第一章 金属切削过程及其控制(第一节)

轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
轨迹法形成发生线需要一个独立的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——轨迹法

轨迹法：利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。
刀具切削刃与工件表面之间为点接触，通过刀具与工件之 间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。 被加工表面的形状精度主要取决于机床切削运动的精度。 刀尖轨迹法是利用非成形刀具，在一定的切削运动下，由刀尖 轨迹获得零件所需表面的方法。
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——展成法

展成法：利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在被加工表面 上的包络面形成成形表面。工件形状精度主要取决于机床展成运 动的传动链精度与刀具的制造精度等因素。 用展成法形成发生线时需要一个复合运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——轨迹法

复合成形运动：由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种 确定的运动关系组合而成的一个独立的成形运动。
两者的区别：
复合成形运动分解成的直线或旋转运动之间必须保持严格的
相对运动关系，是相互依存，而不是独立存在的；简单运动之间互 相独立，没有严格的相对运动关系。 注意： 表面形状很复杂的零件的成形运动由于要分解为多个部分，只 能在多轴联动的数控机床上实现。
中心角及 切深较小 时
f H cot kr cot kr
f2 H 8r
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率 切削用量是指切削速度vc、进给量f 和背吃刀量ap;三者又称为
切削用量三要素。
1．切削速度vc （m/s或m/min）

切削加工必须具备三个条件： 刀具与工件之间要有相对运动 刀具具有适当的几何参数——几何角度 刀具材料具有一定的切削性能 成形运动—机床
刀具—刀具制造
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 工件表面的构成
零件的形状是由各种表面组成的，零件切削加工的实质就是表 面成形问题。 平 面
n
主运动
f
进给运动
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
外圆表面加工方法 T-平动；R-转动；T/R-复合运动
工 件 刀 具 主运动 进给运动 主运动 进给运动
表 面 成 形 原 理 图
R
T
车削
成形车削
拉削
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研磨
R
R
铣削
成形磨（横磨）
T/ R
R R
R
R T
外圆磨
无心磨
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——相切法

相切法：利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工。 用相切法形成发生线需要两个独立的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动

表面成形运动分析 表面成形运动：形成发生线的运动。按组成情况不同，可分
为：简单成形运动和复合成形运动。
简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运
动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。
一般以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动的形式出现，
用A表示直线运动，用B表示旋转运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动

成形法：利用成形刀具刀刃的几何形状切削出工件的形状。工件 形状精度主要取决于刀刃的形状精度与刀具的装夹精度。
刀具切削刃与工件表面之
间为线接触。
切削刃的形状与形成工件
表面的一条发生线完全相同， 另一条发生线由刀具与工件 相对运动来实现。
用成形法形成发生线不需要专门的成形运动。
第一章 金属切削过程及其控制
的，也可以是断续进行的，可以由工件完成，也可以由刀具完成，可
以是简单运动，也可以是复合运动。
第一章 金属切削过程及其控制 （一）切削成形运动与加工表面 按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。 主运动：提供切削可能性的运 动。（速度最高，动力消耗最 大，有且只有一个） 进给运动：提供继续切削可能 性的运动。（速度低，有一个 或几个）
第一章 金属切削过程及其控制
本章内容
1.1
金属切削过程的基本知识
1.2
金属切削过程的基本规律与控制
1.3
金属切削基本条件的合理选择
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识

