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

- X* ~7 a: T/ P

 

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。

/ v4 g T2 w4 x0 M0 U, Z

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： 8 j$ p" G: f3 c7 s* g" K7 ^

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。

; r9 V. B& `$ [$ Y9 \

这些定义也适用于其他切削加工。
, Q B2 K* N' z

二、切削运动单元及其组合概念

3 F4 w2 O: a5 H( J7 i* o

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：
0 j: O: S$ I y! U

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；

两个回转运动组合 铣削回转体表面(插补)；
; Y, N& D4 v2 |: \3 b

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。
# L1 {8 o/ Z$ c! U: T% [- x, j# x% M

- c0 n. S2 z5 ^6 m" P7 H 9 f# f6 g. O* n   + b9 w6 X. Q! g4 X, _. P

图2

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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。
/ v, e8 v F# V* ]# |

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

C% F6 G& J( _/ m0 \( O

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： 4 b1 s4 j" f2 @% A

* ], Q$ p5 v6 O) D( X# o$ y
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。
   1 [* A9 U" t: e! {% _5 Z
   主运动速度即切削速度，计算公式如下：
   ( l" b) P. ]3 h; r& `# `9 U' q4 d+ y+ F, J. b. g m' Z7 l# ]7 Z; h1 Y

   Vc=	p·d·n * S1 I& M* M7 z
   	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)。
   
   
   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
   k/ R: ~% w9 n8 M* r
   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。
   0 M/ j* O& C8 E2 ?) g% r) ^% X
   显而易见
   V_f=f·n=f_z·Z·n (mm/min)
   1 B* J* V- ~1 j0 P8 K" m, g* m
   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
   8 }; V9 X( G+ U) q0 d
   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
   7 s- p" i' d! L: Y8 N' i

   图3 车削时的合成速度向量

   
   t1 F+ ]( E) l8 H0 ^' y- b _% E5 Z0 G" S! X. r: {" m. L9 K( A4 L5 J

   ap= 0 Y6 L% v* F- t	dw-dm	(mm) + h$ f8 h s. d0 |5 f% S! a
   	: N" u; q' G' }( D% ~
   	2

   
   对于钻孔工作
   2 ?+ L! Q+ Z( R3 ^6 ~* W( ]( H) {# K: S: M* o$ A7 C5 J/ C4 Z; s0 W) @) u5 f+ z9 a: _: C* `# p) r; h ^1 ?

   ap=	dm 5 X. t( _. @$ [/ ~2 S; q" X4 t, P	(mm) $ g7 V$ `) ^9 V; f
   	2

   
   式中：dm——已加工表面直径(mm)；
   
   dw——工件待加工表面直径(mm)。
   
   6 ?' Q3 U6 p5 [) `/ B% L
4. 主运动和进给运动的合成
   ) a' }* s5 a- v8 m6 X5 F. x
   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。
   

7 e9 r5 [% _% v6 C0 b% L; ]

# M" \# ?5 A1 O1 A+ ]" ^6 R$ Q

四、切削层参数

7 k; R+ S/ T0 a- v! r* q
1. 切削厚度ac：
   . R* e V4 u7 G: g9 |
   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
   ( Q4 ]: E& m" Z' G4 p% f; V
   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： , j, O3 z5 P' Z; \" \
   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，
   3 s3 _; _) k3 E/ y1 b" y" J6 kac = f
   aw = ap
   
   ! a p9 t+ [0 }$ n6 U
3. 切削面积 Ac：
   是切削层在基面Pt内的面积。
   * _, v8 Y. {- ?3 L i7 o/ r1 X6 ~Ac = ac·aw = f·ap

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