 連接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直線段或圓弧。 其它各類刀具，如刨刀、鉆頭、銑刀等，都可看作是車刀的演變和組合。,第二章 金屬切削原理與刀具,如圖所示，刨刀切削部分的形狀與車刀相同；鉆頭可看作是兩把一正一反并在一起同時車削孔壁的車刀，因而有兩個主切削刃，兩個副切削刃，還增加了一個橫刃 ；銑刀可看作由多把車刀

42、組合而成的復合刀具，其每一個刀齒相當于一把車刀 。,第二章 金屬切削原理與刀具,刨刀、鉆頭、銑刀切削部分的形狀 a)刨刀 b)鉆頭 c)銑刀,第二章 金屬切削原理與刀具,2.刀具角度的參考平面 刀具要從工件上切下金屬，必須具有一定的切削角度，也正是由于切削角度才決定了刀具切削部分各表面的空間位置。要確定和測量刀具角度，必須引入三個相互垂直的參考平面，如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,確定車刀

43、角度的參考平面,第二章 金屬切削原理與刀具,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。,第二章 金屬切削原理與刀具,切削平面、基面和正交平面共同組成標注刀具角度的正交平面參考系，常用的標注刀具角度的參考系還有法平面參考系、背平面和假定工作平面參考系。3.刀具的標注角度

44、 刀具的標注角度是制造和刃磨刀具所必需的、并在刀具設計圖上予以標注的角度。,第二章 金屬切削原理與刀具,刀具的標注角度主要有五個，以車刀為例，如圖所示，表示了幾個角度的定義。,車刀的主要角度,第二章 金屬切削原理與刀具,前角 在正交平面內測量的前刀面與基面之間的夾角，前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負和零值之分，正負規(guī)定如圖所示。后角 在正交平面內測量的主后刀面與切削平面之間的夾角，后角表示主后

45、刀面的傾斜程度，一般為正值。,第二章 金屬切削原理與刀具,主偏角 在基面內測量的主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角，主偏角一般為正值。副偏角 在基面內測量的副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角，副偏角一般為正值。,第二章 金屬切削原理與刀具,刃傾角 在切削平面內測量的主切削刃與基面之間的夾角。4.刀具的工作角度 在實際的切削加工中，由于刀具安裝位置和進給運動的

46、影響，刀具的標注角度會發(fā)生一定的變化,其原因是切削平面、基面和正交平面位置會發(fā)生變化。,第二章 金屬切削原理與刀具,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稱為刀具的工作角度，又稱實際角度。 ⑴ 刀具安裝位置對工作角度的影響 以車刀車外圓為例，若不考慮進給運動，當刀尖安裝得高于或低于工件軸線時，刀具的工作前角 和工作后角 如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,車刀安裝

47、高度對工作角度的影響a)刀尖高于工件軸線 b)刀尖低于工件軸線,第二章 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，刀具的工作主偏角和工作副偏角,如圖所示。,車刀安裝偏斜對工作角度的影響 為切削時刀桿縱向軸線的偏轉角,第二章 金屬切削原理與刀具,⑵ 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 (圖a)；車端面或切斷時，加工表面是阿基

48、米德螺旋面 (圖b)。因此，實際的切削平面和基面都要偏轉一個附加的螺旋升角 ，使車刀的工作前角 增大，工作后角 減小。,第二章 金屬切削原理與刀具,圖a 縱向進給運動對工作角度的影響,圖b 橫向進給運動對工作角度的影響,第二章 金屬切削原理與刀具,三、刀具種類1.刀具分類 生產中所使用的刀具種類很多，可按照不同的方式進行分類。按加工方式和具體用途，可分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀

49、、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數控機床刀具和磨具等幾大類型。,第二章 金屬切削原理與刀具,按所用材料性質，可分為高速鋼刀具、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；按結構形式，可分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復合刀具等；按是否標準化，可分為標準刀具和非標準刀具等。,第二章 金屬切削原理與刀具,2.常用刀具簡介⑴ 車刀 車刀是金屬切削加工中應用最廣的一種刀具，它可以在車床上加工外圓

