切削基本概念

HEATS

用金属切削刀具从工作上切除多余的(或预留的)金属, 从而获得在形状上、尺寸精度及表面质量上都合乎预定要求的加工。＿称为金属切削加工。在切削加工过程中，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它由金属切削机床来完成。机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统，切削过程的各种现象、规律及其本质，都要在这个工艺系统的运动状态中去考察研究。
8 w9 z4 B! O, |& p. d

一、车削中的运动和加工表面

 

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车削加工是一种常见的典型的切削加工方法。如图所示，普通外圆车削加工中的切削运动是由两种运动单元组合成的，其一是工件的回转运动，它是切除多余金属以形成加工表面的基本运动；其二是车刀的(纵向或横向)进给运动，它保证了切削工作的连续进行。

在切削运动作用下，工件上的切削层不断地被车刀切削并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在这一表面形成的过程中，工件上有三个不断变化着的表面： % t K+ C) g8 G/ _" x3 i1 O

1. 待加工表面：即将被切去金属层的表面；
   9 _8 C- W0 f4 _0 }, q5 H& a
2. 加工表面：切削刃正在切削的表面；
   9 f% G; J( c2 M! X; L2 r
3. 已加工表面：已经切去多余金属而形成的新表面。

; |0 E9 Y, O3 p) m6 q: n

这些定义也适用于其他切削加工。

二、切削运动单元及其组合概念

各种切削加工的切削运动，都是由一些简单的运动单元组合而成的。直线运动和回转运动，是切削加工的两个基本运动单元。不同数目的运动单元，按照不同大小的比值、不同的相对位置和方向进行组合，即构成各种切削加工的运动。例如：

一个直线运动 刨削、拉削等；

一个回转运动 圆盘拉刀加工；
# l" p# ^: m4 Z# K

一个回转运动和一个直线运动组合 车削、镗孔、铣削、钻削、铰孔、车螺纹、攻丝等，它是目前应用最广泛的一种组合形式；
% f- Q4 O+ \% J" b+ J- ^' p

两个直线运动组合 锯、仿形刨削；

两个回转运动组合 铣削回转体表面(插补)；
3 [7 ^8 F$ @4 W9 y1 E

两个回转运动和一个直线运动组合 铣螺旋槽、铣螺纹、磨外圆、磨内圆、滚刀滚齿轮等，它也是目前应用很广泛的一种运动组合形式。
) G9 R' \% y- n4 U7 H4 b% K: F- W* D/ T% P. x; W" f {+ m2 c, i

$ l @5 f* e2 I: ~   0 T \. S% ~, G' a9 f" c; d3 s

图2

除了上述各种运动组合形式之外，还有其他一些运动组合形式及切削加工方法。图2是几种常见的切削运动和加工方法。

应该指出，在理论上，还可以有许多更新颖的运动组合，但在工艺上目前尚不能实现。不过，随着科学技术的发展和工艺上的突破。目前未被利用的运动组合形式和相应的新型切削加工方法，都有实现的可能性。在生产实践中，应在具体条件下寻求表面形成的最佳运动组合。

三、主运动、进给运动和切削用量三要素

上述各种加工方法的运动单元，按照它们在切削过程中所起的作用，可以分为主运动和进给运动两种： * U- h- E$ P' `: N- r' Q

" E ]* P% x5 U- k) w, v8 n
1. 主运动
   
   直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动，谓之主运动，用切削速度(V_c)表示。通常，主运动的速度较高，消耗的切削功率也较大。例如，图2中车削时工件的回转运动、铣削时铣刀的回转运动以及拉削时拉刀的直线运动等。都是主运动。
   
   主运动速度即切削速度，计算公式如下：
   8 M! a; [) P- l' [2 a6 Q8 s% _: V# W5 B4 [6 b) s3 l: T5 v' S& x3 G" e( k

   Vc= 1 s( v/ i2 W" ?$ Z; `" q' K	p·d·n
   	+ N% a4 W7 s4 _+ [/ O! a8 v
   	1000

   
   式中：d——工件直径d_w或刀具(砂轮)直径d_o(mm)：
   
   n——工件或刀具(砂轮)的转速(r/min)。
   
   
   对于旋转体工件或旋转类刀具，在转速一定时，由于切削刃上各点的回转半径不同，因而切削速度不同。在计算时，应以最大的切削速度为准。如外圆车削时计算待加工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。这是因为从刀具方面考虑，速度大的地方，发热多，磨损快，应当予以注意。
   
