金属切削基本概念

第一节　金属切削基本概念

一、切削运动

为了获得形状精度、位置精度、尺寸精度和表面质量都符合要求的工件，必须切除工件表面上多余的金属层，此时刀具与工件间必须有相对运动，即切削运动。

1．主运动

主运动是切除多余金属层以形成工件要求的形状、尺寸精度及表面质量所必须的基本运动，是速度最高、消耗功率最大的运动。这种运动在切削过程中一般只有一个。在一定的切削加工中，主运动可以是工件的运动（如车削时的工件的旋转运动），也可以是刀具的运动（如铣削时的铣刀旋转运动）。如图4－1中的v_c：

图4－1　各种切削加工的切削运动

2．进给运动

进给运动是指使新的金属层不断投入切削过程，从而得到具有一定几何特征的零件表面的运动。进给运动的特点是运动速度低，消耗功率小。进给运动，可以是连续运动（如车削），也可以是间歇运动（如铣削）。

主运动一般只有一个，而进给运动可以是一个也可以是多个。如磨削外圆时，砂轮的旋转是主运动而进给运动可以分为切向进给（v_w）、轴向进给（f_a）和径向进给（f_r）三种。如图4－2所示：

图4－2　磨外圆时的切削运动

3．合成切削主运动

合成切削运动是由主运动和进给运动合成的运动。在刀具切削刃选定某点，其相对工件的瞬间合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度用v_e表示。

二、工件上的加工表面

在切削过程中，随着切削运动的不断进行，工件表面被不断地切除，新的表面逐渐形成，所以在切削过程中，工件中存在三个不断变化的表面。如图4－4所示：

图4－3　车削时合成切削运动

图4－4　工件上的表面

1．待加工表面：它是工件上即将被切除的表面，随着切削过程的进行，它将逐渐减小直至全部切去。

2．已加工表面：它是刀具切削后在工件上形成的新的表面，并随着切削的继续进行而逐渐扩大。

3．过渡表面：它是刀刃正在切削的表面，并且是切削过程中不断改变着的表面，但总是处于待加工表面和已加工表面之间。

三、切削用量

切削用量是用于表示主运动、进给运动和切入参数的数量，是调整机床、计算切削力、切削功率、时间定额及核算工序成本等所必须的参数。它是切削速度、进给量和背吃刀量的总称，也称为切削三要素，如图4－5所示。

1．切削速度v_c　切削速度是指切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时线速度。当主运动为旋转运动时，刀具或工件上最大直径处的切削速度由以下公式确定

　式中　v_c——切削速度，单位为m／min，或m／s；

d——完成主运动的刀具或工件的最大直径，单位为mm；

n——主运动的转速，单位为r／min或r／s。

2．进给量f　进给量是工件或刀具的主运动每转一转或每一行程时，刀具切削刃相对工件在进给方向的移动量。车削时的进给量f是工件每转一转，切削刃沿进给方向的移动量，单位为mm／r。其进给速度用以下公式确定

v_f＝nf　　　　式中　v_f——进给速度，单位为mm／min，或mm／s。

　　　　　　　　　　n——主运动的转速，单位为r／min或r／s。

3．背吃量（切削深度）a_p　背吃刀量a_p是指已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。

车外圆时

式中　　　a_p——背吃刀量（切削深度），单位为mm；

　　　　　d_w——工件待加工表面的直径，单位为mm；

　　　　　d_m——工件已加工表面直径，单位为mm。

图4－5　切削用量

四、切削层参数

在主运动和进给运动作用下，工件将有一层多余的材料被切除，这层多余的材料称为切削层。切削层参数是指切削层在基面内所截得的截面形状和尺寸，即在切削层公称横截面中度量。车削时的切削层公称横截面参数如图4－6所示，其定义如下。

1．切削公称厚度h_D

切削公称厚度是垂直于切削刃的方向上度量的切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离。

h_D＝fsinkr

2．切削层公称宽度b_D

切削层公称宽度是沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。

3．切削层公称横截面面积AD

切削层公称横截面面积是切削层横截面的面积

AD＝h_D×b_D

图4－6　切削层参数