50、、端平面、螺紋、內孔，也可用于切槽和切斷等。圖示列出了幾種常用車刀。車刀在結構上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機械夾固刀片的車刀。,第二章 金屬切削原理與刀具,常用的幾種車刀a)直頭外圓車刀 b) 彎頭外圓車刀 c) 彎頭外圓車刀 d)端面車刀 e)內孔車刀 f)切斷刀 g)寬刃光刀,第二章 金屬切削原理與刀具,整體車刀常用高速鋼制造，焊接裝配式及機夾式刀片常用硬質合金制造。機械夾固刀片的車刀又分為機夾車刀

51、和可轉位車刀。機械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現代生產中應用越來越多。如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,機夾外圓車刀,機夾可轉位車刀,第二章 金屬切削原理與刀具,⑵ 孔加工刀具 孔加工刀具一般可分為兩大類:一類是從實體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上己有孔進行再加工用的刀具，常用的有擴孔鉆、鉸刀及鏜刀等。,第二章 金屬切削原理與刀具,麻花鉆

52、 麻花鉆是應用最廣的孔加工刀具，特別適合于 mm以下的孔的粗加工，有時也可用于擴孔。麻花鉆根據其制造材料分為高速鋼麻花鉆和硬質合金麻花鉆。 圖示是標準高速鋼麻花鉆的結構。工作部分(刀體)的前端為切削部分，承擔主要的切削工作，后端為導向部分，,第二章 金屬切削原理與刀具,起引導鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分。,麻花鉆的結構,第二章 金屬切削原理與刀具,工作部分有兩個對稱的刃瓣 (通過中間的鉆

53、芯連接在一起,中間形成橫刃)、兩條對稱的螺旋槽(用于容屑和排屑);導向部分磨有兩條棱邊(刃帶)，為了減少與加工孔壁的磨擦，棱邊直徑磨有0.03～0.12/100的倒錐量，從而形成了副偏角 如前所述，麻花鉆的兩個刃瓣可以看作兩把對稱的車刀：,第二章 金屬切削原理與刀具,螺旋槽的螺旋面為前刀面，與工件過渡表面(孔底)相對的端部兩曲面為主后刀面，與工件的加工表面(孔壁)相對的兩條棱邊為副后刀面，螺旋槽與主后刀面的兩條交

54、線為主切削刃，棱邊與螺旋槽的兩條交線為副切削刃。麻花鉆的橫刃為兩后刀面在鉆芯處的交線。,第二章 金屬切削原理與刀具,由于標準麻花鉆存在切削刃長、前角變化大(從外緣處的大約 逐漸減小到鉆芯處的大約 )、螺旋槽排屑不暢、橫刃部分切削條件很差(橫刃前角約為 )等結構問題，生產中，為了提高鉆孔的精度和效率，常將標準麻花鉆按特定方式刃磨成 “群鉆” 使用。如圖所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,群鉆的基本特征為:

55、三尖七刃銳當先，月牙弧槽分兩邊，一側外刃開屑槽，橫刃磨得低窄尖。,中型標準群鉆,第二章 金屬切削原理與刀具,中心鉆 如圖所示，用于加工軸類工件的中心孔。鉆孔時，先打中心孔，也有利于鉆頭的導向，可防止鉆偏。,中心鉆,第二章 金屬切削原理與刀具,深孔鉆 深孔鉆是專門用于鉆削深孔(長徑比 5)的鉆頭。為解決深孔加工中的斷屑、排屑、冷卻潤滑和導向等問題，人們先后開發(fā)了外排屑深孔鉆、內排屑深

