金属切削与刀具教案

课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 授课时1 间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 熟悉基本定义，明确基本概念 明确基本概念，刀具几何形状 掌握常用刀具的材料的选用 刀具材料具备的性能 相关的教具 由简单的相关概念引入，讲授法 习题册P1、P2填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 学生对相关的专业知识有一定的基础，对基本的还可以理解 教学内容及过程设计 模块一 刀具材料与切削加工基本知识 ? 课题一 刀具材料的选择 一、课题分析 在切削加工中，刀具直接承担着切除加工余量，形成零件表面的任务。刀具切削部分的材料不仅对加工表面质量，而且对刀具寿命、切削效率和加工成本均有直接影响。在选择刀具材料时，需要考虑的因素主要包括：被加工零件的材料、切削加工速度和切削加工阶段。对于不同的被加工材料，如钢和铸铁，由于它们具有不同的切削特点，故需要选择不同的刀具材料；对于不同的加工阶段，如粗加工、半精加工和精加工等，由于加工要求不同，在选用具体刀具牌号时，也应有所不同；另外，需要指出的是切削速度在很大程度上决定着刀具材料的选用。总之，我们应当重视刀具材料的合理选用。 二、相关知识 (一)常用刀具材料的选用 一般来说，选择刀具材料时主要考虑的因素是工件材料和切削速度。目前，我国常用的刀具材料有工具钢和硬质合金两种类型。 1．低速切削时的刀具材料 低速切削时，谜择工具钢作为刀具材料较为适宜，部分刀具常用工具钢见表部分刀具常用工具钢由表1—1不难看出，碳素工具钢和合金工具钢仅适合于制作诸如手用铰刀、圆板牙等手用刀具，而手用刀具工作时的切削速度一般不会高于10 m／min。所以，在工具钢中高速钢才是机加工刀具的主要材料。高速钢刀具能加工碳素结构钢、合金结构钢、铸铁等常用金属，不过，由于受材料耐热温度(普通高速钢为600～700℃)的制约，对于像W18Cr4V和W6M05Cr4V2这样的普通高速钢，在使用时仍然必须注意切削速度的限制。切削中碳钢时，切削速度一般不能大于30 m／rain。需要强调的是，由于高速钢具有良好的综合性能，目前在形状复杂刀具，如标准麻花钻、丝锥、铰刀、拉刀、成形车刀、成形铣刀、齿轮刀具的制造中，仍占有主要地位。 教学内容及过程设计 【知识链接】高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工 具钢，强度和韧性在现有刀具材料中最高，并且制造工艺简单，容易刃磨出锋利的切削刃，锻造、热处理变形小，所以有着良好的综合性能。高速钢按其用途和切削性能，可分为普通高速钢和高性能高速钢。高性能高速钢是在普通高速钢成分中添加碳、钒、钴、铝等合金元素后而成，由于进一步提高了材料的耐热性，其使用寿命约为普通高速钢的1.5～3倍，并能用于切削加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。我国推广使用的高性能高速钢牌号是w6M05Cr4V2Al。随着粉末冶金高速钢的出现，清除了碳化物的偏析现象，大大改善了高速钢的物理、力学性能和工艺性能，特别适用于制造切削难加工材料的形状复杂的刀具。另外，高速钢的表面处理与涂层技术的采用，大大提高了刀具的耐磨性和使用寿命。 2．高速切削时的刀具材料 高速度、高精度一直是切削加工的追求目标。硬质合金刀具材料因其具有较高的耐热性(耐热温度达800～1 000℃)，较高的切削速度(为高速钢的4～10倍，切削中碳钢时可达100 m／min以上)，在生产实际中得到了普遍的应用，已成为主要的刀具材料。 【知识链接】硬质合金是将高硬度、高熔点的金属碳化物粉末，用钴等金属作为黏结剂在高温下压制、烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的性能取决于碳化物(也称硬质相)和黏结剂(也称黏结相)的比例，碳化物的多少决定了硬质合金的硬度和耐磨性，黏结剂的多少决定了硬质合金的强度。含碳化物多，适用于精加工，含黏结剂多，适用于粗加工。 (1)P类硬质合金 相当于我国原钨钛钴类(YT)硬质合金，主要成分为wC+TiC+co。常用牌号有P01、P10、P20、P30、P40。P类硬质合金具有较高的耐热性、较好的抗黏结、抗氧化能力，主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色作标志。其中，P01适合精加工，P10、P20适合半精加工，P30、P40适合粗加工。特别需要指出的是，P类硬质合金不适宜切削含Ti元素的不锈钢，这是因为刀具和工件中的Ti元素之间的亲和作用会加剧刀具磨损。【知识链接】各类硬质合金牌号中的数字越大，c0的含量越多，韧性越好，适用于粗加工；如果碳化物的含量越多，则热硬性越高，韧性越差，适用于精加工。 教学内容及过程设计 (2)K类硬质合金 相当于我国原钨钴类(YG)硬质合金，主要成分为WC+C0。常用牌号有K0]、K10、K20、K30、K40等。K类硬质合金主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，以及含Ti元素的不锈钢，用红色作标志。 解：一般情况下，加工铸铁零件可以选用普通高速钢或硬质合金中的K类作为刀具材料，但是，由于切削速度高于30 m／min，故不适宜采用普通高速钢作为刀具材料，选择硬质合金刀具材料较为合适。又因为是粗加工，考虑到粗加工对刀具强度要求较高，所以最终选择牌号为K30的硬质合金作为刀具材料。 (3)M类硬质合金 相当于我国原钨钛钽(铌)钴类(YW)硬质合金，主要成分为WC+TiC+TaC+Co。常用牌号有M10、M20、M30、M40。M类硬质合金主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作标志。其中，精加工可用M10、半精加工可用M20、精加工可用M30。 【知识链接】由于该类硬质合金具有高的耐热性和高温硬度，能用来切削钢或铸铁，所以又称通用硬质合金。 (二)刀具材料应具备的性能 1．足够的硬度和耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必须具备的基本性能，通常要求常温下刀具材料硬度在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2．足够的强度和冲击韧性 强度是指刀具抵抗切削力的作用而不至于刀刃崩碎或刀杆折断所应具备的性能，一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力。一般来说，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键问题。 3．高的耐热性 耐热性又称红硬性，是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗黏结和抗扩散的能力。耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标。刀具材料的耐热性越好，高温硬度越高，允许的切削速度就越高。 【知识链接】常用刀具材料的耐热温度如下：碳素工具钢200～250℃，合金工具钢300～400。C，普通高速钢600～70C·℃，硬质合金800～1 000℃。 4．工艺性和经济性 为了便于刀具的制造，刀具材料还应具有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能等。当然在选用刀具材料时还应综合考虑经济性。目前，超硬材料及涂层刀具材料费用较高，不过其使用寿命很长，在成批生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此，在选用时一定要综合考虑。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 2 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 学习机床和刀具之间的切削用量 审批签名 掌握切削运动和切削用量 掌握切削用量三要素 切削用量用量的选择 相关的教具 讲授法 习题册P2、P3填空题、判断题、简述题、计算题 课后小节 基本能掌握计算方法，明确计算公式 教学内容及过程设计 课题二 切削运动和切削用量 一、课题分析 要完成相应零件表面的加工，酋先，离不开机床和刀具之间的相对运动，例如车削外圆时需要车床主轴(工件)的旋转运动和刀具的纵向(轴向)移动；其次，在切削加工前，必须根据加工阶段的不同，合理确定和计算切削运动参数(切削用量)的大小。这是因为：一方面，切削运动参数是切削加工前操作者调整机床的依据，例如．在车削加工前通常需要调整主轴的转速等；另一方面，切削运动参数的合理与否还影响着切削加工效率、零件加工精度和加工成本，例如，粗加工时如果切削运动速度过高，加工材料切除量过大等都会给加工带来极为不利的影响，轻则加快刀具磨损．重则引起加工振动甚至崩刃、断刀；反之，加工效率低下，加工成本提高。 二、相关知识 (一)切削运动 要完成切削加工任务．离不开刀具和工件的运动。切削过程中工件和刀具之间的相对运动称为切削运动。根据在切削过程中所起的作用小同，切削运动分为主运动和进给运动。如车削外圆时，工件的旋转运动为主运动．刀具的轴向移动为进给运动。 1．主运动 主运动是指直接切除工件上多余材料(切削层)，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动。金属切削过程中，无论哪种切削运动，主运动只有一个，且它的速度通常较高，功率消耗也较大，约占功率总消耗的90％左右。主运动可以由工件完成，例如，车削加工时工件的旋转运动；也可以由刀具完成，例如，铣削、钻削加工中的铣刀、钻头的旋转运动。 2．进给运动 使新的切削层不断投入切削的运动称为进给运动。切削运动中，进给运动可以是一个(如钻削加工时)或多个(如磨削加工时)，进给运动通常速度较低、功率消耗较小，例如，车削外圆时，刀具进给运动仅消耗切削总功率的10％左右。 【知识链接】切削过程中，随着切削运动的进行，在工件上形成了3个不断变化着的表面(见图1—2a)。它们是已加工表面、待加工表面和加工表面(也称过渡表面)。工件上即将被切去金属层的表面称为待加工表面；工件上经刀具切除多余金属后形成的新表面称为已加工表面；工件上由切削刃正在切削的表面称为加工表面。在以后定义和判别刀具上的刀面时要用到这些概念，务必弄清。 (二)切削用量三要素 我们已经知道，切削加工中必须考虑切削运动的大小，以满足切削加工生产率、工件的加工质量、切削加工的经济性等方面的要求。用来表征切削运动大小的参数称为切削用量，它也是金属切削加工之前操作者调整机床的依据。一般来说，切削用量包括切削速度、背吃刀量和进给量3个要素。 1．切削速度 主运动的线速度称为切削速度，它是用来表示主运动大小的参数。 外圆车刀车削外圆时的切削速度计算式为： 式中 dw——工件待加工表面的直径，（mm）； n——工件的转速，（r/s）。 教学内容及过程设计 2．背吃刀量 已加工表面和待加工表面间的垂直距离称为背吃刀量，单位为nlrn。 式中 dw——工件待加工表面的直径，（mm） ——工件已加工表面的直径，（mm） 【知识链接】以上仅给出了外圆车削时的计算公式，内孔车削时的背吃刀量为已加工表面直径与待加工表面直径之差的一半。 3．进给量 进给量是指工件(或刀具)每转一转，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mnl／r。加工时，一般根据加工性质来选取其大小。粗加工时，可选择较大的进给量以提高加工效率；精加工时则应选择较小的进给量以保证工件的表面质量。通常将每分钟刀具沿进给方向移动的距离称为进给速度，单位为mm／min。 【知识链接】进给量的完整概念是指工件或刀具每转一转(或往复一次)或刀具每转过一齿时，工件与刀具在进给方向的相对位移，这里涵盖了各种切削加工方法，以上仅给出了车削加工时进给量的含义。另外，在数控加工中，进给运动的单位通常有转进给和分进给两种表示方式，其实，就是nfnzfz以上所说的进给量和进给速度。f 式中 n——主运动的转速，（m/s）； z——刀具齿数。 (三)切削用量选择 处理好效率与精度的关系是选择切削用量的关键所在。切削用量总的选择原则是：粗加工以效率为主，精加工以精度为主。一般选择顺序为：先选择背吃刀量，再选择进给量，最后选择切削速度。粗加工时优先采用大的背吃刀量，其次采用较大的进给量，最后选择合理的切削速度。精加工时首先选择较小的背吃刀量，再选择较小的进给量，最后选择较高(对于硬质合金刀具)或较低(对于高速钢刀具)的切削速度。 1．背吃刀量的选择 背吃刀量应根据机床、工件和刀具的刚度来确定，在刚度允许的条件下，除留给下道工序的余量外，其余的材料尽可能一刀切除，．这样可以减少走刀次数，提高生产效率，例如，课题引入中的粗加工实例通常情况下可以考虑一刀完成。当余量太大或工艺系统刚性较差时，所有余量(A)分两次(或多次)切除。 2．进给量的选择 当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100～200 mm／min范围内选取；在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50 mm／min范围内选取；当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50 mm／min范围内选取。 3．切削速度的选择 切削速度应根据加工性质和刀具材料进行选择，普通高速钢刀具一般不超过30 m／’min，在精加工时硬质合金刀具则可达到100 m／min以上。 dm 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 3 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 刀具的组成及其主要角度 明确刀具切削部分的组成 掌握刀具的主要角度 刀具的主要角度 相关教具 由简单的相关概念引入，讲授法 习题册P3、P4填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 结合实训实习多加练习，准确掌握刀具的主要角度 教学内容及过程设计 课题三 刀具的组成及其主要角度 一、 课题分析 普通外圆车刀是最典型的简单刀具，其他种类的刀具都可以看作是它的变形或组合。下面就以普通外圆车刀为例来介绍刀具切削部分的结构、组成以及刀具的几何角度。 (一)刀具切削部分的组成 不管刀具形状多么千变万化，作为刀具的切削部分，在结构上具有一个共同的特征，即它们由若干个基本切削单元(两面一线组成的楔性结构)．所组成。对于普通外圆车刀来说，它由两个基本切削单元组成，即前刀面、主后刀面(后刀面)、主切削刃组成的基本切削单元和前刀面、副后刀面、副切削刃组成的基本切削单元。其构造可用三面、二刃、一尖来概括。三面，即前刀面(A，)、主后刀面(A。)、副后刀面(A。，)。前刀面是指切削加工时切屑所流经的刀具表面，主后刀面是指切削加工时与工件上加工表面相对的刀具表面，副后刀面是指切削加工时与工件上已加工表面相对的刀具表面。 【知识链接】前刀面的形状有平面型、曲面型、带倒棱型(见图1—5a)3种。平面型是一种最 基本的形状，它刃磨简单、刃口锋利。主后刀面通常为平面，必要时可磨出倒棱或制造出刃带(见图1—5b)，以起到阻尼消振或支撑定位、保持尺寸的作用。与主后刀面一样，副后刀面通常为平面。 3个刀面的方位确定后，刀具的结构就确定了。刀面相交形成了两条具有切削能力的刀刃，即主切削刃(S)和副切削刃(S’)。前刀面、主后刀面相交形成主切削刃，它担当主要的切削工作。前刀面、副后刀面相交形成副切削刃，它配合主切削刃完成切削工作。两条刀刃相交于刀尖。 【知识链接】需要指出的是，实际使用时刀具的切削刃不可能磨得很锋利，总存在着刃口圆弧。刃口的锋利程度以刃口圆弧半径ID的大小衡量，10越小，刃口越锋利。另外，为了 提高刀尖的强度和耐磨性，往往将其磨成圆弧形或直线形的过渡刃。 教学内容及过程设计 (二)刀具的主要角度 我们已经知道，不同几何形状的刀具切削部分具有不同的切削性能，下面就来谈谈描述刀具几何形状与切削性能的重要参数——刀具几何角度。 1．车刀几何形状的图示方法 在学习刀具几何角度之前，首先要学习刀具切削部分几何形状的绘制。工程中一般采用简单画法进行刀具切削部分的绘制，为了用平面图表示出车刀切削部分的几何形状，一般选择两个视图(主视图和向视图，和两个剖面图(主剖面和副剖面)来表示。 绘制刀具的方法有两种。第一，投影作图法，它严格按投影关系来绘制几何形状，是认识和分析刀具切削部分几何形状的重要方法，但该方法绘制繁琐，一般比较少用；第二，简单画法，该方法绘制时，视图问大致符合投影关系，但角度与尺寸必须按比例绘制。 (1)主视图 通常采用刀具在基面中的投影作为主视图。同时勿忘标注进给运动方向，以确定或判断主切削刃和副切削刃。 通过切削刃上某一选定点，垂直于切削速度方向的平面称为基面(Pr)。在理想情况下，对车刀而言，基面就是包括切削刃上选定点，并与刀杆底面平行的平面(水平面)。基面是刀具制造、刃磨、测量时的定位基准面，如图—8所示。 【知识链接】所谓理想情况就是满足两个假定条件的情况，即假定进给速度等于零的假定运动条件和假定安装没有误差的假定安装条件。