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书名：数控加工工艺 ISBN： 978-7-111-34839-9作者：刘永利出版社：机械工业出版社本书配有电子课件数控加工工艺 高职高专 ppt 课件1教学情境二教学情境二   数控数控刀具的选择数控数控刀具的选择项目一项目一  对数控刀具的认识对数控刀具的认识数控加工工艺 高职高专 ppt 课件2如图 2-1所示大切深强力车刀，刀具材料YT15，一般用于中等刚性车床上，加工热轧和锻制的中碳钢切削用量为：背吃刀量＝15～20㎜，进给量＝0.25～0.4mm/r试对该刀具的刀具几何参数进行分析工作任务工作任务】】图2-1  75o 大切深强力车刀 数控加工工艺 高职高专 ppt 课件3【【能力目标能力目标】】 1. 了解刀具材料的基本要求和性能，学会选用刀具材料和牌号；2. 掌握刀具几何角度的概念，学会刀具的几何参数的合理选择；3. 了解刀具前面角和刃区的形状和特点；4. 学会刀具的前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角的选择；5. 了解刀具的失效形式、特点及失效的原因；6. 掌握刀具磨钝标准和刀具的耐用度的概念，了解影响刀具耐用度的因素；7. 掌握难加工的材料的种类，了解难加工材料的加工方法。

数控加工工艺 高职高专 ppt 课件4（一）刀具材料的基本要求（一）刀具材料的基本要求（1）高硬度  刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度刀具材料最低硬度应在60HRC以上对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63～70HRC；硬质合金刀具硬度为89～93HRC2）高强度与强韧性  刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力，如车削45钢，在背吃刀量＝4㎜，进给量f＝0.5㎜/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性一般刀具材料的韧性用冲击韧度表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力1、刀具材料的概述、刀具材料的概述数控加工工艺 高职高专 ppt 课件5（3）较强的耐磨性和耐热性  刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力一般刀具硬度越高，耐磨性越好刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好4）优良导热性  刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损另外，刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强 （5）良好的工艺性与经济性  刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。

此外，经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本数控加工工艺 高职高专 ppt 课件62.刀具材料的种类和选择刀具材料的种类和选择（1）高速钢高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢高速钢具有良好的热稳定性，在500～600℃的高温仍能切削，碳素工具钢、合金工具钢相比较，切削速度提高1～3倍，刀具耐用度10～40倍高速钢具有较高强度和韧性，如抗弯强度为一般硬质合金的2～3倍，陶瓷的5～6倍，且具有一定的硬度（63～70HRC）和耐磨性数控加工工艺 高职高专 ppt 课件71)普通高速钢普通高速钢分为两种，钨系高速钢和钨钼系高速钢①钨系高速钢  这类钢的典型钢种为W18Cr4V（简称W18），它是应用最普遍的一种高速钢这种钢磨削性能和综合性能好，通用性强常温硬度63～66 HRC，600℃高温硬度48.5 HRC左右不过此钢的缺点是碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具②钨钼钢  钨钼钢是将一部分钨用钼代替所制成的钢典型钢种为W6Mo5Cr4V2（简称M2）此种钢的优点是减小了碳化物数量及分布的不均匀性，和W18钢相比M2抗弯强度提高17％，抗冲击韧度提高40％以上，而且大截面刀具也具有同样的强度与韧性，它的性能也较好。

此钢的缺点是高温切削性能和W18相比稍差我国生产的另一种钨钼系钢为W9Mo5Cr4V2（简称W9），它的抗弯强度和冲击韧性都高于M2，而且热塑性、刀具耐用度、磨削加工性和热处理时脱碳倾向性都比M2有所提高数控加工工艺 高职高专 ppt 课件82)高性能高速钢  此钢是在普通高速钢中增加碳、钒含量并添加钴、铝等合金元素而形成的新钢种此类钢的优点是具有较强的耐热性，在630～650℃高温下，仍可保持60HRC的高硬度，而且刀具耐用度是普通高速钢的1.5～3倍它适合加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料此类钢的缺点是强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差典型的钢种有高碳高速钢9W6Mo5Cr4V2、高钒高速钢W6Mo5Cr4V3、钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co5及超硬高速钢W2Mo9Cr4V Co8、W6Mo5Cr4V2Al等3)粉末冶金高速钢  粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔化的高速钢钢水，得到细小的高速钢粉末，然后经热压制成刀具毛坯粉末冶金钢有以下优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达69～70HRC；保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形；磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高2～3倍；耐磨性好。

数控加工工艺 高职高专 ppt 课件9表表2-1 高速钢的牌号及主要性能表高速钢的牌号及主要性能表数控加工工艺 高职高专 ppt 课件10（2）硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物（如TiC、WC、NbC等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）经粉末冶金方法制成1)硬质合金的性能特点硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，因此硬质合金常温硬度很高，达到78～82 HRC，热熔性好，热硬性可达800～1000℃以上，切削速度比高速钢提高4～7倍硬质合金缺点是脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强抗弯强度只有高速钢的1/3～1/2，冲击韧性只有高速钢的1/4～1/35硬质合金力学性能主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定碳化物的硬度和熔点越高，硬质合金的热硬性也越好粘结剂含量大，则强度与韧性好碳化物粉末越细，而粘结剂含量一定，则硬度高2)普通硬质合金的种类、牌号及适用范围数控加工工艺 高职高专 ppt 课件11国产普通硬质合金按其化学成分的不同，可分为四类：①钨钴类（WC+Co），合金代号为YG，对应于国标K类此合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工，钴含量低，适于精加工。

②钨钛钴类（WC+TiC+Co），合金代号为YT，对应于国标P类此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低因此粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号③钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co），合金代号为YW，对应于国标M类此类硬质合金不但适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，3)超细晶粒硬质合金 超细晶粒硬质合金多用于YG类合金，它的硬度和耐磨性得到较大提高，抗弯强度和冲击韧度也得到提高，已接近高速钢适合做小尺寸铣刀、钻头等，并可用于加工高硬度难加工材料几种常用硬质合金的牌号及主要性能见表2-2数控加工工艺 高职高专 ppt 课件12数控加工工艺 高职高专 ppt 课件134)涂层硬质合金涂层硬质合金是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能好不过TiN与金属亲和力小，在空气中抗氧化能力强因此，对于磨擦剧烈的刀具，宜采用TiC涂层，而在容易产生粘结条件下，宜采用TiN涂层刀具。

涂层可以采用单涂层和复合涂层，如TiC－TiN、TiC－ Al2O3、、TiC－TiN－Al2O3等涂层厚度一般在5～8μm，它具有比基体高得多的硬度，表层硬度可达2500～4200HV涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性涂层摩擦系数较低，可降低切削时的切削力和切削温度，提高刀具耐用度，高速钢基体涂层刀具耐用度可提高2～10倍，硬质合金基体刀具提高1～3倍加工材料硬度愈高，涂层刀具效果愈好数控加工工艺 高职高专 ppt 课件14（3）陶瓷        陶瓷刀具材料的主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成常用的陶瓷刀具有两种：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷        陶瓷刀具优点是有很高的硬度和耐磨性，硬度达91～95HRA，耐磨性是硬质合金的5倍；刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，当切削温度760℃时，具有87HRA（相当于66HRC）硬度，温度达1200℃时，仍能保持80HRA的硬度；摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。

        陶瓷刀具缺点是强度和韧性差，热导率低陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差此类刀具一般用于高速精细加工硬材料数控加工工艺 高职高专 ppt 课件15（4）立方氮化硼       立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成CBN刀具的主要优点是硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数缺点是强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/5～1/2       CBN刀具适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削5）金刚石       金刚石是碳的同素异构体，具有极高的硬度现用的金刚石刀具有三类：天然金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具和复合聚晶金刚石刀具       金刚石刀具优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热性       金刚石刀具缺点:耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感此类刀具主要用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料数控加工工艺 高职高专 ppt 课件16二、刀具几何角度二、刀具几何角度(一一)刀具切削部分的组成刀具切削部分的组成 如图2-3所示，刀具切削部分主要由以下几个部分组成：前刀面Aγ——切屑沿其流出的表面。

主后刀面Aα——与过渡表面相对的面副后刀面Aαˊ——与已加工表面相对的面主切削刃 ——前刀面与主后刀面相交形成的刀刃副切削刃——前刀面与副后刀面相交形成的刀刃17刀具的几何角度是在一定的平面参考系中确定的，一般有正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系如图2-4所示采用的是正交平面参考系，各参考面如下：基面pr——过切削刃选定点平行或垂直刀具安装面（或轴线）的平面切削平面ps——过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面正交平面po——过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的平面对于法平面参考系，则由pr、ps、pn三平面组成，其中：法平面pn——过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面对于假定工作平面参考系，则由pr、pf、pp三平面组成，其中：假定工作平面pf——过切削刃选定点平行于假定进给运动方向并垂直于基面的平面背平面pp——过切削刃选定点和假定工作平面与基面都垂直的平面18（二）刀具的切削部分的几何角度（二）刀具的切削部分的几何角度前角γo——在主切削刃选定点的正交平面po内，前刀面与基面之间的夹角后角αo——在正交平面po内，主后刀面与基面之间的夹角主偏角κr——主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。

刃倾角λs——在切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角        以上四角中，前角γo与后角αo分别是确定前刀面与后刀面方位的角度，而主偏角κr与刃倾角λs是确定主切削刃方位的角度和以上四个角度相对应，又可定义确定副后刀面和副切削刃的如下四角：副前角、副后角、副偏角、副倾角19图2-6  圆柱形铣刀几何角度图中可以看出，圆柱形铣刀基面pr为过切削刃选定点和刀具轴线的平面，即与主切削速度垂直的平面切削平面ps同样为过该切削刃选定点与切削刃相切并与基面垂直平面 20（三）刀具的工作角度（三）刀具的工作角度1.刀具的工作角度概念刀具的工作角度概念刀具在工作状态下的切削角度称为刀具的工作角度刀具的工作角度是在刀具工作参考系下确定的如工作正交参考系下的参考平面为：工作基面pre——过切削刃选定点与合成切削速度ve垂直的平面工作切削平面pse——过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于工作基面的平面工作正交平面poe——过切削刃选定点并与工作基面和工作正交面都垂直的平面212.刀具安装位置对刀具工作角度的影响刀具安装位置对刀具工作角度的影响（1）刀刃安装高低对工作前、后角的影响如图2-7所示，当切削点高于工件中心时，此时工作基面与工作切削面与正常位置相应的平面成θ角，由图可以看出，此时工作前角增大θ角，而工作后角减小θ角。

