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。

一、车削中的运动和加工表面

6 k p( j( b) `" L

 

: Q" m2 V2 a C( q, q0 ~# W$ ^& e

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。

) R$ ?/ T+ D2 A6 T/ \6 `5 L

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：

1. 待加工表面：即将被切去金属层的表面；
   - {" U# A. e2 `' E k
2. 加工表面：切削刃正在切削的表面；
   1 S; O" j8 t: R5 d
3. 已加工表面：已经切去多余金属而形成的新表面。

4 @, y: O5 `2 ~2 ?

这些定义也适用于其他切削加工。
( c2 v/ R) @- Z

二、切削运动单元及其组合概念

3 o; N5 \, J1 l/ |# 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：

一个直线运动 刨削、拉削等；
! A* n1 N1 k+ F9 v2 G) c( z

一个回转运动 圆盘拉刀加工；
# w3 X* K4 e% ?! F( D

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；
) M2 |4 i7 r* b J

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)；
' L0 |8 P( z$ h* a) ~' w' L

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。
* t" _% C. {' a& U' J m8 O0 C2 }1 H3 x+ v" r% _" n2 x* `% ]9 c8 k7 u# y$ Z# [" I* t4 {2 T

. T9 |. G! D6 y$ B* H/ }3 @! u   ! B4 E: s& H+ j* Z4 `

图2

2 k# @4 N" F/ I X5 y' Z! F: G u- P

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。
- S% X& f( v U7 ^: v$ }* F- 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。
+ z& t$ W/ o9 _, z- e3 u# @

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：

1. 主运动
   1 ~! n2 I$ a/ |& G8 i7 r
   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。
   # `: I: A: m/ y! m
   主运动速度即切削速度，计算公式如下：
   ) _" v* N( E5 O4 o1 d, \( e0 {# T+ d/ u5 p! y% f5 d8 b5 J3 C% ?* [8 P% |( |) V K0 j% e2 H4 t6 _3 C: O' g I- x( l6 ~: P7 ?

   Vc=	p·d·n
   	; k/ s; `, U: w3 {% T; p
   	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)。
   
   1 M* V& o% u& s0 f5 D* h, b
   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
   $ F0 f* }' C3 @+ O) V- X9 c
   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。
   + [; ]# J8 K6 g+ a: I0 X i# A
   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。
   
   显而易见
   V_f=f·n=f_z·Z·n (mm/min)
   8 d9 w4 K6 M; s4 L! X/ a
   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。
   + i1 L9 L O w+ j/ f 
3. 切削深度
   9 b2 x; {/ R5 g8 r1 r- R6 \
   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
   ( n' ]$ B; h8 P+ ?1 M, Y* F8 P# O. {$ B3 U( N$ G' M+ _& i8 p* u6 m: S7 W

   / H- f( s" k0 f, T w- E# G* b

   图3 车削时的合成速度向量

   
   3 g9 L$ d" w) c. {3 d$ U( e4 u9 `' S) t+ N! E. Y9 S4 p Z' k' _; r# z- t. n

   ap= . l% a- ^$ Y- d8 A; W5 }0 J	dw-dm	(mm)
   	2

   
   对于钻孔工作
   6 w% K, c6 t( F3 S$ G, q) w" I$ i# w( i2 {; |7 i# o; W) C* m! ^2 x/ V |0 \7 j9 v/ ^4 @: c* V4 R3 A1 ]" O, n, D' m5 \

   ap= . O4 Y# x/ @' X. q* U J. C	dm	(mm)
   	2

   
   式中：dm——已加工表面直径(mm)；
   - H# |* M7 h$ @2 s4 F7 c
   dw——工件待加工表面直径(mm)。
   
4. 主运动和进给运动的合成
   
   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。
   

5 A; f- k; t ^! {

3 L8 |2 Z; m0 `% y

四、切削层参数

# q1 Z" Q! N' ]3 k& Q

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。
   
   若车刀主刀刃为直线，且 λs =0°，则
   ) c. [. s! X" a) f$ V7 Aac=f·sin kr
   * G% D% Q+ W7 J! C6 s% V, N( g
   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。
   
   ! p. i+ x* \2 |4 S$ |2 \) L* ]! w7 v
2. 切削宽度aw： % R8 f! J1 T3 ]9 q& P# Z0 q" e- O
   沿加工表面度量的切削层尺寸。
   & |* n6 w" F, X! a+ E; `& e
   若车刀主刀刃为直线，且 当 λs = 0°时，
   aw=ap/sin kr
   * ?0 q4 | m' k0 F6 f! j( o
   当λs = 0° 时，且kr=90°时，
   . A, U% Q5 @2 R, ?4 U2 gac = f
   aw = ap
   
   o: d$ Q a6 D( V) `1 c
3. 切削面积 Ac：
   是切削层在基面Pt内的面积。
   Ac = ac·aw = f·ap

9 D' v) m& ] W8 p! a