满足假定安装条件，意味着刀尖与工件轴心线等高，刀杆中心线与工件轴心线垂直；满足假定运动条件，则意味着进给量f=o。 (2)向视图 通常取刀具在切削平面(P。)中的投影作为向视图，此处要注意放置位置。通过切削刃上某一选定点，相切于工件加工表面且垂直于基面的平面称为切削平面(Ps) (3)剖面图 包括主剖面(P。)和副剖面(P’。)，主剖面如图1--8所示。通过主切削刃上某一选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面称为主剖面(又叫正交平面)，若选定点在副切削刃上则为副剖面。 2．车刀的几何角度 刀具几何角度是确定刀面方位的角度，它表明刀面、切削刃与假定参考平面问的夹角。假定参考平面包括基面(Pr)、切削平面(Ps)和测量平面。测量平面包括正交平面(Po、Po′)、法平面(Pn)、进给平面(Pf)和背平面(Pp)，具体概念见表1--3。考虑到大多数加工切削刃上各点的切削速度并不相同，往往通过切削刃上某一选定点(一般选在刀尖附近)来建立参考平面。 【知识链接】参考系选定点如果在副切削刃上，则坐标平面前冠以“副”字，并在相应的符号右上角加标“、”以示与选定点在主切削刃上的区别。 教学内容及过程设计 对于普通外圆车刀来说，需要6个独立角度来确定其3个刀面的位置，它 们是前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角。 【知识链接】一面二角原理：确定空间任意平面方位需要且只需要：两个独立角度。据此，刀具上每一个刀面只需用2个角度就能定向，即用来确定刀头形状所需的独立角度数应该是刀面数的两倍。由于外圆车刀共有3个刀面，所以仅需6个独立角度就能确定其形状，即控制前刀面的前角、刃倾角；控制后刀面的后角、主偏角；控制副后刀面的副后角、副偏角。 3．注意事项 (1)当切削刃呈曲线或刀面呈曲面时，通过取选定点的切线或切平面来代替切削刃和刀 面的方位。 (2)前角、刃倾角可以是正值、负值或零。 (3)后角不允许为负值。 前角正、负值规定如下：在主剖面中，前刀面与切削平面的夹角小于90°时为正；大于90°为负；前刀面与基面平行时为0°前角增大，切削力减小。 后角正、负值规定如下：在主剖面中，当后刀面与基面的夹角为锐角时，后角为正；当 后刀面与基面的夹角为钝角时，后角为负；当后刀面与切削平面平行时，后角为0°后角增大，后刀面与工件之间的摩擦减小。实际使用中，后角不能小于O° 刃倾角正、负值规定如下：当切削刃与基面重合时，刃倾角为O°，当刀尖为切削刃的最高点时，刃倾角为正；当刀尖为切削刃的最低点时，刃倾角为负。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 4 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习常用车刀的绘制及刃磨 学会90°外圆车刀的绘制 常用车刀的绘制 对90°外圆车刀的绘制 相关的教具 讲授法、练习法 习题册P4、P5填空题、选择题、判断题、简述题、作图题 课后小节 需要多动手练习车刀的绘制 教学内容及过程设计 课题四 常用车刀的绘制及刃磨 一、课题分析 一般来说，操作者在进行零件的车削加工之前，必须按照加工工艺要求或给定的车刀进行车刀的刃磨，90。外圆车刀、内孔车刀和切断刀是实际生产中最为常用的车削刀具。学会刀具的正确绘制是识读车刀图并进行刀具刃磨的第一步，正确绘制车刀图的关键在于：第一，对于刀具结构组成的分析和刀具几何角度的确定，其中包括刀面的个数，前刀面、后刀面和副后刀面的位置，刀具几何角度的数量和名称等；第二，应用上一课题的知识绘制相关视图，标注相应几何角度。 二、相关知识 (一)90。外圆车刀的绘制 1．结构分析 该车刀主偏角为90。，用于纵向进给车削外圆，尤其适于刚性较差的细长轴类零件的车削加工。该车刀共有3个刀面，即前刀面、后刀面、副后刀面；所需标注独立角度为6个，即前刀面控制角为前角、刃倾角，后刀面控制角为后角、主偏角，副后刀面控制角为副后角、副偏角。 2．绘制方法 绘制方法与普通外圆车刀类似。 (1)画出刀具在基面中的投影，取主偏角为90~，并标注进给运动方向，以明确表明后刀面与副后刀面，主切削刃与副切削刃的位置。 (2)画出切削平面(向视图)中的投影，注意 放置位置。 (3)画出主剖面、副剖面。 (4)标注相应角度数值(此处用符号表示)， (二)切断刀的绘制 1．结构分析 切断刀采用横向进给方式对工件进行切削加工，主要用于工件的切槽或切断。切断刀共有4个刀面：一个前刀面、一个主后刀面、两个副后刀面，切断刀有左右两个刀尖，一条主切削刃，两条副切削刃。切断刀可以看做是两把端面车刀的组合，进刀时同时切削左右两个端面。由于它有4个刀面，故所需标注的独立角度有8个：控制前刀面的前角、刃倾角，控制主后刀面的主偏角、后角，控制左、右副后刀面的2个副偏角和2个副后角。 2．绘制方法 绘制方法与外圆车刀类似，如图1—12所示。需要指出的是，切断刀有两个副后刀面，需要画出两个副剖面。 【知识链接】一般切断刀的主切削刃较窄，刀头较长，所以强度较差。生产中普遍使用的是高速钢切断刀，其主要参数选择如下： 前角：切断中碳钢时，取20°～30°；切断铸铁时，取0°～lO°。 后角：切断脆性材料时，取小些；切断塑性材料时，取大些。一般取4°～8°。 副后角：切断刀有两个对称的起减少摩擦作用的副后角，一般取l°～2°。 主偏角：由于切断刀采用横向走刀，因此一般采用90°的主偏角，但在进行切断加工时，会在工件端面上留下一个小凸台，解决的方法是把主切削刃磨得略微斜些。 副偏角：为了不过多削弱刀头强度，一般取1°～1．5°。 高速切削时，则采用硬质合金切断刀，其要求与高速钢切断刀相同。为了增强切断刀的强度，可在主切削刃两侧磨出过渡刃，并在主切削刃上磨出负倒棱，还可以把刀头下部做成凸肚形。 切断大直径工件时，为减少振动，可采用反切刀进行切削，使工件反转。 (三)内孔车刀的绘制 由于内孔车刀的结构组成类似于外圆车刀，所以不再赘述，下面将通过一个实例加以说明。 例1—3试根据以下参数绘制内孑L车刀刀头。参数如下：前角15°、后角8°、主偏角75°、副偏角10°、副后角8°、刃倾角一5°。 【知识链接】内孔有通孔、台阶孔、盲孔等几种不同的形式。车削通孔可用通孔车刀，车削台阶孔或不通孔则需用不通孔车刀，它们的主要区别在于主偏角的大小。通孔车刀的主偏角小于90°；台阶孔或不通孔车刀的主偏角则大于90°，且刃倾角应为负值以确保加工时切屑向刀柄方向排出，保证切削加工的顺利进行。 教学内容及过程设计 (四)车刀的刃磨 1．刃磨步骤 刃磨车刀时，首先必须正确地选择砂轮，然后按照以下步骤进行： (1)先磨后刀面，把主偏角、后角磨好。 (2)再磨副后刀面，把副偏角、副后角磨好。 (3)最后磨前刀面，把前角、刃倾角磨好，必要时可磨出断屑槽。 【知识链接】磨刀时常用两种磨料的磨刀砂轮：一种是用来磨削高速钢刀具的白色氧化铝砂轮，另一种是用来磨削硬质合金刀具的绿色碳化硅砂轮。对于硬质合金车刀，应先在氧化铝砂轮上磨出刀杆上的后刀面和副后刀面，再在碳化硅砂轮上刃磨硬质合金刀片部分。3个刀面磨好后，可适当磨出刀尖圆弧，若能再用油石加些机油研磨刀刃附近的前、后刀面至光滑，则不但能使刀刃锋利，而且可以延长刀具的使用时间。需要指出的是，车刀的刃磨通常在砂轮机上手工操作，磨刀只凭目’测控制角度。对于精密刀具，只有在磨刀机上通过专用夹具定位才能刃磨。 2．注意事项 (1)磨高速钢刀具时，需要经常用水冷却刀具，以免刀头因温度过高降低硬度；磨硬质合金刀具时，不要用水冷却，否则会因急冷使刀片产生裂纹。 (2)刃磨时，应将车刀左右移动(不能抖动)，以免因固定在砂轮一处刃磨使砂轮表面形成凹槽，影响其他刀具刃磨。 (3)尽量避免用砂轮的侧面来刃磨刀具。 图1-12 切断到的绘制 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 5 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习车刀的工作角度 明确1、工作参考系和工作角度 2、工作角度的影响因素 掌握车刀的工作角度 工作参考系的理解工作，角度的影响因素 相关教具 讲授法 习题册P5、P6填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 对工作参考系问题难理解 教学内容及过程设计 课题五 车刀的工作角度 一、课题分析 标注角度是刀具设计和刃磨时需确定和保证的角度。但车削加工时，由于车刀的安装误差和走刀运动等的影响，使得满足两个假定条件的理想情况不复存在，此时刀具在工作时的实际角度(工作角度)将发生变化。例如，刀具在高度上的安装误差，将引起刀具的实际前角和后角发生变化，这种变化必将引起切削条件的改变，严重时会影响加工表面的质量，甚至会影响加工的正常进行(如切断刀装高而导致崩刃)。所以，我们必须学会分析刀具工作角度的影响因素，计算现实加工条件下的刀具工作角度；并学会在实际加工中采取适当的措施进行补偿。 二、相关知识 (一)工作参考系和工作角度 用于定义刀具角度的参考系有两大类：一类称为标注参考系(静态参考系)；另一类称为工作参考系(动态参考系)。标注参考系是理想情况下(两个假定条件下)的工作参考系。 刀具在工作时的实际角度称为刀具的工作角度。它是用工作参考系定义的刀具角度，而工作参考系是建立在刀具与工件相对位置、相对运动基础上的参考系。 【知识链接】在工作参考系中，假定参考平面的定义类似于标注参考系，只不过工作基面、工作切削平面等的方位发生了变化，进而造成工作角度与标注角度的不同。刀具工作角度的定义与标注角度类似，它是刀面、刀刃与工作参考系平面的夹角。刀具工作角度的符号是在标注角度的基础上加一个下标字母e。 (二)工作角度的影响因素 1．刀具安装误差的影响及计算 在实际加工中，由于安装误差的存在，即假定安装条件不满足，必将引起刀具角度的变化。其中，刀尖在高度方向的安装误差将主要引起前角、后角的变化；刀杆中心在水平面内的偏斜将主要引起主偏角、副偏角的变化。 (1)刀尖与工件中心线不等高时 当刀尖与工件中心线等高时，切削平面与车刀底面垂直，基面与车刀底面平行。否则，将引起基面方位的变化，即工作基面(P。)不平行于车刀底面。 如图1—15所示，在车削外表面时当刀尖高于工件中心时，工作前角增大，工作后角减小；当刀尖低于工件中心时，工作前角减小，工作后角增大。 在刀尖装高于工件中心并出现上述情况时，实际工作后角可能会变成负值。负后角车刀是不能切削的，这也是切断工件时切断刀装高而崩刃的主要原因。当然，如果刀尖低于工件中心，则将会产生振动，或者产生“扎刀”现象。 在实际生产中，也有应用这一影响(车刀装高或装低)来改变车刀实际角度的情况，例如，车削细长轴类工件时，车刀刀尖应略高于工件中心0.2～0.3 mm，这时刀具的工作后角稍有减小，并且当后刀面上有轻微磨损时，有一小段后角等于零的磨损面与工件接触，这样能防止振动。 (2)车刀中心线与走刀方向不垂直时 刀具装偏，即刀具中心不垂直于工件中心，将造成主偏角和副偏角的变化。车刀中心向右偏斜，工作主偏角增大，工作副偏角减小，如图1—16所示；车刀中心向左偏斜，工作主偏角减小，工作副偏角增大。 车刀刀杆的装偏，改变了主偏角和副偏角的大小。对一般车削来说，少许装偏影响不是很大。但对切断加工来说，因切断刀安装不正，切断过程中就会产生轴向分力，使刀头偏向一侧，轻者会使切断面出现凹或凸形，重者会使切断刀折断，必须引起充分的重视。 2．走刀运动的影响及计算 由于走刀运动时车刀刀刃所形成的加工表面为阿基米得螺旋面，而切削刃上的选定点相对于工件的运动轨迹为阿基米得螺旋线，使切削平面和基面发生了倾斜，造成工作前角增大、工作后角减小，如图l一17所示，其角度变化值称为合成切削速度角，用符号刀表示。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 6 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习金属切削加工中，切削中的变形 明确切削中的变形 掌握切削过程中的变形 1.切削过程的本质 2.切削过程中的变形 相关教具 讲授法 习题册P7、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 没有见过实物，切削过程中的变形理解有点难懂 教学内容及过程设计 模块二 金属切削加工中的主要现象及规律 课题一 切削中的变形 一、课题分析 金属切削过程是在刀具的作用下进行的，因为刀具的作用，在刀具切削刃的附近必然存在变形和不同的变形区域。由于被切削材料的性能及切削刀具几何参数的不同，造成了切削变形的巨大差异，并且在切削加工中出现了多种物理现象，例如，形成各种切屑、产生积屑瘤和刀具磨损等。这些现象的出现对切削加工必然产生相应的影响，例如，降低表面质量，加剧刀具磨损等。为了满足加工要求，必须对加工中的变形进行严格的控制，这就要求我们掌握切削加工的本质和现象，熟悉加工中的变形规律。 二、相关知识 (一)切削过程的本质 切削过程就本质而言就是：切削层在刀刃的切割和刀面的推挤作用下产生变形，最终形成切屑并与工件分离的过程。 金属切削过程如同金属材料的压缩或拉伸过程，切削层材料由于刀面和刀刃的作用，产生了相应的变形，最终以切屑的形式从工件毛坯上分离出来。 对于塑性工件材料来说，变形包括弹性变形和塑性变形。对于脆性工件材料来说，由于材料塑性很差，切削过程中几乎不产生塑性变形。 【知识链接】由工程力学和金属材料学知识我们知道，塑性金属材料在受压缩或拉伸时，随着外力增加，金属将相继产生弹性变形、塑性变形，并使金属晶格产生滑移，最终断裂。 不难理解，在切削加工过程中，刀刃的作用造成了刀刃与被切金属接触处很大的局部应力，因而使得被切削金属沿刀刃分离；刀面的作用是推挤被切削材料。我们把刀刃的作用称为切割，把刀面的作用称为推挤。金属切削过程就是刀刃切割和刀面推挤作用的统一。加工中要设法尽量加大刀具的切割作用，减小推挤作用。 其实，“切”与“割”是两个不同的概念，工件相对于刀刃方向有速度分量时称“割”；无速度分量时为“切”。说具体点，刀具在刃倾角为零时，刀刃只有切的作用，由于此时主切削刃与切削速度方向垂直，故称直角切削；当刃倾角不为零时，刀刃既有切的作用，又有割的作用，由于此时主切削刃与切削速度方向不垂直，故称斜角切削，如图2—2所示。 斜角切削时，切屑流出方向受刃倾角的影响发生了变化，使实际前角增大，从而改善了切削条件。把切屑流出方向在前刀面上与刀刃的法剖面之间的夹角称为流屑角，实验证明，流屑角近似等于刃倾角。 刃倾角的存在有利于刀具的锋利，有利于切削加工，所以斜角切削是应用比较普遍的一种切削方式。 (二)切削过程中的变形 伴随着切削加工的进行，发生了一系列的物理现象，例如，形成切屑，产生积屑瘤，加工硬化，切削力、切削热、切削温度，造成刀具磨损等。这些物理现象的产生源于加工过程中的变形，研究这些现象及其变化规律，对于正确刃磨(设计)和合理使用刀具、充分发挥刀具的切削性能、保证加工质量、降低生产成本和提高生产率有着十分重要的意义。 为了便于进一步分析和认识切削层变形的规律，通常把刀刃作用部位划分为3个变形区，如图2～3所示。3个变形区汇交于刀刃附近，被切削金属材料在此分离，部分变成切屑，部分留在已加工表面。 教学内容及过程设计 1.3个变形区 (1)靠近切削刃处，切削层内产生塑性变形的区域，称为第一变形区，如图2—3所示。它与刀具作用力约呈45。角。 【知识链接】实验证明，第一变形区的厚度随着切削速度增大而变薄。一般情况下，其厚度仅为0．02～0．2 mm，故可用一个平面来表示。 (2)与前刀面接触的切屑底层内产生变形的一薄层金属区域，称为第二变形区， (3)靠近切削刃处，已加工面表层内产生变形的一薄层金属区域，称为第三变形区， 2．3个变形区的变形规律 (1)第一变形区的变形规律 在该区域内，塑性材料在刀具作用下产生剪切滑移变形(塑性变形)，使切削层转变为切屑。由于加工材料性质和加工条件的不同，滑移变形程度有很大的差异，这将产生不同种类的切屑。 【知识链接】在第一变形区，切削层的变形最大，它对切削力和切削热的影响也最大。 (2)第二变形区的变形规律 切屑形成后，在前刀面的推挤和摩擦力作用下，必将发生进一步的变形，这就是第二变形区的变形。这种变形主要集中在和前刀面摩擦的切屑底层，它是切屑与前刀面的摩擦区。它对切削力、切削热和积屑瘤的形成与消失，对刀具的磨损有着直接的影响。 【知识链接】经过第一变形区剪切变形产生的切屑，在沿前刀面流出的过程中，势必要受到前刀面的推挤及因推挤而产生的摩擦力的作用，使薄薄的一层金属流动缓慢，晶粒拉长，沿着前刀面方向纤维化，切屑底边长度增加，切屑向外侧卷曲。不难理解，离前刀面越远，这部分变形影响越小。 (3)第三变形区的变形规律 在第三变形区内，由于受到刀刃钝圆半径、刀具后刀面对加工表面以及副后刀面对已加工表面的推挤和摩擦作用，这两个表面均产生了变形。 【知识链接】第三变形区主要影响刀具后刀面和副后刀面的磨损，造成已加工表面的纤维化、加工硬化和残余应力，从而影响工件已加工表面的质量。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 7 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习切削的种类及断屑 明确切削的种类及形状 1、切削的种类及形状 2、断削的方法 掌握断削的方法 相关教具 讲授法 习题册P8、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 基本能掌握切削的种类及断屑相关知识内容 教学内容及过程设计 课题二 切削的种类及断屑 一、课题分析 通过前面的学习已经知道，切削过程中的金属切削层材料，在经过第一变形区的塑性变形后转变成切屑，从前刀面上流出。