【数控刀具选用指南1】金属切削过程中的基本定义（上）

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编者按

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切削刀具是数控加工过程中必不可少的一环，选用合适的刀具是影响切削效率和质量的关键要素。实践证明，通过正确地选择和使用刀具来提高生产力比增加设备、工人的方法更加合理，可以大大降低经济低迷时期产能闲置的风险。

为了满足广大金粉朋友的需要，金属加工特别推出“数控刀具选用指南”栏目，解析不同应用案例，为用户选刀、用刀提供详细指导。今天我们就先来了解一下有关金属切削的基本知识吧~

（本篇选自《数控刀具选用指南》第一章第一节（一）基本定义）

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金属切削加工是利用高于工件硬度的切削工具切除工件多余金属的加工方法，是机械制造业基本的加工方法之一。其研究始于19世纪中叶，1851年，法国人M.科克基拉最早测量了钻头切削铸铁等材料时的扭矩，列出了切除单位体积材料所需功率的表格；1864年，法国人若塞耳首先研究了刀具几何参数对切削力的影响；1870年，俄国人季梅首先解释了切屑的形成过程，提出了金属材料在刀具的前方不仅受挤压而且受剪切的观点；1896年，俄国人布里克斯开始将塑性变形的概念引入金属切削。至此切削过程切屑形成才有了较完整的解释。

随着科学技术的高速发展，一些先进的加工技术相继产生，如精密铸造、冷轧技术、电火花加工和电解加工技术等，可以部分地取代切削加工。但由于金属切削加工具有加工精度高、生产效率高、加工成本低等优点，因此大多数零件还必须通过切削加工来实现，尤其是高精度金属零件的加工。所以目前金属切削加工仍是机械加工的主要方法，在一般生产中约占制造总工作量的40%~60%。

金属切削过程就是刀具从工件上切除多余的金属，使工件获得规定的加工精度和表面质量。以车削加工为例（见图1-1），切削加工必须具备三个条件：

（1）刀具和工件之间有相对运动。

（2）刀具有适当的几何参数——几何角度。

（3）刀具材料具有一定的切削性能。

图1-1  车削运动和工件上的表面

（一）工件上的加工表面

1. 待加工表面  加工时即将被切除的工件表面。

2. 已加工表面  经过加工已被切除多余金属的工件表面。

3. 过渡表面（又称加工表面）  切削刃正在切除的待加工与已加工表面间的表面。

（二）切削运动

车削动画视频（来源：山特维克可乐满）

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切削加工时，为了获得所需的零件形状，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，如图1-2所示。

图1-2  刨削运动和工件上的表面

1. 主运动  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。

2. 进给运动  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，以加工出所需的已加工表面。进给运动的特点是速度低、功率小。

3. 合成运动  主运动和进给运动的合成。

（三）切削用量

切削用量是表示主运动及进给运动参数的数量，是切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap三者的总称，它是调整机床，计算切削力、切削功率和工时定额的重要参数，如图1-3所示。

图1-3  切削用量示意图

切削用量动画视频（来源：山特维克可乐满）

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1. 切削速度vc  切削刃相对于工件的主运动的瞬时速度，单位为m/min。当主运动为旋转运动时，其计算公式为

式中  d——切削刃上选定点所对应的工件或刀具的直径，单位为mm；

n——主运动的转速，单位为r/s或r/min。

在当前生产中，磨削速度单位用m/s，其他加工的切削速度单位习惯用m/min。

当转速n一定时，选定点不同，切削速度也不同。即使转速n一定，由于切削刃上各点的工作直径不同，切削速度也就不相同。考虑到切削速度和已加工质量的影响，在计算时，应取最大的切削速度。

2. 进给量f  刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，可用刀具或工件每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位为mm/r或mm/行程。

单位时间的进给量称为进给速度vf，单位为mm/min。

它们之间的关系为

在铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具进行切削时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位为mm/z。

3. 背吃刀量ap  已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，单位为mm。

外圆车削时的背吃刀量的计算式为

对于钻削

式中  dw——待加工表面直径，单位为mm；

dm——已加工表面直径，单位为mm。

ap参数解释视频（来源：山特维克可乐满）

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