金属切削加工：刀具和工件按一定规律作相对运动，通过刀
具切削刃切除工件上多余的或预留的金属，使工件形状、尺 寸精度及表面质量满足预定要求。
V
f
n f n z f
z
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率
3．切削深度/背吃刀量ap
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
（一）切削成形运动与加工表面
主运动：切削加工中最主要的运动。
由机床或手动提供的刀具和工件之间主要的相对运动，它使刀 具的切削部分切入工件材料，使被切金属层转变为切屑，从而形成工 件新表面。 通常，主运动的速度较高，消耗的切削功率也最大，在切削运 动中主运动必须有且只有一个。它可以是旋转运动、直线运动，可以 由工件完成、刀具完成，可以是简单运动，也可以是复合运动。
纹轴向剖面轮廓的形状一致， 故母线由成形法形成，不需要 成形运动。 导线——螺旋线，由轨迹法形 成，需要一个成形运动。这是 一个复合运动，把它分解为工 件旋转B11和刀具移动A12。B11 和A12不能彼此独立，它们之间 必须保持严格相对运动关系,即 工件每转一转时，刀具就均匀 地移动一个螺旋线导程。 表面成形运动的总数为一个— B11A12，是复合的成形运动。
n-工件或刀具的转速
(r/s或r/min)
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率
2．进给速度Vf、进给量f、 每齿进给量fz
进给速度：单位时间内的进给
位移量， mm/s ；进给量： 工件或
刀具转一周（或每往复一次），两者 在进给运动方向上的相对位移量， mm/r（或mm/双行程）。
圆 柱 面 零件的 常用表面 成型表面 圆 锥 面
特殊表面
R0110重型燃气轮机剖析模型 (W=15万马力,可作航母动力) 2002.10-2008.02
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 工件加工表面的形成方法
各种典型表面都可看 作是一条线(母线/切削
线)沿着另一条线(导线)
第一章金属切削过程及其控制
河南理工大学机械与动力工程学院 主讲：赵明利
第一章 金属切削过程及其控制
本章提要
金属切削过程就是刀具和工件之间通过不同形式的相对 运动，由刀具从工件表面上切去多余材料，从而得到预期形 状精度、尺寸精度、位置精度和表面粗糙度的机械零件的过 程。 伴随着切削过程，会产生切削变形与积屑瘤、切削力、 切削热与切削温度、刀具磨损等一系列现象。 本章以车刀为代表，在介绍切削刀具基本知识的基础上， 逐步深入探讨上述各种现象的成因、变化规律和内在联系。 掌握和运用这些基本理论和基本规律并善于有效地控制 切削过程，对保证加工工件的质量、提高生产效率和降低生 产成本具有重要的意义。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层
曲线切削刃工作时的公称厚度与公称宽度
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 3．切削层公称横截面积AD
切削层在切削层尺寸
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法

成形法：利用成形刀具对工件进行加工 展成法：利用工件和刀具作展成切削运动 轨迹法：利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工 相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 发生线的形成方法——成形法
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 切削层是指在切削过程中，刀具的切削刃一次走刀所切
除的工件材料层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。
切削层形状、尺寸直接影响着切削过程的变形、刀具承 受的负荷以及刀具的磨损。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 1．切削层公称厚度hD 垂直于过渡表面度量的 切削层尺寸称为切削层公称 厚度（简称为切削厚度）。
hD f sin r
2．切削层公称宽度bD
沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称宽度（简称为
切削宽度）。
bD ap sin r
例：用成形车刀车削成形回转表面

母线——曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线——圆，由由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 表面成形运动的总数为一个——B1，是简单的成形运动
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 母线——车刀的刀刃形状与螺 表面成形运动
例:用螺纹车刀车削螺纹
切削刃选定点相对于
工件的主运动瞬时线速度。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削用量和材料去除率
计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高的点进行计算。主运动 为旋转运动时，切削速度由下式确定: dn
V
C

1000
式中： d-工件或刀具的最大值 （mm）


第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
零件的形状是由各种表面组成的，零件切削加工的实质就是表 面成形问题。 （一）切削成形运动与加工表面 切削成形运动是由刀具与工件之间的多个相对运动所组 成的合成运动，这种相对运动又称为切削运动。
第一章 金属切削过程及其控制
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 一、基本概念
（一）切削成形运动与加工表面
进给运动：由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动连续不
断地切削工件，同时形成具有所需几何形状的已加工表面。是在切削
运动中不断地把切削层投入，使切削工作得以持续下去的运动。
一般，进给运动的速度较低，功率消耗也较少，可以是连续进行
车铣加工
T/ R
滚压加工
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（一）切削成形运动与加工表面 以车削为例，工件在车削中有三个不断变化的表面： 待加工表面：加工时即将被切除的表面。 已加工表面：已被切去多余金属 而形成符合要求的工件新表面。 过渡表面：加工时由主切削刃 正在切削的表面，位于待加工 表面与已加工表面之间。
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
例：用普通车刀车外圆 母线——圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 导线——直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A1。 表面成形运动的总数为两个，即B1和A2都是简单的成形运动
第一章 金属切削过程及其控制
第一节 金属切削过程的基本知识 表面成形运动
度量平面内的横截面积 称为切削层公称横截面 积（简称为切削面积）
A
D
hDbD f a P
以上所计算的为名义切削面积。实际切削面积等于名义切削面 积减去残留面积。
第一章 金属切削过程及其控制
1.2 加工表面和切削用量三要素 一、基本概念
（二）切削层及切削用量三要素——切削层 4．残留面积 残留面积：指刀具副偏角 r 0 时,刀具经过切削后,残留在 已加工表面上的不平部分剖面面积。
运动形成的轨迹。母线 和导线统称为发生线。
导线与母线可换，则形
成的表面为可逆表面； 反之，为不可逆表面，
如圆锥面，螺旋面等。
问题：两条发生线完全 相同，形成的表面相同？
第一章 金属切削过程及其控制
母线位置不同形成不 同表面 11-与轴线平行；
22-与轴线不平行，不 相交；
33-与轴不平行，相交。
第一章 金属切削过程及其控制