56、孔鉆、噴吸鉆和套料鉆等多種深孔鉆。圖示是用于加工槍管的外排屑深孔鉆的工作原理。,第二章 金屬切削原理與刀具,外排屑深孔鉆（槍鉆）工作原理,第二章 金屬切削原理與刀具,擴孔鉆 擴孔鉆常用作鉸或磨前的預加工以及毛坯孔的擴大，擴孔效率和精度均比麻花鉆高。常見的結構型式有高速鋼整體式、鑲齒套式和鑲硬質合金可轉位式。,第二章 金屬切削原理與刀具,,,擴孔鉆a) 高速鋼整體式 b) 鑲齒套式 c) 鑲硬質合金可轉位式,第二

57、章 金屬切削原理與刀具,鉸刀 鉸刀是精加工刀具，加工精度可達ＩT6～ＩT7，加工表面粗糙度可達 1.6～ 0.4 。圖示是幾種常用鉸刀，其中a、b為手用鉸刀，c、d為機用鉸刀，e為兩把一套的錐度鉸刀。,第二章 金屬切削原理與刀具,不同種類的鉸刀,第二章 金屬切削原理與刀具,鏜刀 鏜刀多用于箱體孔的粗、精加工，一般分為單刃鏜刀和多刃鏜刀兩大類。結構簡單

58、的單刃鏜刀如圖所示。,單刃鏜刀,第二章 金屬切削原理與刀具,⑶ 銑刀 銑刀是一種應用廣泛的多刃回轉刀具，其種類很多。按用途分有：加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀 (面銑刀)等；加工溝槽用的，如立銑刀、兩面刃或三面刃銑刀、鋸片銑刀、T形槽銑刀和角度銑刀 ；,第二章 金屬切削原理與刀具,加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它復雜成形表面用的銑刀 。銑削的生產率一般較高 。,第二章 金屬切削原理與刀具,銑刀種類,第二章 金

59、屬切削原理與刀具,⑷ 拉刀 拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應用于大批量生產中，可加工各種內、外表面(圖a)。 拉刀按所加工工件表面的不同，可分為內拉刀和外拉刀兩類。常用內拉刀和外拉刀的結構分別如圖b、圖c所示。,第二章 金屬切削原理與刀具,圖a 可拉削加工的各種內外表面舉例a)圓孔 b)三角形孔 c)方孔 d)鍵槽 e)花鍵孔 f)內齒輪 g)平面

60、 h)榫槽 i)燕尾槽,第二章 金屬切削原理與刀具,,圖b 常用內拉刀a)圓孔拉刀 b)花鍵拉刀,圖c 外拉刀,第二章 金屬切削原理與刀具,⑸ 螺紋刀具 螺紋可用切削法和滾壓法進行加工。螺紋加工可在車床上車削完成（外螺紋），也可用手動或在鉆床上用絲錐進行加工（內螺紋）。圖示是常用切削法加工螺紋所用的螺紋刀具。,第二章 金屬切削原理與刀具,e),切削法工作的螺紋刀具a)平體螺紋梳刀 b

61、)棱體螺紋梳刀 c)圓體螺紋梳刀 d)板牙 e）絲錐,c),d),第二章 金屬切削原理與刀具,⑹ 齒輪刀具 齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具，按刀具的工作原理，齒輪刀具分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀 (圖a)和指形齒輪銑刀等。常用的展成齒輪刀具有插齒刀（圖b）、滾刀（圖c）和剃齒刀（圖d）等。,第二章 金屬切削原理與刀具,圖a 盤形齒輪銑刀,圖b 插齒刀a)盤形直齒插

62、齒刀 b)碗形直齒插齒刀 c)錐形直齒插齒刀,第二章 金屬切削原理與刀具,圖c 滾刀,圖d 兩種典型的剃齒刀,第二章 金屬切削原理與刀具,如圖b所示，三種主要類型插齒刀的使用范圍為：盤形直齒插齒刀 ，用于加工普通直齒輪和大直徑內齒輪；碗形直齒插齒刀，用于加工塔形齒輪和雙聯齒輪；錐柄直齒插齒刀，用于加工直齒內齒輪。插齒刀也可用于加工斜齒輪、人字齒輪和齒條。,第二章 金屬切削原理與刀具,第二節(jié) 刀具材料 在

