第1章 金属切削的基本定义

1、机械制造工业在国民经济中的地位机械装备：机器、机械、仪器和工具机械制造业：生产这些零件并组装成机械设备的工业。绪论当今制造业的社会功能加工精度可达0.001um，表面粗糙度＜0.0005um；车削钢的最高切削速度可达915m/min；一些难加工材料，复杂型面、型腔以及微孔采用先进加工技术（电、光、超声波、数控）等方法加工。2、机械制造技术国内外状况及发展总的发展趋势：与材料科学、电子科学、信息科学、生命科学、环保科学、管理科学等交叉、融合。发展方向：高精度、高表面光洁度、数控技术、柔性制造系统发展。金属切削过程的一些基本理论、基本规律和金属切削刀具的一些基本知识；一些通用的金属切削机床的工作原理，结构特点、传动分析及使用的刀具；机械加工工艺规程的编制及基本的机械加工知识；机床夹具的基本知识；公差与配合。3、本课程的性质、主要研究内容和学习方法主要研究内容：本课程的性质：机械类专业主干技术基础课学习方法：理论性环节与实践性环节相结合第1章金属切削的基本定义1、工件的表面：指内外轮廓表面。见图1-1。2、母线和导线统称为发生线。线形表面：母线沿着导线运动而成。图1-2。非线形表面：NURBS曲面、贝塞尔曲面、拉格朗日曲面，分段抛物线曲面。不能用一个简单的数学公式就能表达清楚。1.1切削运动及切削用量刀具和工件的相对运动，由刀具上的切削刃来形成工件表面。由加工方法和切削刃形状的不同，成形方法分为：（1）轨迹法：图1-4a），车刀的刀尖为母线（2）成形法：图1-4b），成形车刀，切削线1与发生线2完全一致。（3）相切法：图1-4c），由铣刀的切削点1运动后形成。（4）展成法（范成法）：图1-4d），齿条形插齿刀插直齿圆柱齿轮，相当于齿条与齿轮啮合。3、发生线的形成方法及所需的运动切削运动：在金属切削机车上切削工件时，刀具和工件之间的相对运动称为切削运动。见图1-5，图1-6。进给运动：使主运动能继续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需要的运动。可能不止一个，运动速度和消耗的功率比主运动小。切削运动按在切削中所起的作用分为以下两种：主运动：完成切削的最基本的运动。主运动只有一个。注意：主运动和进给运动可以由工件或刀具分别完成，也可以由刀具单独完成（钻、铰、镗等）。•1.车削主运动：工件的旋转运动进给运动：刀具•2.钻削主运动：刀具(钻头)进给运动：刀具(钻头)•3.铣削主运动：刀具进给运动：工件（1）待加工表面：工件上即将被切去的表面。（2）已加工表面：刀具切削后在工件上形成的新表面，逐渐扩大。（3）过渡表面：切削刃正在切削的表面，切削过程中不断改变的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。工件上的加工表面切削用量：指切削速度、进给量和背吃刀量三者的总称。（1）切削速度Vc：切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动速度。主运动为旋转运动时，为工件或刀具最大直径处的切削速度。（2）进给量f：它是工件或刀具的主运动每转一转或每一行程时，工件和刀具两者在进给方向上的相当位移。进给速度Vf：指切削刃上选定点相对于工件的进给运动速度，mm/s。外圆车削：Vf=f×n（mm/s）（3）背吃刀量asp：等于已加工表面与待加工表面间的垂直距离。asp=（dw-dm）/2（mm）1.2.1刀具角度的静止参考系（1）刀具切削部分的表面和切削刃外圆车刀的切削部分如图1-7。1.2刀具角度和刀具的工作角度刀具角度:指在刀具工作图上需要标出的角度。刀具角度是在一套便于制造、刃磨和测量的刀具静止参考系里来度量。此时没有将刀具与工件及切削运动联系起来，刀具本身还处于未使用的静止状态。（2）刀具角度的静止参考系1）f=0；2）安装车刀时应使刀尖与工件中心等高，并且车刀刀杆中心线与工件轴线垂直；3）主切削刃上选定点X与工件中心等高。