第三篇 零件去除成形
在制造系统中，去除成形子系统的主要功能是从坯料上去除多余的材料，从而获得具有规定要求的几何形状、尺寸、精度和表面质量的零件。
随着科学技术的发展，现代化机器和技术装置的精度和性能指标要求越来越高，这对组成机器或装置的大部分零件的加工质量提出了更高的要求。采用液态成形、固态成形、连接成形等方法很难直接满足零件的加工要求，大多数零件需要通过去除成形方法（车、铣、刨、镗、磨、特种加工等方法）来达到零件的最后要求。比如机械装备中常用的传动轴，其外圆表面一般需要经过车削、磨削加工才能达到技术要求。而惯性仪表中有些零件的制造精度都要求达到小于微米级；人造卫星的仪表轴承是真空无润滑的轴承，其孔和轴的表面粗糙度达到1nm，其圆度和圆柱度要求均以nm为单位；这些要求只能通过超精密加工才能保证。因此，去除成形在整个机械制造系统中占有重要的地位。
去除成形子系统主要由机床——工件——传递介质（刀具、磨具等）——夹具——量具等部分组成，工艺系统的结构及各部分的功能如图Ⅲ-1所示。
图Ⅲ-1 工艺系统结构与功能简图
在去除成形子系统中，输入加工对象（毛坯或半成品），经过去除加工，最后输出成品（合格零件）。除材料流以外，还有能量流的介入，即机床的能量转换，提供必要的动力与运动；在加工过程中又有大量信息传递，如图纸（或CAD数据模型）、加工工艺过程信息（或CAPP）、计划与调度管理信息，切削参数控制信息（或CAM）等。
由于零件的生产类型、材料、形状、尺寸和技术要求的不同，需要采用不同的去除成形方法，以获得优质、高效、低消耗、低成本的效果。
目前，去除成形加工方法包括传统的切削加工和特种加工。其中切削加工历史较久，工艺成熟，应用极为广泛。尽管切削加工有许多不足之处，但大多数零件的加工还需要由切削加工完成，因此，本篇着重介绍有关切削加工方面的知识。
第十章 去除成形的基础知识
现代机械制造过程中，获得零件工作表面的主要方法是去除成形加工。去除成形加工包括了切削加工和特种加工，其中切削加工方法主要是指在金属切削机床上，使用金属切削刀具，切除工件的余量使已加工表面达到规定精度要求的方法。切削加工方法还包括磨削、珩磨、研磨等。
第一节 切削运动与切削要素
在金属切削机床所提供的各种运动中，有切削运动和辅助运动，其中辅助运动是指进刀、退刀等运动。
在切削加工时，工件上产生三个不断变化着的表面，如图10-1所示。
⑴ 待加工表面——工件上有待切除的表面。
⑵ 已加工表面——工件上经刀具切削后所形成的表面。
⑶ 过渡表面——工件上切削刃正在切削着的表面,它是待加工表面和已加工表面之间的过渡表面(也称加工表面)。
一、切削运动
切削运动是机床为实现加工所需的刀具与工件之间的相对运动，按切削加工时工件与刀具的相对运动所起的作用来分，切削运动可分为主运动与进给运动。
10-1车削过程中的运动
Ⅰ-主运动 Ⅱ—进给运动
1—已加工表面 2—过渡表面 3—待加工表面
图10-2 常用切削加工的运动
1．主运动
主运动是指“由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动,从而使刀具前面接近工件”（摘自国家标准《金属切削基本术语》GB/T12204—1990）。就是说，主运动使刀具从工件上切除金属材料层使之变为切屑，所以主运动在切削加工中消耗的功最多。主运动可以由金属切削机床提供，也可以由人力提供（钳工作业）；主运动一般采用直线运动和旋转运动这两种简单的运动形式。
2．进给运动
进给运动是指“由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可不断地或连续地切除切屑，并得出具有所需几何特性的已加工表面
” （摘自GB/T12204—1990）。就是说，进给运动是一附加运动，进给运动有两方面的作用：一是使待加工表面的金属层连续地（如车削）或间断地（如刨削）投入切削过程；二是使刀具按特定的轨迹运动，从而获得所需几何特性的已加工表面。进给运动可以是一个单独的简单运动，也可以是一个包含几个简单运动的合成运动。
图10-1中工件的旋转运动Ⅰ是主运动，车刀的纵向直线移动Ⅱ就是进给运动。
常用切削加工的运动如图10-2所示。
二、切削要素
图10-3 车削时的切削参数
切削要素包括切削用量和切削层的几何参数。
1．切削用量
切削用量是切削过程中切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)的总称，又称为切削用量三要素。车削外圆时的切削用量如图10-3所示。
⑴ 切削速度V 切削速度是指在切削加工时，刀具切削刃上选定点相对工件主运动的线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同的，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。
当主运动是旋转运动时，刀具或工件最大直径处的切削速度由下式确定：
（m/s或m/min） （10-1）
式中： 
——完成主运动的刀具或工件加工表面的最大直径（mm）；
n——主运动的转速（r/s或r/min）。
⑵ 进给量f 在主运动每转一转或每一行程时，刀具在进给运动方向上相对工件的移动量，单位是mm/r（用于车削、镗削等）或mm/str（用于刨削、磨削等）。
⑶背吃刀量 (切削深度)
在垂直于主运动方向和进给运动方向的工作平面内测量的刀具切削刃与工件切削表面的接触长度。对于外圆车削，背吃刀量为工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离，单位为mm。即
（10-2）
式中：
、
分别为工件待加工表面和已加工表面的直径（mm）。
3．切削层参数
切削过程中，由刀具切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层就是切削层。外圆车削时的切削层，就是工件旋转一周，刀具从位置Ⅰ移到Ⅱ，切下的Ⅰ与Ⅱ之间工件材料层。如图10-3中的阴影四边形所示。切削层参数共有三个，它们通常都是在垂直于切削速度V的平面内度量。
⑴ 切削层公称厚度
在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离，单位为mm 。
反映了切削刃单位长度上的切削负荷。
⑵ 切削层公称宽度
沿过渡表面测量的切削层尺寸，单位为mm 。
反映了切削刃参加切削的工作长度。
以外圆车削为例，由图10-3可知，
、
与f、
之间存在如下关系：
=f sin
=
/sin
式中： 
——主切削刃与进给方向之间的夹角。
⑶ 切削层公称横截面积
切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积，单位为mm
。由图10-3得
=
=f