当加工时产生连绵不断的带状切屑时，不仅容易划伤工件加工表面和损坏刀刃，严重时还会威胁到操作者的安全。所以，采取必要的工艺措施，控制屑型和断屑一直是机加工中极为重要的工艺问题。由于切屑是切削层变形的产物，所以，改变切削加工条件是改变切屑种类、实现断屑的有效途径，而影响切削加工条件的因素主要包括工件材料、刀具几何角度及切削用量等。 通过本课题的学习，一是要掌握决定切屑种类及形状的因素；二是要掌握在实际加工中行之有效的断屑措施，并加以灵活使用。 二、相关知识 (一)切屑的种类及形状 由于塑性变形程度的不同，可能会产生不同种类的切屑，如图2--5所示。总的来说，有两个因素决定着切屑的种类：工件材料和切削条件。加工塑性材料时，主要形成带状切屑、节状切屑或粒状切屑，加工脆性材料时，一般形成崩碎状切屑。 带状切屑是一种连绵不断的、底面光滑、背面呈毛茸状的切屑，如图2 5a所示。当采用较大前角的刀具，以较高的切削速度加工塑性金属材料时，容易产生这种切屑，课题引人中的实例就属于这种情况。 【知识链接】带状切屑与切削层差异相对较小，是切削层不充分变形的产物。产生带状切屑时，切削过程平稳，工件表面粗糙度较小，但切屑不易折断，往往引起缠绕，拉毛工件，甚至影响操作，所以不能忽视它的断屑问题。 节状切屑是一种底面光滑，背面有明显裂纹，且裂纹较深的切屑，如图2—5b所示。当采用减小前角的刀具，以较低的切削速度加工塑性金属材料时，容易产生这种切屑。 粒状切屑是一种均匀的颗粒状切屑，如图2—5c所示。当采用小前角刀具，以很低的切削速度加工塑性金属材料时，容易产生这种切屑。 崩碎状切屑是一种不规则的细粒状切屑，如图2—5d所示。它是切削脆性材料(铸铁、黄铜等)时，切削层在弹性变形后，几乎不经塑性变形阶段，突然崩裂而形成的切屑。 【知识链接】节状切屑与切削层差异很大，是切削层较充分变形的产物，已达到了剪裂程度，产生节状切屑时，切削工作不平稳，工件表面粗糙度较大；粒状切屑与切削层差异极大，是切削层充分变形的产物，达到了材料产生剪切破坏，使切屑沿厚度断裂的程度，产生粒状切屑时，切削工作不平稳，工件表面粗糙度较大；形成崩碎状切屑时，切削工作不平稳，刀刃上受到较大的)中击力作用，已加工表面粗糙不平。 由上可知，切屑的种类随工件材料、切削条件的不同而不同。因此，在加工过程中可以通过观察切屑形态来判断切削条件是否合适，也可以通过转化切削条件改变切屑形态，使之向着有利于生产的方向转化。 在生产中加工塑性金属材料得到的切屑形状是多种多样的，较为理想的屑型是长度100 mm以下的螺旋状切屑和定向落下的“C”形或“6”字形切屑，它们不会缠绕到工件或刀具上，不产生飞溅，切削力较稳定，切屑便于清理。 【知识链接】塑性金属材料切削层变成切屑后，沿前刀面流出时发生卷曲。切屑若与工件待加工表面相碰，则折断后形成“C”形切屑；切屑若与切削表面相碰则形成圆卷形切屑；切屑若与车刀后刀面相碰则形成“C”形或“6”字形切屑；切屑若未与刀具或工件相碰，可能形成长的带状切屑或形成螺旋状切屑。长的带状切屑易缠绕在工件或刀具上，应尽量避免。 教学内容及过程设计 (二)断屑方法 切屑断与不断的根本原因在于切屑形成过程中的变形和应力，当切屑处于不稳定的变形状态或切屑应力达到其强度极限时，就会断屑，通常切屑是卷曲后折断的。 课题引入实例中带状切屑不易折断的原因就在于其弯曲变形不足、应力过小。 工件材料、刀具角度和切削用量等都是影响断屑的因素。合理选择刀具几何角度、切削用量、磨断屑槽则是常用的断屑方法。 针对课题引入中的实例，可以有多种措施解决断屑问题，其中最简单易行的措施就是增加进给量，本例中，当将进给量提高到0．4 mm／r时，就实现了断屑。 1．减小前角、增大主偏角 前角和主偏角是对断屑影响较大的刀具几何角度。增大前角，切屑变形小，不易断屑；减小前角，加剧切屑变形，易于断屑。由于将前角磨小，会增大切削力，限制了切削用量的提高，严重时会损坏刀具，甚至“闷车”，一般不单纯采用减小前角来断屑。 增大主偏角，可增大切削厚度，易于断屑。例如，同样条件下90。刀就比45。刀容易断屑。另外，增大主偏角，有利于减小加工中的振动。所以，增大主偏角是一种行之有效的断屑方法。 2．减小切削速度、增大进给量 改变切削用量是断屑的另一措施。增大切削速度，切屑底层金属变软且切屑变形不充分，不利于断屑；减小切削速度，反而容易断屑。因此，在车削时，可通过降低主轴转速，减小切削速度来断屑。 增大进给量，可增大切屑厚度，易于断屑。这是加工中经常采用的一种断屑手段，不过应当注意，随着进给量的增大，工件表面粗糙度值将会明显增大。 车削工件时，往往有这样的情况，有时吃刀深了不断屑，吃刀稍浅一点就能断屑。这是因为当背吃刀量增加时，切削宽度随之增大，薄而宽的切屑变形和应力小，不易折断。当背吃刀量浅时，切屑变得短而厚，变形和应力大，容易折断。但是如果背吃刀量过小，切屑的截面积减小，应力小，也不容易断屑。 不难发现，适当调整切削用量或改变刀具几何角度确实能解决断屑问题，但这样做有时会影响到切削用量和刀具角度的合理性，从而造成加工效率和刀具寿命的明显降低。当前，普遍采用在刀具上磨制断屑槽的方法强制断屑。 3．开设断屑槽 断屑槽是指在刀具前刀面上做出的槽，有折线形、直线圆弧形、全圆弧形3种槽型，如 切削碳素钢、合金钢、工具钢工件时，可选用折线形、直线圆弧形断屑槽；切削高塑性材料工件时，例如纯铜、不锈钢工件等，可选用全圆弧形断屑槽。 断屑槽的宽度L队反屑角溉、斜角r是影响断屑的主要参数。不难理解，宽度L疏减小，反屑角‰增大，均易于断屑。但应注意，如果宽度L＆过小，反屑角‰过大，容易堵屑。 断屑槽斜角r是断屑槽侧边与主切削刃之间的夹角，一般在5。～15。范围内选取。断屑槽斜角有外斜式、平行式、内斜式三种形式，外斜式的主要特点是断屑槽的宽度前宽后窄，断屑槽深度前深后浅；内斜式则相反；平行式断屑槽前后等宽、等深。 外斜式断屑槽易形成“C”形或“6”形切屑，断屑范围较宽，断屑稳定可靠，但背吃刀量较大时，容易产生堵屑，甚至会损坏刀刃，适合于背吃刀量不太大的场合。平行式断屑槽的断屑范围和效果与外斜式断屑槽相近，当背吃刀量的变动范围较大时，宜采用平行式，但进给量应稍大；内斜式断屑槽易形成卷得很紧的螺旋状切屑，这种切屑到一定长度后靠自身的重量摔断，是一种较为理想的切屑形状，但断屑范围小，主要用于切削用量较小的半精加工和精加工。 只有处理好断屑槽与切削用量的关系，方能起到良好的断屑效果。粗车时，吃刀深、走刀大，断屑槽要磨得宽、浅一点；精车时，吃刀浅，走刀小，切削速度大，断屑槽要磨得 窄、深一点。 课时序授课时 年 月 日（周 ）（上午、下审批签8 号 间 午、晚上） 名 教学掌握积屑瘤的相关知识 目的 教学习：1、积屑瘤及形成条件 学 2、积屑瘤对切削加工的利弊 要 3、控制积屑瘤的措施 求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 控制积屑瘤的措施 积屑瘤及形成条件 控制积屑瘤的措施及其对切削过程的影响 相关教具 讲授法 习题册P9、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 能对积屑瘤的采取相应措施 教学内容及过程设计 课题三 积屑瘤 一、课题分析 其实这个长在刀具前刀面上的硬度很高的楔块就是本课题要讨论的积屑瘤，俗称刀瘤。、从课题引入实例可以看出，积屑瘤是在一个特定的加工条件下形成的，它的存在，必然会对切削加工产生相应的影响，正如前面提到的它会使加工表面变得粗糙，影响工件的加工质量，那么，积屑瘤到底是在什么特定条件下形成的呢?它对切削加工过程是否存在有利的一面呢?为了减小和消除积屑瘤可能带来白勺不利影响，我们又该采取什么措施呢? 下面就来学习积屑瘤的相关知识。 二、相关知识 (一)积屑瘤及其形成条件 ． 简单地说，积屑瘤就是堆积在刀具前刀面上靠近切削刃处的一个硬度很高的楔块，由于高压和剧烈的变形，它的硬度约为工件材料硬度的2～3倍。在继续切削时，积屑瘤会层层堆积，逐渐长高。长高的积屑瘤又会在切削过程中局部断裂、脱落或留在工件表面上，这也正是前面提到的使工件已加工表面变得比较粗糙的主要原因。 ． 形成积屑瘤的条件可简要地概括为3句话，即中等切削速度(约15 m／min～70 m／min)，切削塑性材料，形成带状切屑。 就课题引入实例中的加工情况而言，工件材料中碳钢为典型的塑性材料，加工时一般形成带状切屑，且由已知条件，主轴转速为300 r／mini工件直径25 mm，可以算出加工时的切削速度为23．5 m／min，属于中等切削速度，因此非常容易产生积屑瘤。 【知识链接】切削塑性金属材料时，由于刀具前刀面与切屑底层之间的强烈挤压与摩擦， 使得切屑底层流动速度明显减缓，产生了一层很薄的滞流层，从而造成切屑的上层金属与滞流层之间产生了相对滑移。上、下层之间的滑移阻力称为内摩擦力。在一定条件下，当刀具前刀面与切屑底层滞流层间的摩擦力(外摩擦力)大于内摩擦力时，滞流层的金属就会与切屑分离而黏结在刀具的前刀面上。随后形成的切屑，其底层则沿着被黏结的一层相对流动，然后，又出现了新的滞流层。当新旧滞流层之间的摩擦力大于切屑的上层金属与新滞流层之间的内摩擦力时，新的滞流层又产生黏结。如此层层滞留、黏结，最终形成一个楔块。 形成积屑瘤的条件主要决定于切削温度。在中温区，即切削中碳钢时的300～380℃，切屑底层材料软化，黏结严重，最适于形成积屑瘤；在切削温度较低时，切屑与前刀面间呈点接触，摩擦系数较小，不易形成黏结；在切削温度很高时，与前刀面接触的切屑底层金属呈微熔状态，能起润滑作用，摩擦系数也较小，同样不易形成黏结。 (二)积屑瘤在切削加工中的利弊 像对待任何事物一样，对待积屑瘤也应该一分为二。 1．积屑瘤对切削加工的有利之处 (1)保护刀具 由于积屑瘤是经层层挤压摩擦产生的，所以硬度很高，完全可代替刀刃进行工作；并且积屑瘤在前刀面刃口处粘得很牢固，起到了对刀具的保护工作。 (2)减小切削力 形成积屑瘤时，增大了刀具的实际工作前角，可显着减小切削力。鉴于积屑瘤对切削过程的有利一面，粗加工时，可允许它的存在，以使切削更轻快，刀具更耐用。 2．积屑瘤对切削加工的不利影响 (1)影响加工尺寸 由于积屑瘤的存在，改变了预先设定的背吃刀量，从而影响了工件的加工尺寸。另外，积屑瘤伸出切削刃之外，使切削层深度发生变化，造成工件过切，影响了零件的尺寸精度。 (2)增大加工表面粗糙度 积屑瘤的轮廓很不规则，使工件表面不平整，表面粗糙度值明显增加。在有积屑瘤产生的情况下，往往可以看到工件表面上沿着切削刃与工件的相对运动方向有深浅和宽窄不同的积屑瘤切痕。此外，工件表面带走的积屑瘤碎片，也使工件表面粗糙度值增加，并造成工件表面硬度不均匀。 【知识链接】积屑瘤在形成过程中，高度不断增加，但由于加工中的冲击、振动等，积屑瘤又会出现破裂、脱落。因此，积屑瘤的存在是不稳定的。当积屑瘤破裂脱落时，切屑底层和工件表面带走的积屑瘤碎片，分别对刀具的前刀面和后刀面产生机械擦伤；当积屑瘤从根部完全破裂时，将使前刀面产生黏结磨损。 从上面分析可知，积屑瘤对切削加工也有其不利的一面，所以，在精加工时，应尽量避免积屑瘤的产生，以确保加工质量。 教学内容及过程设计 (三)控制积屑瘤的措施 1．影响积屑瘤产生的因素 (1)工件材料 加工塑性材料时，常常产生带状切屑，所以容易产生积屑瘤。而加工脆性材料时一般产生崩碎状切屑，不符合积屑瘤生成的条件，所以切削脆性材料时不会产生积屑瘤。 【知识链接】工件材料塑性越大，刀具与切屑之间的平均摩擦系数增加，越容易产生积屑瘤。通过对工件材料进行正火或调质处理，适当提高其硬度和强度，降低塑性，同样可以抑制积屑瘤的产生。 (2)切削速度 切削速度通过切削温度影响积屑瘤的产生，一般情况下，低速(酞<5 m／rain)或高速(‰≥70 m／rain)加工，不易产生积屑瘤；中速(尤其是15 m／min～25 m／rain)加工，最容易产生积屑瘤。 【知识链接】生产中诸如攻螺纹、钻孔、铰孔等中速加工工序，常常由于积屑瘤的产生而影响加工表面粗糙度。所以，精加工应避免中速加工或配合其他措施。生产实际中，采用高速或低速进行精加工，道理就在于此。 (3)刀具前角 刀具前角增大，切屑从前刀面流出畅快就不易产生积屑瘤。实践证明，前角超过40。时，一般不会产生积屑瘤。 (4)刀具表面粗糙度 刀具前刀面的表面粗糙度值低，不易产生积屑瘤。刀具刃磨后，用油石油光前刀面，就是这个道理。 (5)切削液 合理使用切削液，尤其是采用含有活性物质的切削液，能迅速渗入加工表面和刀具之间，减小摩擦、降低切削温度，从而有效抑制积屑瘤的产生。 【知识链接】切削液的润滑性能与切削液的渗透性、形成润滑膜的能力及润滑膜的强度有着密切的关系。若在切削液中加入动物油、植物油之类的油性添加剂，可以加快切削液渗透到金属切削区的速度，从而可减小摩擦。若在切削液中添加一些极压添加剂，如含有硫、磷、氯等的有机化合物，通过这些化合物高温时与金属表面起化学反应，生成化学吸附膜，就可防止在极压润滑状态下刀具、工件、切屑之间的直接接触，从而减小摩擦，防止积屑瘤的产生。 2．控制积屑瘤的措施 积屑瘤的存在对切削加工有利时，就可以利用它，如粗加工时；但要指出的是即使是粗加工，采用硬质合金刀具时一般也不希望产生积屑瘤。积屑瘤的存在对切削加工不利时，就必须采取措施避免和消除它，例如，精加工时就一定要设法避免它的产生。控制积屑瘤的措施有： (1)采用较高或较低的切削速度，以避开产生积屑瘤的速度范围。 (2)采用较大前角的刀具进行切削加工。 (3)降低刀具前刀面的表面粗糙度值，以减小切削过程中的摩擦，使积屑瘤无立足之处。 (4)使用充足的切削液。 需要指出的是，刀具上出现积屑瘤后切忌用其他工具对其敲击，以免损坏刀具，比较恰当的办法是用油石对其进行清理。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 9 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习加工硬化 明确：1、加工硬化及其起因 2、加工硬化的不利影响 3、加工硬化的控制 掌握加工硬化及其起因 对加工硬化的控制 相关教具 讲授法 习题册P9、P10填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 基本了解书面加工硬化及其起因 教学内容及过程设计 一、课题引入 大家可能有这样的体会，经过硬质合金车刀高速车削后的表面，如果再用高速钢车刀低速精车，往往会出现刀具“打滑”现象或引起刀具剧烈磨损，在加工不锈钢等材料时这种现象尤为突出。这是什么原因呢?如何减轻这种现象呢? 二、课题分析 以上现象表明，经过硬质合金车刀高速车削后的工件已加工表面的硬度有了明显的提高。工件材料未经热处理而硬度提高的现象称为加工硬化。顾名思义，加工硬化是由切削加工造成的，加工硬化的产生从某种意义上来说强化了工件材料，但就切削加工而言，加工硬化的产生给后续工序带来了困难，例如，课题引入中所提到的使切削刀具“打滑”和加速刀具材料的磨损。所以，我们有必要掌握加工硬化的起因，明确加工硬化的影响因素，学会控制加工硬化的措施并应用于生产实际。 三、相关知识 (一)加工硬化及其起因 加工硬化也叫冷作硬化。切削加工时，在已加工表面形成过程中，表面层金属经历了复杂的塑性变形，这是工件已加工表面产生加工硬化的根本原因。表面层塑性变形越大，硬度越高．硬化层越深，硬化越严重。 【知识链接】硬化层的深度一般从百分之几毫米到几毫米。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表示。 造成加工硬化的具体原因有以下3个方面： 第一，在第一变形区，当切削层趋近刀刃时，不仅切削表面以上的金属产生塑性变形，切削表面以下的一部分金属也产生塑性变形。 第二，任何切削刀具的刃口都不可能是绝对锋利的，刃口总存在着钝圆半径，其半径值与刀具的刃 磨质量、刀具前角、刀具后角以及刀具材料的刃磨性能有关。如图2—10所示，切削时，圆弧刃口以A为分界点起到两个作用。A点以上(切削层)受切削作用形成切屑，A点以下(挤压层)受挤压作用，挤压后留在已加工表面上。需要指出的是，被挤压的金属层，由于弹性恢复形成弹性复原层，将造成与后刀面的进一步挤压与摩擦，正是这种挤压和摩擦，使工件已加工表面产生了更为剧烈的变形。 第三，已加工表面除了上述的受力变形以外，还受到切削温度的影响。切削温度低于临界点Ac，(实际加热时珠光体一奥氏体的临界温度)，将使金属弱化；否则，将引起相变(组织变化)。 当塑性变形起主导作用时，已加工表面就硬化；当切削温度起主导作用时，还需看相变的情况。例如，一般磨削淬火钢会引起退火，产生弱化，使已加工表面硬度降低；但在充分冷却的条件下，则因再次淬火而使已加工表面出现硬化。严格来讲，加工硬化是已加工表面强化、弱化和相变的教学内容及过程设计 (二)加工硬化的不利影响 由于加工硬化的产生，在硬化层的表面上会出现细微的裂纹，并在表面层内产生残余应力。因此，加工硬化会降低已加工表面质量，降低材料的疲劳强度，造成后续工序的加工困难，加速切削刀具的磨损。加工硬化也有其有利的一面，它可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。 【知识链接】需要指出的是，切削加工造成的硬化和挤压加工造成的硬化不同，切削加工造成的硬化不耐磨，并易引起腐蚀。总的来说，在切削加工时应设法避免和减轻加工硬化现象。 (三)加工硬化的控制 1．加工硬化的影响因素 ． 