刀具角度静止参考系建立的三个假设条件：三个刀具静止参考系的建立基面Pr——通过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度向量Vc的平面。切削平面Ps——通过切削刃上选定点作的切削刃的切线，并与切削速度向量Vc构成的平面。正交平面Po——通过切削刃上选定点同时垂直于该点基面Pr和切削平面Ps的平面。正交平面参考系基面Pr和切削平面Ps同前面1）中定义相同。法平面Pn——过切削刃上选定点垂直于切削刃或其切线的平面。一般情况下，Pn不垂直于Pr。在λs=0时，它们两者垂直。法平面参考系基面Pr定义同正交平面参考系中的定义。背平面（Pp）——过切削刃上选定点，平行刀杆中心线并垂直于基面Pr的平面，它与进给速度方向Vf是垂直的。假定工作平面（Pf）——过切削刃上选定点，同时垂直与刀杆中心线与基面Pr的平面。它与进给速度方向Vf平行。对于某一切削刃上选定点，Pr、Pp、Pf构成一个空间直角坐标系。背平面和假定工作平面参考系在上述三种不同的刀具标注角度参考系内，均可定义相应的刀具角度，但一般以采用正交平面参考系兼用法平面参考系较多。1、正交平面参考系内的标注角度（1）前角γo正交平面中测量的前面与基面间的夹角。（2）后角αo正交平面中测量的后面与切削平面间的夹角。（3）主偏角κr基面中测量的主切削平面与假定工作平面间夹角。（4）刃倾角λs切削平面中测量的切削刃与基面间的夹角。刀具角度标注在基面Pr内测量的角度：主偏角κr、副主偏角κr｀、刀尖角εr、余偏角Ψr在切削平面Ps内测量的角度：刃倾角λs在法平面Pn内测量的角度：法前角γn、法后角αn、法楔角Bn２、在法平面参考系中标注角度必须考虑进给运动和安装情况下对工作角度的影响。要确定刀具的工作角度须选定刀具的工作参考系。刀具的工作角度刀具的工作角度：指刀具在实际工作状态下的切削角度。螺旋面：车刀主切削刃上任一点相对工件的运动轨迹是一条空间的螺旋线；整个主切削刃切出的是一个螺旋面。切削层：纵向移动一个进给量f的过程中，形成了前后螺旋面Ⅰ、Ⅱ。螺旋面Ⅰ、Ⅱ之间的这一层金属称为切削层。定义：在各种切削加工中，刀具或工件沿进给方向每移动一个f（mm/r）或af（mm/Z）后，由一个刀齿正在切的金属层称为切削层。切削层的大小和形状直接决定了车刀切削部分所承受的负荷大小及切下切屑的形状和尺寸。1.4切削层参数与切削方式定义：主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡表面度量的切削层尺寸hD。外圆纵车，主切削刃为直线时：hD=f×SinKr外圆纵车，主切削刃为圆弧或任意曲线时，对应的主切削刃上各点的切削层公称厚度是不等的，见图1-22。１、切削层公称厚度hD２、切削层公称宽度bD主切削刃选定点的基面内，沿过渡表面度量的切削层尺寸，称为切削层公称宽度bD。bD=asp/SinKr３、切削层公称横截面积ADAD=hD·bD=f·asp自由切削：刀具在切削过程中，只有一条直线切削刃参加工作。特点：切削刃上各点切屑流出方向大致相同，被切金属变形基本上发生在二唯平面内。非自由切削：刀具上切削刃为曲线，或有几条切削刃都参加了切削，并且同时完成整个切削过程。特点：切削刃交接处切下的金属互相影响和干涩，金属变形更为复杂，发生在三唯空间内。切削方式直角切削：刀具主切削刃的刃倾角λs=0的切削。特点：主切削刃与切削速度向量成直角。斜角切削：刀具主切削刃的刃倾角λs≠0的切削。特点：主切削刃与切削速度向量不成直角。螺旋齿圆柱铣刀的角度见图1-24，切削速度向量Vc、基面（Pr）、前角、后角1.5旋转刀具的角度铣刀、钻头、丝锥、绞刀、扩孔钻、板牙等旋转刀具。螺旋角B：钻头外圆柱面与螺旋槽的交线上任一点的切线和钻头轴线之间的夹角B。顶角2Ф：两主切削刃在与他们平行的平面上投影的夹角。麻花钻的结构钻头种类钻头和钻削