Sinθ＝2h/d                        如刀尖低于工件中心，则工作角度变化与之相反内孔镗削时与加工外表面情况相反22 图2-8  刀杆中心偏斜的影响 （2）导杆中心与进给方向不垂直对工作主、副偏角的影响如图2-8所示，当刀杆中心与正常位置偏θ角时，刀具标注工作角度的假定工作平面与现工作平面pfe成θ角，因而工作主偏角κre增大（或减小），工作副偏角减小（或增大），角度变化值为θ角，有： κre ＝κrθ  ＝θ 233.进给运动对刀具工作角度的影响进给运动对刀具工作角度的影响 我们知道，正常切削外圆时，刀具切削平面ps与基面pr位置如图2-9所示，当车螺纹时，工作切削平面pse与螺纹切削点相切，与刀具切削平面ps成μf角，因工作基面与切削面垂直，因此工作基面也绕基面旋转μf角从图2-7和图2-9可以看到，在正交平面内，刀具的工作角度为：γoe ＝γo＋μo αoe＝αo－μo                                                       tgμf＝f/πdw                             tgμo＝tgμf sinκr＝sinκr/πdw   式中  ——纵向进给量，对单头螺纹 为螺距；dw——工件直径即螺纹外径。

由上式右螺纹的车削可看出，刀具工作前角增大，工作后角减小；如车左螺纹，则与之相反同时，可知当进给量 较小时，纵向进给对刀具工作角度的影响可忽略，因此在一般的外圆车削中，因进给量小，常不考虑其对工作角度的影响24（四）刀具几何参数的合理选择（四）刀具几何参数的合理选择图2-9  进给运动对刀具角度影响 所谓刀具几何参数的合理选择是指在保证加工质量的前提下，选择能提高切削效率，降低生产成本，获得最高刀具耐用度的刀具几何参数刀具几何参数包括刀具几何角度（如前角、后角、主偏角等）、刀面形式（如平面前刀面、倒棱前刀面等）和切削刃形状（直线形、圆弧形）等选择刀具考虑的因素很多，主要有工件材料、刀具材料、切削用量、工艺系统刚性等工艺条件以及机床功率等以下所述是在一定切削条件下的基本选择方法，要选择好刀具几何参数，必须在生产实践中不断摸索、总结、提炼才能掌握251.前角和前刀面形状的选择前角和前刀面形状的选择(1)前角γo的选择  刀具前角γo是一个重要的刀具几何参数在选择刀具前角时，首先应保证刀刃锋利，同时也要兼顾刀刃的强度与耐用度但两者又是一对矛盾，需要根据生产现场的条件，考虑各种因素，以达到一平衡点。

刀具前角增大，刀刃变锋利，可以减小切削的变形，减小切屑流出刀前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削功率，切削时产生的热量也减小，提高刀具耐用度但由于刀刃锋利，楔角过小，刀刃的强度也自然会降低而且，刀具前角增大到一定程度时，刀头散热体积减小，这种因素变大时，又将使切削温度升高，刀具耐用度降低刀具前角的合理选择，主要由刀具材料和工件材料的种类与性质决定1)刀具材料 由于刀具前角增大，将降低刀刃强度，因此在选择刀具前角时，应考虑刀具材料的性质刀具材料的不同，其强度和韧性也不同，强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角26图2-10  不同刀具材料的韧性变化272)工件材料 工件材料的性质也是前角选择考虑的因素之一加工钢件等塑性材料时，切屑沿前刀面流出时和前刀面接触长度长，压力与摩擦较大，为减小变形和摩擦，一般采用选择大的前角如加工铝合金取γo＝25o ～35o，加工低碳钢取γo＝20o ～25o，正火高碳钢取γo＝10o ～15o，当加工高强度钢时，为增强切削刃，前角取负值加工脆性材料时，切屑为碎状，切屑与前刀面接触短，切削力主要集中在切削刃附近，受冲击时易产生崩刃，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。

如加工灰铸铁，取较小的正前角加工淬火钢或冷硬铸铁等高硬度的难加工材料时，宜取负前角一般用正前角的硬质合金刀具加工淬火钢时，刚开始切削就会发生崩刃283)加工条件 刀具前角选择与加工条件也有关系粗加工时，因加工余量大，切削力大，一般取较小的前角；精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；带有冲击性的断续切削比连续切削前角取得小机床工艺系统好，功率大，可以取较大的前角但用数控机床加工时，为使切削性能稳定，宜取较小的前角4)其它刀具参数  前角的选择还与刀具其它参数和刀面形状有关系，特别是与刃倾角有关如负倒棱（如图2-11(b)角度γo1）的刀具可以取较大的前角大前角的刀具常与负刃倾角相匹配以保证切削刃的强度与抗冲击能力一些先进的刀具就是针对某种加工条件改进而设计的总之，前角选择的原则是在满足刀具耐用度的前提下，尽量选取较大前角刀具的合理前角参考值如表2-3和表2-4所示29工件材料合理前角/（O）工件材料合理前角/（O）碳钢σb/GPa≤0.44520～25马氏体奥氏体15～30≤0.55815～2015～－5≤0.78412～15≤0.985～10≥HRC50≥HRC40－5～－1040Cr正火13～18－10～－15调质10～15灰铸铁≤220HBS10～15高强度钢8～－10 >200HBS5～10钛及钛合金5～15 铜纯铜25～35变形高温合金5～15 黄铜15～35铸造高温合金0～10 青铜（脆黄铜）5～15高锰钢8～－5 铝及铝合金25～35铬锰钢－2～－5 软橡胶50～60 刀具的合理前角参考值30 刀具材料σb(GPa)高速钢硬质合金陶瓷≤0.78425o12o～15o10o>0.78420o10o5o表表2-4 不同刀具材料加工钢时的前角不同刀具材料加工钢时的前角31(2)前刀面形状、刃区形状及其参数的选择1)前刀面形状  前刀面形状的合理选择，对防止刀具崩刃、提高刀具耐用度和切削效率、降低生产成本都有重要意义。

图2-11是几种前刀面形状及刃区剖面形式：正前角锋刃平面型（图2-11(a)）  特点是刃口较锋利，但强度差，γo不能太大，不易折屑主要用于高速钢刀具，精加工铸铁、青铜等脆性材料32  (a) (b)(c)(d) (e) 图2-11  前刀面形状及刃区剖面形式(a) 正前角锋刃平面型 (b) 带倒棱的正前角平面型 (c) 负前角平面型 (d) 曲面型 (e) 钝圆切削刃型33带倒棱的正前角平面型带倒棱的正前角平面型（图2-11(b)）  特点是切削刃强度及抗冲击能力强，同样条件下可以采用较大的前角，提高了刀具耐用度主要用于硬质合金刀具和陶瓷刀具，加工铸铁等脆性材料负前角平面型负前角平面型（图2-11(c)）  特点是切削刃强度较好，但刀刃较钝，切削变形大主要用于硬脆刀具材料加工高强度高硬度材料，如淬火钢图示类型负前角后部加有正前角，有利于切屑流出，许多刀具并无此角，只有负角曲面型曲面型（图2-11(d)）特点是有利于排屑、卷屑和断屑，而且前角较大，切削变形小，所受切削力也较小在钻头、铣刀、拉刀等刀具上都有曲面前面钝圆切削刃型钝圆切削刃型（图2-11(e)）  特点是切削刃强度和抗冲击能力增加，具有一定的消振作用。

适用于陶瓷等脆性材料342)刃区形状    为了提高刀具性能，一些前刀面与倒棱和刃部形状相结合倒棱是提高刀刃强度的有效措施由上图看出，倒棱是沿切削刃研磨出很窄的负前角棱面当倒棱选择合理时，棱面将形成滞留金属三角区切屑仍沿正前角面流出，切削力增大不明显，而切削刃加强并受到三角区滞留金属的保护，同时散热条件改善，刀具寿命明显提高特别对于硬质合金和陶瓷等脆性刀具，粗加工时，效果更显著，可提高刀具耐用度1～5倍另外，倒棱也使切削力的方向发生变化，在一定程度上改善刀片的受力状况，减小对切削刃产生的弯曲应力分量，从而提高刀具耐用度       倒棱参数的最佳值与进给量有密切关系通常取bγ1＝0.2～1㎜或bγ1＝（0.3～0.8）粗加工时取大值，精加工时取小值加工低碳钢、灰铸铁、不锈钢时，bγ1 ≤0.5f ，γ01＝-5o～-10o加工硬皮的锻件或铸钢件，机床刚度与功率允许的情况下，倒棱负角可减小到-30o，高速钢倒棱前角γ01＝0o～5o，硬质合金刀具γ01＝-5o～-10o冲击比较大，负倒棱宽度可取bγ1＝（1.5～2） f35        对于进给量很小（≤0.2mm/r）的精加工刀具，为使切削刃锋利和减小刀刃钝圆半径，一般不磨倒棱。

