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切削運動

切削加工時，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動，即切削運動，切削運動按其所起的作用可分為主運動和進給運動，如圖1-2所示。

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

2. 進給運動 由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件間產(chǎn)生附加的相對運動，進給運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。進給運動的特點是速度低、功率小。

3. 合成運動 主運動和進給運動的合成。

3F切削用量

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

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

式中，d——切削刃上選定點所對應(yīng)的工件或刀具的直徑，單位為mm；n——主運動的轉(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，選定點不同，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，在計算時，應(yīng)取最大的切削速度。

2. 進給量f 刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量，可用刀具或工件每回轉(zhuǎn)一周時兩者沿進給運動方向的相對位移，單位為mm/r或mm/行程。

單位時間的進給量稱為進給速度

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行切削時，還應(yīng)規(guī)定每一個刀齒的進給量

即后一個刀齒相對于前一個刀齒的進給量，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。

外圓車削時的背吃刀量的計算式為

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。

5F刀具幾何角度

刀具幾何角度如圖1-5所示。

1. 主偏角κΥ 主切削刃與進給運動方向之間的夾角。

2. 副偏角κΥ′ 副切削刃與進給運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，前角為零。基面在前刀面以內(nèi)，前角為負。基面在前刀面以外，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。刃傾角正負的規(guī)定如圖1-6所示。

刀尖處于最高點時，刃傾角為正；刀尖處于最低點時，刃傾角為負；切削刃平行于底面時，刃傾角為零。

λ s=0的切削稱為直角切削，此時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出車刀切削部分的幾何形狀，反映出刀具的切削特點。εr、βo為派生角度。

6F切削層參數(shù)

切削刃在一次進給中，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，工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀從位置I移動到位置II，前進了一個進給量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，切削刃上各點處的hD相等；切削刃為曲線時，切削刃上各點的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， 其計算公式為：

4. 金屬去除率Q 單位時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動一個單位時間所包含的空間體積，它是反映切削效率高低的一個指標，其計算公式為：