由于已加工表面的硬化是强化与弱化作用的综合结果，因此，凡是增大变形与摩擦的因素都将加剧硬化现象；凡是有利于弱化的因素，如较高的温度、较低的熔点等，都会减轻硬化的程度。影响加工硬化的因素包括切削材料的性能、刀具的几何形状和加工时的切削用量等。 (1)工件材料 被切削材料力学性能不同，加工硬化程度也不同。材料的塑性越好或塑性变形越大，硬化越严重；强化指数越大，硬化越严重。例如，一般碳素结构钢，含碳量越少，则塑性越大，硬化越严重；高锰钢(如Mnl2)，由于强化指数很大，塑性变形会使硬度急剧增加；1Crl8Ni9 Ti不锈钢，加工硬化严重，其硬化层深度可达背吃刀量的三分之一。对加工硬化比较敏感的材料有锰钢，软钢和不锈钢等。 (2)刀具几何形状 大家知道，刀具刃口无论磨得多么锋利，总存在一个钝圆半径』D。一般情况下，一把新刃磨的高速钢车刀，刀具刃口钝圆半径约为10～15 pm，而新刃磨的硬质合金车刀则更大，约为18～32肚m，这也就是本课题引入实例中提到的硬质合金刀具加工时更容易产生加工硬化的原因。随着刀具的使用磨损，钝圆半径会增大，加工硬化现象也会越来越严重。特别是刀具变钝后，影响更大。钝刀引起的加工硬化程度，要比锐利的新刀高出2～3倍，这一点在加工中应引起足够的重视。另外，刀具几何角度对加工硬化的影响不容忽视，增大刀具的前角，有利于减小切削加工中的塑性变形，有利于减轻加工硬化的程度；增大刀具的后角，有利于减轻后刀面与加工表面的摩擦，同样有利于减轻加工硬化的程度。 (3)切削用量 切削速度增加时，一方面，塑性变形减小，塑性变形区也缩小，因此硬化层深度就小。另一方面，切削速度增加时，切削温度升高，弱化进行得快些，但切削速度增高又会使导热时间缩短，从而弱化不充分；而当切削温度超过Ac。(实际加热时铁素体一奥氏体的临界温度)时，表面层组织将产生相变，形成淬火组织，因此，硬化层深度及硬化程度又将增大。所以，硬化先是随切削速度的增大而减小，然后又随切削速度的增大而增大。总之，通过合理选用切削用量(例如，采用较高的切削速度或避免过小的进给量)可以使已加工表面层来不及硬化或减小切削时的挤压作用，有利于减轻加工硬化。 2．加工硬化的控制措施 生产实践中为达到减轻加工硬化的目的，可采取的措施如下。 (1)提高刀具的刃磨质量，减小刀具刃口的钝圆半径，必要时，采用高速钢刀具。 (2)尽量增大刀具前角，减小切削变形。 (3)适当增大刀具后角和副后角，减小摩擦。 (4)提高切削速度，使加工硬化不充分。 (5)避免采用很小的进给量，以减小刀具对工件的挤压作用。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 10 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习切削力及切削热 明确： 1、切削力的分解与切削功率 2、影响切削力的因素 3、切削热与切削温度 掌握影响切削力的因素 切削热与切削温度 相关教具 讲授法 习题册P10、P11填空题、选择题、判断题、简述题、计算题 课后小节 切削热与切削温度难理解 教学内容及过程设计 一、课题分析 金属切削加工的目的在于通过刀具的作用从毛坯上切下多余的金属材料，得到满足加工要求的工件。在切削加工过程中，刀具必须克服被加工材料的切削变形阻力，这个阻力的反作用力就是切削力。切削力是设计机床、夹具、刀具的重要数据，也是分析切削过程工艺质量问题的重要参考数据。减小切削力，不仅可以降低功率消耗、降低切削温度，而且可以减小加工中的振动和零件的变形，还可以延长刀具的寿命。所以，必须掌握切削力和切削功率的计算方法，熟悉切削力的影响因素及变化规律，并能采取措施减小切削力。切削热和切削温度也是切削加工中不可忽视的因素，在高精度加工中更是如此，所以正 确判断和有效降低切削温度是非常重要的。 二、相关知识 (一)切削力及其来源 切削过程中作用在刀具与工件上的力称为切削力(Fr)。切削力来源于3个变形区内产生的弹性变形和塑性变形抗力，来源于3个变形区中切屑、工件与刀面间的摩擦力。 (二)切削力的分解与切削功率 1．切削力分解 切削力是一个大小、方向都不易测量的空间力。出于测量、分析、计算、设计等方便的需要，常将切削力分解成3个分力，即主切削力R、背向力FD和进给力Ff，如图2—11所示。 【知识链接】通常将切削力向切削用量的3个相互垂直的方向进行分解，得到3个相互垂直的切削分力。其中主切削力Fc是主运动切削速度方向的分力；背向力R是背吃刀量方向的分力；进给力Ft是进给方向的分力。 【知识链接】出于切削力的理论计算只能作定性分析的缘故，市面上出现了各种类型的既简单又实用的测力仪，通过它们可以直接测量切削分力；另外，还可以通过经验公式来计算切削分力。这些经验公式是通过大量切削实验数据，经数据处理后建立起来的，进给力Ff是验算机床进给系统主要零、部件强度和刚度的依据。对于纵车来说，背向力F。影响到工艺系统刚度。 2．切削功率 在切削加工中，为保证机床的正常工作和安全生产，应当对切削中的功率消耗加以计 (三)影响切削力的因素 ’ 总的来说，凡是影响切削中变形和摩擦的因素，都将影响切削力的大小。在影响切削力的众多因素中，以工件材料的影响为最大，刀具几何角度、切削用量次之。 1．工件材料 一般来说，工件材料的力学性能越好，切削力越大。例如，切削钢时的切削力较切削铸铁时约大0．5～1倍。 2．刀具几何角度 刀具几何角度中，主要考虑前角、主偏角对切削力的影响。当前角在一20。～30。范围内，每变化1。主切削力Fc大约变化1％。主偏角的大小主要影响背向力F口、进给力Ff之间的比例关系。当主偏角增大时，进给力Ff增大、背向力FD减小。加工细长轴时常常采用90。主偏角的车刀就是这个道理。 【知识链接】前角是对切削力影响最大的刀具角度，在刀具强度允许的情况下，应尽量增大刀具的前角。 3．切削用量 切削用量三要素对切削力影响程度按由大到小排列的顺序如下：背吃刀量、进给量和切削速度。 在一般车削情况下，背吃刀量增大一倍，切削力也增大一倍。而进给量增大一倍，切削力只增大75％左右。所以，在同样切削面积的前提下，采用大进给、小切深比采用小进给、大切深合理。切削速度对切削力的影响与工件材料性质、积屑瘤有关。简单地说，对加工塑性材料而言，有积屑瘤产生，切削力小，无积屑瘤产生，切削力大，当然当切削速度超过70 m／min时，随着切削速度的增大，切削力降低，不过降低幅度逐渐减小；对加工脆性材料而言，切削力随着切削速度的增大逐渐减小。 【知识链接】刀具后角、刀具材料、刀具的磨损、切削液等因素都将影响切削中的变形 和摩擦，都会对切削力产生影响。 教学内容及过程设计 (四)切削热与切削温度 切削热与切削温度是切削过程中出现的一个物理现象。切削温度是一个重要的物理量，它影响积屑瘤的变化、加工表面质量、刀具磨损等。在数控机床上，切削温度与切削力常作为传感参数，用来分析刀具磨损过程对加工质量和加工精度的影响。 1、 切削热的来源和不良影响 切削过程中的变形和摩擦所消耗的功，将转变成热能。所以，切削热来源于3个变形区，三个变形区就是三个热源。三个热源产生的热量比例，随工件材料和切削条件而异。切削塑性材料时，以第一、第二变形区热源为主，切削脆性材料时，以第三变形区热源为主；低速切削时，以第一变形区热源为主，高速切削时，第二、第三变形区热源的比例将增大。热源有它传散的范围。第一变形区内的热量主要通过工件和切屑传散；第二变形区内的热量主要通过切屑和刀具传散；第三变形区内的热量主要通过工件和刀具传散。此外，有部分热量通过对流及辐射向空气中传散，当然，若用切削液，它能带走相应的热量。热量传散情况(不用切削液。中等速度切削钢料)切削热传人刀具和工件使温度升高后，将造成如下不良后果：刀具受热膨胀(例如，车刀在高温下会伸长0．03～0．04 mm)，造成切削时实际背吃刀量增加，使加工尺寸发生变化；工件受热膨胀，尺寸发生变化，切削后不能达到要求的精度，或造成测量误差；工件受热膨胀，但因不能自由伸展而发生弯曲变形，造成形状误差；刀具的切削温度大于500℃时，会加剧刀具磨损，带来其他不利影响。 2．切屑颜色与切削温度的关系 在生产实践中，可通过切削加工时切屑的颜色来判断刀尖部位的大致温度。以车削碳素结构钢为例，随着切削温度的提高，切屑颜色经历着这样一个变色过程：银白色一黄白色一金黄色一紫色一浅蓝色一深蓝色。其中，银白色切屑反映的切削温度约200℃左右，金黄色切屑反映的切削温度约400℃左右，深蓝色切屑反映的切削温度约600℃左右，本课题引入中提到的切屑颜色大致反映了这个温度情况。 用硬质合金刀具高速切削钢件时，前刀面摩擦区的最高温度一般为600～900℃，有时可达1 000℃；用高速钢刀具在普通切削速度下切削钢料时，前刀面摩擦区的温度可达600～850℃。 3．影响切削温度的因素 (1)切削用量 切削用量对切削温度影响的规律是：切削速度影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。所以，在金属材料切除率相同的情况下，为降低切削温度，防止刀具迅速磨损，增大背吃刀量或进给量比增大切削速度更合理。实验证明：当切削速度增大一倍时，切削温度约增高209／6～30 9／6；当进给量增加一倍时，切削温度增高10％左右；当背吃刀量增加一倍时，切削温度仅增高5％～8％。 (2)刀具参数 增大前角，切削中变形和摩擦减小，故产生热量少，切削温度下降。但前角过大时，由于刀具散热变差，切削温度反而上升。所以，在一定的加工条件下，能够找到对切削温度影响最小的前角，它通常在15。左右。一般来说，减小主偏角，有利于切削温度的下降。但要注意的是，主偏角的减小会引起系统刚性的降低。 (3)工件材料 主要是通过其强度、硬度和导热系数来影响切削温度的。 (4)切削液 浇注切削液是降低切削温度的有效措施。切削液依靠热传导从切削区带走大量的切削热，从而降低切削温度。在切削速度高，刀具、工件材料导热性差，热膨胀系数大的情况下，切削液的冷却作用尤显重要。切削液的冷却性能取决于它的热导率、比热、汽化热、汽化速度、流量、流速与本身温度等。切削液中一般以水溶液的冷却性能最好，乳化液次之，油类最差。浇注法是切削液最普遍的使用方法，而喷雾冷却法能获得良好的冷却效果。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 11 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习刀具磨损与刀具耐用度 明确：1、刀具磨损的原因 2、刀具磨损的形式 3、刀具的磨钝标准 掌握刀具磨损的原因 实际加工中刀具的磨钝标准 相关教具 讲授法 习题册P12、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 能把理论东西结合实际实操中使用 教学内容及过程设计 一、相关知识 (一)刀具磨损的原因 概括地说，刀具磨损的原因有两方面：一是相对运动引起的机械磨损；二是切削热引起 的热效应磨损。刀具正常磨损的具体原因有磨粒磨损、黏结磨损、扩散磨损、相变磨损和氧化磨损等。对于不同的刀具材料，磨损的具体原因不同。高速钢刀具常常因为热效应产生相变磨损(相变即组织变化)、硬质合金刀具则因为热效应产生黏结、扩散和氧化磨损。 一般说来，单纯的机械磨损只发生在切削温度较低的情况下，它是低、中速加工时刀具磨损的主要原因，通常铰刀、丝锥容易出现这类磨损。当切削温度较高，即在中等以上切削速度加工时，由于热效应，刀具材料的抗磨损能力大大下降，此时刀具将因机械摩擦造成磨损。 【知识链接】磨粒磨损是因为切屑底层和切削表面上的硬质点将刀具表面上刻划出深浅不一的沟痕而造成的，因此刀具必须具有较高的硬度(常温下60HRC以上)。 黏结磨损是在加工塑性材料时，由于较大的压力和切削温度的作用，接触面间产生黏结(冷焊)时因相对滑动造成的，因此有必要降低切削温度，降低刀具表面粗糙度，改善润滑条件。 扩散磨损是在高温作用下，由于刀具与工件接触面间活动能量增大的合金元素相互扩散置换，引起刀具力学性能降低而造成的，硬质合金产生扩散作用的温度大约在800～1 000℃，在生产中采用细颗粒硬质合金或在硬质合金中添加碳化钽(如YW)等就能减小扩散磨损。相变磨损是刀具温度超过刀具材料金相组织变化的相变温度所造成的，工具钢刀具在高 温下属此类磨损，一般高速钢刀具的相变温度为600～700℃。氧化磨损是硬质合金中的碳化物和黏结剂氧化后造成的。 (二)刀具磨损的形式 由于切削条件的不同，刀具磨损产生的部位也将不同。通常刀具正常磨损时有3种磨损 形式，如图2—12所示。 1．前刀面磨损 出现在切削塑性金属材料，且切削厚度大于O．5 mm时，表现为：在前刀面上刃口附近磨出一个月牙洼。知识链接】切削厚度是切削层参数之一， 2．后刀面磨损 出现在切削脆性材料或者切削塑性金属材料，且切削厚度小于0．1 mm时，表现为：后刀面上形成一个后角为0。的棱面。 3．前、后刀面同时磨损 出现在切削塑性材料，且切削厚度在0．1～0．5 mm时，表现为：同时出现月牙洼和棱面。切削塑性金属材料时往往发生这种磨损。 以上3种刀具磨损形式是刀具连续、逐渐的正常磨损，它一般分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损3个阶段。其中，初始磨损阶段磨损较快，磨损速度与刀具的刃磨质量直接相关，研磨过的刀具，初始磨损量较小；正常磨损阶段的时间较长，是刀具工作的有效期，刀具的磨损量随时间的增加也会缓慢而均匀地增加；急剧磨损阶段，由于刀具磨损急剧加速，很快变钝，此时刀具如继续工作，则不但不能保证加工质量，而且刀具材料消耗增加，很不经济，甚至引起刀具损坏，加工中应在此阶段到来之前，及时换刀。 (三)刀具的磨钝标准 刀具在产生急剧磨损前必须重新刃磨或更换新刀。这个刀具允许磨损量的最大值称为刀具的磨钝标准。磨钝标准反映了刀具变钝时的磨损量。常用车刀的磨钝标准见表2—2。 表2—2 常用车刀的磨钝标准 【知识链接】国际标准ISO统一规定，磨钝标准按后刀面靠近刃口处磨损的棱面高度值来衡量，以VB表示。加工条件不同时所规定的磨钝标准不相同。VB的大小根据生产的具体情况而定，例如，粗加工的磨钝标准较大，精加工、切削难加工材料以及工艺系统刚度较低时的磨钝标准较小。由于高速钢具有较高的强度，其磨钝标准高于相应加工条件的硬质合金刀具。需要指出的是，对于难加工材料，由于工艺性较差，且往往要求较高的表面加工质量，因此必须严格控制磨钝标准，一般用肉眼刚能看到刀具磨损时(0．1～0．2 mm)就应刃磨刀具。 (四)刀具耐用度及其合理选择 由于VB的数值不便于测量，在生产中一般以刀具耐用度来间接反映刀具的磨钝标准，以便快速、准确地判断刀具的磨损情况。所谓刀具耐用度是指刃磨后的刀具，自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止经历的总切削时间，用T表示，单位为mm。 【知识链接】通过磨钝标准判断是否需要磨刀显然不够简便，耐用度则是通过切削时间来决定磨7J与否的数值。 刀具磨钝标准确定后，T越大，刀具磨损越慢。所以，影响刀具磨损的因素都将影响刀具耐用度。工件材料、刀具材料、刀具几何参数、切削用量是影响刀具耐用度的主要因素，通过刀具耐用度的公式由公式(2—4)不难算出： 1．当切削速度提高一倍，其他条件不变时，耐用度降低为原来的1／32。 2．当进给量提高一倍，其他条件不变时，耐用度降低为原来的4／19。 3．当背吃刀量提高一倍，其他条件不变时，耐用度降低为原来的3／5。 在切削用量中，切削速度对T的影响最大，其次是进给量，背吃刀量影响最小。所以，要提高生产率首先应尽量选大的Pa 。然后由加工条件和加工要求选择允许最大的f，最后根据T选取合理的V c。 生产实际中刀具耐用度常按下列数据确定。 ·高速钢车刀30~60 min。 ·硬质合金焊接车刀15~60 min。 ·硬质合金可转位车刀15~45 min。 ·组合机床、自动线刀具240~480 min。 ·硬质合金面铣刀90~180 min。 总之，刃磨、调整方便的刀具耐用度可选低些，反之耐用度选高些。简单的刀具，如车刀、钻头等，刀具耐用度可定低些；结构复杂和精密的刀具，如成形车刀、拉刀、齿轮刀具的耐用度定的高些。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 12 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 学习：1、切削加工评定的主要指标 2、切削加工性的影响因素 3、材料切削加工性的改善 审批签名 了解材料切削加工性的改善，理解切削加工性的影响因素 掌握材料切削加工性的改善 理解切削加工性的影响因素，掌握材料切削加工性的改善 相关教具 讲授法 习题册P13、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 材料切削加工性的改善能在实际实习中体会 教学内容及过程设计 模块三 金属切削加工质量及刀具几何参数的选择 课题一 工件材料的切削加工性能 金属切削加工质量是一个综合因素决定的结果，其中包括工件材料切削加工性的好坏、切削刀具几何参数的合理与否、切削用量的合理与否、加工工艺的合理与否、加工机床的精度高低及操作者的水平。本模块将围绕工件材料的切削加工性和切削刀具的几何参数进行讨论 。一、课题分析 材料切削加工的难易程度称为材料的切削加工性。良好的切削加工性一般包括：在相同切削条件下刀具具有较高的耐用度；在相同切削条件下，切削力、切削功率较小，切削温度较低；加工时，容易获得良好的表面质量；容易控制切屑的形状，容易断屑。材料切削加工性的好坏，对于顺利完成切削加工任务，保证工件的加工质量意义重大。