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。
x% Z( N" E3 d8 u: _0 a1 H

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： % G3 ~7 `$ f; w; P2 _$ h$ S: U

; C1 C, d- A& Q& B3 B
1. 待加工表面：即将被切去金属层的表面；
   + E, M8 `$ E. v7 U, b+ A$ @( l
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。

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：
7 C, Q$ o4 c& C+ T

一个直线运动 刨削、拉削等；

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；
& P* t5 y8 G: @& V) h5 c* d

两个回转运动组合 铣削回转体表面(插补)；
9 r; [" Y/ ^. h" H

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。
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% S2 N" Q, v6 V5 m3 W7 O. M/ n# B$ f7 K

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。
1 W; }) Y5 q9 e9 y

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

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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： " t4 ?3 E9 |$ E! i

1. 主运动
   : x5 q# o! ^: t. m
   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。
   . |# B, I. U3 Y- V: u( N
   主运动速度即切削速度，计算公式如下：
   6 A6 x2 c6 W$ g" T0 [8 X) @# P1 c3 s- f, ~. @6 |$ f/ i( ~5 k) c# |: F3 @8 z& N& K& R% j7 b7 e% ?5 E+ H

   Vc=	p·d·n 8 l: h7 f% N! h( H) r3 h. T
   	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)。
   
   , i, l3 n6 B5 r2 |9 |& h
   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。
   
   % c, G/ t# E1 U8 d. Q, o7 E" z
2. 进给运动
   " D; k2 Z, K3 C h6 ?
   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。
   
   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
   . \/ m6 F1 X+ _ y. L. x# J) p
   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
   # S1 J5 `% O; y3 N

   图3 车削时的合成速度向量

   
   $ J( U* p0 ` v7 F2 Q$ S$ G9 F0 F8 q; w" x( Q; w; G3 l6 _5 M( n# {( `3 D7 k6 H7 N+ C% d6 u2 Z/ X. j% W- h, g/ J

   ap= ' ~% c X8 P+ E	dw-dm 0 U) J; s$ l' A: |% ~2 {	(mm)
   	& @9 r7 _2 L7 y. K( }; f; a
   	2

   
   对于钻孔工作
   4 d4 y* Q" k; o2 F7 {+ Y* v+ c$ z( O( S, {2 S* n; R, A2 E- b; E, T- {

   ap=	dm	(mm)
   	6 h' o3 r- O+ a/ ?; Z
   	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
   1 B; a( F0 }5 F, `
   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
   * s2 a; q7 n7 o; h! r8 O" y n" dv_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 X5 p/ |1 D' o! v

% _. ?/ }4 ~% I4 ^4 {7 F7 f

四、切削层参数

5 K6 W/ z- S( `& e" E- P; T

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。
   4 L- @( o; C5 L8 U4 j# J. K
   若车刀主刀刃为直线，且 λs =0°，则
   ac=f·sin kr
   / @: |* }& W$ w" q, E
   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 H$ v: J" p8 ~# a1 Y3 @1 n
2. 切削宽度aw： 6 ~+ k& Q2 h/ Q: g
   沿加工表面度量的切削层尺寸。
   4 k5 H$ F0 b# D ]" L+ g: Q
   若车刀主刀刃为直线，且 当 λs = 0°时，
   ' A C) S# s# i& U h) faw=ap/sin kr
   ; ?. N' i4 y* W+ c5 [
   当λs = 0° 时，且kr=90°时，
   ac = f
   aw = ap
   
   2 D, s! l; J0 J |0 r
3. 切削面积 Ac： : W" O, G" w- I% }! B# _2 h, D% t
   是切削层在基面Pt内的面积。
   4 Y/ V1 `( K4 V! pAc = ac·aw = f·ap