加工铸铁、铜合金等脆性材料的刀具，一般也不磨倒棱       钝圆切削刃是在负倒棱的基础上进一步修磨而成，或直接钝化处理成切削刃钝圆半径比锋刃增大了一定的值，在切削刃强度方面获得与负倒棱一样的效果，但比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具获得较高耐用度而且刃部钝圆对加工表面有一定的整轧和消振作用，有利于提高加工表面质量      钝圆半径rn有小型（rn＝0.025～0.05㎜），中型（rn＝0.05～0.1㎜）和大型（rn＝0.1～0.15㎜）三种需要根据刀具材料、工件材料和切削条件三方面选择        一般采用中型或大型钝圆半径刀具加工362.后角及后面形状的选择后角及后面形状的选择         (1)后角αo的选择  从前面的切削变形规律已知到，在第三变形区，加工表面在后刀面有一个被挤压然后又弹性回复的过程，使刀具与加工表面产生摩擦，刀具后角越小，则与加工表面接触的挤压和摩擦面越长，摩擦越大因此，后角αo的主要作用是减小刀具后刀面与加工表面的摩擦，另外当前角固定时，后角的增大与减小能增大和减小刀刃的锋利程度，改变刀刃的散热，从而影响刀具的耐用度后角αo的选择主要考虑因素是切削厚度和切削条件。

       1)切削厚度  试验表明，合理的后角值与切削厚度有密切关系当切削厚度hD（和进给量）较小时，切削刃要求锋利，因而后角αo应取大些如高速钢立铣刀，每齿进给量很小，后角取到16o车刀后角的变化范围比前角小，粗车时，切削厚度hD较大，为保证切削刃强度，取较小后角，αo＝4o～8o；精车时，为保证加工表面质量，αo＝8o～12o车刀合理后角在≤0.25㎜/r时，可选αo＝10o～12o；在＞0.25㎜/r时，αo＝5o～8o372)工件材料  工件材料强度或硬度较高时，为加强切削刃，一般采用较小后角对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取较大后角如加工高温合金时，αo＝10o～15o选择后角的原则是，在不产生摩擦的条件下，应适当减小后角2）后面形状的选择  为减少刃磨后面的工作量，提高刃磨质量，在硬质合金刀具和陶瓷刀具上通常把后面做成双重后面，如图2-12(a)所示沿主切削刃和副切削刃磨出的窄棱面被称为刃带对定尺寸刀具磨出刃带的作用是为制造刃磨刀具时有利于控制和保持尺寸精度，同时在切削时提高切削的平稳性和减小振动一般刃带宽在ba1＝0.1～0.3㎜范围，超过一定值将增大摩擦，降低表面加工质量。

如当工艺系统刚性较差，容易出现振动时，可以在车刀后面磨出ba1＝0.1～0.3㎜，αo＝-5o～-10o的消振棱，如图2-12(b) 38(a)  (b)图2-12  后面形状(a)双重后角 (b)负后角刃带消振393.主偏角和副偏角的选择主偏角和副偏角的选择(1)主偏角的选择  主偏角的选择对刀具耐用度影响很大因为根据切削层参数内容可知，在背吃刀量与进给量不变时，主偏角κr减小将使切削厚度hD减小，切削宽度bD增加，参加切削的切削刃长度也相应增加切削宽度bD，切削刃单位长度上的受力减小，散热条件也得到改善而且，主偏角κr减小时，刀尖角增大，刀尖强度提高，刀尖散热体积增大所以，主偏角κr减小，能提高刀具耐用度但主偏角的减小也会产生不良影响因为根据切削力分析可以得知，主偏角κr减小，将使背向力Fp增大，从而使切削时产生的挠度增大，降低加工精度同时背向力的增大将引起振动，因此对刀具耐用度和加工精度产生不利影响由上述分析可知，主偏角κr的增大或减小对切削加工既有有利的一面，也有不利的一面，在选择时应综合考虑其主要选择原则有以下几点：401)工艺系统刚性较好时（工件长径比lw/dw ＜6），主偏角κr可以取小值。

如当在刚度好的机床上加工冷硬铸铁等高硬度高强度材料时，为减轻刀刃负荷，增加刀尖强度，提高刀具耐用度，一般取比较小的值，κr＝10o～30o2)工艺系统刚性较差时（工件长径比lw/dw＝6～12），或带有冲击性的切削，主偏角κr可以取大值，一般κr＝60o～75o，甚至主偏角κr可以大于90o，以避免加工时振动硬质合金刀具车刀的主偏角多为60o～75o3)根据工件加工要求选择当车阶梯轴时，κr＝90o；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时，κr＝45o41        (2)副偏角的选择   副偏角    的大小将对刀具耐用度和加工表面粗糙度产生影响副偏角的减小，将可降低残留物面积的高度，提高理论表面粗糙度值，同时刀尖强度增大，散热面积增大，提高刀具耐用度但副偏角太小又会使刀具副后刀面与工件的摩擦，使刀具耐用度降低，另外引起 加工中振动因此，副偏角的选择也需综合各种因素        1)工艺系统刚性好时，加工高强度高硬度材料，一般    ＝5o～10o；加工外圆及端面，能中间切入，    ＝45o        2)工艺系统刚度较差时，粗加工、强力切削时，    ＝10o～15o；车台阶轴、细长轴、薄壁件，    ＝5o～10o。

        3)切断切槽，    ＝1o～2o        副偏角的选择原则是，在不影响摩擦和振动的条件下，应选取较小的副偏角424.刀尖形状的选择刀尖形状的选择主切削刃与负切削刃连接的地方称为刀尖该处是刀具强度和散热条件都很差的地方切削过程中，刀尖切削温度较高，非常容易磨损，因此增强刀尖，可以提高刀具耐用度刀尖对已加工表面粗糙度有很大影响通过前面讲述的主偏角与副偏角的选择可知，主偏角κr和副偏角的减小，都可以增强刀尖强度，但同时也增大了背向力Fp，使得工件变形增大并引起振动但如在主、副切削刃之间磨出倒角刀尖则既可增大刀尖角，又不会使背向力Fp增加多少如图2-13(a)所示43(a) (b)(c)图2-13  刀具的过渡刃(a)倒角刃 (b)圆弧刃 (c)修光刃44倒角刀尖的偏角一般取κrε＝κr/2，bε＝（0.2～0.25）刀尖也可修成圆弧状，如图2-13(b)所示对于硬质合金车刀和陶瓷车刀，一般ｒε＝0.5～1.5㎜，对高速钢刀具，ｒε＝1～3㎜增大ｒε，刀具的磨损和破损都可减小，不过，此时背向力Fp也会增大，容易引起振动考虑到脆性大的刀具对振动敏感因素，一般硬质合金刀具和陶瓷刀具的刀尖圆弧半径ｒε值较小；精加工ｒε选取比粗加工小。

精加工时，还可修磨出κrε＝0o，宽度b＝（1.2～1.5）与进给方向平行的修光刃，切除掉残留面积，如图2-13(c)所示这种修光刃能在进给量较大时，还能获得较高的表面加工质量如用阶梯端铣刀精铣平面时，采用1～2个带修光刃的刀齿，既简化刀齿调整，又提高加工效率和加工表面质量455.刃倾角的选择刃倾角的选择        刃倾角λs是在主切削平面ps内，主切削刃与基面pr的夹角因此，主切削刃的变化，能控制切屑的流向当λs为负值时，切屑将流向已加工表面，并形成长螺卷屑，容易损害加工表面但切屑流向机床尾座，不会对操作者产生大的影响，如图2-14(a)所示如当λs为正值，切屑将流向机床床头箱，影响操作者工作，并容易缠绕机床的转动部件，影响机床的正常运行，如图2-14(b)所示但精车时，为避免切屑擦伤工件表面，λs可采用正值另外，刃倾角λs的变化能影响刀尖的强度和抗冲击性能当λs取负值时，刀尖在切削刃最低点，切削刃切入工件时，切入点在切削刃或前刀面，保护刀尖免受冲击，增强刀尖强度所以，一般大前角刀具通常选用负的刃倾角，既可以增强刀尖强度，又避免刀尖切入时产生的冲击车削刃倾角主要根据刀尖强度和流屑方向来选择，其合理数值如表2-5。

46适用范围精车细长轴精车有色金属粗车一般钢和铸铁粗车余量不均、淬硬钢等冲击较大的断续车削大刃倾角薄切屑λs 值00～5050～10000～－50－50～－100－50～－150450～750表表2-5 车削刃倾角合理参考值车削刃倾角合理参考值47（a） (b)图2-14 刃倾角对切屑流向的影响（a）-λs切屑流向已加工表面方向（b）+λs切屑流向待加工表面方向48三、刀具的失效形式及耐用度三、刀具的失效形式及耐用度(一一)刀具的失效形式刀具的失效形式（1）前刀面磨损前刀面磨损的特点是在前刀面上离切削刃小段距离有一月牙洼，随着磨损的加剧，主要是月牙洼逐渐加深，洼宽变化并不是很大但当洼宽发展到棱边较窄时，会发生崩刃磨损程度用洼深KT表示这种磨损一般不多49（（2）后刀面磨损）后刀面磨损后刀面磨损的特点是在刀具后刀面上出现与加工表面基本平行的磨损带后刀面磨损的特点是在刀具后刀面上出现与加工表面基本平行的磨损带如图如图2-15，它分为，它分为C、、B、、N三个区：三个区：C区是刀尖区，由于散热差，强度低，区是刀尖区，由于散热差，强度低，磨损严重，最大值磨损严重，最大值VC；；B区处于磨损带中间，磨损均匀，最大磨损量区处于磨损带中间，磨损均匀，最大磨损量VBmax；；N区处于切削刃与待加工表面的相交处，磨损严重，磨损量以区处于切削刃与待加工表面的相交处，磨损严重，磨损量以VN表示，此区域的磨损也叫边界磨损，加工铸件、锻件等外皮粗糙的工件表示，此区域的磨损也叫边界磨损，加工铸件、锻件等外皮粗糙的工件时，这个区域容易磨损。