材料的切削加工性不仅是一项重要的工艺性能指标，而且是材料多种性能的综合评价指标。材料的切削加工性不仅可以根据不同情况从不同方面进行评定，而且也是可以改变的。 二、相关知识 (一)切削加工性评定的主要指标 工件材料切削加工性可以从多方面进行评定。不同加工情况，可采用不同的指标衡量。粗加工时，通常采用刀具耐用度指标；精加工时，通常采用加工表面质量指标。在刀具耐用度指标中以相对加工性(用K，表示)使用最为方便。【知识链接】刀具耐用度指标有绝对指标和相对指标之分。绝对指标是以在一定的刀具耐用度(切削时间)条件下，允许的切削速度的高低来表示材料的切削加工性。对于切削一般材料，耐用度取60 min，用砜。表示，其具体含义是，切削某种工件材料，当刀具耐用度为60 min时所允许的切削速度；对于切削难加工材料，耐用度取20 min，用V20表示。显然，在相同条件下，V60或V20越高，材料的加工性越好。相对指标则是以45钢的、V60。其他指标有加工表面质量指标、切屑控制难易指标、切削温度、切削力、切削功率指标。加工表面质量指标是在相同加工条件下，比较加工后的表面质量(如表面粗糙度等)来判定切削加工性的好坏。加工表面质量越好，加工性越好。切屑控制难易指标是从切屑形状及断屑难易与否来判断材料加工性的好坏。切削温度、切削力、切削功率指标根据切削加工时产生的切削温度的高低、切削力的大小、功率消耗的多少来评判材料加工性，这些数值越大，说明材料加工性越差。 (二)切削加工性的影响因素 材料的物理力学性能、化学成分、金相组织是影响材料切削加工性的主要因素。 1．材料的物理力学性能 就材料物理力学性能而言，材料的强度、硬度越高，切削时抗力越大，切削温度越高，刀具磨损越快，切削加工性越差；强度相同，塑性、韧性越好的材料，切削变形越大，切削力越大，切削温度越高，并且不易断屑，故切削加工性越差。材料的线膨胀系数越大、导热系数越小，加工性也越差。 2．化学成分 就材料化学成分而言，增加钢的含碳量，强度、硬度提高，塑性、韧性下降。显然，低碳钢切削时变形大，不易获得高的加工表面；高碳钢切削抗力太大，切削困难；中碳钢介于两者之间，有较好的切削加工性。教学内容及过程设计 (三)材料切削加工性的改善 1．进行适当的热处理 一般说来，将工件材料进行适当的热处理是改善材料切削加工性的主要措施。对于性质很软、塑性很高的低碳钢，加工时不易断屑、容易硬化。往往采用正火的办法，提高其强度和硬度，从而改善其切削加工性。对于硬度很高的高碳工具钢，加工时刀具极易磨损。可以采用球化退火的办法，降低其硬度，从而改善其切削加工性。 【知识链接】实践证明，材料硬度一般在170～230HBS左右时，其切削加工性最好。 2．改变加工条件 合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量也是改善材料切削加工性的有效措施。对于铝及铝合金等易切削材料，为了减小积屑瘤和加工硬化等对已加工表面质量带来的不利影响，通常选用大前角刀具和高的切削速度，并尽量把刀磨得锋利、光整。对于不锈钢材料，为了克服其容易加工硬化、导热性差、切削温度高、不易断屑等突出问题，通常采用韧性好的K类硬质合金刀片、选用较大的前角和小的主偏角、采用较大的进给量等。 3．采用新技术 采用新的切削加工技术也是解决某些难加工材料切削问题的有效措施。 这些新加工技术是加热切削、低温切削、振动切削等。例如，对耐热合金、淬硬钢、不锈钢等难加工材料进行加热切削，通过切削区中材料温度的增高，降低材料的抗剪切强度，减小接触面间的摩擦系数，可减小切削力。另外，加热切削能减小冲击振动，使切削过程平稳，从而提高了刀具的使用寿命。 总之，确定了材料的切削加工性能，对合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量以及改善材料切削加工性提供了重要依据。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 13 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：已加工表面的质量 1、已加工表面的粗糙度 2、减小表面粗糙的途径 理解表面粗糙的形成及影响和降低表面粗糙的措施 掌握减小表面粗糙的途径 如何降低表面粗糙的措施 相关教具 讲授法 习题册P14、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 能够在加工过程中提高加工表面质量 教学内容及过程设计 课题二 已加工表面质量 一、课题分析 工件已加工表面质量包括工件的表面粗糙度、表面残余应力、表面加工硬化层等指标。加工工件表面质量的好坏，直接影响到产品质量和产品的使用性能。 二、相关知识 (一)已加工表面粗糙度 表面粗糙度是指已加工表面微观不平程度的平均值，是一种微观几何形状误差。经切削加工形成的已加工表面粗糙度，一般可看成由理论粗糙度和实际粗糙度叠加而成。 【知识链接】表面粗糙度对配合工件的配合性质、摩擦副摩擦面的磨损、工件的耐腐蚀性以及工件的疲劳强度等将产生重要影响，是表面质量中一项非常重要的指标。减小表面粗糙度有利于保证配合工件的配合性质、有利于提高工件的耐腐蚀性、有利于提高工件的抗疲劳破坏能力，适当的表面粗糙度有利于提高工件的耐磨性。表面粗糙度等级用轮廓算术平均偏差R。微观不平度十点高度R：或轮廓最大高度R，的数值大小表示。按国家标准规定，优先采用轮廓算术平均偏差R。的大小来表示。 1．理论粗糙度 这是刀具几何形状和切削运动引起的表面不平度。生产中，如果条件比较理想，加工后表面实际粗糙度接近于理论粗糙度。刀具几何形状和切削运动对表面粗糙度的影响主要是通过刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径r以及进给量对切削后工件上的残留层高度来体现的。主偏角、副偏角、进给量越小表面粗糙度越小；刀尖圆弧半径r越大，表面粗糙度越小。 本课题中，精车表面质量差的主要原因，就刀具而言无外乎是副偏角偏大，或刀尖圆弧半径过小，以致切削后残留层高度增大而引起的。如减小副偏角，或适当增大刀尖圆弧半径，必将减小切削后的残留层高度，从而降低表面粗糙度。 【知识链接】不难想象，切削加工时，由于刀具形状的原因及走刀运动，必然在工件上存在残留层，残留层的高度直接影响已加工表面粗糙度。 2．实际粗糙度 这是指切削过程中出现的非正常原因造成的表面不平度。其中包括积屑瘤影响、加工振动影响和鳞刺影响等。 【知识链接】由于积屑瘤将引起加工中的过切，或在加工表面上划出犁沟，或脱落后黏附在加工表面上形成毛刺，或形成的毛刺被刀具挤平后形成硬质光点。这样便加剧了加工表面的粗糙程度。 鳞刺是指切削加工后残留在已加工表面上的鳞片状毛刺，通常采用较低速度对塑性材料加工时可能出现。 切削过程中的振动会使加工表面出现振纹，不仅恶化了加工表面质量，而且对机床精度、刀具磨损会产生很大的影响。振动有强迫振动和自激振动两大类。强迫振动是由外界周期性作用力所引起，其特点是工艺系统的振动频率与外界激振力的频率相一致。造成强迫振动的原因有：机械运动的不平稳、液压传动的压力脉动与冲击、传动带的接头不平、工件材质不均匀、断续切削、加工余量不均匀、附近其他设备振动的传人等。自激振动又称颤振，是由于切削过程中切削力的变动而引起的，当工艺系统刚度不足时，往往容易引起自激振动，在细长轴车削或深孔镗削时要特别注意。 刀具后刀面磨损造成的挤压、摩擦痕迹，刀刃缺陷的复映，切屑的拉毛和擦痕都会降低加工表面质量。 教学内容及过程设计 (二)减小表面粗糙度的途径 在实际切削过程中，有很多因素影响到工件表面粗糙度，如机床精度的高低、工件材料的切削加工性好坏、刀具几何形状的合理与否、切削用量选择的合理与否，甚至包括刀具的刃磨质量、切削液的正确选用等。 1．刀具几何形状方面 从以上分析不难看出，要减小表面粗糙度，可采用较大的刀尖圆弧半径(圆头刀)、较小的主偏角或副偏角，甚至磨出修光刃。需要注意的是，主偏角的减小，会引起背向力F。的增大，甚至会引起加工中的振动。r的增大或过长的修光刃同样也有这个问题。 2．切削用量方面 在同样加工条件下，采用不同的切削用量所获得的工件表面粗糙度有很大的不同。切削用量三要素中，进给量对表面粗糙度影响最大，进给量越小，残留层高度越低，表面粗糙度越小。本课题引入中，精车表面质量差的主要原因，就切削用量而言，显然是进给量稍大，可以通过减小进给量加以解决。 但应注意进给量不能过小，否则由于切削厚度过小刀刃将无法切人工件，造成刀具与工件的强烈挤压与摩擦。 若要求加大进给量，同时又要求获得较小的表面粗糙度值，刀具必须磨有修光刃，使副偏角为0。，但应注意此时的进给量不能过大，否则，太宽的修光刃会引起振动，反而会提高表面粗糙程度。 【知识链接】一般来讲，减小背吃刀量可减小加工中的振动，减小表面粗糙度，但应注意的是当背吃刀量以。<0．02～0．03 mm时，刀具经常与工件发生挤压和摩擦，工件表面粗糙度增大。切削速度的高与低，都会减小工件表面的粗糙度，切削速度很低(2～5 m／min)可以避免积屑瘤的产生，从而减小表面粗糙度；切削速度很高(超过产生积屑瘤的切削速度)，同样能减小表面粗糙度。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 14 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：1、刀具几何参数的合理选择 2、刀具解决问题的措施 理解：1、刀具几何角度的功能 2、刀具几何角度的选择原则 掌握刀具如何解决问题的措施 刀具几何角度的选择原则 相关教具 讲授法 习题册P14、P15填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 刀具几何角度的合理选择 教学内容及过程设计 课题三 刀具几何参数的合理选择 一、课题分析 在切削加工中，不仅可以通过客观条件(环境、选材等)改善切削问题，也可以通过主观因素来控制切削质量。强力车刀就是这样一个例子，通过选择合适的前角、刃倾角、主偏角、副偏角，以及适当修磨修光刃均可以减小加工中的振动，提高已加工表面质量。 二、相关知识 (一)强力车削带来的问题 强力车削采用了大切削用量，主要带来以下问题：切削力大，易振动，工件表面粗糙度 值增大。 (二)解决问题的措施 针对上述问题，可以在刀具上采取如下措施。 1．减小切削力的措施 如图3—2所示，课题引入中强力车刀采用20~～25。的大前角，使切削力明显下降。选择合理的前角是刀具使用的重要问题。前角是一个很重要的角度，它影响切削过程中的变形、摩擦和刀具的强度。增大前角，切削力下降、切削热减小，工件表面质量高，但刀具强度降低、散热差。 “锐字当头，锐中求固”，即在刀具强度允许的情况下尽量采用大前角，．这是选择前角的总原则。前角的数值往往由工件材料、刀具材料和加工工艺要求决定。 【知识链接】成形刀具减小前角，可减小刀具截形误差，提高工件加工精度，所以，成形刀具常取较小的前角，甚至取0。前角，当然，这样会造成切削条件变差，因而，在保证切削刃成形精度的前提下，应设法增大前角。考虑到大前角会削弱刀具强度，又采取了如下固化措施： (1)取小的后角a。一6。 后角影响切削摩擦和刀具强度。增大后角，可以减小刀具磨损，减小加工硬化，提高切削刃的锋利性，但会使刀具强度下降。 后角的选择依据是，粗加工时主要考虑刀具强度，精加工时主要考虑加工表面质量。采用小后角的场合主要有：工件材料硬度强度较高，工艺系统刚性较差时，用于成形刀具、定尺寸刀具等。采用大后角的场合主要有：加工塑性韧性较大的材料，加工硬化比较敏感的材料等。在粗加工时，一般选4。～6。在精加工时，一般取8。～12。 【知识链接】副后角的选择与后角类似。车刀、刨刀、端铣刀的副后角通常等于后角；切断刀、切槽刀、锯片铣刀的副后角，由于受刀头强度的限制，只能取较小的数值，通常取1。～2。 教学内容及过程设计 (2)选负的刃倾角 刃倾角主要影响切屑的流向、刀具强度及刀具的锋利程度，如图3—3所示。刃倾角为正值时，切屑流向待加工表面，刃倾角为负值时，切屑流向已加工表面。刃倾角为正值时，刀具强度削弱，刃倾角为负值时，刀具强度加强。有刃倾角时，刀具锋利，刃倾角为0。时，锋利程度下降。图3—3刃倾角对切屑排向的影响 刃倾角的选择依据是：粗加工时，选择负刃倾角，如粗车一般钢材及灰铸铁时取一5。～O。；精加工时，取O。～5。；加工断续表面时，取一12。～一5。；加工淬硬钢时，取一15。～一5。。需要指出的是，当工艺系统刚性不足时，尽量不采用负刃倾角。 (3)在前刀面上修磨出宽度0.5F/角度一25。～一20。的负倒棱 沿着切削刃磨出负前角(也可以是零前角或很小的正前角)的窄棱面，统称为倒棱，习惯上称为负倒棱，如图3—4b所示。这种刃口的锋利程度比锐刃(见图3—4a)差些，但强度好，提高了刀具的耐用度。适合于加工碳钢及较硬的金属材料，尤其适合锻件毛坯或带冲击性的切削加工，对于硬质合金刀具和陶瓷刀具，在进行粗加工时，效果更为显着。 3．降低粗糙度的措施 课题引入中，强力车刀采用小的副偏角，磨出1．5f长的修光刃，大大降低了残留层高度。修光刃是在副切削刃靠近刀尖处的一小段副偏角为O。的平直刀刃，如图3—5所示。它适用于各种材料的半精加工或精加工。修光刃的存在，可增加刀尖强度，提高刀具耐用度，并可降低表面粗糙度。不当，易引起振动。修光刃的宽度与进给量有关，如果太短，起不到修光作用；如果太长，容易产生振动，一般取(1．2～1．5)f。 【知识链接】顺便要指出的是，一般有修光刃的刀具同时磨有过渡刃。过渡刃有直线和圆弧两种形式，它同样能增加刀尖强度，提高刀具耐用度，但会使径向力增大。对于直线过渡刃，其偏角一般取主偏角的一半，宽度取背吃刀量的1／5～1／4。对于圆弧过渡刃，一般刀尖圆弧半径取0．5～3 mm。 课时序授课时 年 月 日（周 ）（上午、下审批签 15 号 间 午、晚上） 名 教学学习：1、可转位机夹车刀刀片2、可转位机夹车刀刀柄3、可转位车刀的夹紧形式 4、机械夹固式车刀的合理使用 目的 教学理解可转位车刀的夹紧形式和可转位机夹车刀刀柄 要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 掌握可转位机夹车刀刀片 机械夹固式车刀的合理使用 相关教具 讲授法 习题册P16、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 可转位成形车刀片型号的识别及选择 教学内容及过程设计 模块四 车刀 课题一 机械夹固式车刀及其使用 车刀是车床上使用的加工工件上旋转表面的刀具，从结构上来看，它有整体式、焊接式和机械夹固式3种类型。 表4一l 车刀结构类型、特点及应用场合 一、课题分析 机械夹固式车刀使用方便高效，并能克服常用焊接式车刀存在的诸如在焊接和刃磨时常产生内应力，极易导致裂纹而造成工作时产生崩刃或打刀，刀杆不能重复使用等缺点。因此，在加工自动线上，尤其在数控机床上推广使用机械夹固式车刀，特别是其中的可转位式车刀，对提高劳动生产率，意义重大.要想用好机械夹固式车刀，离不开刀片和刀杆的正确选用，离不开正确的夹紧和合理的使用。 二、相关知识 (一)可转位机夹车刀刀片 刀片的使用涉及刀片材料的选择、刀片结构和刀片参数的确定。刀片材料的选择在模块一中已作讨论，刀片结构和刀片参数通过刀片型号来表示。刀片型号有10个号位，由代表一定意义的字母和数字按一定顺序排列而成，见表4m2。确定了10个号位的内容，就基本确定了可转位硬质合金刀片。 表4-2 刀片型号 注：任何一个刀片型号都必须有前7个号位，后3个号位在必要时才采用。 1．刀片形状 可转位刀片形状见表4--3，正三边形刀片和正四边形刀片最常用，菱形刀片用于仿形车床和数控车床，圆形刀片用于成形面加工。课题引入中，代号TNUMl60308FRA4中的“T”表示采用正三边形刀片。 应根据不同的使用要求来选用不同形状的刀片(见表4—4)。 表4一_4 常用刀片形状的选用 2．法后角 法后角共有10种型号，见表4～5。最常用的是N型(0“o)，刀片后角靠刀片倾斜安装形成。课题引入中，代号TNUMl60308FRA4中的‘‘N’’表示采用0。法后角刀片。表4—5 可转位车刀法后角0。法后角一般用于粗、半精车；5。、7。、11。法后角一般用于半精、精车、仿形及加工内孔。 教学内容及过程设计 3．刀片精度 可转位刀片允许的精度等级共12级，代号分别为A、F、C、H、E、G、J、K、L、M、N、U，其中A级精度最高，u级精度最低。课题引入中，代号TNUMl60308FRA4中的‘‘u’’表示精度等级为u级。普通车床粗、半精加工刀片精度用U级，对刀尖位置要求较高的或数控车床用M级，更高级的用G级。 4．类型 类型用来表示刀片有无断屑槽和中心固定孔，共有15种，见表4—6。课题引入求，代号TNUMl60308FRA4中的“M”表示圆形固定孔、单面有断屑槽的刀片。带孔刀片一般利用孔来夹紧，无孔刀片则采用上压式夹紧方法。 5．刀片边长 刀片边长即刀刃长度，用两位数字表示，选取舍去小数值部分的刀片切削刃长度作为代号。若舍去小数值部分后，只剩下一位数字，则必须在数字前加‘‘0”。课题引入中，代号TNIJMl60308FRA4中“16”表示刀刃(整数部分)长度为16mm。 刀刃长度应根据背吃刀量进行选择，一般通槽形的刀片切削刃长度选≥1．5倍的背吃刀量，封闭槽形的刀片切削刃长度选≥2倍的背吃刀量。 6．刀片厚度 刀片厚度用两位数字表示，选取舍去小数值部分的刀片厚度作为代号。若舍去小数值部分后，只剩下一位数字，则必须在数字前加“0”。课题引入中，代号’TNUMl60308FRA4中的“03”表示刀片(整数部分)厚度为3mm。 