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切削基本概念

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发表于 2010-9-12 11:06:19 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。
. V9 k# N x: h6 L- x" T

一、车削中的运动和加工表面

4 p% G/ w" y0 n8 Q. `9 d


 

3 `0 U" g" o* n( T

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。

$ N) V5 \, ~ s% l1 O0 p+ u
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: " n# [% F) `2 n& o3 S1 ^. e7 d

    8 t& y/ y/ \7 R. T
  1. 待加工表面:即将被切去金属层的表面;
    : `& v9 l7 C& T, U
  2. 加工表面:切削刃正在切削的表面;
    ( L5 T7 m# m. I! V; l2 ?0 I
  3. 已加工表面:已经切去多余金属而形成的新表面。

) C1 E6 o5 a8 G2 ]0 j% h
这些定义也适用于其他切削加工。
/ M0 T7 r- k0 L

二、切削运动单元及其组合概念


" o% R, B' |9 w% Y
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:
2 \! C) ^9 f" t9 Q- Y
一个直线运动 刨削、拉削等;
0 y' l: G/ f3 [6 A1 d% L \9 x. B; [
一个回转运动 圆盘拉刀加工;
7 W7 ]* Q) R, ~9 O8 b. _
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;
" U2 a3 E; D! p. D
两个直线运动组合 锯、仿形刨削;
5 S7 b( W: k' ]2 \& o
两个回转运动组合 铣削回转体表面(插补);
# V; u( s- m1 l- P3 |: S( d8 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。
7 A( t2 {% J& e. y1 W- L$ T3 d2 h/ C5 H# o1 N( j+ o$ ^9 w5 F' w+ J1 N4 F6 {. @8 x( V% J: U0 R
8 j5 z! y- O) J, B$ D

- e1 W( K& f% R8 H a

 

, y u% G; E N8 Y* ~2 R/ S
图2

7 ], G/ X% j' M0 e# k' @
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。
; o; A! M8 k& ~" l K5 C( H
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。
1 w7 `5 f% d4 K, D2 z

三、主运动、进给运动和切削用量三要素


: f" { o; Q0 C9 m5 \
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: 5 R9 C7 P* ]- ^

    + X9 h) q# e7 n+ K: M4 \
  1. 主运动
    . w" H5 K. A2 ^+ ?1 h; |
    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(Vc)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。
    $ a2 l" u* j- }$ {
    主运动速度即切削速度,计算公式如下:
    2 p% b, O. O! I- H8 Z7 l& L % ]0 x7 |2 C0 A6 `. E/ p; O% w6 e4 H5 }" R2 d5 R& ~& B+ i, A2 J7 V/ h% @1 O* ~( o( |: |" e/ f( S' J' L' F
    Vc= 5 W- F" q. b6 F4 t# @p·d·n 8 a/ x8 F5 ?6 S/ j: e# D* e
    3 a1 i# e$ W1 W- i$ J3 h c: k7 k
    1000

    式中:d——工件直径dw或刀具(砂轮)直径do(mm):
    + c, A: I u( ]3 A2 N+ L6 x0 R: B
    n——工件或刀具(砂轮)的转速(r/min)。

    ; R* E2 v! W; s& d
    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。
    - l" z, {, M+ v, l: D6 H7 H. Y
  2. 进给运动
    # O4 x( Y3 u8 f3 R' q7 J, w4 S
    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Vf(mm/min)或进给量f、fz来表示。
    / Y" i5 B! u9 R2 M i0 d
    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)。fz是多刃切削工具(如铣、铰、拉)的每齿进给量,单位是mm/Z。
    $ z- ~% d+ L' G5 Z
    显而易见
    / W4 H Z+ _% K/ u3 F: ?
    Vf=f·n=fz·Z·n (mm/min)

    3 f. M) j' k/ s5 C( w- K) U, k
    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。
    , W0 w1 p, P4 U7 E) c
     
    & ~, f4 i' Y3 a# S5 u
  3. 切削深度
    ) W) G. D& `" x0 p9 K: j
    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
    * T' D% D+ l, v$ C. b( e' E8 D- Y2 T9 M, d# g& Y& l5 q. f* G+ G- u% M6 @2 q9 b8 B* K5 V/ T# V8 a( s/ l2 H! a) B: S/ F! G2 b( g0 _5 E. ~, u
      $ h8 {7 D y; [* I3 L3 @& e' o6 h4 r1 t
    图3 车削时的合成速度向量

    & `9 W2 _) f: ~) q3 T) d u' g( U6 L) H/ @5 U$ K# h4 d! X5 F$ N/ @2 d8 b" Q/ ?: h* L j) R0 k9 U$ j+ q6 o' M% _4 v( W6 o0 J1 t+ t9 x+ F% w
    ap= " [! A% u0 D4 M6 idw-dm . D3 ]3 I' z# W& k; }2 [3 l: g7 X (mm) 1 Z0 _ z. l/ _' ^7 \: x
    ! u- P$ \9 X8 l- {+ h
    2

    对于钻孔工作
    ( x! r0 ~6 G& J( }8 R- r7 D. G ' u6 W& |* Y. P ^( Y0 [. {$ g/ o2 Y" c+ L" Q7 A& B! {; V9 b4 E1 G& h- V) B2 N6 A: A2 ~- L$ ]. y* w8 P
    ap= 1 A/ j$ n" Y* k3 V6 H i* m dm - {8 w+ i3 L" w- w3 c (mm) 4 }. S' x) i: _, W
    1 H1 D* J/ P' e* }6 F& X2 w
    2

    式中:dm——已加工表面直径(mm);
    : a! R9 |2 c/ K9 P
    dw——工件待加工表面直径(mm)。
    1 }: Q5 G5 r; X7 |
  4. 主运动和进给运动的合成
    7 F% r) U9 A1 L2 l
    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ve来表示。以外圆车削为例(图3),切削运动的合成速度向量ve等于主运动速度vc与进给速度vf的向量和,即
    4 G# P5 k/ H4 [
    vevcvf

    , D& x3 K+ Z. e9 t( y
    显见,切削刃上各点处的合成速度向量不一定相等。
8 e$ r8 \0 m$ a/ `4 ?

5 B/ G6 {" i. g8 M

四、切削层参数

: c V* E. C9 I- V- q& `, Y- q

    . U- ?, A7 ?5 S1 I* w$ }$ J0 [
  1. 切削厚度ac:
    - |3 ?0 A8 W+ p e' U
    是在垂直于切削刃的方向上度量的切削层尺寸。
    % U' B1 Z* c B, D7 t$ c
    若车刀主刀刃为直线,且 λs =0°,则
    2 O( N* ?, {' `. i6 d) a r. Z
    ac=f·sin kr

    5 f3 z% D. p* O+ P
    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。
    5 z7 @0 h- [- F" [! O
  2. 切削宽度aw: 6 h# k$ H$ v; ^1 Q6 h4 y
    沿加工表面度量的切削层尺寸。
    * N* {( O/ f. M8 y
    若车刀主刀刃为直线,且 当 λs = 0°时,
    5 [* K% G0 v* L2 J" Z+ ]
    aw=ap/sin kr

    % j' A: q1 n( D9 p% j, l( J6 j
    当λs = 0° 时,且kr=90°时,
    2 C8 N( R) j1 e( k
    ac = f
    aw = ap

    4 ^: v7 @# r% G. f, G! j
  3. 切削面积 Ac: " u0 ^4 A. t5 v X
    是切削层在基面Pt内的面积。
    9 D/ M& O9 f0 S O5 ?; ~1 Q
    Ac = ac·aw = f·ap
9 y/ |, g( ? z( F
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