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

 

. H3 X4 w8 G# x0 g* O% f

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。

2 A8 ~7 i/ g5 \% [1 V1 g2 O, s

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：

5 [, g; B9 W' [4 f( K# y4 v
1. 待加工表面：即将被切去金属层的表面；
   
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。

) S7 _& L: l. k' B/ D- P, Y

这些定义也适用于其他切削加工。
/ y4 u" ?" @: _+ M$ g

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；
6 p- B0 U7 X4 i, `& m( ?* d- y

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；
, K, `; {+ M9 i% N: n F$ @6 ?

两个直线运动组合 锯、仿形刨削；
9 O$ r/ G2 a2 c3 {8 f

两个回转运动组合 铣削回转体表面(插补)；

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。
8 S- l. g1 ]& c/ g, ?/ O% V1 O! I6 w3 _8 x; f: {6 v/ Q. f: g

I5 h; D7 A( z! _

图2

& x& `4 ^& k% V: \2 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。

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：

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。
   / }+ h; }" Z# Y N: {- {5 n
   主运动速度即切削速度，计算公式如下：
   ! q* I5 `3 t! `& d1 a6 Q# ^# J+ i5 @) }$ o# W1 X& j9 G/ w

   Vc= + ?) A+ B7 W# o4 R' s, Q* j, D2 `! k' d	p·d·n
   	/ G( S, G0 |' F& Q* Q
   	1000

   
   式中：d——工件直径d_w或刀具(砂轮)直径d_o(mm)：
   0 E% L' S* ]2 I p
   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。
   
   ' y6 k3 M$ ? p% c$ z
2. 进给运动
   ; W, @8 w8 K7 e( J% 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。
   
   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。
   3 \4 @" Q ~; s
   显而易见
   8 a- H7 s; g, _) K% XV_f=f·n=f_z·Z·n (mm/min)
   . D0 v6 ^: ^; G) P4 E# _
   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
   ( D, d" i' |: H- 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
   & X# P8 @, o- h( } u# ]8 \! n. { J9 N6 x4 F( w5 }7 Q

   ; W/ r$ k% S \$ N+ `

   图3 车削时的合成速度向量

   
   $ ^1 i' ]+ [ [1 O! o% K! ~; X, ~3 m& {0 E, X" M8 A, F& O/ Y3 y$ c! M |2 w+ o% f& c: Z. N. S+ c. r

   ap= ' E# G8 m9 `$ y& d* K	dw-dm 4 r2 P& C3 C$ q& q7 h	(mm) % H! y3 b; A9 ~" G
   	2

   
   对于钻孔工作
   % g! R4 ~( x- F1 Z- {7 I1 x3 }$ y/ |% H* X: w Z. Y; C. S4 N8 h0 R& p H8 w# d3 f! y: ~0 N

   ap=	dm	(mm)
   	( Z" s4 ~0 h5 c6 }7 k. }& Z# a5 ?7 E
   	2

   
   式中：dm——已加工表面直径(mm)；
   
   dw——工件待加工表面直径(mm)。
   
   % _. s) f5 D) e. g( h5 i
4. 主运动和进给运动的合成
   . U/ ~& S* C, U. U; K3 n
   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
   9 U5 c2 I$ W/ j" a" ] b
   显见，切削刃上各点处的合成速度向量不一定相等。
   

) Q3 H \4 w4 @% D3 y

( @" E4 T8 [$ `3 T6 l

四、切削层参数

2 P0 j% i7 l1 v o
1. 切削厚度ac：
   + `; v- {, E$ x2 D0 o
   是在垂直于切削刃的方向上度量的切削层尺寸。
   1 ?' v! U3 c9 S# K/ t7 Y
   若车刀主刀刃为直线，且 λs =0°，则
   5 H" w' ^; z& h: y/ \2 vac=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。
   
   + c- q" g6 L; D2 e" N# k) i
2. 切削宽度aw： 1 q* k. ?. @6 q- m: g& g
   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
   / {; d2 b8 F) P
   当λs = 0° 时，且kr=90°时，
   " W# z5 m7 O4 Q9 G1 s, y- Vac = f
   aw = ap
   
   1 K5 L1 z* N2 D# z
3. 切削面积 Ac： 4 l9 y: n5 w1 M% Q+ B1 e; [
   是切削层在基面Pt内的面积。
   Ac = ac·aw = f·ap