63、切削過程中，刀具在強切削力和高溫下工作，同時與切屑和工件表面都產生劇烈的摩擦，因此工作條件極為惡劣。為使刀具具有良好的切削能力，必須選用合適的材料，刀具材料對加工質量、生產率和加工成本影響極大。,第二章 金屬切削原理與刀具,一、刀具材料應具備的性能高的硬度：刀具材料的硬度必須高于工件的硬度，以便切入工件，在常溫下，刀具材料的硬度一般應該在HRC60以上。 高的耐磨性：即抵抗磨損的能力，一般情況下，刀具材料硬度越高，耐磨性越好。,第二

64、章 金屬切削原理與刀具,高的耐熱性：指刀具在高溫下仍能保持硬度、強度、韌性和耐磨性的能力。 足夠的強度和韌性：只有具備足夠的強度和韌性，刀具才能承受切削力和切削時產生的振動，以防脆性斷裂和崩刃。 良好的工藝性：為便于刀具本身的制造，刀具材料還應具有一定的工藝性能，,第二章 金屬切削原理與刀具,如切削性能、磨削性能、焊接性能及熱處理性能等。良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能 要求刀具的導熱性要好，不會因受到大的熱沖擊，產生刀具內部裂

65、紋而導致刀具斷裂。,第二章 金屬切削原理與刀具,二、常用的刀具材料 在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。其中，后三種材料屬于新型刀具材料。碳素工具鋼與合金工具鋼：碳素工具鋼是含碳量最高的優(yōu)質鋼（含碳量為0.7％～1.2％），如T10A。,第二章 金屬切削原理與刀具,碳素工具鋼淬火后具有較高的硬度，而且價格低廉。但這種材料的耐熱性較差，淬火時容易產生

66、變形和裂紋。 合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn、Si 等合金元素形成的刀具材料（如9SiCr）。由于合金元素的加入，與碳素工具鋼相比，其熱處理變形有所減少，耐熱性也有所提高。,第二章 金屬切削原理與刀具,以上兩種刀具材料因其耐熱性都比較差，所以常用于制造手工工具和一些形狀較簡單的低速刀具，如銼刀，鋸條，鉸刀等。高速鋼：又稱為鋒鋼或風鋼，它是含有較多W、Cr等合金元素的高合金工具鋼。與碳素工具鋼和

67、合金工具鋼相比，,第二章 金屬切削原理與刀具,高速鋼具有較高的耐熱性，溫度達 時，仍能正常切削，其許用切削速度為30～50m/min，是碳素工具鋼的5～6倍，而且它的強度、韌性和工藝性都較好，可廣泛用于制造中速切削及形狀復雜的刀具，如麻花鉆、銑刀、拉刀、各種齒輪加工工具。,第二章 金屬切削原理與刀具,硬質合金：它是以高硬度、高熔點的金屬碳化物（WC，TiC）為基體，以金屬Co，Ni等為粘結劑，用粉末冶金方法制成的一種合金。

68、其硬度為HRC74～82，能耐800～1000 的高溫，因此耐磨、耐熱性好，許用切削速度是高速鋼的6倍，但強度和韌性比高速鋼低，,第二章 金屬切削原理與刀具,工藝性差，因此硬質合金常用于制造形狀簡單的高速切削刀片，經焊接或機械夾固在車刀、刨刀、端銑刀、鉆頭等刀體（刀桿）上使用。 陶瓷：是以氧化鋁（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經壓制成型后燒結而成的刀具材料。,第二章 金屬切削原理與刀具,陶瓷的硬度高，化學性