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2023-06-25
切削运动和要素：理解机械加工的核心
【摘要】：9.1.3.1零件表面的形成切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面的金属层不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新表面。
9.1.3.1 零件表面的形成
切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面的金属层不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的新表面。在新表面形成的过程中，工件上有3个依次变化着的表面，它们分别是待加工表面、切削表面和已加工表面。
待加工表面：将被切去金属层的表面。
过渡表面：切削刃正在切削而形成的表面，又称加工表面或切削表面。
已加工表面：已经切去多余金属层而形成的新表面。
9.1.3.2 切削运动
切削加工时，为了获得各种形状的零件，刀具与工件必须具有一定的相对运动，即切削运动。切削运动按其所起的作用可分为主运动和进给运动。
1. 主运动
主运动是指由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生主要的相对运动。主运动的特点是速度最高，消耗功率最大。车削时，主运动是工件的回转运动，如图9-3（a）所示。牛头刨床刨削时，主运动是刀具的往复直线运动，如图9-3（b）所示。
零件表面的形成与切削运动（动画）
零件表面的形成与切削运动（微课）
图9-3 零件表面的形成与切削运动
2. 进给运动
进给运动也是由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件间产生附加的相对运动。进给运动将使被切金属层不断地投入切削，以加工出具有所需几何特性的已加工表面。车削外圆时，进给运动是刀具的纵向运动；车削端面时，进给运动是刀具的横向运动；牛头刨床刨削时，进给运动是工作台的移动。
主运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行；主运动通常只有一个，而进给运动的数目可以有一个或多个。
9.1.3.3 切削要素
切削要素是指切削用量和切削层参数。
1. 切削用量
切削用量包括切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap，分别用来表示主运动、进给运动的运动量大小和每次被切除材料层厚度大小。
（1）切削速度vc
切削刃选定点（或参考点）相对于工件的主运动瞬时线速度，单位为m/s或m/min。
当主运动为旋转运动时，可按式（9-1）计算
式中 d ——切削刃选定点的刀具或工件的旋转直径，mm；
n ——主运动的旋转速度，r/min或r/s。
（2）进给量f
进给运动物体在进给运动方向上的相对位移量，可以用刀具或工件每转（主运动为旋转运动）或每行程（主运动为直线运动）的位移量来表示，单位为mm/r或mm/行程。
对于多齿刀具（如钻头和铣刀等）每转或每行程中每一单齿相对于工件在进给运动方向上的位移量，称为每齿进给量fz，单位为mm/齿。
式中 z ——多齿刀具的齿数。
对于连续进给的切削加工，按式（9-3）计算；对于断续进给的切削加工（如刨削和插削）式（9-3）仍然可用，但所求为断续切削的平均速度。
（3）背吃刀量ap
背吃刀量又称切削深度，指已加工表面与待加工表面间的垂直距离。
加工外圆、内孔等回转表面时
式中 dw——工件待加工表面直径，mm；
dm——工件已加工表面直径，mm。
2. 切削层参数
刀具进行切削加工时，刀具切削部分的一个单元动作（一般为刀具移动一个进给量f）所切除的工件材料层，称为切削层。
（1）切削层公称宽度bD
切削层公称宽度bD简称切削层宽度，是指某一切削瞬时，主作用切削刃在切削平面上的投影的两个极限点之间的最大距离，单位为mm。
由图9-4可知
式中 kr——主作用切削刃在切削平面上的投影与进给运动速度方向的夹角。
（2）切削层公称厚度hD
切削层公称厚度简称切削层厚度，是指一个单元切削主作用切削刃平行移动的距离，单位为mm。
由图9-4知
图9-4 车外圆时的切削层尺寸
ADBC—作用切削刃截形；ADB—主作用切削刃截形；BC—副作用切削刃截形。
（3）切削层公称横截面面积AD
切削层公称横截面面积简称切削层面积，是指同一切削瞬间实际切削材料层在切削层尺寸平面内的投影，单位为mm2。当主作用切削刃为直线且刀尖圆弧半径很小时
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