第一節(jié) 金屬切削過程基本原理

1F基本定義

金屬切削過程就是刀具從工件上切除多余的金屬,，使工件獲得規(guī)定的加工精度和表面質(zhì)量。以車削加工為例（見圖1-1）,，切削加工必須具備三個條件：

（1）刀具和工件之間有相對運(yùn)動,。

（2）刀具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)——幾何角度。

（3）刀具材料具有一定的切削性能,。

工件上的加工表面

1. 待加工表面 加工時(shí)即將被切除的工件表面。

2. 已加工表面 經(jīng)過加工已被切除多余金屬的工件表面,。

3. 過渡表面（又稱加工表面） 切削刃正在切除的待加工與已加工表面間的表面,。

2F切削運(yùn)動

切削加工時(shí)，為了獲得所需的零件形狀,，刀具與工件必須具有一定的相對運(yùn)動,，即切削運(yùn)動，切削運(yùn)動按其所起的作用可分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動,，如圖1-2所示,。

1. 主運(yùn)動 由機(jī)床或人力提供的運(yùn)動,，它使刀具與工件之間產(chǎn)生主要的相對運(yùn)動,。主運(yùn)動的特點(diǎn)是速度最高，消耗功率最大,。

2. 進(jìn)給運(yùn)動 由機(jī)床或人力提供的運(yùn)動,，它使刀具與工件間產(chǎn)生附加的相對運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動將使被切金屬層不斷地投入切削,，以加工出所需的已加工表面,。進(jìn)給運(yùn)動的特點(diǎn)是速度低、功率小。

3. 合成運(yùn)動 主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的合成,。

3F切削用量

切削用量是表示主運(yùn)動及進(jìn)給運(yùn)動參數(shù)的數(shù)量,，是切削速度vc、進(jìn)給量f和背吃刀量ap三者的總稱,，它是調(diào)整機(jī)床,，計(jì)算切削力、切削功率和工時(shí)定額的重要參數(shù),，如圖1-3所示,。

1. 切削速度vc 切削刃相對于工件的主運(yùn)動的瞬時(shí)速度,，單位為m/min,。當(dāng)主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，其計(jì)算公式為

式中,，d——切削刃上選定點(diǎn)所對應(yīng)的工件或刀具的直徑，單位為mm,；n——主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速,，單位為r/s或r/min。

在當(dāng)前生產(chǎn)中,，磨削速度單位用m/s,，其他加工的切削速度單位習(xí)慣用m/min。

當(dāng)轉(zhuǎn)速n一定時(shí),，選定點(diǎn)不同,，切削速度也不同。即使轉(zhuǎn)速n一定,，由于切削刃上各點(diǎn)的工作直徑不同,，切削速度也就不相同?？紤]到切削速度和已加工質(zhì)量的影響,，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)取最大的切削速度,。

2. 進(jìn)給量f 刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對于工件的位移量,，可用刀具或工件每回轉(zhuǎn)一周時(shí)兩者沿進(jìn)給運(yùn)動方向的相對位移，單位為mm/r或mm/行程,。

單位時(shí)間的進(jìn)給量稱為進(jìn)給速度

單位為mm/min。

它們之間的關(guān)系為

在銑刀,、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具進(jìn)行切削時(shí),，還應(yīng)規(guī)定每一個刀齒的進(jìn)給量

即后一個刀齒相對于前一個刀齒的進(jìn)給量，單位為mm/z,。

3. 背吃刀量ap 已加工表面與待加工表面之間的垂直距離，單位為mm,。

外圓車削時(shí)的背吃刀量的計(jì)算式為

對于鉆削

式中,，

——待加工表面直徑，單位為mm,；

——已加工表面直徑，單位為mm,。

4F刀具切削部分的結(jié)構(gòu)