时，这个区域容易磨损3）破损）破损刀具破损比例较高，硬质合金刀具有刀具破损比例较高，硬质合金刀具有50％～％～60％是破损特别是用脆性％是破损特别是用脆性大的刀具连续切削或加工高硬度材料时，破损较严重它又分为以下几大的刀具连续切削或加工高硬度材料时，破损较严重它又分为以下几种形式：种形式：1)崩刃崩刃  特点是在切削刃产生小的缺口，尺寸与进给量相当硬质合金刀特点是在切削刃产生小的缺口，尺寸与进给量相当硬质合金刀具连续切削时容易产生具连续切削时容易产生2)剥落剥落  特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎片，常与切削刃一起特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎片，常与切削刃一起剥落陶瓷刀具端铣常发生剥落，另外硬质合金刀具连续切削也发生陶瓷刀具端铣常发生剥落，另外硬质合金刀具连续切削也发生3)裂纹裂纹  特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹由于长时间连续切削，刀特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹由于长时间连续切削，刀具疲劳而引起具疲劳而引起4)塑性破损塑性破损  特点是刀刃发生塌陷是由于切削时高温高压作用引起的特点是刀刃发生塌陷是由于切削时高温高压作用引起的50图2-15 车刀的磨损（a）刀具的磨损形态 （b）月牙洼的位置 （c）磨损的测量位置51(二二)刀具的失效原因刀具的失效原因（1）硬质点磨损 因为工件材料中含有一些碳化物、氮化物、积屑瘤残留物等硬质点杂质，在金属加工过程中，会将刀具表面划伤，造成机械磨损。

低速刀具磨损的主要原因是硬质点磨损2）粘结磨损加工过程中，切屑与刀具接触面在一定的温度与压力下，产生塑性变形而发生冷焊现象后，刀具表面粘结点被切屑带走而发生的磨损一般，具有较大的抗剪和抗拉强度的刀具抗粘结磨损能力强，如高速钢刀具具有较强的抗粘结磨损能力3)扩散磨损由于切削时高温作用，刀具与工件材料中的合金元素相互扩散，而造成刀具磨损硬质合金刀具和金刚石刀具切削钢件温度较高时，常发生扩散磨损金刚石刀具不宜加工钢铁材料一般在刀具表层涂覆TiC、TiN、Al2O3等，能有效提高抗扩散磨损能力52(三三)刀具磨钝标准及耐用度刀具磨钝标准及耐用度1.刀具磨钝标准刀具磨钝标准刀具磨损到一定程度，将不能使用，这个限度称为磨钝标准一般以刀具表面的磨损量作为衡量刀具磨钝标准因为刀具后刀面的磨损容易测量，所以国际标准中规定以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准具体标准可参考相关手册实际生产中，考虑到不影响生产，一般根据切削中发生的一些现象来判断刀具是否磨钝例如是否出现振动与异常噪音等532.刀具耐用度刀具耐用度        从刀具刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所用的总切削时间被称为刀耐用度，单位为分钟。

影响刀具耐用度的主要因素如下：(1)切削用量        切削速度对切削温度的影响最大，因而对刀具磨损的影响也最大通过耐用度试验，可以作出图2-16所示的υc－T对数曲线，由图看出，速度与耐用度的对数成正比关系，进一步通过直线方程求出切削速度与刀具耐用度之间有如下数学关系 υcTm = Co                                  式中，υc切削速度（m/min）；T刀具耐用度（min）；m指数，表示υc－T之间影响指数；Co与刀具、工件材料和切削条件有关的系数指数m表示图2-16中直线斜率，从中可看出，m越大，速度对刀具耐用度影响也越大高速钢刀具，一般m＝0.1～0.125；硬质合金刀具m ＝0.2～0.3；陶瓷刀具m＝0.454图2-16 υc－T曲线55增加进给量 与背吃刀量，刀具耐用度都将下降由前节已知，进给量增大对温升的影响比背吃刀量大，因而进给量的增加对刀具耐用度影响相对大些2)刀具几何参数增大前角γo，切削力减小，切削温度降低，刀具耐用度提高不过前角太大，刀具强度变低，散热变差，刀具寿命反而下降。

减小主偏角κr与增大刀尖圆弧半径rε，能增加刀具强度，降低切削温度，从而提高刀具耐用度3)工件材料工件材料的硬度、强度和韧性越高，刀具在切削过程中的产生的温度也越高，刀具耐用度也越低4)刀具材料一般情况下，刀具材料红硬性越高，则刀具耐用度就越高刀具耐用度的高低在很大程度上取决于刀具材料的合理选择如加工合金钢，在切削条件相同时，陶瓷刀具耐用度比硬质合金刀具高采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，能有效提高刀具耐用度56四、难加工材料的切削加工性及加工方法四、难加工材料的切削加工性及加工方法 (1)高锰钢        钢中锰含量在11％～14％时，称为高锰钢常用有高碳高锰耐磨钢和中碳高锰无磁钢高锰钢很难切削        高锰钢切削加工性差的主要原因时加工硬化性能高和导热性差高锰钢在切削加工过程中，因塑性变形使材料中奥氏体组织变为细晶粒马氏体组织，硬度提高一倍，而导热系数约为45钢的1/4，因此切削温度很高此外，高锰钢韧性高，约为45钢8倍，切屑也不易折断，使加工更加困难        在加工高锰钢时，为减小加工硬化，应使刀刃锋利为增强刀刃和改善散热条件，一般车削选用前角γo＝-5o～5o，负倒棱bγ1＝0.2～0.8㎜，γo1＝-5o～-15o，后角值较大，通常αo＝-5o～-10o，主偏角κr＝45o。

切削时速度不宜太高，一般υ＝20～40m/min因为加工硬化严重，进给量和切削深度不宜小，以免刀刃在硬化层切削进给量大于0.16㎜/r，一般＝0.2～0.8㎜/r；背吃刀量粗车＝3～6㎜，半精车＝1～3㎜57(2)高强度钢      高强度钢的室温强度高，抗拉强度在1.177GPa以上低合金和中合金高强度钢，在淬火及回火后能得到硬度为40～50HRC的高硬度和高强度高强度钢切削时，应注意以下几点：      1）在刀具材料的选用上，如采用硬质合金，应选用强度大，耐热冲击的牌号刀具；采用高速钢刀具时，应选用高温硬度高的高钒高钴高速钢；为减小崩刃，选用碳化物细小均匀的钼系高速钢      2）为防止崩刃，增强刀刃，前角应取小值或负值，刀刃粗糙度小，刀刃尖角用圆弧代替，圆弧半径ｒε＞0.8㎜      3）切削时，切削速度要低，约普通结构钢的1/8～1/2，进给量不宜过小      4）采用硬质合金刀具时，不宜采用水溶性切削液，以免刀刃承受较大的热冲击      5）粗车时，一般在退火状态下进行，前角选用较小的数值，倒棱前角γo1＝-5o～-10o，如＜0.06mm/r时，γo1＝3o～-5o。

后角应选大些，αo＝10o58(3)不锈钢      不锈钢按材料组织可分为多种形式，其中奥氏体不锈钢（如1Cr18Ni9Ti）和马氏体不锈钢（2Cr13，3Cr13）应用较多切削不锈钢时应注意以下几点：      1）刀具材料应选用强度高，导热性好的硬质合金     2）切削刀具一般选用较大前角，较小的主偏角，以利于切削      3）刀具前刀面和后面应仔细研磨，保证具有较小的表面粗糙度此外选用较高和较低的切削速度，以免产生粘结现象      4）车削不锈钢，在刀具参数的选择上，一般前角γo＝25o～30o，对于强度和硬度较大的不锈钢，可取γo＝20o～25o；粗车时，后角αo＝6o～10o，精车αo＝10o～12o；粗车时bγ1＝0.1～0.3㎜，精车时倒棱bγ1＝0.05～0.2㎜；刀具材料一般选用细晶粒的YG硬质合金不锈钢的车削用量如表2-6所示59工件材料车外圆及镗孔（m/min）（㎜/r）（㎜）工件直径（mm）粗加工精加工粗加工精加工≤20≥20奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti等）40～6060～1100.2～0.80.07～0.32～40.2～0.5马氏体不锈钢（2Cr13等，≤ 250HBS）50～7070～1200.2～0.80.07～0.32～40.2～0.5马氏体不锈钢（2Cr13等，＞250HBS）30～5050～900.2～0.80.07～0.32～40.2～0.5析出硬化不锈钢25～4040～700.2～0.80.07～0.32～40.2～0.5表表2-6  不锈钢的车削用量不锈钢的车削用量60(4)硬质合金       许多模具采用硬质合金制造。

加工硬质合金材料时，除可以采用磨削加工外，还采用表层为人造金刚石、基体为硬质合金的复合金刚石刀具（PCD）加工YG类的硬质合金车削加工时，如选用切削速度＝υ 20m/min，进给量f＝0.02㎜/r，背吃刀量ap＝0.05㎜，加工表面粗糙度可达Ra＝0.2μm；为提高刀具强度，一般刀具前角γo＝-15o在切削液的选用上，一般选用含煤油的混和切削油，以提高浸润性和降低摩擦61如图2-1所示：（1）取较大前角，γO＝20 o～25 o，能减小切削变形，减小切削力和切削温度主切削刃采用负倒棱，br1＝0.5 ，γO1＝－20 o～－25 o，提高切削刃强度，改善散热条件2）后角值较小，αo＝4o～6o，而且磨制成双重后角，主要是为提高刀具强度，提高刀具的刃磨效率和允许刃磨次数3）主偏角较大，κr＝70o，副偏角也较大，κrˊ＝15o，以降低切削力Fc和背向力Fp，避免产生振动4）刀尖形状采用倒角刀尖加修光刃，倒角κrε＝45 o，bε＝1～2mm，修光刃b＝1.5f ，主要是提高刀尖强度，增大散热体积修光刃目的是修光加工表面残留面积，提高加工表面的质量             （5）刃倾角取负值，λs＝－4 o～－6 o，提高刀具强度，避免刀尖受冲击。

