1、第二章 金属切削过程,切削过程是指刀具和工件相互作用，刀具从工件表面上切去多余材料得到预期零件表面的过程。伴随着切削过程，会产生切削变形、切削力、切削热和刀具磨损等一系列现象。 本章在讲授有关切削刀具基本知识的基础上，对切削过程中的上述各种现象进行研究，揭示它们的产生机理和相互之间的内在联系。,第一节 金属切削刀具基础,一、切削加工的基本概念 （一）切削运动与切削中的工件表面 用刀具切除工件材料，刀具和工件之间必须要有一定的相对运动，该相对运动由主运动和进给运动组成。,主运动是使刀具和工件间产生相对切削速度并消耗大部分切削动力的运动。刀具相对于工件的主运动速度称为切削速度，用vc表示。,图2-
2、1 外圆车削的切削运动与加工表面,进给运动是使切削能持续进行以形成所需工件表面的运动。进给运动的速度称为进给速度，用vf表示。,图2-1 外圆车削的切削运动与加工表面,主运动通常是切削运动中速度最高、消耗功率最多的运动，且主运动一般只有一个。 进给运动的速度较低，它可以是连续性或间歇性的运动；它可以有一个或几个，甚至没有。 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以单独由刀具或工件完成，还可以由刀具和工件共同完成。同时，主运动和进给运动可以采用不同的运动形式。,主运动和进给运动合成后的运动，称为合成切削运动。,（2-1）,外圆车削时，合成切削运动速度的大小和方向由下式确定,图2-1 外圆车
3、削的切削运动与加工表面,在切削过程中，工件上有以下三个不断变化着的表面，如图2-1所示。 待加工表面 工件上即将被切除的表面。,图2-1 外圆车削的切削运动与加工表面,待加工 表面,已加工表面 切去材料后形成的新的工件表面。 过渡表面 加工时主切削刃正在切削的表面，它处于前两种表面之间。,已加工 表面,过渡 表面,图2-1 外圆车削的切削运动与加工表面,（二）切削用量 切削用量是指切削速度 vc、进给量 f（或进给速度vf）和背吃刀量ap。 vc、f、ap三者又称为切削用量三要素。,图2-2 切削层参数,1. 切削速度 (m/s 或 m/min) 切削刃相对于工件的主运动速度称为切削速度。计算
4、切削速度时，应选取切削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,式中 d 工件（或刀具）的最大直径（mm）； n工件（或刀具）的转速（r/min）。,（2-2）,2. 进给量（ mm/r或mm/双行程） 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称为进给量。 对于铣刀、铰刀、拉刀等多齿刀具，还规定每齿进给量，单位是mm/z。进给速度vf 、进给量 f 和每齿进给量 fz 之间的关系为 （2-3） 式中 z 刀齿数。,3. 背吃刀量 ap(mm) 背吃刀量为工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离。外圆车削的背吃刀量为（参见图2-2）,式中 dw 工
5、件上待加工表面直径（mm）； dm 工件上已加工表面直径（mm）。,（2-4）,（三）切削层参数 切削刃在一次走刀中从工件上切下的一层材料称为切削层。切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。 切削层参数通常在与主运动方向相垂直的平面内观察和度量。,图2-2 切削层参数,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（以下简称为切削厚度）。 车外圆时如车刀主切削刃为直线，则 hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。,（2-5）,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（以下简称为切削宽度）。 如车刀主切削刃为直线，则 bD反映了切削刃参加切
6、削的工作长度。,（2-6）,3. 切削层公称横截面积 AD 切削层在切削层尺寸度量平面内的横截面积称为切削层公称横截面积（以下简称为切削面积）。对于车削，切削面积即为切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。,（2-7）,二、刀具角度 切削刀具的种类繁多，结构各异，但是各种刀具的切削部分却具有共同的特征。 外圆车刀是最基本、最典型的刀具，车刀的切削部分与其它各种刀具刀齿上的切削部分是基本相同的。下面以外圆车刀为例，讲述刀具几何参数方面的有关定义。,（一）刀具切削部分的构造 刀具上承担切削工作的部分称为刀具的切削部分。外圆车刀的切削部分由六个基本结构要素构造而成：,图2-3 外圆车刀的切削部分,前刀
