金属切削原理与刀具

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1、第2章金属切削原理与刀具数控加工是普通金属加工技术的一种发展，是一种自动化程度更高的普通加工，它同样满足一般的金属切削加工规律。本章主要讲述金属切削原理和刀具的基础知识，目的是掌握金属加工中的一般规律。2.1金属切削过程2.1.1切削层与切削参数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

2、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2-1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2-1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，

3、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。511．车削切削层参数如图2-2所示，刀具车削工件外圆时，切削刃上任一点走的是一条螺旋线运动轨迹，整个切削刃切削出一条螺旋面。工件旋转一周，车刀由位置I移动到位置II，移动一个进给量f，切下金属切削层。此点的参数是在该点并与该点主运动方向垂直的平面内度量。（1）切削

4、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2-2切削层截面的切削厚度为hD＝fsinκrκr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

5、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＝hDbD＝fap2．铣削切削层参数铣削的方式主要有端铣与周铣，本文以周铣的铣削方式为例讲解。铣削与车削不同，在金属切削过程中，刀具旋转，工件进给移动，保持金属的连续切削。铣刀上一般有多个刀刃，所以金属的铣削是后一刀齿在前一刀齿加工后进行切削的，因此铣削的切削层应是两把刀加工面之间的加工层，周铣的切削层参数定义如下。（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2-3所示，直

6、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

7、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＝hDbD。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Φ51＝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。图2-2车削切削层参数图2-

8、3铣削切削层参数2.1.2切削过程通过了解金属切削过程，我们可以懂得金属是如何切削下来的，能够理解切削力、刀具磨损与加工表面质量等切削加工中的物理现象，为掌握提高切削效率，降低成本和保证加工质量等一些加工方法打下基础。金属切削过程实际是被切削金属层在刀具的挤压下产生剪切滑移的塑性变形过程，在切削过程中也有弹性变形，但与塑性变形相比可以忽略。而且切削过程中，还会产生积屑瘤，它反过来又对切削产生影响，以下对这两个方面分别说明。1．金属切削过程的