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。
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一、车削中的运动和加工表面

+ Q7 ]4 c7 Y0 S' L( r: \9 x( D

 

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：

1. 待加工表面：即将被切去金属层的表面；
   8 e9 X1 ]' G) j* M0 U
2. 加工表面：切削刃正在切削的表面；
   
3. 已加工表面：已经切去多余金属而形成的新表面。

这些定义也适用于其他切削加工。
5 i- a$ W- t* ^) h' F4 B

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：
' Z# Q' W, v& ?3 l7 S

一个直线运动 刨削、拉削等；
7 H- G# E y! n- R) C& \' n

一个回转运动 圆盘拉刀加工；

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；

两个直线运动组合 锯、仿形刨削；
4 a1 X- Z2 G3 S7 s

两个回转运动组合 铣削回转体表面(插补)；
* E; b! j* _. c

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。
$ n5 ~- e( g' w s- G/ u, g" k" n+ ^. n% Y8 I. K& U

# M# Z- H4 J9 h/ N8 w. |0 q   7 Y+ k b! n I! U# S/ \* d

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。
. \" B3 x& _ s) ^4 P7 p: z

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：

1. 主运动
   0 x0 H) c5 a9 S$ L( 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。
   
   主运动速度即切削速度，计算公式如下：
   3 _/ M7 E; G8 P% K: r3 N$ \" m2 s8 J' G3 a4 W8 b/ C: s5 |1 t/ m3 X! @4 O1 o, h+ U* q# x- J2 V4 f! U: T4 e

   Vc=	p·d·n 9 j* |* f9 E0 Z8 y( O
   	4 o0 O# ?% M) l- k& l- X
   	1000

   
   式中：d——工件直径d_w或刀具(砂轮)直径d_o(mm)：
   4 s5 Y: c. V7 F" t
   n——工件或刀具(砂轮)的转速(r/min)。
   
   / u! J* |: `6 i7 [4 m# B+ c. Q
   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
   . G; c5 o, Z5 L
   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。
   ; K. L% h0 A2 t l0 J
   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。
   2 F! W) O4 ^4 s- O
   显而易见
   V_f=f·n=f_z·Z·n (mm/min)
   
   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。
    
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
   0 [" M- r0 Z" P& g" F- m& j" n0 B0 M$ o8 K' ^ r' U

   图3 车削时的合成速度向量

   
   2 G$ L- M- i' J* o& x4 Z: c6 d; {- N, r* u; p3 n" M+ M4 o l1 a! P. }3 a# E3 N, Q& i/ }% G9 s/ |

   ap= k, d4 f3 |+ A! N; r) C' i/ H	dw-dm 0 Y" }0 Z3 G# \' J/ p	(mm)
   	$ d& G% [: b& V3 E# B0 ^$ J
   	2

   
   对于钻孔工作
   0 O4 \. \7 c# G2 G1 ?; m$ _! d, c# Z. h( _% f, I6 ], B

   ap=	dm 2 H1 d' i; y+ l" j7 y	(mm) $ q# ~: {8 H0 m
   	# i+ w4 K( M+ [9 ^4 E- s
   	2

   
   式中：dm——已加工表面直径(mm)；
   3 ^* \; }0 y5 f$ P8 _5 s7 S
   dw——工件待加工表面直径(mm)。
   
4. 主运动和进给运动的合成
   2 c7 O( ^. s& G! V8 [8 b
   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 F, d) J( r/ h/ y

四、切削层参数

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
   ac=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： $ C, k4 `8 A* G# v# Y3 R
   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
   
   当λs = 0° 时，且kr=90°时，
   , F9 r2 ?9 Y( i7 z- sac = f
   aw = ap
   
3. 切削面积 Ac： 6 r0 ~5 e e! f3 `3 @6 ^% G$ J" ]
   是切削层在基面Pt内的面积。
   : W' }1 @) ^ ~6 R6 tAc = ac·aw = f·ap