任务实施任务实施】】62【【能力拓展能力拓展】】1.刀具材料的基本要求有哪些？2.刀具材料有哪些？它们牌号如何规定的？各种材料的性能是什么？3.画图说明刀具几何角度有哪些？4.刀具的安装位置对刀具工作角度有何影响？5.什么叫刀具的合理几何参数？选择时应考虑哪些因素？6.刀具前面角和刃区的形状有哪些？各有什么特点？7.说明和的作用是什么及如何选择？8.说明和的作用是什么及如何选择？9.刀具的失效形式有哪些？每种失效形式的特点是什么？失效产生的原因是是什么？10.什么叫刀具磨钝标准和刀具的耐用度？影响刀具耐用度的因素有哪些？11.难加工的材料有哪些？如何加工难加工的材料？ 63项目二项目二 数控车削刀具的选用数控车削刀具的选用【【工作任务工作任务】】请正确指明图2-17所示的刀具的名称，并指出图中标注的1、2、3、4的名称？如果该刀片的型号为TNUM160308ER，是说明其含义？如何车刀型号为 PTGNR2020-16Q，说明其含义？选择可转位刀片时应考虑哪些因素？图2-17  数控车削刀具64【【能力目标能力目标】】 1.掌握数控车削刀具的类型；2.了解机夹可转位车刀的组成、种类有哪些及其特点；3.学会解释机夹可转位车刀和刀片代号的含义；4.学会选择机夹可转位车刀。

65图2-18  数控车床刀具的刀尖形状一、数控车削刀具一、数控车削刀具 (一一)数控车削刀具的分类数控车削刀具的分类         车床主要用于回转表面的加工，如圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、切槽等切削加工因此，数控车床用刀具可分为外圆车刀、内孔车刀、螺纹车刀、切槽刀等2）根据刀尖形状分类        数控车刀按刀尖的形状一般分成3类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀，如图2-18所示1）根据加工用途分类66        1)尖形车刀尖形车刀  以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀这类车刀的刀尖（刀位点）由直线形的主副切削刃相交而成，常用的尖形车刀有端面车刀、切断刀、90°内外圆车刀等尖形车刀主要用于车削内外轮廓、直线沟槽等直线形表面         2)圆弧形车刀圆弧形车刀  构成圆弧形车刀的主切削刃形状为一段圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧车刀圆弧刃上的每一点都是刀具的切削点，因此，车刀的刀位点不在圆弧刃上，而在该圆弧刃的圆心上圆弧形车刀主要用于加工有光滑连接的成形表面及精度、表面质量要求高的表面        3)成形车刀成形车刀  成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀的切削刃形状和尺寸决定。

常用的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀、螺纹车刀等 67（3）根据车刀结构分类        1)整体式车刀整体式车刀  整体式车刀(图2-19(a))主要指整体式高速钢车刀通常用于小型车刀、螺纹车刀和形状复杂的成形车刀具有抗弯强度高、冲击韧度好、制造简单和刃磨方便、刃口锋利等优点        2)焊接式车刀焊接式车刀  焊接式车刀(图2-19(b))是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀杆上的一种车刀焊接式车刀经刃磨刀结构简单，制造方便，刚性较好，但抗弯强度低、冲击韧度差，切削刃不如高速钢车刀锋利，不易制作复杂刀具        3)机械夹固式车刀机械夹固式车刀  机械夹固式车刀(图2-19(c))是将标准的硬质合金可换刀片通过机械夹固方式安装在刀杆上的一种车刀，是当前数控车床上使用最广泛的一种车刀68(a)     (b) (c) 图2-19 按车刀结构分类的数控车刀(a)整体式车刀；(b)焊接式车刀；(c)机械夹固式车刀 69(二二)常用车刀的种类、形状和用途常用车刀的种类、形状和用途图2-20 常用车刀的种类、形状和用途 1-切断刀 2-90°左偏刀 3-90°右偏刀 4-弯头车刀 5-直头车刀 6-成形车刀 7-宽刃精车刀8-外螺纹车刀 9-端面车刀 10-内螺纹车刀 11-内槽车刀 12-通孔车刀 13-盲孔车刀 70二、机夹可转位车刀二、机夹可转位车刀        数控车床所采用的可转位车刀，其几何参数是通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安装组合形成的，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。

但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具，具体要求和特点如表2-7所示 71要求要求特特  点点目目    的的精度高采用M级或更高精度等级的刀片；多采用精密级的刀杆； 用带微调装置的刀杆在机外预调好保证刀片重复定位精度，方便坐标设定，保证刀尖位置精度可靠性高采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑器的车刀；采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧结构和夹紧可靠的其它结构 断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑；适应刀架快速移动和换位以及整个自动切削过程中夹紧不得有松动的要求换刀迅速采用车削工具系统； 采用快换小刀夹迅速更换不同形式的切削部件，完成多种切削加工，提高生产效率刀片材料刀片较多采用涂层刀片满足生产节拍要求，提高加工效率刀杆截形刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系统结构差异大，有的需采用专用刀杆刀杆与刀架系统匹配表表2-7 可转位车刀特点可转位车刀特点72（一）机夹可转位车刀的种类（一）机夹可转位车刀的种类 可转位车刀按其用途可分为外圆车刀、仿形车刀、端面车刀、内圆车刀、切槽车刀、切断车刀和螺纹车刀等类型主偏角适用机床外圆车刀900、500、600、750、450普通车床和数控车床仿形车刀930、107.50仿形车床和数控车床端面车刀900、450、750普通车床和数控车床内圆车刀450、600、750、900、910、930、950、107.50普通车床和数控车床切断车刀普通车床和数控车床螺纹车刀普通车床和数控车床切槽车刀普通车床和数控车床表表2-8  可转位车刀的种类可转位车刀的种类 73(二二)机夹可转位车刀的结构形式机夹可转位车刀的结构形式（（1）杠杆式）杠杆式  结构见图2-21，由杠杆、螺钉、刀垫、刀垫销、刀片所组成。

这种方式依靠螺钉旋紧压靠杠杆，由杠杆的力压紧刀片达到夹固的目的其特点适合各种正、负前角的刀片，有效的前角范围为-6°～+18°；切屑可无阻碍地流过，切削热不影响螺孔和杠杆；两面槽壁给刀片有力的支撑，并确保转位精度2）楔块式）楔块式  其结构见图2-22，由紧定螺钉、刀垫、销、楔块、刀片所组成这种方式依靠销与楔块的挤压力将刀片紧固其特点适合各种负前角刀片，有效前角的变化范围为-6°～+18°两面无槽壁，便于仿形切削或倒转操作时留有间隙3）楔块夹紧式）楔块夹紧式  其结构见图2-23，由紧定螺钉、刀垫、销、压紧楔块、刀片所组成这种方式依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧其特点同楔块式，但切屑流畅不如楔块式此外还有螺栓上压式、压孔式、上压式等形式74图2-21  杠杆式  图2-22  楔块式      图2-23  楔块夹紧式75（三）机夹可转位车刀和刀片的型号（三）机夹可转位车刀和刀片的型号 为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹可转位车刀机夹可转位车刀主要由刀片、刀垫、刀柄及杠杆、螺钉等元件组成图2-24刀片上压制出断屑槽，周边经过精磨，刃口磨钝后可方便地转位换刃，不需重磨。

图2-24机夹可转位车刀的组成l一刀片2-刀垫3-卡簧4-杠杆5-弹簧6-螺钉7-刀柄761.机夹可转位刀片机夹可转位刀片 从刀具的材料应用方面看，数控机床用刀具材料主要是各类硬质合金从刀具的结构应用方面看，数控机床主要采用机夹可转位刀片的刀具切削刀具用的可转位刀片型号由代表一给定意义的字母和数字代号按一定顺序位置排列所组成，共有十个号位，各号位代号表示规则( GB/T 2076-2007)见附录A772.机夹可转位车刀机夹可转位车刀 GB/T5343.1-2007将可转位车刀型号用一组给定意义的字母数字表示型号共有10个号位，前9个号位必须使用，第10个号位仅用于符合标准规定的精密级车刀各号位的内容规定见附表B78（四）机夹可转位刀片的选择（四）机夹可转位刀片的选择1.刀片选择应考虑的因素刀片选择应考虑的因素(1)被加工工件材料的类别，如有色金属（铜、铝、钛及其合金）、黑色金属（碳钢、低合金钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等）、复合材料、塑料类等2)被加工工件材料性能的状况，包括硬度、韧性、组织状态（铸、锻、轧、粉末冶金）等3)切削工艺的类别，分车、钻、铣、镗，粗加工、精加工、超精加工，内孔、外圆，切削流动状态，刀具变位时间间隔等。

4)被加工工件的几何形状（影响到连续切削或间断切削、刀具的切入或退出角度）、零件精度（尺寸公差、形位公差、表面粗糙度）和加工余量等因素792.刀片的选择刀片的选择(1)刀片材料选择  车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片选择刀片材料，主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度要求、切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等2)刀片尺寸选择  刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L，有效切削刃长度与背吃刀量和主偏角有关，如图2-25所示使用时可查阅有关刀具手册选取 图2-25有效切削刃长度与背吃刀量和主偏角心的关系80(3)刀片形状选择  刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素来选择通常的刀尖角度影响加工性能，如图2-26所示图2-27所示为被加工表面及适用的刀片形状具体使用时可查阅有关刀具手册选取切削刃强度增强，振动增加 通用性增强，所需功率减小图2-26  刀尖角度与加工性能关系81图2-27  被加工表面与刀片形状82(a)  (b)图2-28  刀尖圆弧半径与表面粗糙度、刀具寿命关系 83【【任务实施任务实施】】如图2-16所示，该车刀为机夹可转位车刀，1为刀杆、2为刀垫、3为刀片、4为夹固元件。

刀片的型号为TNUM160308R-A4的含义为： 车刀型号PTGNR2020-16Q的含义为：84选择可转位刀片时应考虑的因素请参考教材内容，答案略85【【能力拓展能力拓展】】1.数控车削刀具有哪些类型？2.机夹可转位车刀的组成一般都有哪些？它的种类有哪些？其特点是什么？3.机夹可转位刀具的刀片结构形式有哪些？4.机夹可转位车刀的刀片型号如何规定的？5.机夹可转位车刀的型号如何规定的？6.选择机夹可转位车刀应考虑哪些因素？86项目三项目三 数控铣削刀具的选用数控铣削刀具的选用【【工作任务工作任务】】请正确指明如图2-29(a)、(b)、(c)所示刀具的类型及用途，并说明面铣刀和立铣刀如何选择的？         （a）  （b）  (c)图2-29数控铣刀87【【能力目标能力目标】】 1.了解数控铣刀的基本要求；2.掌握数控铣刀的种类及用途；3.学会选择面铣刀和立铣刀 88（（1）铣刀刚性要好）铣刀刚性要好          一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点一一)数控铣削刀具的基本要求数控铣削刀具的基本要求一、数控铣削刀具一、数控铣削刀具（（2）铣刀的耐用度要高）铣刀的耐用度要高          尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，就会影响工件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。

