机械基础金属切削过程的基本知识

第一章金属切削过程的基本知识

本章主要介绍以下内容：

1、金属切削过程的基本概念

2、刀具材料

课时分配：1，两个学时，2，一个学时

重点、难点：金属切削过程的基本概念

1.1 金属切削过程的基本概念

一、切削表面与切削运动(见P4-5)

（一）切削表面

切削加工过程是一个动态过程，在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面。即：

待加工表面：工件上即将被切除的表面。

已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。

过渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。以车削外圆为例，如下图。

（二）切削运动

刀具与工件间的相对运动称为切削运动（即表面成形运动）。按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。上图给出了车刀进行普通外圆车削时的切削运动，图中合成运动的切削速度V e、主运动速度V c和进给运动速度V f之间的关系。

1、主运动

主运动是刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，机床通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。

2、进给运动

进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。

3、合成运动与合成切削速度

当主运动和进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为合成切削运动，其大小和方向用合成速度向量v e表示, 见上图。

V e=V c+V f

二、切削用量三要素与切削层参数

(一）切削用量三要素

1、切削速度v c

切削速度v c是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时：

式中d—切削刃上选定点的回转直径，mm；

n—主运动的转速，r/s或r/min。

2、进给速度vf 、进给量f

进给速度v f—切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，mm/s或mm/min.。

进给量f—刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述，mm/r或mm/行程。

V f= n f

3、切削深度ap

对于车削和刨削加工来说，切削深度a p（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。

对于钻孔加工来说，

切削用量三要素

与切削层参数式中d w----工件待加工表面直径，mm。

d m----工件已加工表面直径，mm。

（二）切削层参数(见P13)

在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。

切

削层参数切削层公称厚度

h D

在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。h D反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图得：h D=fsink r

其中：h D—切削层公称厚度，(mm)；f—进给量，(mm/r）；

k r—车刀主偏角，(。)。

切削层公称宽度

b D

沿过渡表面测量的切削层尺寸。b D反映了切削刃参加切削的工作长度。由图得：b D=a p/sink r

其中：b D—切削层公称宽度，(mm)。

切削层公称横截

面积A D

切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得：

A D=h D*b D=fsink r*a p/sink r=f*a p

其中: A D—切削层公称横截面积，(mm2)。

1.2 刀具角度

外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其定义分别为：

（1）前刀面刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。

（2）主刀后面刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。

（3）副刀后面刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。

（4）主切削刃前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。

（5）副切削刃前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。

（6）刀尖主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。

具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。

（一）刀具标注角度参考系(见P8)

1、假定运动条件：用刀具主运动向量v c近似代替合成运动向量v e，然后再用平行或垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。

2、假定安装条件：假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。

3、刀具标注角度参考系诸平面：（见下图）

1) 基面p r：通过切削刃某一点，垂直于假定主运动方向的平面。见P7图1.6。

2) 切削平面p s：通过切削刃某一点，与工件加工表面（或与主切削刃）相切的平面。

切削平面p s与基面p r垂直。

3) 主剖面P0：通过切削刃某一点，同时垂直于切削平面p s与基面p r的平面。见P8

图1.8。

4) 法剖面P n：通过切削刃某一点，垂直于切削刃的平面。见P8图1.8。

5) 进给剖面P f：通过切削刃某一点，平行于进给运动方向并垂直于基面p r的平面。

6) 背平面P p：通过切削刃某一点，同时垂直于进给剖面P f与基面p r的平面。

（二）刀具工作角度参考系

上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件确定的参考系。但刀具在实际使用过程中，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切反映切削加工的真实情况。只有用合成切削方向v e来确定参考系，才符合切削加工的实际。P8的图1.10。

另外，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。只有采用刀具工作角度参考系，才能反映切削加工的实际。

刀具工作角度参考系与刀具标注角度参考系的唯一区别是：用合成切削方向v e取代主运动切削方向v c，用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。

（三）刀具的标注角度(见P8)

刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。