金属切削原理和刀具
金属切削的过程是刀具与工件相互运动、相互作用的过程。刀具与工件的相对运动可以分解为两个方面，一个是主运动，另一个是进给运动。使工件与刀具产生相对运动而进行切削的最主要的运动，称为主运动。刀刃上选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。主运动特点是运动速度最高，消耗功率最大。主运动一般只有一个。保证金属的切削能连续进行的运动，称为进给运动。工件或刀具每转或每一行程时，工件和刀具在进给运动方向的相对位移量，称为进给量。进给运动的特点是运动速度低，消耗功率小。进给运动可以有几个，可以是连续运动，也可以是间歇运动。如图1所示外圆的车削运动。υc为切削刃某点切削速度，υf为同一点的进给运动速度，υe为两个运动的合成速度。
图1 外圆车削的切削运动与加工表面
金属切削过程是通过刀具切削工件切削层而进行的。在切削过程中，刀具的刀刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，被称为切削层。切削层的截面尺寸被称为切削层参数。此外，在切削层中需介绍一重要概念－背吃刀量ap，对于外圆车削，它指已加工表面与待加工表面间的垂直距离。 数控加工中最常用的是数控车与数控铣两种加工方式。现以这两种加工方式为例说明切削层参数的定义。
1．车削切削层参数
图2 车削切削层参数
（1） 切削层公称厚度hD 在主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡表面的切削层尺寸，称为切削层公称厚度。图2切削层截面的切削厚度为
hD ＝ f sinκr
κr为刀具主偏角，即刀具主切削刃与进给方向的夹角。根据上式可以看出，进给量f或刀具主偏角κr增大，车削切削层厚度hD增大。
（2） 切削层公称宽度bD 在主切削刃选定点的基面内，沿过渡层表面度量的切削层尺寸，称为切削层公称宽度。切削层截面的公称切削宽度为
bD ＝ ap/sinκr
由上式可以看出，当背吃刀量ap增大或者主偏角κr减小时，切削层公称宽度bD增大。
（3）切削层公称横截面积AD 在主切削刃选定点的基面内，切削层的截面面积，称为切削层公称横截面积。车削切削层公称横截面为
AD ＝ hD
bD ＝ f ap
2．铣削切削层参数
图3 铣削切削层参数
（1）切削层公称厚度hD 在基面内度量的相邻刀齿主切削刃运动轨迹间的距离。如图3所示，直齿圆柱铣刀刀齿在任意位置的切削厚度。图示的虚线为前刀齿加工轨迹，当现刀齿旋转Φ角时，刀齿在加工轨迹上所在的位置为a点，前刀齿在同样角度位置时加工轨迹上点为c点，它们之间距离为每齿进给量fz，即铣刀每转一齿工件相对铣刀在进给方向上的移动距离。根据定义可知，此点切削层厚度为
hD ＝ ab = acsinΦ＝ fzsinΦ
可见，每齿进给量或Φ角的增大都将增大切削层公称厚度。而且，当Φ ＝ 0时，切削层厚度为0，当Φ ＝ Φ1时，切削层厚度最大。
（2）切削层公称宽度bD 铣削的切削层公称宽度是指主切削刃与工件切削面的接触长度（近似值）。直齿圆柱铣刀铣削的切削层宽度为
bD ＝ ap
即切削层宽度等于背吃刀量，值得注意的是，铣削的背吃刀量与一般车削所定义的不同，它是平行于铣刀轴线方向度量的被切削层尺寸，因此，对于圆周铣，背吃刀量为工件在铣刀轴线方向上被切削的尺寸。
（3）切削层公称横截面积AD 直齿圆周铣削的公称截面面积同样为切削厚度与背吃刀量的积， AD ＝ hD bD。
因为铣削切削层厚度是变化的，所以切削层公称横截面积也是变化的，由图可知，当Φ ＝0时，切削层公称横截面面积最小，为0，Φ ＝ Φ1时，公称横截面面积最大。
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