2.1 切削運(yùn)動與切削要素

2.1.1 切削運(yùn)動和加工中的工件表面

1．切削運(yùn)動

金屬切削加工就是用金屬切削刀具把工件毛坯上預(yù)留的金屬材料（統(tǒng)稱余量）切除，獲得圖樣所要求的零件。在切削過程中，刀具和工件之間必須有相對運(yùn)動，這種相對運(yùn)動就稱為切削運(yùn)動。按切削運(yùn)動在切削加工中的功用不同分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。

（1）主運(yùn)動。主運(yùn)動是由機(jī)床提供的主要運(yùn)動，它使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而使刀具前刀面接近工件并切除切削層，即是切削過程中切下切屑所需的運(yùn)動。其特點是切削速度最高，消耗的機(jī)床功率也最大。如圖2.1所示，其形式可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如車削時工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，銑削時銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，磨削工件時砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，鉆孔時鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動等；也可以是直線運(yùn)動，如刨削時刀具的往復(fù)直線運(yùn)動。

（2）進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動又稱走刀運(yùn)動，是由機(jī)床提供的使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對運(yùn)動，即進(jìn)給運(yùn)動是切削過程中使金屬層不斷地投入切削，從而加工出完整表面所需的運(yùn)動。其特點是消耗的功率比主運(yùn)動小得多。如圖2.1所示，其形式可以是連續(xù)的運(yùn)動，如車削外圓時車刀平行于工件軸線的縱向運(yùn)動，鉆孔時鉆頭沿軸向的直線運(yùn)動等；也可以是間斷運(yùn)動，如刨削平面時工件的橫向移動；或是兩者的組合，如磨削工件外圓時砂輪橫向間斷的直線運(yùn)動和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及軸向（縱向）往復(fù)直線運(yùn)動。

總之，在各類切削加工中，主運(yùn)動必須有一個，而進(jìn)給運(yùn)動可以有一個（如車削）、兩個（如圓磨削）或多個，甚至沒有（如拉削）。

主運(yùn)動可以由工件完成（如車削、龍門刨削等），也可以由刀具完成（如鉆削、銑削等）。進(jìn)給運(yùn)動也同樣可以由工件完成（如銑削、磨削等）或刀具完成（如車削、鉆削等）。

當(dāng)主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動同時進(jìn)行時，即可不斷地或連續(xù)地切除切削層，并得出具有所需幾何特性的已加工表面。由主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動合成的運(yùn)動稱為合成切削運(yùn)動（圖2.1）。刀具切削刃上選定點相對工件的瞬時合成運(yùn)動方向稱為合成切削運(yùn)動方向，其速度稱為合成切削速度。合成切削速度ve為同一選定點的主運(yùn)動速度vc與進(jìn)給運(yùn)動速度vf的矢量和，即

2．加工中的工件表面

切削過程中，工件上多余的材料不斷地被刀具切除而轉(zhuǎn)變?yōu)榍行迹虼耍ぜ谇邢鬟^程中形成了三個不斷變化著的表面（圖2.1）。

（1）已加工表面：工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面。

（2）待加工表面：工件上有待切除切削層的表面。

（3）過渡表面：工件上由切削刃形成的那部分表面。它在下一切削行程（如刨削）、刀具或工件的下一轉(zhuǎn)（如單刃鏜削或車削）將被切除，或者由下一切削刃（如銑削）切除。

2.1.2 切削要素

切削要素包括切削用量和切削層的幾何參數(shù)。見圖2.2所示。

1．切削用量

切削用量是用來表示切削運(yùn)動，調(diào)整機(jī)床用的參量，并且可用它對主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動進(jìn)行定量的表述。它包括以下三個要素。

（1）切削速度vc。在切削加工時，切削刃選定點相對于工件主運(yùn)動的瞬時速度稱為切削速度。即在單位時間內(nèi)，工件和刀具沿主運(yùn)動方向的相對位移，單位為m/min。