刀片厚度的选用原则是使刀片有足够的强度来承受切削力，通常是根据背吃刀量与进给量来选用的，如有些陶瓷刀就要选用较厚的刀片。 7．刀尖圆角半径 刀尖圆角半径用省去小数点的圆角半径毫米数表示，如刀片圆弧半径为O．3mm，代号为03，刀片圆角半径为1．2mm，代号为12，若为尖角或圆形刀片，则代号为00。课题引入中，代号TNUMl60308FRA4中的“08'’表示刀尖圆角半径为0．8 mm。粗车时只要刚性允许尽可能采用较大的刀尖圆角半径，精车时一般用较小的圆角半径，不过当刚性允许时也应选取较大值，常用的压制成形的圆角半径有0．4 mm、O．8 mm、1．2 mm、2．4mm等。 8．切削刃截面形状 刃口形状有锐刃(F)、倒圆刃(E)、倒棱刃(T)、倒圆加倒棱刃(S)4种，如图4—3所示。课题引入中，代号’rNUMl60308FRA4中的“F’’表示锐刃。刃口形状影响着刀刃的强度和锋利性。 9．切削方向 R表示供右切的外圆刀，L表示供左切的外圆刀或右切的内孔刀，N表示左右均有切削刃，既能左切又能右切。课题引入中，代号’TNUMl60308FRA4中的‘‘R，，表示右切刀。 10．断屑槽类型与宽度 断屑槽类型共13种，见表4—7，断屑槽宽度用舍去小数位部分的槽宽毫米数表示。 (三)可转位车刀的夹紧形式 定位夹紧结构应满足的基本要求是调换刀片方便、夹紧可靠、定位精度高、结构简单。在众多的夹紧形式中，杠杆式夹紧结构是最基本的，如图4—4所示。 【知识链接】可转位车刀由刀杆、刀片、刀垫、夹紧机构组成。可转位车刀的夹紧机构有杠杆式、楔块式、螺纹偏心式、压孔式、上压式、拉垫式等多种。其中杠杆式定位精度高，夹紧可靠，使用方便，但结构相对复杂。 (四)机械夹固式车刀的合理使用 合理使用主要包括以下两个方面： 1．刀片的安装与夹紧 安装刀片时，确保其底面与刀杆上刀片槽的定位支撑面接触良好。否则，在切削加工中，刀片可能因为受力不均而碎裂。 2．合理选择切削用量和适当修磨 机械夹固式刀具的主要优点是断屑良好、不需重磨。但断屑只是在一定的切削用量范围内起作用，只有根据加工条件，合理选择切削用量，才能达到理想的断屑效果。另外，受到刀片制造工艺的限制，有时会出现刃口不锋利的缺陷，这时可用金刚石对刀片刃口进行必要的修磨。 课时序授课时 年 月 日（周 ）（上午、下审批签 16 号 间 午、晚上） 名 教学习：1、径向成型车刀 学 2、前角、后角的表示及形成 目 3、加工误差的一般分析 的 4、成形车刀的使用 教学理解径向成形车刀的结构，径向成形车刀的几何角度，加工误差的一般分析 要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 掌握径向成形车刀的几何角度 径向成型车刀前角、后角的表示及形成 相关教具 讲授法 习题册P17、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 能够正确使用径向成型车刀 教学内容及过程设计 课题二 径向成型车刀 一、径向成形 车刀径向成形车刀有平体形、棱体形、圆体形3种结构类型。和普通车刀一样，成形车刀应具有合理的几何角度，才能有效地工作。鉴于结构的原因，成形车刀主要确定的角度是前角和后角，在图4—5中，前角为15。，后角为12。。 (二)前、后角的表示及形成 1．前角、后角的表示 由于成形车刀的刀刃复杂，为了方便角度的测量、制造和刃磨，并使角度大小不受复杂刃形的影响，规定以进给剖面内的角度(弧和∞)来表示，并以刀刃上与工件中心等高，且距工件中心最近一点(基准点A)处的前角和后角作为刀具的名义前角和后角，如图4—7所示。 2．前角、后角的形成 成形车刀的前角和后角是由制造时保证，并通过正确安装形成的。 【知识链接】成形车刀前角和后角的大小，不仅影响刀具的切削性能，而且还影响到工件廓形的加工精度。因此，确定了前角和后角后，在制造、重磨和安装车刀时均不得随意变动。 表4—15 成形车刀的前角 另外，根据前角、后角的定义，成形车刀切削刃上各点的前角、后角不尽相同。离工件中心越远，前角越小，后角越大。这些措施包括改变刀具廓形、磨出凹槽、作出侧隙角、采用斜向结构、采用螺旋面成形车刀，具体内容可参阅相关书籍。 教学内容及过程设计 (三)加工误差的一般分析 要想分析清楚成形车刀加工一般工件时可能产生的误差，必须首先弄清两个概念：工件的廓形和车刀的截形，如图4—8所示。 （四）成形车刀的使用 1、安装2、切削用量的选择3、重磨 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 17 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 学习：1、标准麻花钻的结构 2、标准麻花钻的参数 3、标准麻花钻的刃磨 审批签名 理解：1、标准麻花钻的结构 2、标准麻花钻的参数 3、标准麻花钻的刃磨要求 掌握标准麻花钻的刃磨要求 标准麻花钻的参数 相关教具 讲授法 习题册P18、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 标准麻花钻的刃磨方法 教学内容及过程设计 模块五 孔加工刀具 课题一 标准麻花钻 一、课题分析 标准麻花钻因其刃磨简单方便、切削平稳、使用寿命较长而被广泛用于孔加工。由于其结构的特殊性，决定了它参数众多的特点。要使用好标准麻花钻，首先，必须掌握其结构和主要参数；其次，必须能够对其进行正确的刃磨。以下就从这些方面进行讨论。 二、相关知识 (一)标准麻花钻的结构 标准麻花钻的结构如图5—2b所示，由夹持部分、导向部分和切削部分组成。夹持部分用于装夹并传递动力，有直柄和锥柄之分，直径13 mm以下大都采用直柄。导向部分由对称的两个螺旋排屑槽组成，它也是钻头切削部分的后备部分。标准麻花钻在结构组成上相当于两把普通外圆车刀。 表5一l 标准麻花钻切削部分的组成 (二)标准麻花钻的参数 可以将标准麻花钻的参数归纳为3类。 第一类是结构参数，它决定标准麻花钻的几何形状，即在钻头制造中需要控制的参数。结构参数很多，其中螺旋角卢(副切削刃展开成的直线与钻头轴线的夹角，如图5—4所示)影响麻花钻的切削性能。增大螺旋角有利于排屑，能获得较大的前角，但麻花钻强度变差。小直径麻花钻、钻高强度钢材料用麻花钻取小的螺旋角；大直径麻花钻、钻铝合金等软材料用麻花钻取大螺旋角。标准麻花钻螺旋角一般为18。～30。。 第二类是刃磨参数，它是刃磨麻花钻时需要控制的参数，包括锋角、后角和横刃斜角。 麻花钻虽然结构复杂，但一般只需刃磨后刀面，刃磨时需要控制锋角、后角和横刃斜角3个角度【知识链接】这3个角度的测量平面分别是：中剖面、柱剖面和端平面 1．锋角 锋角是两主切削刃在中剖面中投影间的夹角。标准麻花钻29I一118。，此时主切削刃为直线。否则，呈外凸或内凹曲线 【知识链接】刃磨时，常常根据主切削刃平直与否来检验锋角是否正确。 教学内容及过程设计 2．后角 后角是在柱剖面中后刀面与端平面的夹角，如图5--7所示。通常钻头外缘处取o～20。，且小直径钻头取大值。另外，最好把麻花钻的后角刃磨成中心大、外缘小的分布规律，以弥补标准麻花钻的先天不足。后角定义在柱剖面中的目的一是便于测量，二是反映了加工中的实际情况。 3．横刃斜角 横刃斜角是在端平面中横刃与中剖面的夹角，如图5--8所示。横刃斜角越小，横刃越锋利，横刃越长；反之，横刃越不锋利，横刃越短。 第三类是其他参数。尽管麻花钻的前角、刃倾角等都是派生角度，但对它们的分析有助于对麻花钻更深入的理解和认识。 麻花钻的前角分布很不合理，以外缘处最大(约为30。)，自外缘向中心逐渐减小。一般在三分之一直径范围内为负值，横刃处为一60。~--54。，这就是麻花钻的先天不足所在。 一般刃磨的麻花钻其刃倾角为负值，所以它的切屑排向已加工表面(向后排)，这也正是课题引入中钻削后孔表面比较粗糙的原因。 (三)标准麻花钻的刃磨 1．刃磨要求 刃磨标准麻花钻一般有3个要求：磨出锋角(118。)和按外小内大原则分布的主切削刃后角；磨出适当的横刃斜角(50。～55。)；磨出对称的左、右主切削刃。 2．刃磨方法 刃磨钻头较合理的方法是采用机械刃磨，但它依赖于专用的夹具或设备。所以，一般采用手工刃磨，刃磨时主要刃磨两个后刀面。要点如下： (1)选择表面平整的砂轮。 (2)放平主切削刃，确保钻头中心线适当高于砂轮中心线，且与砂轮表面的夹角等于锋角的一半，如图5—9所示。 (3)左手握钻头柄部，右手握钻头头部，使主切削刃接触砂 图5—9刃磨麻花钻主轮，边进给、边微量转动钻头，并且使钻柄上下摆动。切削刃及后角 以上操作磨出一条主切削刃及后角，用同样方法磨出另一条主切削刃及后角。需要注意的是，刃磨时，请反复检查主切削刃的对称性。 【知识链接】标准麻花钻常用的机械刃磨方法有螺旋面磨法、锥面磨法、平面磨法等几种。其中，螺旋面磨法需在钻头磨床上进行，可以磨出螺旋后刀面，适合于大直径钻头的刃磨；锥面磨法则在普通磨刀机上使用专用夹具进行，适用于中等直径钻头的刃磨；平面磨法磨出平的后刀面，适合于小直径钻头的刃磨。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 18 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：1、标准麻花钻的缺陷 2、标准麻花钻的修磨内容及目的 3、标准群钻的特点 理解标准群钻的特点及缺陷 掌握标准麻花钻的修磨方法 标准麻花钻的修磨内容及目的 相关教具 讲授法 习题册P19、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 标准麻花钻的修磨方法 教学内容及过程设计 课题二 标准麻花钻的修磨与群钻 一、课题分析 以上给我们提出了一个非常实际的问题，由于标准麻花钻结构的不完善以及使用条件的差异，所以从使用角度看，标准麻花钻确实存在着许多问题，这些问题包括i。主切削刃上各点前角变化很大，外缘处前角最大，刀刃强度最低，磨损特别严重；横刃较长且前角为负值，切削时轴向抗力大且不易定心；主切削刃全长参与切削，切削宽度大，排屑、冷却和散热不良等。解决这些问题有两种途径：一是改变钻头的结构，这主要由刀具厂家考虑；二是在标准麻花钻的基础上，根据具体的加工需要对标准麻花钻进行适当的修磨，以此来改变标准麻花钻上不尽合理的几何形状。下面就从标准麻花钻结构上的缺陷出发，学习它的修磨方法和群钻的相关知识。 二、相关知识 (一)标准麻花钻的修厝方法 1．修磨横刃 这是针对标准麻花钻横刃较长、不易定心、切削条件差所采取的措施。修磨要求：增大横刃处的前角、缩短横刃的长度，如图5—10所示。 横刃的修磨方式有多种，常用的修磨方式如图5—10所示，修磨后横刃长度为原长的1／5~1／3，横刃前角为一15。～0。。 2．修磨前刀面 主要是针对标准麻花钻主切削刃上前角分布不合理所采取的措施，一般有特殊要求时才采用。修磨前刀面的方式有两种：一种是修磨外缘处的前刀面，以减小前角，如图5—11所示；另一种是修磨横刃处的前刀面，以增大前角。’这两种方法可分开应用，也可结合应用。 针对课题引入中提出的问题，在工件材料较软时，应修磨横刃处的前刀面，丝增大前角，减小切削力，使切削顺利；工件材料较硬时，应修磨外缘处的前刀面，以减小前角，使钻头强度增加。用标准麻花钻进行扩孔时，为了避免钻头“扎刀”(刀具自动切入工件的现象)，可把外缘处的前角修磨小些。 【知识链接】钻削高强度或较硬材料时，为了进一步提高钻头的强度，可以沿主切削刃磨出倒棱，增加刃口强度；还可以改变主切削刃刃倾角方向，以便进行切屑朝孔底方向排出的孔的精加工。 3．磨出分屑槽 这是针对标准麻花钻在钢件上钻削较大直径孔时排屑不顺、冷却不力所采取的措施。一般在后刀面或前刀面上磨出相互错开的分屑槽，为方便刃磨，通常开设在后刀面上。常用的修磨方式如图5—12所示。 4．磨出双重锋角 这是针对课题弓I入中标准麻花钻在钻削铸铁及中等硬度钢件时，为改善散热条件，提高耐用度所采取的措施。 磨出双重或多重锋角，或外凸圆弧刃，常用的修磨方式如图5—13所示。需要指出的是，钻削较硬钢件时，不宜采用此法，否则易折断钻头；钻削软材料时，则没有这个必要。 5．修磨棱边 这是针对课题引入中标准麻花钻在钻削韧性材料或软材料时，为减小刃带与孔壁的摩擦所采取的措施。 在靠近麻花钻主切削刃的一段棱边上，磨短其宽度使其为原来宽度的1／3～l／2，磨出副后角为6。～8。。常用的修磨方式如图5—14所示。 教学内容及过程设计 6．磨出内凹圆弧刃 磨出内凹圆弧刃可加强定心稳定性，有利于分屑、断屑。并可用于课题引入中提到的钻削薄板，还能用于不规则毛坯孔的扩孔。将两主切削刃磨出内凹圆弧刃。当内凹圆弧刃深度大于板料厚度时，就成了薄板钻。 需要指出的是，修磨标准麻花钻一般不需要专门的工具，可根据使用效果和具体需要随时改变修磨方法。就是使用效果不佳也无大碍，可以反复修磨，直到满意为止。另外，在实际应用时可根据具体情况选择一种或几种方法组合使用。 (二)群钻 群钻是我国工人创造出来的，将标准麻花钻经过合理修磨而成的、高效率、高耐用度、强适应性的先进钻型。根据工件材料性能和用途不同，群钻的形状可分为标准群钻、铸铁群钻、薄板群钻、紫铜群钻和黄铜群钻等，并已形成了自己的标准。标准群钻在结构上综合了上述各种修磨钻头的特点，即在标准麻花钻的后刀面上磨出内凹圆弧槽(也称月牙槽)，在横刃处修磨前刀面，并在后刀面上磨出单面分屑槽。不难看出，月牙槽形成的凹形圆弧刃，将主切削刃分成3段：外刃、圆弧刃和内刃。圆弧刃的修磨，既增大了该处的前角，又有利于分屑、断屑和排屑，同时还能稳定钻头的方向；横刃的修磨既增大了该处的前角，又减小了横刃的宽度(一般为原来的l／7～1／5)和高度，这样减小了轴向抗力，改善了定心效果；单面分屑槽的刃磨，方便了切屑的排除，改善了切削性能。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 19 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下审批签午、晚上） 名 学习：1、深孔加工出现的问题 2、深孔加工问题的解决 3、深孔加工的刀具 4、铰刀的类型 理解：深孔加工出现的问题、深孔加工的刀具、铰刀的类型 掌握深孔加工的常用方法 深孔加工问题的解决 相关教具 讲授法 习题册P20、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 合理选用铰刀 教学内容及过程设计 课题三 深孔加工刀具与铰刀 一、相关知识 (一)深孔加工的问题 切屑排除困难、热量不易传散、钻头容易偏斜是深孔加工的难点。切屑排除困难是由于切屑较多并且排屑通道长所引起的，若不采取有效措施，随时可能由于切屑堵塞造成钻头损坏。热量不易传散是由于钻削是在近乎封闭的状态下进行的缘故，若不采取有效措施，钻头将加速磨损，很快丧失切削能力。钻头容易偏斜是由于孔深与孔径比值较大，刀杆细长，刚性变差所致，若不采取有效措施，加工时钻头必将偏斜并产生大的振动，轻者孔的精度和表面粗糙度难以保证，重者加工将无法进行。 解决排屑、导向、冷却问题是保证深孔加工精度和刀具耐用度，使加工顺利进行的关键。需要说明的是，一般深孔(孔深与孔径比为5～10)可用接长的麻花钻加工，但是孔深与孔径比大于20的深孔必须用深孔刀具才能加工。常用的深孔刀具如图5—17所示。 (二)问题的解决 1．解决排屑、冷却问题 深孔刀具通过良好的分屑、卷屑、断屑功能，同时借助一定压力和流量的切削液强行排屑，来解决排屑和冷却问题。需要说明的是，深孔加工用切削液，必须具备良好的冷却、润滑、防腐能力和较好的流动性。在各类深孔加工中，若从切屑排出的方式来分，深孔刀具可分为外排屑和内排屑两类。 (1)外排屑 切削液从钻杆芯部孔中流人，冷却切削区域后汇同切屑从钻杆与孔壁间排出。它无需专用设备与辅助工具，特别适合于小直径(直径2～20 mm)深孔钻，例如图5—18a所示的单刃外排屑小深孔钻(枪钻)，就非常适合加工直径为2～20 mm、长径比达100的中等精度小深孔。 (2)内排屑 、 切削液从钻杆外圆与工件孔壁间隙流人，冷却切削区域后汇同切屑从钻杆内孔中排出。它需装置供液系统、受液器、油封头等，不适合于直径过小(直径小于6～8 mlTl)的深孔加工。例如图5一18b所示的喷吸钻就适合加工直径20～65 rllrn的一般深孔。 2．解决导向问题 深孔刀具通过合理的结构设计、参数配置，可以确保钻头稳定可靠地定心和导向。另外在钻孔时还经常采取工件旋转、钻头只作直线进给运动的加工方式，以进一步保证钻孔时钻头不致于偏斜。 【知识链接】深孔加工总量占到孔加工的40％以上，所以深孔加工技术成为机械制造业中的一项关键技术，它涉及面广、技术含量高、技术难度大。在深孔加工中，刀具、夹具、量具和机床设备等各个工艺环节都对深孔加工的质量有影响，其中深孔加工刀具影响最大。枪钻的发展经历了从传统的双刃麻花钻，到单刃高速钢枪钻，到20世纪70年代的焊接刀片硬质合金枪钻，再到整体烧结硬质合金枪钻的历史，现在已经成为最为常用的小直径深孔加工刀具。枪钻在加工铸铁、易切削钢时确实发挥了重要的作用。但是，随着刀具材料从高速钢变成硬质合金，以及各种先进材料在生产中得到广泛的应用(例如，钛合金和不锈钢等)，枪钻加工时常常会出现加工质量低下，刀片崩刃和刀体被扭断等现象。20世纪90年代研制了SED(单管内排屑喷吸钻)。SED克服了枪钻结构不合理，力学性能差，制造困难等缺点，它的结构工艺性更完善，性能更优越。 教学内容及过程设计 (三)铰刀 在夹具及各类模具制造过程中，离不开各种销孔的配作加工，这些销孔必须经铰刀(见图5一19)的铰削方能成形，下面就来谈谈铰刀及其使用。