        除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的89（二）数控铣削刀具的种类（二）数控铣削刀具的种类（（1）（端）面铣刀）（端）面铣刀面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃由于面铣刀的直径一般较大，为450～500mm，故常制成套式镶齿结构，即将刀齿和刀体分开，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体采用40Cr制作，可长期使用高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80～250mm，螺旋角β=100，刀齿数z=10～26        硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高，加工效率高，加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹一焊接式和可转位式三种（见图2-30）90（a  （b） （c）图2-30硬质合金面铣刀（a)整体焊接式（b）机夹一焊接式（c）可转位式 91        面铣刀主要以端齿为主加工各种平面但是主偏角为90°的面铣刀还能同时加工出与平面垂直的直角面，但这个面的高度受到刀片长度的限制。

        面铣刀齿数对铣削生产率和加工质量有直接影响，齿数越多，同时工作齿数也多，生产率高，铣削过程平稳，加工质量好可转位面铣刀的齿数根据直径不同可分为粗齿、细齿、密齿三种（参见表2-11）粗齿铣刀主要用于粗加工；细齿铣刀用于平稳条件下的铣削加工，密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于薄壁铸铁加工92表表2-11可转位面铣刀直径与齿数的关系可转位面铣刀直径与齿数的关系 93（（2）立铣刀）立铣刀立铣刀是数控铣床上用得最多的一种刀具，主要有高速钢立铣刀和硬质合金立铣主要有高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀两种类型刀两种类型，其结构如图2-31所示立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削，主要用于加工凸轮、台阶面、凹槽和箱口面 立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作大切深的轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。

为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大一般粗齿立铣刀齿数一般粗齿立铣刀齿数z=3～～4，细齿立铣刀齿数，细齿立铣刀齿数z=5～～8，套式结构，套式结构z=10～～20容屑槽圆弧半径屑槽圆弧半径r=2～～5mm94(a)  (b） 图2-31立铣刀(a）硬质合金立铣刀   (b）高速钢立铣刀 95（（3）模具铣刀）模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄削平型直柄和莫氏锥柄它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造图2-32所示为高速钢制造的模具铣刀，图2-33所示为用硬质合金制造的模具铣刀小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，16mm以上直径的，制成焊接结构或机夹可转位刀片结构96(a） (b）(c）图2-32高速钢模具铣刀(a）圆锥形立铣刀 (b）圆柱形球头立铣刀  (c）圆锥形球头立铣刀97图2-33硬质合金模具铣刀98图2-34键槽铣刀（（4）键槽铣刀）键槽铣刀键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，可键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，可以短距离的轴向进给，既像立铣刀，又类似钻头。

以短距离的轴向进给，既像立铣刀，又类似钻头加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长，如图2-34所示按标准规定，直柄键槽铣刀直径按标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2～～22，锥柄键槽铣刀直径，锥柄键槽铣刀直径d=14～～50 mm键槽铣刀直径的偏差有键槽铣刀直径的偏差有e8和和d8两种99（（5）鼓形铣刀）鼓形铣刀  图2-35所示是一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，的圆弧面上，端面无切削刃端面无切削刃加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差这种刀具的缺点是刃磨困难，切削条件差，而且不适于加工有底的轮廓表面6）成形铣刀）成形铣刀图2-36是常见的几种成形铣刀，一般都是为特定的工件结构或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或特形台等100图2-35鼓形铣刀  图2-36成形铣刀101除了上述几种典型的铣刀类型外，数控铣刀的结构还在不断发展和更新中，例如图2-37所示铣刀（俗称牛鼻铣刀）的刚度、刀具耐用度和切削性能都较好。

数控铣床也可使用各种通用铣刀但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀位置，或因主轴内锥孔有别，使用通用铣刀须配制过渡套和拉钉图2-37牛鼻铣刀102数控铣刀的选择主要是铣刀结构类型的选择和铣刀参数的确定一一)铣刀类型的选择铣刀类型的选择铣刀类型应与工件表面形状与尺寸相适应，加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀二）铣刀参数的选择（二）铣刀参数的选择数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，因此，这里重点介绍面铣刀和立铣刀参数的选择二、数控铣刀的选择二、数控铣刀的选择1031.面铣刀主要参数的选择面铣刀主要参数的选择标准可转位面铣刀直径（标准可转位面铣刀直径（mm）系列为）系列为16、、20、、25、、32、、40、、50、、63、、80、、100、、125、、160、、200、、250、、315、、400、、500、、630铣刀的直径应根据铣削宽度、深度选择，一般铣前深度、宽度越大、越深，铣刀直径也应越大。

精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工面宽度，以提高加工精度和生产效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕铣刀齿数应根据工件材料和加工要求选择，一般铣削塑性材料或粗加工时，选用粗齿铣刀；铣削脆性材料或半精加工、精加工时，选用中、细齿铣刀1)前角的选择面铣刀几何角度的标注见图2-38前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值一般减小得更多些铣削强度和硬度都高的材料时可选用负前角前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，其具体数值可参考表2-12104图2-38面铣刀几何的标注角度105铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角，可减少铣刀磨损常取a= 5°～12°，工件材料较软时取大值，工件材料硬取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λs=-5°～-15°只有在铣削低强度材料时，取λs=5°铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式各种角度中最主要的是主偏角和前角（制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明）。

表表2-12    面铣刀前角选择参考表面铣刀前角选择参考表106(2)主偏角κr 的选择 主偏角为切削刃与切削平面的夹角，如图2-38所示铣刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等几种　　主偏角对径向切削力和切削深度影响很大径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能铣刀的主偏角越小，其径向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也随之减小90°主偏角，在铣削带凸肩的平面时选用，一般不用于单纯的平面加工该类刀具通用性好（即可加工台阶面，又可加工平面），在单件、小批量加工中选用在加工带凸肩的平面时，也可选用88°主偏角的铣刀，较之90°主偏角铣刀，其切削性能有一定改善60°～75°主偏角，适用于平面铣削的粗加工75°主偏角铣刀为通用型刀具，适用范围较广；60°主偏角铣刀主要用于镗铣床、加工中心上的粗铣和半精铣加工45°主偏角，此类铣刀的径向切削力大幅度减小，约等于轴向切削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合1072.立铣刀主要参数的选择立铣刀主要参数的选择立铣刀主切削刀的前角在法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前、后角的标注如图2-31（b）所示。

前、后角都为正值，分别根据工件材料和铣刀直径选取，其具体数值可分别参考表2-13和表2-14表表2-13立铣刀前角立铣刀前角  表表2-14立铣刀后角立铣刀后角为了使端面切削刃有足够的强度，在端面切削刃前刀面上一般磨有棱边，其宽度brl为0.4～1.2mm，前角为60°108(三三)铣刀直径的选择铣刀直径的选择 　（1）平面铣刀选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据平面铣刀直径可按D＝1.5d（d为主轴直径）选取在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径2）立铣刀　　立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度（60m/min）109立铣刀的有关尺寸参数如图2-39所示，推荐按下述经验数据选取1）刀具半径R应小于内轮廓面的最小曲率半径Rmin，-般取R=(0.8～0.9)Rmin2）零件的加工高度H≤(1/4～1/6)R，以保证刀具有足够的刚度3）对不通孔（深槽），选取Z=H+(5～10)mm(Z为刀具切削部分长度，H为零件高度)。

4）加工外型及通槽时，选取Z=H+r+(5～10)mm(r为端刃圆角半径)5）加工肋时，刀具直径为D=(5～10)b（b为肋的厚）6）粗加工内轮廓面时，立铣刀最大直径可按下式计算（见图2-40）       式中  D——轮廓的最小凹圆角半径；     δ——圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；     δ1——精加工余量；110图2-39 立铣刀的尺寸选择 图2-39 立铣刀的尺寸选择 111（四）铣刀最大背吃刀量的选择（四）铣刀最大背吃刀量的选择　不同系列的可转位面铣刀有不同的最大背吃刀量最大背吃刀量越大的刀具所用刀片的尺寸越大，价格也越高，因此从节约费用、降低成本的角度考虑，选择刀具时一般应按加工的最大余量和刀具的最大背吃刀量选择合适的规格当然，还需要考虑机床的额定功率和刚性应能满足刀具使用最大背吃刀量时的需要五）刀片牌号的选择（五）刀片牌号的选择  合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能一般选用铣刀时，可按刀具制造厂提供加工的材料及加工条件来配备相应牌号的硬质合金刀片　　由于各厂生产的同类用途硬质合金的成份及性能各不相同，硬质合金牌号的表示方法也不同，为方便用户，国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：P类、M类和K类。

根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中数字越大，其耐磨性越低、韧性越高　　上述三类牌号的选择原则表2-15所示：112P01P05P10P15P20P25P30P40P50M10M20M30M40K01K10K20K30K40进给量背吃刀量切削速度表表2-15  P、、M、、K类合金切削用量的选择类合金切削用量的选择113【【任务实施任务实施】】如图2-29(a)、(b)、(c)所示，(a)为面铣刀，(b)为立铣刀，(c)为模具铣刀面铣刀的用途是主要用于面积较大的平面铣削和较平坦的立体轮廓的多坐标加工立铣刀主要用于加工凸轮、台阶面、凹槽和箱口面等平面类零件模具铣刀主要用于加工空间曲面、模具型腔、凸模成形表面等零件如何选择面铣刀和立铣刀请参照教材内容，具体答案略114【【能力拓展能力拓展】】1.数控铣刀的基本要求有哪些？2.简答数控铣刀的种类有哪些？它们的用途是什么？3.面铣刀是如何选择的？4.立铣刀是如何选择的？115项目四项目四 加工中心刀具的选用加工中心刀具的选用【【工作任务工作任务】】请正确指明图2-41所示加工中心刀具的各部分名称，并说明拉钉、刀柄、加工中心常有的刀具的类型有哪些？我国使用的数控工具系统有哪几类？每类的特点是什么？ 图2-41  加工中心刀具 116【【能力目标能力目标】】 1.了解加工中心常用的刀具的类型特点；2.掌握加工中心刀具刀柄的结构及柄部型式的代号含义并能正确选用刀具；3.了解数控工具系统的种类及特点；4.学会加工中心刀具尺寸确定方法；5.学会日内瓦式刀库和链式刀库的换刀过程。