2. 进给运动
   
   不断地把切削层投入切削的运动，称为进给运动，用进给速度V_f(mm/min)或进给量f、f_z来表示。
   
   图2所示车刀的纵向移动和横向移动，钻头、铰刀的轴向移动以及铣削时工件的纵向、横向移动等．都是进给运动。进给量f的单位是 mm/r，即工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向之相对位移；如果主运动为往复直线运动(如刨、插)，则进给量f的单位为mm/str(毫米/双行程)。f_z是多刃切削工具(如铣、铰、拉)的每齿进给量，单位是mm/Z。
   0 G0 Y) r2 Y' m
   显而易见
   V_f=f·n=f_z·Z·n (mm/min)
   3 L8 f e: B; y+ B. b6 q7 G
   通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可能是一个或数个。
   0 S1 L4 {- I1 f0 @ 
   6 X. R" r) I3 V
3. 切削深度
   
   切削深度ap 为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。单位为mm; ap 的大小直接影响主切削刃的工作长度，反映了切削负荷的大小。对于外圆车削来说
   8 z D' K) D& ~7 Y7 C) M. D% a* z6 H$ C# {4 a9 l$ Y: c. N) s' W$ [' m1 [5 s6 \, T3 }0 K- D L

   ( K- S8 Z4 E; R G

   图3 车削时的合成速度向量

   
   : C8 R8 J. ? w+ f3 V/ |9 ^7 s! }/ J* i. a0 Z! _6 [% N' y; p7 x: l& d8 t

   ap=	dw-dm	(mm) 6 c. @$ m6 Q8 n( `: t9 v) z
   	2 _9 @1 t" h% E+ e
   	2

   
   对于钻孔工作
   ( ^7 t4 O! L3 v( f. a% y" P8 `+ @( ]4 o8 |; |& e8 {, c2 |4 w0 f: F7 _- k R+ m: G% [ c1 N

   ap=	dm	(mm) - M2 j" d8 [6 c; r. y
   	1 t2 f. A2 M+ y
   	2

   
   式中：dm——已加工表面直径(mm)；
   
   dw——工件待加工表面直径(mm)。
   
4. 主运动和进给运动的合成
   $ m" E) N0 v, T' d& k& n/ h
   主运动和进给运动可以由刀具或工件分别完成，或者由刀具单独完成(由于工艺上的原因，不便由工件单独完成)。主运动和进给运动可以同时进行(如车削、铣削)，也可以交替进行(如刨削、插削)。在同时进行的情况下，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为切削运动，可用合成速度向量v_e来表示。以外圆车削为例(图3)，切削运动的合成速度向量v_e等于主运动速度v_c与进给速度v_f的向量和，即
   v_e＝v_c十v_f
   
   显见，切削刃上各点处的合成速度向量不一定相等。
   

, `3 i3 F, S5 q; M4 ] }

四、切削层参数

! D1 Q/ V. N- U$ f

1. 切削厚度ac：
   
   是在垂直于切削刃的方向上度量的切削层尺寸。
   - S+ G+ s2 p" C0 A8 A% R3 ~
   若车刀主刀刃为直线，且 λs =0°，则
   / d& Q2 _1 _" Aac=f·sin kr
   
   它的大小能代表单位长度切削刃上工作负荷的大小。若车刀刃为圆弧或任意曲线，则对应于切削刃上各点的切削厚度是不相等的。
   
2. 切削宽度aw： ) n0 B8 L4 r0 n8 }# C
   沿加工表面度量的切削层尺寸。
   
   若车刀主刀刃为直线，且 当 λs = 0°时，
   aw=ap/sin kr
   ( }5 [" G7 i" T
   当λs = 0° 时，且kr=90°时，
   2 `# M( l& o! \+ W/ Z' tac = f
   aw = ap
   
   ' p* F0 |* ?& F' T( B
3. 切削面积 Ac：
   是切削层在基面Pt内的面积。
   ) ~* N9 O" D$ ~7 p/ g: d: DAc = ac·aw = f·ap

4 @: d+ q) F6 D0 m* ]/ k