金切基础：金属切削运动和切削要素

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金属切削加工虽有多种不同的形式，但是，它们在很多方面如切削运动、切削工具以及切削过程的物理实质等，都有着共同的现象和规律。

一、零件表面的形成及切削运动

机器零件的形状主要由下列几种表面组成：

（1）外圆面
（2）内圆面（孔） ： 外圆面和内圆面（孔）是以某一直线为母线，以圆为轨迹，作旋转运动所形成的表面。
（3）平面 :平面是以一直线为母线，以另一直线为轨迹，作平移运动所形成的表面。
（4）成形面 :成形面是以曲线为母线，以圆或直线为轨迹，作旋转或平移运动所形成的表面。

上述各种表面可分别用(图1)所示的相应的加工方法来获得。

由图可知，要对这些表面进行加工，刀具与工件之间必须有一定的相对运动，即切削运动。

切削运动包括主运动（图1中I）和进给运动（图1中II）。

1．主运动

主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实现切削。它速度最高，消耗功率最大。

2．进给运动

进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配合，即可连续地切除切削，获得具有所需几何特性的已加工表面。

各种切削加工方法（车削、钻削、刨削、铣削、磨削和齿轮加工等）都是为了加工某种表面而发展起来的，因此，也都有其特定的切削运动。切削运动有旋转的，也有直行的；有连续的，也有间歇的。

切削时,实际的切削运动是一个合成运动(图2)其方向由合成切削速度角η确定的。

二、切削用量

切削用量用来衡量切削运动量的大小。

在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。

1．切削速度vc

切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度。单位为m/s或m/min.

若主运动为旋转运动，切削速度一般为其最大的线速度。可按下式计算：

vc=πdn/1000 m/s或m/min

式中： d—工件或刀具的直径，mm；
n—工件或刀具的转速，r/s或r/min。

若主运动为往复直线运动（如刨削、插削等），则常以其平均速度为切削速度，即：

vc=2Lnr/1000 m/s或m/min

式中 L —往复行程长度（mm）
nr —主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s或str/min

2.进给量

刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。 用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行程，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以f表示，单位为mm/r或mm/st （图3）。

用多齿刀具（如铣刀、钻头等）加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以vf表示，单位为mm/s或mm/min。

刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量称每齿进给量，以fz表示，单位为mm/z。

每齿进给量、进给量和进给速度之间有如下关系：

vf=fn=fzzn mm/s或mm/min

式中 n — 刀具或工件转速，r/s或r/min
z —刀具的齿数。

3.背吃刀量ap

在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量（图3）,单位mm。

车削时，可用下式计算：

dp=（dw-dm）/2 mm

式中 dw — 工件待加工表面（图4）直径（mm ）；
dm — 工件已加工表面直径（mm ）。

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三、切削层参数

切削层是指切削过程中，由刀具切削部分的一个单一动作（如车削时工件转一周，车刀主切削刃移动一段距离）所切除的工件材料层。

切削层决定了切屑的尺寸及刀具切削部分的载荷。切削层的尺寸和形状，通常是在切削层尺寸平面中测量的（图3）。

1．切削层公称横截面积A_D

在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为mm2。

2．切削层公称宽度b_D

在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，单位为mm2。

3．切削层公称厚度h_D

在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为mm。

由定义知： A_D= b_Dh_D mm

因AD不包括残留面积，而且在各种加工方法中AD与进给量和背吃刀量的关系不同，所以AD不等于f和ap的积。只有在车削加工中，当残留面积很小时才能近似地认为它们相等，即

A_D≈fa_p mm²

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