117（1）钻孔刀具    钻孔刀具类型较多，主要有普通麻花钻、可转位浅孔钻及扁钻、深孔钻等加工中心上的钻孔刀具主要是麻花钻按刀具材料不同，麻花钻分为高速钢钻头和硬质合金钻头两种按柄部分类有直柄（圆柱柄）和莫氏锥柄两种直柄一般用于0.1～20mm的小直径钻头；锥柄一般用于8～80mm的大直径钻头；中等尺寸麻花钻的柄部，两种形式均有采用硬质合金麻花钻有整体式、镶片式和无横刃式三种，直径较大时还可采用机夹可转位式结构按长度分类有基本型和加长型为了提高钻头刚性，应尽量使用较短的钻头，但麻花钻的工作部分应大于孔深，以便排屑和输送切削液    麻花钻的组成如图2-42所示，主要由工作部分和柄部组成工作部分包括切削部分和导向部分切削部分担负主要的切削工作；导向部分起导向、修光、排屑和输送切削液的作用，也是钻头重磨的储备部分一、加工中心常用刀具一、加工中心常用刀具118（a）      (b) (c)图2-42麻花钻的组成119在加工中心上钻孔无钻模进行定位和导向，考虑钻头刚性的因素，一般钻孔深度应小于孔径的5倍左右为保证孔的位置精度，除提高钻头切削刃的精度外，在钻孔前最好先用中心钻钻一中心孔，或用刚性较好的短钻头进行划窝加工。

划窝一般采用8～15mm的钻头(见图2-43)，以解决在铸、锻件毛坯表面钻孔引正问题钻削直径在20～60mm、孔的长径比小于3的中等浅孔时，可选用如图2-44所示的可转位浅孔钻，其结构是在带排屑槽及内冷却通道钻头的头部装有一组刀片（多为凸多边形、菱形或四边形），多采用深孔刀片，通过刀片中心孔压紧刀片靠近钻心的刀片用韧性较好的材料，靠近钻头外径的刀片选用较为耐磨的材料这种钻头具有切削效率高、加工质量好的特点，最适用于箱体零件的钻孔加工为了提高刀具的使用寿命，可以在刀片上涂镀碳化钛涂层使用这种钻头钻箱体孔，比普通麻花钻提高效率4～6倍120图2-43划窝和钻孔加工  图2-44可转位浅孔钻  对长径比大于5而小于100的深孔，因其加工中散热差，排屑困难，钻杆刚性差，易使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜，影响加工精度和生产率，故应选用深孔刀具加工常用深孔钻有多刃内排屑深孔钻（喷吸钻、加工大直径深孔）和单刃外排屑深孔钻（加工小直径深孔） 121（2）扩孔刀具加工中心上扩孔大多采用扩孔钻，也采用立铣刀或镗刀扩孔扩孔钻可用来扩大孔径，提高孔的加工精度，也可以用孔的终加工或铰孔、磨孔预加工扩孔钻形状与麻花钻相似，但齿数较多，一般有3～4条主切削刃，通常无横刃。

按切削部分材料来分有高速钢和硬质合金两种高速钢扩孔钻有整体直柄（用于加工较小的孔）、整体锥柄（用于加工中等直径的孔，见图2-45(a)和套式(用于加工直径较大的孔，见图2-45(b)、(c)三种 122（a）  (b) （c）图2-45扩孔钻 （a）锥柄式高速钢扩孔钻  (b)套式高速钢扩孔钻（c）套式硬质合金扩孔钻123 硬质合金扩孔钻也有直柄、锥柄和套式等形式对于扩孔直径在20～60mm 之间的孔，常采用机夹可转位式，如图2-46所示它的两个可转位刀片的外刃位于同一外圆直径上，并且可微量（±O.lmm)调整，以控制扩孔直径扩孔钻由于结构和加工上的特点，其加工质量及效率优于麻花钻扩孔钻的加工余量小，主切削刃短，容屑槽浅，因而刀体的强度和刚度好由于扩孔钻中心不切削，无麻花钻的横刃，加之刀齿多，所以导向性好，切削平稳，加工精度比钻孔高2～3级，并且可部分修正钻孔的形位偏差图2-46机夹可转位式扩孔钻124（3）镗孔刀具镗孔是加工中心的主要加工内容，它能精确地保证孔系的尺寸精度，并纠正上道工序的误差加工中心用的镗刀，有多种类型按镗刀的切削刃数量可分为单刃镗刀和双刃镗刀1)单刃镗刀  大多数单刃镗刀制成可调结构。

图2-47（a）、（b）和（c）所示分别为用于镗削通孔、阶梯孔和不通孔的单刃镗刀，螺钉1用于调整尺寸，螺钉2起锁紧作用单刃镗刀刚性差，切削时易引起振动，所以镗刀的主偏角选得较大，以减小径向力上述结构通过调整镗刀来保证加工尺寸，调整麻烦，效率低，只用于单件小批生产但单刃镗刀结构简单，适应性较广，粗、精加工都适用，因而应用广泛125（a) （b）     （c）图2-47单刃镗刀（a)通孔镗刀  （b）阶梯孔镗刀  （c）不通孔镗刀1262)双刃镗刀  简单的双刃镗刀就是镗刀的两端有一对对称的切削刃同时参与切削，其优点是可以消除径向力对镗杆的影响，对刀杆刚度要求低，不易振动，可以用较大的切削用量，所以切削效率高图2-48 双刃机夹镗刀  图2-49 可调双刃镗刀1273)微调镗刀    加工中心常用如图2-50所示的精镗微调镗刀进行孔的精加工这种镗刀的径向尺寸可以在一定范围内调整，其读数值可达O.Olmm图2-50精镗微调镗刀 l-刀体 2-刀片 3-调整螺母4-刀杆 5-螺母 6-拉紧螺钉 7-导向键128（4）铰孔刀具铰孔是用铰刀对已经粗加工的孔进行精加工，也可以用于磨孔或研孔前的预加工。

铰孔只能提高孔的尺寸精度、形状精度和减小表面粗糙度值，而不能提高孔的位置精度在加工中心上铰孔时，多采用通用的标准铰刀此外，还有机夹硬质合金刀片的单刃铰刀和浮动铰刀通用标准铰刀如图2-51所示，有直柄、锥柄和套式三种直柄铰刀直径为6～20mm，锥柄铰刀直径为10～32mm，小孔直柄铰刀直径为l～6 mm，套式铰刀直径为25～80 mm铰刀工作部分包括切削部分与校准部分切削部分为锥形，承担主要的切削工作；切削部分的主偏角为5°～15°，前角一般为0°，后角一般为5°～8°校准部分的作用是校正孔径、修光孔壁和导向校准部分包括圆柱部分和倒锥部分圆柱部分保证铰刀直径和便于测量，倒锥部分可减少铰刀与孔壁的摩擦和减少孔径扩大量129 (a)  (c)(b)    (d)图2-51标准铰刀(a)直柄铰刀  (b)锥柄铰刀  (c)套式铰刀  (d)铰刀切削刃角度130铰刀齿数取决于孔径及加工精度标准铰刀有4～12齿齿数过多，刀具的制造刃磨较困难，在刀具直径一定时，刀齿的强度会降低，容屑空间小，容易造成切屑堵塞和划伤孔壁甚至崩刃齿数过少，则铰削时的稳定性差，刀齿的切削负荷增大，且容易产生几何形状误差。

图2-52所示为加工中心采用的专门设计的浮动铰刀这种铰刀不仅能保证在换刀和进刀过程中刀具的稳定性，而且又能通过自由浮动而准确地定心，因此其加工精度稳定浮动铰刀的寿命比高速钢高8～10倍，且具有直径调整的连续性，它是加工中心所采用的一种比较理想的铰刀图2-52 浮动铰刀131（5）丝锥丝锥是数控机床加工内螺纹的一种常用刀具，其基本结构是一个轴向开槽的外螺纹，如图2-53所示螺纹部分可分为切削锥部分和校准部分切削锥磨出锥角，以便逐渐切去全部余量；校准部分有完整齿型，起修光、校准和导向作用柄部的方尾（尾部）通过夹头或标准锥柄与机床联接数控机床有时还使用一种叫成组丝锥的刀具，其工作部分相当于2～3把丝锥串联，依次分别承担着粗精加工，适用于高强度、高硬度材料或大尺寸、高精度的螺纹加工图2-53  丝锥的结构 132（6）孔加工复合刀具复合刀具也称组合刀具，它是由两把以上的同类型或不同类型的刀具组合在一个刀体上使用的一种刀具它使用刀具少、生产率高，能保证各加工表面的相互位置精度，但复合刀具制造较复杂，成本较高常用的复合刀具有同类工艺复合刀具和不同类工艺复合刀具同类工艺复合刀具主要由不同加工尺寸的同类刀具串接在一起，每把刀分别完成不同的加工余量或精度，例如“铰→铰→铰”组合铰刀、“镗→镗→镗”组合镗刀等。