‘ 铰刀是一种半精加工或精加工孔的多齿刀具(4~12个齿)。铰孔的精度达IT9～IT7，表面粗糙度R。值达1．6～0．4肛m，常见的铰刀结构如图5～20所示，主要结构参数有：直径、切削锥角、切削部分和校准部分的前、后角，校准部 图5—20铰刀结构分的刃带宽度、齿数等。 【知识链接】铰刀由工作部分、颈部和柄部3部分组成。其中工作部分又分为切削部分与校准部分。铰刀直径是铰刀最基本的结构参数，其精确程度直接影响铰孔的精度。标准铰刀按直径公差分一、二、三号，直径尺寸一般留有o．005~0．02 mm的研磨量，待使用时按需要尺寸进行研磨。未经研磨的铰刀，其公差大小和适用的铰孔精度，以及研磨后能达到的精度见表5—3。 表5—3 工具厂出品的未经研磨铰刀的直径公差及其适用范围 铰刀的类型如下： 1．手用铰刀 一般手用铰刀的切削锥角较小(1。～3。)，切削部分较长，导向作用好，铰削时轴向力较小，适合于单件、小批量生产或配作工作，例如，模具制造中的销孔加工。手用铰刀的直径范围为1～71 mm，对于可调节的铰刀，直径范围为6．5～100 mm，它们的刀柄为直柄。 2．机用铰刀 机用铰刀的切削锥角较大，以利于减少切人、切出的时间，提高加工效率。机用铰刀用于成批生产，适于在车床、钻床、铣床、镗床、数控机床及加工中心等机床上使用。直柄机用铰刀的直径范围为1～20 mm，锥柄机用铰刀的直径范围为5．5～50 mm 【知识链接】铰刀分为手用铰刀和机用铰刀两大类，手用铰刀又分为整体式和可调节式。整体式圆柱铰刀主要用来铰削标准直径系列的孔，在单件生产和修配工作中需要铰削少量的非标准孔，这时应使用可调节的手用铰刀。机用铰刀也有带柄和套式之分。 3．锥度铰刀 加工锥孔用的铰刀称为锥度铰刀。常用的锥度铰刀如下：1：50锥铰刀、1：10锥铰刀、莫氏锥铰刀和1：30锥铰刀。 1：50锥铰刀用于铰削圆锥定位销孔；1：10锥铰刀用于铰削联轴器上的锥孔；莫氏锥铰刀用于铰削0～6号莫氏锥孔；1：30锥铰刀用于铰削套式刀具上的锥孔。需要指出的是，铰削锥孑L时，加工余量大，整个刀齿都作为切削刃进人切削，切削负荷重，因此每进刀2～3 IrlIn应将铰刀取出一次，以清除切屑。通常这类铰刀制成2～3把一套，其中一把为精铰刀，其余为粗铰刀。并且粗铰刀的刀齿上开有螺旋形分布的分屑槽，以减小铰削负荷。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 20 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：1、平面加工铣刀的种类和应用范围 2、沟槽加工的铣刀种类、结构和应用范围 3、加工成型面铣刀的结构特点 理解平面加工铣刀的种类和应用范围、加工成型面铣刀的结构特点 掌握沟槽加工的铣刀种类 沟槽加工的铣刀种类 相关教具 讲授法 习题册P21、P22填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 常用铣刀的合理选用 教学内容及过程设计 模块六 铣刀 课题一 铣刀种类和用途 （一） 平面加工铣刀 常用端面铣刀、圆柱铣刀、立铣刀。圆柱铣刀高切削工作的平稳性，用于卧式铣床上粗铣及半精铣平面。 【知识链接】形状复杂的圆柱铣刀和成形铣刀，大多用高速钢制造，一般采用整体式结构。 立铣刀用于立式铣床上铣削阶台平面和侧面。 【知识链接】立铣刀是一种用途广泛的铣刀，除用于铣削平面外，还可用于铣削沟槽、螺旋槽及工件上各种形状的孔，铣削各种盘形凸轮与圆柱凸轮，以及通过靠模铣削内、外曲面。 (二)沟槽加工铣刀 对于课题引入中的T形槽工件，其直槽和横槽均属于沟槽，它们的加工自然离不开对应的沟槽铣刀，例如立铣刀、三面刃铣刀、槽铣刀(锯片铣刀)和T形槽铣刀等，除此之外，键槽铣刀、燕尾槽铣刀和角度铣刀也是常用的沟槽铣刀。 直槽有通槽和不通槽之分，较宽的通槽可用三面刃铣刀加工，窄的通槽可用锯片铣刀或小尺寸立铣刀加工，不通槽则宜用立铣刀加工。横槽的加工离不开T形槽铣刀。 三面刃铣刀有直齿、错齿和镶齿等几种结构形式，由于刀具的圆周和两个侧面上均有刀刃，可以获得较高的加工表面质量，主要用于铣削各种槽、阶台平面、工件的侧面及凸台平面等。 槽铣刀用于铣削各种槽及板料、棒料和各种型材的切断，但由于没有起修光作用的副切削刃，所以所铣槽的侧面质量较差。 键槽铣刀主要用于铣削键槽，它具有很高的铣削精度。 燕尾槽铣刀主要用于铣削诸如机床拖板上的燕尾槽之类的表面。 角度铣刀分为单角铣刀、对称双角铣刀和不对称双角铣刀3种。单角铣刀用于各种刀具的外圆齿槽与端面齿槽的开齿和铣削各种锯齿形离合器和棘轮的齿形；对称双角铣刀用于铣削各种V形槽和尖齿、梯形齿离合器的齿形；不对称双角铣刀主要用于铣削各种角度槽。 本课题引入中T形槽零件的倒角工序就可以采用双角铣刀一次铣削完成。 教学内容及过程设计 (三)成形面加工铣刀 在普通铣床上加工成形面往往离不开成形铣刀，如半圆形铣刀和专门加工叶片成形面及特殊形状的根部沟槽的专用铣刀。另外，像铣削齿轮用的齿轮铣刀等，都是成形铣刀。图6—4所示为常见的成形铣刀。成形铣刀的缺点是制造费用较大，切削性能较差。 【知识链接】类似成形车刀，成形铣刀是刀具截形根据工件廓形设计制造的一种专用刀具，主要用于批量加工零件上的成形表面，通常采用整体式结构，用高速钢材料制成。目前，为了提高生产效率和铣刀寿命，成形铣刀很多采用涂层刀齿。 另外，从铣刀形状来看，成形铣刀的齿背截形是一条特殊曲线(见图6—5a)，一般为平面螺旋线(即阿基米得螺旋线)，它是在铲齿机床上加工出来的，通常称为铲齿铣刀。这种铣刀的特点是刃磨时只磨前刀面，在刃磨以后，只要前角不变，则刀齿的刃口形状也不会改变，这正符合成形刀具的要求。为了刃磨方便起见，铲齿铣刀的前角一般都做成0。。 和铲齿铣刀相对应的是尖齿铣刀，尖齿铣刀在垂直于主切削刃的截面上，其齿背的截形是由直线或折线组成的(见图6—5b)。这类铣刀的刀齿是尖的，类似锯齿。因此铣刀的制造和刃磨均较容易，铣刀磨损后可沿后刀面进行重磨，刃口也较锋利。生产中常用的铣刀大都是尖齿铣刀，如圆柱铣刀、三面刃铣刀和立铣刀等。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 21 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：1、铣刀的几何参数的功能 2、铣削用量及其刀具计算 理解铣刀的几何参数的功能 掌握铣削用量 铣刀的刀具计算方法 相关教具 讲授法 习题册P22、P23填空题、选择题、判断题、简述题、计算题 课后小节 合理选用铣刀几何角度和铣削用量 教学内容及过程设计 课题二 铣刀几何参数和铣削用量 一、课题分析 与其他金属切削刀具一样，铣刀几何参数的大小影响着铣削时金属材料的变形和铣削力的大小，影响着切削温度、铣刀磨损和铣刀寿命，从而影响着加工表面的质量和生产效率。为了充分发挥铣刀的切削性能，除正确选择刀具材料和刀具种类外，还应根据具体的铣削条件，合理地选择铣刀的几何参数和铣削用量。本课题要求学生学会根据被加工材料的加工要求合理选择铣刀的几何角度和铣削用量，达到高质量、高效率完成加工任务的目的。 二、相关知识 (一)铣刀的几何参数 在结构上，铣刀由刀齿和刀体两部分构成，如图6—6所示。刀体的作用是固定刀齿并通过它把铣刀安装在铣床主轴或刀杆上。铣刀的每个刀齿相当于一把普通车刀，所以车刀的几何角度的定义也适用于铣刀。 1．前角 前角通常是在主剖面内度量的，用ro表示。但对于螺旋齿圆柱铣刀， 选择铣刀前角的依据主要是工件材料、刀具材料及加工性质。若工件材料较软时，为了减少切削层的变形，减小切削力与切削热，应选择较大的前角；若工件材料硬而脆，为保护课题引入中，用的是高速钢细齿圆柱铣刀，所以查表6—2，其后角可选择为16。。 3．主偏角和副偏角 如图6—8a所示，圆柱铣刀的主偏角所一90。。因圆柱铣刀无副切削刃，所以无副偏角。工件材料为铸铁，所以铣刀主偏角范围为45。～60~，副偏角范围为0。～5。。 4．刃倾角 圆柱铣刀的刃倾角A。等于刀齿的螺旋角p。螺旋角卢的作用是使铣刀刀齿逐渐切人和切出工件，提高铣削的平稳性。增大螺旋角口，能增加铣刀的实际工作前角，使切削轻快，易于排出切屑，对切削过程有利。 硬质合金端面铣刀的刃倾角，主要考虑铣削中的冲击性。为了增加刀尖的强度，应合理选择刃倾角数值，如铣削钢材及铸铁时，刃倾角应取负值；只有在加工强度较低的工件材料时，才选用正值。 教学内容及过程设计 (二)铣削用量 铣削用量包括铣削速度、进给量、铣削背吃刀量及铣削宽度等。合理选择铣削用量，对提高生产效率，’改善表面质量和加工精度，都有着密切的关系。 1．铣削速度口。 铣削速度是指在切削过程中，铣刀的线速度。 【知识链接】铣削速度在铣床上是以主轴转速来调整的。但是对铣刀使用寿命等因素的影响，是以铣削速度来考虑的。因此，大都在选择好合适的铣削速度后，再根据铣削速度来计算铣床的主轴转速。 说明：1)粗铣时取小值，精铣时取大值。 2)工件材料强度和硬度较高时取小值，反之取大值。 3)刀具材料耐热性较好时取大值，反之取小值。 课题引入中用高速钢铣刀铣削铸铁件，查表6—5，其铣削速度可选择在14~22 m／min范围内。 2．进给量 铣刀是多刃刀具，因此，进给量有几种不同的表达方式。 (1)每齿进给量(^) 铣刀每转过一个刀齿时，铣刀在进给运动方向上相对于工件的位移量称为每齿进给量(mm／z)，它是选择铣削进给速度的依据。 表6—6 每齿进给量^的数值mm／z 针对课题引入中的情况，查表6—6，其^应选择在0．12～O．2 mm／z范围内。 (2)每转进给量 每转进给量是指铣刀每转一转，铣刀与工件的相对位移，单位为mm／r。 (3)进给速度 进给速度是指铣刀相对于工件的移动速度，即单位时间内的进给量，单位为mm／min。在调整机床时常用进给速度表示。 【知识链接】当计算所得的数值与铣床铭牌上所标数值不符时，可取与计算数值最接近 的铭牌数值。若计算数值处在铭牌上两个数值中间时，应取较小的数值。 3．铣削背吃刀量 铣削背吃刀量不同于车削时的背吃刀量，不是待加工表面与已加工表面的垂直距离，而 是指平行于铣刀轴线测得的切削层尺寸，如图6--9所示。 4、铣削宽度 课时序授课时 年 月 日（周 ）（上午、下审批签 22 号 间 午、晚上） 名 教 学习：1、常用螺纹车刀的类型、结构特点及应用范围 学2、 丝锥的结构和几何参数 目3、圆板牙的结构特点 的 教学理解螺纹车刀的类型、结构特点及应用范围、圆板牙的结构特点 要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 掌握丝锥的结构和几何参数 丝锥的结构和几何参数 相关教具 讲授法 习题册P24、P25填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 能正确刃磨螺纹车刀 教学内容及过程设计 模块七 螺纹刀具和砂轮 课题一 螺纹刀具 一、相关知识 (一)螺纹车刀 螺纹车刀是一种截形简单的成形车刀(见图7—2)，它制造容易，通用性强，特别适合于大尺寸螺纹的单件和小批量生产。螺纹车刀主要是用高速钢和硬质合金制造的。 【知识链接】高速钢螺纹车刀的刃磨比较方便，容易获得锋利的切削刃，而且强度较好，刀尖不易崩刃，车出的螺纹表面粗糙度较低，但由于高速钢的耐热性较差，所以只适合于低速车削螺纹或精车螺纹。硬质合金螺纹车刀适用于高速车削螺纹。 1．螺纹车刀的几何参数 (1)侧刃前角和侧刃后角 车螺纹时，因走刀的影响，切削平面和基面的位置发生了变化，使车刀工作时的前角和后角与刃 磨前角(静止前角)和刃磨后角(静止后角)的数值不同。变化的程度决定于工件螺纹升角的大小。三角螺纹的螺纹升角一般比较小，影响也较小，但在车削矩形、梯形螺纹和大螺距螺纹时，影响就较大，因此在刃磨螺纹车刀时必须考虑螺纹升角的影响。车刀两侧的工作后角一般取3。～5。。当车右螺纹时，左侧的刃磨后角％L(左侧刃后角)应等于工作后角加上螺纹升角沙；为了保证刀头有足够的强度，车刀右侧的刃磨后角％R(右侧刃后角)应等于工作后角减去螺纹升角。车削左螺纹时，情况正好相反。 (2)背前角 为了使切削顺利和减小螺纹的表面粗糙度值，高速钢螺纹车刀的背前角一般取5。～15。，硬质合金螺纹车刀的背前角7。一般取O。。对于梯形螺纹车刀来说，螺纹车刀的背前角就是顶刃的前角，对于普通螺纹车刀来说就是刀尖圆弧刃顶点处的前角。 (3)刀尖角(e，) 刀尖角(e，)的大小，刀尖角等于牙型角；当背前角不等于O。时，决定了螺纹牙型角的大小。当背前角等于0。时，刀尖角必须进行修正。 【知识链接】背前角不等于0。时，切削刃不通过工件轴心线，车出的螺纹牙侧不是直线而是曲线，并使牙型角增大，特别是具有较大背前角的螺纹车刀，其影响更为明显。 (4)顶刃宽度 三角形螺纹车刀的顶刃应磨成一定的刀尖圆弧。圆弧半径的大小，视工件螺距大小而定，螺距大，刀尖圆弧半径也大，反之则小。对于梯形螺纹车刀，顶刃宽度应等于梯形螺纹牙底的宽度。 2．几种高效率的螺纹车刀 (1)60。可转位螺纹车刀 (2)梯形螺纹精车刀 梯形螺纹精车刀，刀片材料用Y15硬质合金。为使切削轻快，磨出4。～6。的背前角；为改善出屑和增加刀具两侧刃的强度，把刀具前刀面磨成鱼背形；安装时，刀尖略高于工件中心0．4～1mm；粗车时背吃刀量在1 mm之内，精车时背吃刀量为O．25 mm。切削速度24～48 m／min。 (3)机夹高硬度材料内螺纹车刀 其机夹结构较简单，刀片刃磨较方便。负背前角与小后角配合，增加了刀头强度。安装时，刀尖略高于工件中心0．3～O．5 mm。切削速度24～48 m／min，切5刀成形。 教学内容及过程设计 (二)丝锥与圆板牙 丝锥和圆板牙主要用于加工直径1～52 mm的内、外螺纹，使用，但丝锥和圆板牙的加工精度较低。适合于用丝锥在车床上加工可手工操作，也可在机床上丝锥是加工内螺纹并能直接获得螺纹尺寸的标准螺纹刀具，应用极为广泛。它的基本结构是一个有轴向槽的外螺纹，如图7—6所示为常用的三角螺纹丝锥。普通丝锥做成直槽，为了控制排屑方向，改善切削条件，在加工韧性材料时，则可做成螺旋槽，常取30。～45。，其中加工通孔右旋螺纹用左旋槽，切屑从孔底排出，加工盲孔右旋螺纹用右旋槽，切屑从孔口排出。 圆板牙是加工和校准M1～M68，P= 0．25～6 mml外螺纹时的标准刀具，用9SiCr或高速钢制造。其外形像螺母，不同之处只是在端面上钻有3～8个排屑孔以形成切削刃。因其结构简单、制造和使用方便，故目前在修配及单件生产中应用很广泛。如图7—7所示为圆板牙的结构，在它的两端面都磨出切削锥角2Kr，齿顶经铲磨后形成后角，中间部分为校准齿。当加工出的螺纹直径偏大时，可用片状砂轮在60~槽处割开，调节支头螺钉，可使孔径收缩。圆板牙的廓形因属内表面，很难磨制，校准部分不但后角为O。，而且热处理后的变形缺陷只能通过研磨进行部分修正，因此圆板牙的加工精度不高，仅能加工 图7-7圆板牙的结构6g、6e、6i公差带的外螺纹。 (三)其他螺纹刀具 在生产实际中，还存在着一些高效的螺纹加工刀具，它们在螺纹的批量加工中发挥着重要的作用。 1．拉削丝锥 拉削丝锥可以加工梯形、方形、单线和多线内螺纹，在卧式车床上一次拉削成形，效率很高，操作简便，质量稳定，表面粗糙度可达R。1．6～0．8，但拉削时必须使用切削液。 2．螺纹切头 螺纹切头是一种高生产率、高精度的螺纹刀具。有外螺纹切头和内螺纹切头两类。螺纹切头可以加工几乎各种规格的三角形外螺纹和大于M36的内螺纹。加工精度可达4～6级。表面粗糙度可达R。3．2～1．6。但它结构复杂，价格昂贵，故在大批、大量生产中应用较多。 3．螺纹铣刀 螺纹铣刀有盘形螺纹铣刀、梳形螺纹铣刀和高速铣削螺纹刀盘等形式。盘形螺纹铣刀用于粗铣蜗杆或梯形螺纹，常用高速钢做成尖齿结构。铣刀轴线相对于工件轴线倾斜一个螺旋升角妒，铣刀旋转的同时，工件相对铣刀作螺旋进给运动，通常一次走刀即能切出所需螺纹。梳形螺纹铣刀是由许多环形齿纹构成的，无切削锥，铣刀应比被切螺纹宽2～3个螺距，一般用高速钢做成铲齿结构。用在专用铣床上加工螺距不大、长度较短的三角形内、外圆柱螺纹和圆锥螺纹。加工精度可达6～8级，表面粗糙度可达R。6．3～1．6。铣刀与工件轴线平行，工件转一周，铣刀沿轴向恰好移动一个螺距，实际上铣刀有切人、退出行程，故工件需要转动7／6~9／6转，才可铣出全部螺纹。高速铣削螺纹刀盘是用硬质合金刀头高速铣削螺纹的刀具，这种加工螺纹的方法，又称为旋风铣削法。其切削速度可达150~450 m／min，是一种先进的高效率加工螺纹的方法。它可以加工外螺纹，也可以加工内螺纹，它的工作刀盘轴线与工件轴线倾斜夹角为螺纹螺旋升角，刀盘高速旋转，工件慢速转动，同时刀盘沿工件轴线移动，工件每转动一周，刀盘移动一个导程。刀齿切削刃旋转时所形成的回旋面在各个不同的连续位置时的包络面就是螺纹表面。它可以在改造的车床上或专用机床上加工，多用在成批生产中加工大螺距螺杆及丝杠，由于其加工精度不高，一般用在粗加工和半精加工中。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 23 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 学习：1、砂轮和砂轮特性的概念 2、砂轮特性的选择 3、砂轮的代号 审批签名 理解：砂轮磨料、粒度、结合剂、砂轮硬度、组织、形状及尺寸 掌握砂轮特性的选择 砂轮特性的选择 相关教具 讲授法 习题册P25、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 合理选用砂轮 教学内容及过程设计 课题二 砂轮的合理选择 一、课题分析 砂轮是由磨料和结合剂组成的多孔物体。