7、面 切屑沿其流出的刀具表面。 主后刀面 与工件上过渡表面相对的刀具表面。,图2-3 外圆车刀的切削部分,前刀面,主后刀面,副后刀面,副后刀面 与工件上已加工表面相对的刀具表面。,主切削刃 前刀面与主后刀面的交线，它承担主要切削工作，也称为主刀刃。,图2-3 外圆车刀的切削部分,主切削刃,副切削刃 前刀面与副后刀面的交线，它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面，也称为副刀刃。,图2-3 外圆车刀的切削部分,主切削刃,副切削刃,图2-3 外圆车刀的切削部分,刀尖 连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是小的直线或圆弧。,主切削刃,副切削刃,刀尖,图2-3 外圆车刀的切削部分,自由切削
8、刀具只有一条直线主切削刃参与切削的切削过程。 非自由切削 刀具的曲线刃参与切削或刀具的主、副切削刃同时参与切削的切削过程。,附图 自由切削,附图 非自由切削,（二）刀具的标注角度 1刀具标注角度的参考系 刀具要从工件上切除材料，就必须具有一定的切削角度。切削角度决定了刀具切削部分各表面之间的相对位置。 为了确定和测量刀具的角度，此处引入一个由以下三个参考平面组成的空间坐标参考系。,组成刀具标注角度参考系的各参考平面定义如下： （1）基面 Pr 通过主切削刃上某一指定点，并与该点切削速度方向相垂直的平面。,图2-4 正交平面参考系,基面Pr,（2）切削平面Ps 通过主切削刃上某一指定点，与主切削
9、刃相切并垂直于该点基面的平面。,图2-4 正交平面参考系,切削平面Ps,（3）正交平面Po 通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。,图2-4 正交平面参考系,正交平面Po,根据定义可知，上述三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系，如图2-4所示。,图2-4 正交平面参考系,除正交平面参考系外，常用的标注刀具角度的参考系还有法平面参考系、背平面参考系和假定工作平面参考系。 2. 刀具的标注角度 在刀具标注角度参考系中测得的角度称为刀具的标注角度。标注角度应标注在刀具的设计图中，用于刀具制造、刃磨和测量。,在正交平面参考系中，刀具的主要标
10、注角度有以下五个，其定义如下(见图2-5)：,图2-5 车刀在正交平面参考系中的标注角度,（1）前角 在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角。 前刀面在基面之下时前角为正值，前刀面在基面之上时前角为负值。,Pr,Po,Pr,O-O,（2）后角 在正交平面内测量的主后刀面与切削平面间的夹角。 后角一般为正值。,Ps,楔角,（3）主偏角 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。,Pr,vf,（4）副偏角 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。,主偏角与副偏角一般均为正值。,刀尖角,（5）刃倾角 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。 刃倾角可以为正值、
11、负值和零。,Pr,S,S,Pr,在主切削刃上，刀尖为最高点时刃倾角为正值，刀尖为最低点时刃倾角为负值。主切削刃与基面平行时，刃倾角为零。,附图 车刀在正交平面参考系中的刃倾角,以刃倾角为零的刀具进行切削时，主切削刃与切削速度方向垂直，称为直角切削。 以刃倾角不等于零的刀具进行切削时，主切削刃与切削速度方向不垂直，称为斜角切削。,附图 直角切削,附图 斜角切削,要完全确定车刀切削部分所有表面的空间位置，还需要标注副后角 ，副后角确定副后刀面的空间位置。,图2-5 车刀在正交平面参考系中的标注角度,也可以用以下方法来判断前角、后角及刃倾角的正负：角度的顶点取在刀尖上，空心的角度为正，实心的角度为负。 上面讨论的外圆车刀的标注角度，是在忽略进给运动的影响并假定刀杆轴线与纵向进给运动方向垂直以及切削刃上选定点与工件中心等高的条件下确定的。,附图 端面车刀的标注角度,附图 切断刀的标注角度,附图 内孔车刀的标注角度,