不同类工艺复合刀具种类较多，应用也较为广泛图2-54所示为三种常见的不同类工艺复合刀具 (a)  (b)  (c）图2-54复合刀具(a)钻→扩→铰  (b)钻→铰→铰  (c）钻→镗133二、加工中心刀具系统二、加工中心刀具系统 （一）刀柄的结构（一）刀柄的结构刀柄的结构现已系列化、标准化，其标准有很多种，见表2-16所示加工中心和数控铣床上一般采用7:24圆锥刀柄（JT或ST），并采用相应形式的拉钉拉紧这类刀柄不能自锁，换刀比较方便，与直柄相比具有较高的定心精度与刚度我国规定的刀柄结构( GB/T10944-2006)与国际标准IS07388/1和 IS07388/2规定的结构几乎一致，如图2-55所示相应的拉钉结构( GB/T10945-2006)有A型和B型两种型式A型拉钉用于不带钢球的拉紧装置，其结构如图2-56所示B型拉钉用于带钢球的拉紧装置，其结构如图2-57所示 134代号代号工具柄部型式工具柄部型式JT自动换刀用7:24圆锥工具柄 GB/T10944-2006BT自动换刀用7:24圆锥BT型工具柄 JIS B6339ST手动换刀用7:24圆锥工具柄 GB/T3837-2001MT带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB/T1443-1996MW带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB/T1443-1996ZB直柄工具柄 GB/T6131-2006135图2-55 标准7：24圆锥刀柄结构136图2-56  A型拉钉结构  图2-57 B型拉钉结构137（二）数控工具系统及其选用（二）数控工具系统及其选用1.整体式工具系统整体式工具系统整体式工具系统把工具柄部和装夹刀具的工作部分做成一体。

不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床主轴相连接的柄部其优点是：结构简单，使用方便、可靠，更换迅速等缺点是所用的刀柄规格品种和数量较多图2-58为TSG工具系统图，表2-17为TSG工具系统用途代号的含义138TSG工具系统图139代号代号的含义代号代号的含义代号代号的含义J装接长刀杆用锥柄KJ用于装扩、铰刀TF浮动镗刀Q弹簧夹头BS倍速夹头TK可调镗刀头KH7:24锥柄快换夹头H倒锪端面刀X用于装铣削刀具Z (J)用于装钻夹头（莫氏锥度注J）T镗孔刀具xs装三面刃铣刀MW装无扁尾莫氏锥柄刀具TZ直角镗刀XM装面铣刀M装有扁尾奠氏锥柄刀具TQW倾斜型微调镗刀XDZ装直角端铣刀G攻螺纹夹头TQC倾斜型粗镗刀XD装端铣刀C切内槽刀具TZC直角型粗镗刀表表2-17  TSG工具系统用途代号的含义工具系统用途代号的含义注：用数字表示工具的规格，其含义随工具不同而异：对于有些工具，该数字为轮廓尺寸(D—L)；对另一些工具， 该数字表示应用范围；还有表示其他参数值的，如锥度号等1402.模块式工具系统模块式工具系统把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模块，每类模块中又分为若干小类和规格，然后用不同规格的中间模块，组装成不同用途、不同规格的模块式工具。

这样既方便了制造，也方便了使用和保管，大大减少了用户的工具储备，对加工中心较多的企业有很好的实用价值，如图2-59所示目前，模块式工具系统已成为数控加工刀具发展的方向图2-60为TMG工具系统的示意图 2-59模块式工具系统的组成141图2-60  TMG工具系统的示意图1423.数控刀具刀柄的选用数控刀具刀柄的选用当加工孔径、孔深经常变化的多品种、小批量零件时，以选用模块式工具为宜，这样可以取代大量整体式镗刀柄当采用的加工中心较多时，应选用模块式工具，因为各台机床所用的中间模块（接杆）和工作模块（装刀模块）都可以通用，能大大减少设备投资，提高工具利用率，同时也利于工具的管理与维护加工一些产量较大（年产几千件到上万件）且反复生产的典型工件时，应尽可能考虑选用复合刀具在加工中心上采用复合刀具加工，可把多道工序变成一道工序，由一把刀具完成，大大减少了机加工时间在TSG工具系统中有相当部分产品是不带刀具的，这些刀柄相当于过渡的连接杆，必须再配置相应的刀具（如立铣刀、钻头、镗刀头和丝锥等）和附件（如钻夹头、弹簧卡头和丝锥夹头等）1434.刀具尺寸的确定刀具尺寸的确定        刀具尺寸包括直径尺寸和长度尺寸。

孔加工刀具的直径尺寸根据被加工孔直径确定，特别是定尺寸刀具（如钻头、铰刀）的直径完全取决于被加工孔直径        在加工中心上，刀具长度一般是指主轴端面至刀尖的距离，包括刀柄和刃具两部分，如图2-61所示刀具长度的确定原则是：在满足各个部位加工要求的前提下，尽量减小刀具长度，以提高工艺系统刚性        制订工艺和编程时，一般不必准确确定刀具长度，只需初步估算出刀具长度范围，以方便刀具准备刀具长度范围可根据工件尺寸、工件在机床工作台上的装夹位置以及机床主轴端面距工作台面或中心的最大、最小距离等确定在卧式加工中心上，针对工件在工作台上的装夹位置不同，刀具长度范围有两种估算方法144图2-61 加工中心刀具长度(1)加工部位位于卧式加工中心工作台中一心和机床主轴之间时(如图2-62(a)所示），刀具最小长度为             TL =A-B-N+L+Z0+Tt                                 式中  A——主轴端面至工作台中心线最大距离，单位为mm；      B——主轴在Z向，的最大行程，单位为mm；      N——加工表面距工作台中心距离，单位为mm；     L——工件的加工深度尺寸，单位为mm；     Tt——钻头尖端锥度部分长度，一般Tt =0.3d（d为钻头直径），单位为mm；     Z0——刀具切出工件长度（已加工表面取2～5mm，毛坯表面取5～8mm），单位为mm。

刀具的长度范围为：           TL ＞A-B-N+L+Z0+ TtTL ＜A-N145(2）加工部位位于卧式加工中心工作台中心和机床主轴两者之外时(如图2-62 (b)所示），刀具最小长度为：           TL= A-B+N+L+Z0+ Tt刀具长度范围为：           TL ＞A-B+N+L+Z0+ Tt TL ＜A+N        在确定刀具长度时，还应考虑工件上其他凸出部分及夹具、螺钉对刀具运动轨迹的干涉主轴端面至工作台中心的最大、最小距离由机床样本提供146 (a)    (b)  图2-62  加工中心刀具长度的确定                           (a)方案1  (b)方案2147三、刀库及自动换刀三、刀库及自动换刀 加工中心的刀库形式很多，结构各异，常见的为日内瓦式刀库（俗称斗笠式刀库，如图2-63）和链式刀库(见图2-64) 所示a）     (b)   （a）  (b)  (c)图2-63 日内瓦刀库 （a）径向取刀形式 (b)轴向取刀形式 图2-64 链式刀库148(一一)日内瓦式刀库日内瓦式刀库  日内瓦式刀库结构简单、紧凑、应用较多，但其换刀时间较链式刀库长。

它存放刀具数量一般不超过32把一般的日内瓦式刀库换刀过程是：1)主轴头回到换刀点，如图2-65（a）所示2)刀库水平移动到换刀点，此时主轴头上的刀柄及刀具被放回到刀库的对应位置，如图2-65（b）所示3)主轴头升高（或刀库下降），刀柄及刀具留在刀库中，如图2-65（c）所示4)刀库回转，下一把刀柄及刀具对准主轴头的位置，如图2-65（d）所示5)主轴头下降（或刀库上升），刀柄及刀具被主轴抓取，如图2-65（e）所示6)刀库水平移动离开换刀点，换刀动作完成，如图2-65（f）所示149 （a）  (b) (c) (d)  (e)       (f) 图2-65日内瓦式刀库换刀过程示意图150(二二)链式刀库链式刀库链式刀库换刀可靠、效率高，刀库容量大，但结构较复杂一般的链式刀库采用的是机械手换刀，其换刀过程是：1)主轴头回到换刀点，如图2-66（a）所示2)机械手抓取刀库中的刀柄及刀具和主轴头上的刀柄及刀具，如图2-66（b）所示3)从主轴头上取下的刀柄及刀具对准刀库中的放置位置，如图2-66（c）所示4) 使从刀库中的抓取的刀柄及刀具对准主轴头，如图2-66（d）所示5)将从刀库中的抓取的刀柄及刀具放入主轴头，如图2-66（e）所示。

6)从主轴头上取下的刀柄及刀具放入刀库中的相应位置，机械手回位，换刀动作完成，如图2-66（f）所示151 （a）  (b)   (c)  (d)    (e)    (f) 图2-66机械手换刀过程示意图 152【【任务实施任务实施】】如图2-41所示，加工中心刀具1为拉钉，2为锥柄，3为夹头，4为刀具常见的拉钉有标准A型和标准B型加工中心上常用的刀柄一般采用7:24圆锥刀柄，这类刀柄不能自锁，换刀比较方便，与直柄相比具有较高的定心精度与刚度在选择刀柄时，要求工具的柄部应与机床主轴孔的规格（40号、45号还是50号）相一致；工具柄部抓拿部位要能适应机械手的形态位置要求；拉钉的形状、尺寸要与机床主轴的拉紧机构相匹配加工中心常有的刀具有铣刀、麻花钻、扩孔钻、镗刀、铰刀、丝锥等我国采用整体式和模块式两类工具系统整体式工具系统是把工具柄部和装夹刀具的工作部分做成一体不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床主轴相连接的柄部其优点是：结构简单，使用方便、可靠，更换迅速等缺点是所用的刀柄规格品种和数量较多模块式工具系统是把工具的柄部和工作部分分开，制成系统化的主柄模块、中间模块和工作模块，每类模块中又分为若干小类和规格，然后用不同规格的中间模块，组装成不同用途、不同规格的模块式工具。

这样既方便了制造，也方便了使用和保管，大大减少了用户的工具储备，对加工中心较多的企业有很好的实用价值153【【能力拓展能力拓展】】1.加工中心常用的刀具有哪些？简述各种刀具的类型有哪些？2.加工中心刀具刀柄的结构有哪些？其柄部型式的代号含义是什么？3.数控工具系统有哪几类？它们的特点是什么？4.简述加工中心刀具尺寸如何确定的？5.常见刀库的形式有哪些？简述日内瓦式刀库和链式刀库的换刀过程？ 154。