由于构成砂轮的磨料性能和颗粒大小不同、所用结合剂黏结能力的差异、砂轮结构的疏密程度不同，使得每一种砂轮都有自己的特性。砂轮的特性包括磨料、粒度、结合剂、砂轮的硬度、组织、形状、尺寸等内容。砂轮特性决定了砂轮的适用范围，因此，没有一种砂轮可以满足所有的磨削要求。以上这组符号代表着砂轮的特性。根据国家标准(GB 2485)统一规定，砂轮的特性用代号表示，并按以下顺序排列：砂轮形状一尺寸一磨料一粒度一硬度一组织一结合剂一最高使用圆周速度。所以，要想圆满完成各项磨削任务，首先必须能根据加工要求正确合理地选择砂轮的各项特性。 二、相关知识 (一)磨料 砂轮中磨粒的材料称为磨料。它是砂轮的主要组成部分，担负着切削工作。砂轮的磨削性能主要取决于磨料的性能。中的“A”表示此砂轮的磨料为棕刚玉。磨料的选择依据是被磨削工件的材料，例如，粗磨淬火高速钢工件，可考虑选择铬刚玉磨料。【知识链接】目前大量采用的是人造磨料。常用磨料有3大类：氧化铝类(也叫刚玉类)、碳化硅类和超硬类。常用磨料的选用见表7—1。 表7—1 常用磨料 (二)粒度 磨料的粗细程度称为粒度。为了适应各种不同技术要求工件的磨削加工，必须把磨料颗粒制成不同的粗细。表示粒度为20。粒度分为磨粒和微粉两类，对于颗粒尺寸大于63um的磨料，称为粗磨粒粒度，用筛分法分级。对于颗粒尺寸小于63um的磨料，称为微粉，用沉降法分级。【知识链接】国家标准GB／T 2481．1～1998规定，粗粒度标示为F4～F220共26级；国家标准GB／T 2481．2—1998规定，微粉标示为F230～F1200共11级。每一粒度号的磨料不是单一尺寸的粒群，而是若干粒群的集合。国标中将各粒度号磨料分成5个粒度群：最粗粒、粗粒、基本粒、混合粒和细粒。某一粒度号的磨粒粒度组成就是各粒群所占的质量百分比。磨粒粒度的大小，直接影响磨削性能和磨削效率。粒度选择的主要依据是磨削的加工性质和工件材料的力学性能等。粗磨时一般选粗粒度砂轮，精磨时选细粒度砂轮。磨软材料时，选粗磨粒；反之，选细磨粒，具体见表7—3。至于课题引入中提到的粗磨淬火高速钢件可考虑选用粒度在F36～F60之间的砂轮。 （三） 结合剂 教学内容及过程设计 （四）砂轮砂轮硬度 （五）组织 （六）形状及尺寸 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 24 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：1、数控车削加工中的常用刀具 2、模块化车削工具系统 理解：数控车削常规刀具、数控车削可转位刀具、模块化刀具 掌握数控车削常规刀具 数控车削可转位刀具 相关教具 讲授法 习题册P26、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 数控车削刀具的合理选择 教学内容及过程设计 模块八 数控机床用刀具 课题一 数控车床用刀具 一、课题分析 与普通车床相类似，数控车床在数控机床中占有相当大的比重。在数控车床上可以高效率、高精度地完成各种带有复杂母线的回转体零件的加工，数控车削中心还能进行铣削、钻削以及各种多边形零件的加工。为了适应数控车削的特点，对数控车削用刀具也提出了新的要求。 二、相关知识 (一)数控车削用常规刀具 数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀3类。与普通车床用刀具一样，数控车床使用的常规刀具不外乎外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具和孔加工刀具(包括中心钻、镗刀、丝锥)。 1．尖形车刀 尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主切削刃和副切削刃相交构成，如90。内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀的加工特点是工件的加工轮廓由刀尖的运动轨迹决定。就图8—1所示零件而言，工件外轮廓成形面、螺纹底孔、孔口倒角、端面、切断等均可采用尖形车刀车削完成。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，这里不再重复。需要注意的是尖形车刀几何角度选择时应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。 【知识链接】所谓干涉是指切削被加工表面时，刀具切到了不应该切的部分。干涉会破坏加工表面的完整性，这是不允许的。因此在实际加工中，为有效地避免干涉现象，通常要增大刀具的副偏角或者选择合适的加工路线，例如，加工图8—1中的球面时，要么采用大副偏角刀具，要么改变走刀路线。 2．圆弧形车刀 圆弧形车刀是以圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀，如图8—2所示。该车刀圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。【知识链接】所谓刀位点，是指编制程序和加工时用于表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。数控车刀的刀位点如图8—3所示。尖形车刀的刀位点通常是指刀具的刀尖；圆弧形车刀的刀位点是指圆弧刃的圆心；成形刀具的刀位点通常也是指刀尖。 圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适用于车削各种光滑连接(凹形)的成形面。在成形面的加工中，圆弧形车刀能保持均匀的加工余量，消除由刀具原因引起的背吃刀量的变化，减小了加工中的振动。就图8--1所示零件而言，外轮廓成形面采用圆弧形车刀就非常适宜。选择车刀圆弧半径时应考虑两点：一是车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉；二是该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。 3．成形车刀 成形车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。就图8一l所示零件而言，内螺纹的加工就离不开成形车刀(螺纹车刀)。需要指出的是在数控加工中，应尽量少用或不用成形车刀。 (二)数控车削用可转位刀具 由于数控车削加工的特殊性，可任意刃磨的高速钢或硬质合金车刀以及手工刃磨的传统操作和使用方法，已不适应数控车削加工及其发展的需要。目前，数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。数控车床与普通车床用的可转位车刀，一般无本质的区别，其基本结构和功能特点是相同的。但数控车床工序是自动化的，因此对用于其上的可转位车刀的要求侧重点又有别于普 表8一l 数控车床用可转位车刀的要求和特点 教学内容及过程设计 (三)模块化刀具 模块化刀具为数控车削加工中常用的刀具，其中各种车刀都是镶嵌式的模块化刀具。数控车削刀具的夹持部分为方形刀体(加工外表面)或圆柱刀杆(加工内表面)。方形刀体一般采用槽形刀架螺钉紧固方式固定；圆柱刀杆用套筒螺钉紧固方式固定。它们与机床刀盘之间是通过槽形刀架和套筒接杆来连接的。在模块化车削工具系统中，刀盘的连接以齿条式柄体连接为多，而刀头与刀体的连接是“插入快换式系统’’(即圈隅系统，符合lS0 5608—80标准)。数控车床中经常使用的一种刀盘结构如图8—4所示。刀盘一共有6个刀位，每个刀位上都可以径向装刀，也可以轴向装刀。外圆车刀通常安装在径向，内孔车刀通常安装在轴向。但也可以按需要灵活使用。径向装刀时，刀具插入刀盘的方槽中，方槽的高度尺寸略大于刀杆的高度尺寸(两者之间大约有0．3 mm的间隙)。旋转刀盘端面的螺钉，即可将刀具的杆部锁紧。轴向装刀时，采用套筒的方式，固定在方槽中。 【知识链接】模块化刀具的主要优点有：缩短换刀停机时间，加快换刀速度；提高刀具的标准化、合理化程度；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效消除刀具测量工作中的中断现象，并可采用线外预调。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 25 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：1、数控铣刀的选择 2、对数控铣刀的基本要求 3、数控铣削加工中常用刀具 理解：数控铣刀的选择、对数控铣刀的基本要求、常用数控铣刀 掌握数控铣刀的选择 对数控铣刀的基本要求 相关教具 讲授法 习题册P27、填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 对数控铣刀的合理选用 教学内容及过程设计 课题二 数控铣床用刀具 一、课题引入 形状复杂的非回转体类工件往往采用数控铣床进行加工。数控铣削加工同样离不开各种各样的铣刀，本课题通过对图8—7所示零件加工刀具的选用来学习数控铣刀。 二、课题分析 数控铣削是机械加工尤其是模具型腔和型芯加工中最常用也 图8—7数控铣削零件是最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的各种平面轮廓和立体轮廓。除采用普通铣刀外，数控铣床上经常采用一些专用铣刀，本课题的任务在于掌握数控铣削加工中的常用刀具及其选择方法。 三、相关知识 (一)数控铣刀的选择 与普通铣刀的选用相类似，在选择数控铣刀时，其类型应与工件表面形状与尺寸相适应。孔加工比较灵活，根据具体情况，一般可采用钻削，例如，加工如图8—7所示零件上的孔，必要时也可通过铣削完成。加工变斜角零件选择鼓形铣刀。成形铣刀仅适合于特定零件的加工。 【知识链接】数控立铣刀是数控铣削中的常用刀具，该刀具有关参数的经验数据如下： 1．铣刀半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径R血，一般取尺一(O．8～O．9)Rmin。 2．零件的加工高度H≤(1／4—1／6)R，以保证刀具有足够的刚度。 此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数控系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。 (二)对数控铣刀的最基本要求 铣刀刚性要好，耐用度要高这是对数控铣刀的最基本要求，除此之外，铣刀切削刃的几何参数的合理选择及排屑性能也非常重要，必须予以重视。 刚性好的两个目的：一是满足为提高生产率而采用大切削用量的需要；二是适应数控铣削过程中难以调整切削用量的特点。例如，当工件各处的加工余量相差悬殊时，普通铣床很容易“随机应变”，采用分层铣削加以处理；而数控铣削除非在编程时已做考虑，否则就要用改变切削面高度或改变刀具半径补偿的方法从头做起，这样就会造成余量少的地方经常空行程，从而降低了加工效率。再者，在普通铣床上加工时，遇到刚性不好的铣刀，比较容易从振动、手感方面及时发现并做出调整加以弥补，数控铣削则难以办到。 教学内容及过程设计 (三)常用数控铣刀 数控铣床上常用的铣刀有面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀和成形铣刀， 立铣刀是数控铣床上用得最多的一种铣刀，由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以 普通立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面垂直的底平面。 1．立铣刀 数控立铣刀一般做成螺旋刀齿，这样可以增加切削加工的平稳性，提高加工精度。数控立铣刀的圆柱表面和端面上都有刀齿，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，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。 【知识链接】数控立铣刀的轴向长度一般较长，以保证能加工较深的沟槽及有足够的备磨量；数控立铣刀的刀齿数比较少(一般粗齿立铣刀Z一3～4，细齿立铣刀Z一5～8，套式结构Z：==10～20)、容屑槽圆弧半径大(r一2～5 mm)，以改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止堵塞。大直径立铣刀还可制成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。 2．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(圆锥半角a／2—3。，5。，7。，10。)、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀3种， 【知识链接】模具铣刀的柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄3种，它的特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可作径向和轴向进给。 3．键槽铣刀 键槽铣刀如图8—10所示，它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头，可作径向和轴向进给。 4．鼓形铣刀 如图8—11所示是一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在圆弧面上，端面无切削刃。加工时通过控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可在工件上切出由负到正的不同斜角。 5．成形铣刀 这是为特定的工件或加工内容专门设计制造的刀具。 课时序号 教学目的 教学要求 教学重点 教学难点及处理 教学准备 教学方法 作业布置 26 授课时间 年 月 日（周 ）（上午、下午、晚上） 审批签名 学习：1、数控加工中心常用铣刀 2、刀柄及工具系统 理解数控加工中心常用铣刀 掌握数控加工中心常用铣刀 刀柄及工具系统 相关教具 讲授法 习题册P27、P28填空题、选择题、判断题、简述题 课后小节 数控加工中心常用铣刀的合理选择 教学内容及过程设计 一、课题引入 数控加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。它主要用于箱体类零件 和复杂曲面零件的加工，能把铣削、镗削、钻削、攻螺纹等功能集中在一台设备上。因为它具有自 动选刀、换刀功能，所以工件经一次装夹后，可自动完成或接近完成工件各表面的所有加工工序。二、二、课题分析 工序集中的特点决定了加工中心在一次装夹中要经过多次换刀完成多工序的加工，所以数控加工中心对零件各加工部位往往选用不同的刀具，图8—15所示零件的加工就需要采用多种不同的刀具，包括钻削、镗削、铣削、铰削刀具及螺纹加工刀具等，它们往往通过刀柄及工具系统连接于数控加工中心的主轴上。 三、相关知识 (一)数控加工中心常用刀具 数控加工中心使用的刀具按加工方式不同可分为钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具、铰削刀具和螺纹加工刀具。图8—15所示零件的加工就需要铣削刀具中的立铣刀和键槽铣刀，钻削刀具中的麻花钻，螺纹加工刀具中的丝锥。 1．钻削刀具 钻削是数控加工中心在实心材料上加工孔的常见方法。钻削还用于扩孔和锪孔加工。在数控加工中心上经常使用的钻削刀具(见图8—16)有中心钻、标准麻花钻、扩孔钻、硬质合金可转位式钻头、加工中心用枪钻、锪钻等。中心钻的作用是先在实心工件上加工出中心孔，以便在孔加工时起到定位和引导钻头的作用。数控加工中心应用扩孔钻旨在提高加工效率，保证孔的加工质量。硬质合金可转位式钻头用于高效、高质量地钻孔、扩孔加工。对于长径比大于5的深孔加工则采用数控加工中心用枪钻。锪钻用于加工沉头孔和端面凸台等。 2．镗削刀具 镗削是数控加工中心粗、精加工大尺寸孔的常见方法。采用的镗刀按切削刃数量可分为单刃镗刀和奴刃镗刀振动，所以镗刀的主偏角肠选得较大，以减小径向力。镗粗镗钢件孔时取60。～75。，以提高刀具耐用度。 端铣刀主要用于加工平面，主偏角坼一90。的端铣刀还可用于加工浅台阶。端铣刀一般做成可转位式。立铣刀使用灵活，可以有多种加工方式，按功能特点可分为通用立铣刀、键槽立铣刀、平面立铣刀、球头立铣刀、圆角立铣刀、多功能立铣刀、倒角立铣刀和T形槽立铣刀等，它们适用于不同的使用场合。盘形铣刀包括槽铣刀、两面刃铣刀和三面刃铣刀，可用于槽和台阶的加工。 4．铰削刀具 铰刀主要用于孔的精加工和高精度孔的半精加工。螺旋齿铰刀有两种：一种是普通螺旋齿铰刀，刀齿有一定的螺旋角，切削平稳，可加工带键槽的孔；另一种是螺旋推铰刀，具有大螺旋角、长切削刃，可以连续切削，加工过程平稳无振动。 5．螺纹加工刀具 数控加工中心一般使用丝锥作为螺纹加工刀具。 教学内容及过程设计 (二)刀柄及工具系统 数控加工中心使用的刀具种类繁多，而每种刀具都有特定的结构及使用方法，要想实现刀具在主轴上的固定，必须有一个中间装置，该装置必须既能够装夹刀具又能在主轴上准确定位。装夹刀具的部分叫工作头，而安装工作头且直接与主轴接触的标准定位部分就是刀柄， 【知识链接】数控加工中心一般采用7：24的锥柄，主要原因是这种锥柄不自锁，并且与直柄相比有高的定心精度和刚度。需要指出的是刀柄要配上拉钉才能固定在主轴锥孔上。