刀具切削部分由前刀面、后刀面,、切削刃以及刀尖等組成,，如圖1-4所示。

1. 前刀面Aγ 切屑從刀具上流出時(shí)所經(jīng)過的表面,。

2. 后刀面Aα 刀具上與工件的過渡表面相對的表面。

3. 副后刀面Aα′ 刀具上與工件的已加工表面相對的表面,。

4. 主切削刃S 刀具上前刀面Aγ與后刀面Aα的交線,，擔(dān)任主要的切削工作。

5. 副切削刃S′ 刀具上前刀面Aγ與副后刀面Aα′的交線,，擔(dān)任次要的切削工作,。

6. 刀尖 刀具上主切削刃S與副切削刃S′的匯交點(diǎn)。

5F刀具幾何角度

刀具幾何角度如圖1-5所示,。

1. 主偏角κΥ 主切削刃與進(jìn)給運(yùn)動方向之間的夾角。

2. 副偏角κΥ′ 副切削刃與進(jìn)給運(yùn)動反方向之間的夾角,。

3. 刀尖角εr 主切削平面與副切削平面間的夾角,。刀尖角的大小會影響刀具切削部分的強(qiáng)度和傳熱性能。它與主偏角和副偏角的關(guān)系為:

4. 前角γ o 前刀面與基面間的夾角,。當(dāng)前刀面與基面平行時(shí)，前角為零?；嬖谇暗睹嬉詢?nèi),，前角為負(fù)?；嬖谇暗睹嬉酝?，前角為正。

5. 后角αo 后刀面與切削平面間的夾角,。

6. 楔角βo 前刀面與后刀面間的夾角,。楔角的大小將影響切削部分截面的大小,，決定著切削部分的強(qiáng)度,，它與前角γo和后角αo的關(guān)系為：

7. 刃傾角λ s 主切削刃與基面間的夾角,。刃傾角正負(fù)的規(guī)定如圖1-6所示,。

刀尖處于最高點(diǎn)時(shí)，刃傾角為正,；刀尖處于最低點(diǎn)時(shí),，刃傾角為負(fù)；切削刃平行于底面時(shí),，刃傾角為零,。

λ s=0的切削稱為直角切削，此時(shí)主切削刃與切削速度方向垂直,，切屑沿切削刃法向流出,。

λs≠0的切削稱為斜角切削，此時(shí)主切削刃與切削速度方向不垂直,，切屑的流向與切削刃法向傾斜了一個角度,，如圖1-7所示。

8. 副后角αo′ 副后刀面與副切削刃切削平面間的夾角,。

上述的幾何角度中，最常用的是前角γo,、后角αo,、主偏角

,、刃傾角λs,、副偏角

和副后角αo′,，通常稱之為基本角度,，在刀具切削部分的幾何角度中,，上述基本角度能夠完整地表達(dá)出車刀切削部分的幾何形狀，反映出刀具的切削特點(diǎn),。εr,、βo為派生角度。

6F切削層參數(shù)

切削刃在一次進(jìn)給中,，從工件待加工表面上切下來的金屬層稱為切削層,。如圖1-8所示，外 圓車削時(shí),，工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),，車刀從位置I移動到位置II，前進(jìn)了一個進(jìn)給量f,，圖中陰影部分即為切削層。其截面尺寸的大小即為切削層參數(shù),，它決定了刀具所承受負(fù)荷的大小及切屑的厚薄,，還將影響切削力、刀具磨損,、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率,。

1. 切削層公稱厚度hD（簡稱切削厚度） 切削厚度是垂直于切削層表面測量的切削層尺寸,， 與進(jìn)給量f的關(guān)系式為：

可見，

隨f,、κr的增大而增大。當(dāng)切削刃為直線時(shí),，切削刃上各點(diǎn)處的hD相等,；切削刃為曲線時(shí)，切削刃上各點(diǎn)的hD是變化的,。

2. 切削層公稱寬度bD（簡稱切削寬度） 切削寬度是沿過渡表面測量的切削層尺寸,，與背吃 刀量ap的關(guān)系式為：

可見,，ap越大,，bD越寬。

3. 切削層公稱橫截面積AD（簡稱切削面積） 切削面積是在切削層尺寸平面內(nèi)的橫截面積,， 其計(jì)算公式為：

4. 金屬去除率Q 單位時(shí)間里被刀具切除的工件材料體積。相當(dāng)于切削層公稱橫截面積以vc 值沿切削速度方向運(yùn)動一個單位時(shí)間所包含的空間體積,，它是反映切削效率高低的一個指標(biāo),，其計(jì)算公式為：