数控加工的切削基础

第1章数控加工的切削基础

1.1 数控加工工艺系统概述

本节一般了解即可。

1.2 刀具几何角度及切削要素的基本定义

本节是本章学习的难点，要求空间想象能力及工程制图基础较高。

1.2.1 切削运动和切削用量

主运动（v c）：车削时工件的旋转运动，铣削时刀具的旋转运动等。一般来说，主运动的切削速度最高，消耗的机床功率也最大。单位：m/min

进给运动（v f）：刀具与工件间附加的相对运动，可以是连续的运动，也可以是间断运动。单位：mm/min

合成切削运动（v e）：主运动和进给运动合成，v e=v c+v f。

切削用量三要素：切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）

回转主运动线速度v C（m/min）的计算公式：v C=πdn/1000

车削时的进给速度v f：v f=nf

铣削时的进给速度v f：v f=nZf Z

注意：

①编程时S指令后数字为主运动转速（n）、F指令后数字为v f的大小。

②切削用量手册通常给出v C、f、f Z值，编程时需要换算成n（S指令值）和v f（F指令值）。

1.2.2 刀具切削部分的几何形状和角度

1、度量刀具角度的参考系（由三个互相垂直的坐标平面组成）

①静止参考系：用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数（标注角度）的参考系。坐标平面（基面p r、切削平面p s、正交平面p o、假定工作平面p f、背平面p p等）的概念及其位置要清楚。p r⊥v C，车刀基面平行于安装底面、回转刀具基面过轴线。

②工作参考系：考虑切削运动和实际安装情况对刀具几何参数（工作角度）的影响。与静止参考系的区别在于假定主运动方向v c换成实际工作主运动方向v e，相应的坐标平面为工作基面p re、工作切削平面p se、工作正交平面p oe…

2、正交平面参考系标注角度（考核点）

正交平面中测量的角度（剖视图）：前角（gＯ）、后角（aＯ）

基面中测量的角度（俯视图）：主偏角（k r）、副偏角（k r¢）

切削平面中测量的角度（向视图）：刃倾角lＳ

副正交平面中测量的角度（剖视图）：副后角（aＯ）

3、刀具工作角度（考核点）

①横车外圆（切断）工作角度变化

从外圆刀中心，前角增大、后角减小，最后由后刀面挤断工件。

②刀尖安装高低工作角度变化（车外圆）

刀尖高：前角增大、后角减小。车细长轴时可增加阻尼，减小振动。

刀尖低：前角减小、后角增大。

③刀尖安装高低工作角度变化（车内孔）

与②相反。

1.3 金属切削过程的基本理论及规律

本节是本章教学重点之一。

1.3.1 切削过程中的变形

金属切削过程实质上是被切削金属层在刀具偏挤压作用下产生剪切滑移的塑性变形过程。切削过程的塑性变形划分为三个变形区：

第Ⅰ变形区（剪切滑移变形）、第Ⅱ变形区（前刀面挤压摩擦变形）、第Ⅲ变形区（后刀面挤压摩擦变形）。

1.3.2 积屑瘤与鳞刺

1、积屑瘤形成条件

中速切削塑性金属材料。

2、抑制积屑瘤的措施

积屑瘤虽能保护刀尖，但不稳定，会影响加工精度，需要采取措施抑制：

①采用高速切削是抑制积屑瘤的基本措施（最有效）；

②增大进给量；

③增大刀具前角；

④采用润滑性能良好的切削液。

1.3.3 影响切屑变形的因素

①工件材料工件材料强度和硬度越高，变形系数越小；而塑性大的金属材料变形大，塑性小的金属材料变形小。

②刀具前角前角越大，变形系数越小。

③切削速度切削速度对切屑变形系数的影响与积屑瘤的产生、消退有关，高速切削变形系数小。

④切削厚度切削厚度增加，切屑变形系数减小

1.3.4 切削力

考核点：

(1) 切削力的来源及分解

切削力的来源：三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；切屑、工件与刀具间的摩擦力。

①主切削力F C垂直于基面，与切削速度方向一致（Y方向）。功率消耗最大，是计算刀具强度、机床切削功率的主要依据。

②背向力F P X方向分力，是验算工艺系统刚度的主要依据。

③进给抗力F f Z方向分力，是机床进给机构强度和刚度设计、校验的主要依据。

（2）影响切削力的主要因素

①工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，剪切屈服强度越高，切削力就越大。强度、硬度相近的材料，塑性、韧性越大，则切削力越大。

②切削用量的影响背吃刀量最大、进给量次之、切削速度最小。

③刀具几何角度的影响前角g O增大，变形减小，切削力减小；主偏角K r增大，F P 减小、F f增大；刃倾角l S减小，F P增大、F f减小，对主切削力F C的影响不显著。

1.3.5 切削热与切削温度

考核点：

1、切削热的来源：切削层金属的弹、塑性变形和刀具与切屑、工件之间的摩擦。

2、切削温度通常是指切屑和刀具前面接触区的平均温度。

3、影响切削温度的主要因素

①切削用量：切削速度最明显，进给量次之，背吃刀量最小

②刀具几何参数刀具几何参数：前角增大，切削温度降低，但前角太大，刀具散热体积变小，温度反而上升；主偏角增大，散热条件变差，切削温度上升。

1.3.6 刀具磨损和耐用度

考核点：

1、刀具的磨钝标准根据加工要求规定的主后刀面中间部分的平均磨损量VB作为磨钝标准。

2、刀具耐用度的概念刀具从刃磨后（或新切削刃转位后）开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间。

3、影响刀具耐用度的因素

a. 切削用量：v c最大、f次之、a P最小。

b. 刀具几何参数：前角g O增大，刀具耐用度提高；但前角太大，刀具强度降低，散热变差，刀具耐用度反而降低了。主偏角减小，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度提高；但是主偏角k r太小，F P增大，当工艺系统刚性较差时，易引起振动。

4、合理刀具耐用度的确定原则是提高生产效率和降低加工成本。

1.4 金属切削过程基本规律的应用

本节是本章学习的重点之一。

1.4.1 切屑的种类及其控制

考核点：

（1）切屑的种类

切屑的形态是可以随切削条件的改变而转化的。从加工过程的平稳性、保证加工精度和加工表面质量考虑，带状切屑是较好的切屑类型。