大多數(shù)切削加工的主運(yùn)動是回轉(zhuǎn)運(yùn)動（車、鉆、鏜、銑、磨削加工）時，其切削速度為加工表面最大線速度，即

若主運(yùn)動為往復(fù)直線時，則常以往復(fù)運(yùn)動的平均速度作為切削速度，即

上兩式中，dw——切削刃選定點處所對應(yīng)的工件或刀具的最大回轉(zhuǎn)直徑，單位為mm；

n——主軸轉(zhuǎn)速或主運(yùn)動每分鐘的往復(fù)次數(shù)，單位為r/min或dstr/min；

L——工件或刀具作往復(fù)運(yùn)動的行程長度，單位為mm。

（2）進(jìn)給量f。在主運(yùn)動的一個循環(huán)內(nèi)，刀具在進(jìn)給方向上相對于工件的位移量稱為進(jìn)給量，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程的位移量來表達(dá)或度量（圖2.2）。其單位為mm/r（如車削、鏜削等）或mm/行程（如刨削、磨削等）。

車削時的進(jìn)給速度（vf單位為mm/min）是指切削刃上選定點相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動的瞬時速度，它與進(jìn)給量之間的關(guān)系為

對于鉸刀、銑刀等多齒刀具，常要規(guī)定出每齒進(jìn)給量（fz）（單位為mm/z），其含義為多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對于工件在進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量，即

式中，z——多齒刀具的刀齒數(shù)。

（3）背吃刀量ap。背吃刀量ap是已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，其單位為mm。它直接影響主切削刃的工作長度，反映了切削負(fù)荷的大小。

外圓車削時，

鉆孔時，

式中，dw——待加工表面直徑，單位為mm；

dm——已加工表面直徑，單位為mm。

鏜孔時，則式（2-6）中的dw與dm互換一下位置。

2．切削層參數(shù)

切削層是由切削部分的一個單一動作（或指切削部分切過工件的一個單程，或指只產(chǎn)生一圈過渡表面的動作）所切除的工件材料層。切削層的尺寸稱為切削層參數(shù)。為簡化計算，切削層的剖面形狀和尺寸，在垂直于切削速度的基面上度量。圖2.3表示車削時的切削層，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，車刀切削刃沿工件軸線移動 f（進(jìn)給量）距離所切下的一層金屬，如圖中平行四邊形ABCD所示。

（1）切削厚度 hD。刀具或工件每移動一個進(jìn)給量 f 以后，主切削刃相鄰兩位置間的垂直距離稱為切削層公稱厚度，用hD表示，單位為mm。它表示單位長度上主切削刃的負(fù)荷。當(dāng)主切削刃為直線刃時，直線切削刃上各點的切削層厚度相等，如圖2.3（a）所示，并有以下近似關(guān)系：

式中，kr——主偏角。

當(dāng)主切削刃為曲線刃時，切削層局部厚度的變化情況如圖2.3（b）所示。

（2）切削寬度 bD。沿刀具主切削刃量得的待加工表面至已加工表面之間的距離稱為切削層公稱寬度，用 bD 表示，單位為mm。它大致反映了刀具主切削刃參加切削工作的長度。對于直線主切削刃有以下近似關(guān)系，見圖2.3（a）所示。

（3）切削面積AD。切削層公稱橫截面面積是指在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，即圖2.4中ABCD所包圍的面積，用A D表示，單位為mm2。車削外圓時，有如下關(guān)系：

刀具副偏角的存在使得經(jīng)切削加工后的已加工表面上常留有規(guī)則的刀紋，這些刀紋在切削層尺寸平面里的橫截面積（如圖2.4中所示的ABE 所包圍的面積）稱為殘留面積ΔAD，它構(gòu)成了已加工表面理論表面粗糙度的幾何基形，則實際切削面積ADe等于切削面積AD減去殘留面積ΔAD，即

殘留面積的高度稱為輪廓最大高度，用Ry表示，它直接影響已加工表面的粗糙度，其計算公式為：

若是圓弧形刀尖，則輪廓最大高度Ry為：

式中，rε——刀尖圓弧半徑，單位為mm。