作者：于惠力,韩彦勇
出版社：机械工业出版社
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机械加工计算与实例试读：
前言
机械加工是一个应用范围极广的基础加工专业，在机械加工过程中，常常会遇到一些数学计算问题，能否快速准确地查找计算公式，对提高机械加工的质量和效率有着重要的影响。为了使机械工程技术人员尤其是初、中级技术人员在最短时间内便捷地查找到机械加工常用计算公式，提高机械加工的质量和效率，特编写本书。
机械加工种类繁多，涉及的面很广，如何将众多的机械加工方法概括成浅显易懂的方式来表达，使读者在最短时间内消化理解，是我们编写的难题。本书的编写有如下特点：
1.编写内容方面突出实用的原则
本书以实用为主，根据各种机械加工方法的现场工程技术人员所需，收集了常用公式和重要公式，旨在为机械制造领域的相关读者提供一种快速查找各种机械加工公式的途径。内容简单明了、重点突出、讲解清晰、易学易用。
2.编写方法方面采用高度概括、精炼的编写方式
各种机械加工方法涉及的基本理论和公式很多，编者采用高度概括、精炼的编写方式，本着既能培养计算能力，又能灵活掌握公式使用方法的原则进行编写。为了便于读者尽快掌握和运用机械加工公式，书中对每个公式都进行了简要的讲解。
3.本书采用最新颁布的国家标准、规范及法定计量单位
本书涉及的所有理论计算、加工方法及加工实例，全部采用最新颁布的国家标准、规范及法定计量单位。
本书以简明的文字、图和表来进行内容表达。结合现场生产所需，其内容包括金属切削加工基础计算、钳工加工的计算、车削加工的计算、铣削加工的计算、磨削加工的计算、镗削加工的计算、钻削加工的计算、刨削加工的计算、插削加工的计算、拉削加工的计算、钣金件的展开计算、数控编程中的计算共12部分，涉及11个工种的加工计算方法，以及相应加工计算的实例。
本书是机械工程技术人员必备的技术资料，可为从事机械设计制造及其自动化专业的工程技术人员、大专院校的相关专业师生提供帮助，尤其对于初、中级的机械工程技术人员具有指导意义。
本书由于惠力和韩彦勇编写，在撰写过程中得到了各界同仁和朋友的大力支持、鼓励和帮助，也参考了一些同行所编写的教材、文献等，在此一并表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，编写时间仓促，不妥之处在所难免，殷切希望广大读者对书中的错误和欠妥之处提出批评指正。编者
第1章 金属切削加工基础计算
1.1 切削参数及其计算
1.1.1 切削运动金属切削加工是用金属切削刀具切除工件上多余的金属材料，使其形状、尺寸精度及表面质量达到图样要求的一种机械加工方法。刀具切除多余金属是通过在刀具和工件之间产生相对运动来完成的，此运动称为切削运动。切削运动可分为主运动和进给运动两种。
1.主运动
切削运动中直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动是主运动。一般来说，主运动是产生主切削力的运动，由机床主轴提供，其运动速度高，消耗的切削功率大。通常主运动只有一个，它可由工件运动完成，也可由刀具运动完成，如车削时由车床主轴带动工件的回转运动（图1-1）；钻削和铣削时由机床主轴带动的刀具回转运动；刨削时的工件或刀具直线往复运动（图1-2）等。图1-1 车床主轴带动工件的回转运动图1-2 刨削时的工件或刀具直线往复运动
2.进给运动
结合主运动把切削层不断地投入切削，以完成对一个表面切削的运动是进给运动，如车削时刀具的走刀运动（图1-1），刨削时工件的间歇进给运动（图1-2），钻削加工中的钻头、铰刀的轴向移动，铣削时工件的纵向、横向移动等。进给运动速度小，消耗的功率少。切削加工中进给运动可以是一个、两个或多个，甚至可能没有，如拉床。进给运动可连续可间断。
在切削过程中，工件上的多余金属层不断地被刀具切除而转变为切屑，同时工件上形成三个不断变化的表面，车削加工如图1-1所示，刨削加工如图1-2所示。这些表面可分为如下三种：（1）待加工表面工件上有待切除的表面称为待加工表面。（2）已加工表面工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。（3）过渡表面主切削刃正在切削的表面，它在切削过程中不断变化，是待加工表面与已加工表面的连接表面。1.1.2 切削用量
切削速度v、进给量ƒ和背吃刀量a是切削用量三要素，总称为cp切削用量，如图1-3所示。图1-3 切削用量
1.切削速度（1）主轴转速主轴转速是指主轴在单位时间内的转数，是表示机床主运动的性能参数，用符号n表示，其单位是r/min或r/s。（2）切削速度切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度（线速度），用符号v表示，单位为m/min或m/s。c
外圆车削或用旋转刀具切削加工时的切削速度计算公式为
式中 v——切削速度（m/min）；c
d——工件或刀具的直径（mm）；
n——工件或刀具的转速（r/min）。
2.进给量（1）进给量 进给量是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转（主运动为旋转运动时）或双行程（主运动为直线运动时）的位移量来表达，用符号f表示，单位为mm/r或mm/双行程，如图1-3所示。（2）进给速度 进给速度是刀具切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。进给速度用符号v表示，单位是mm/min。f（3）每齿进给量 对于多齿刀具（如铣刀），每转或每行程中每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f，单位为zmm/齿。
式中 f——每齿进给量（mm/齿）；z
f——进给量（mm/r）；
z——刀齿数。
进给速度v与进给量f之间的关系为：v=nf=nfz。ffz
即表示铣削进给运动的进给量可用每齿进给量f（mm/齿）、每z转进给量f（mm/r）或进给速度v（mm/min）来表示。f
3.背吃刀量
车削加工中，刀具的横向进给（也称为吃刀）和铣削加工中刀具的横向进给是间歇的进给运动，是由机床的吃刀机构提供的，也称为吃刀运动。通常把切削加工中的吃刀量称为背吃刀量，用符号a表示，p单位为mm。车削中的背吃刀量是指已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。外圆车削时，其背吃刀量a等于工件上已加工表面与待加p工表面之间的垂直距离，如图1-3所示，即
式中 d——工件待加工表面直径（mm）；w
d——工件已加工表面直径（mm）。m1.1.3 切削层参数
切削层是指切削过程中，由刀具在切削部分的一个单一动作（或指切削部分切过工件的一个单程，或指只产生一圈过渡表面的动作）所切除的工件材料层。外圆车削时的切削层就是工件旋转一圈，主切削刃移动一个进给量f所切除的一层金属层，如图1-4所示。图1-4 切削层
切削层的形状和尺寸称为切削层参数。切削层参数在通过切削刃上选定点并垂直于该点切削速度v的平面内测量，有以下3个：c（1）切削层公称厚度h切削层公称厚度h是垂直于过渡表面测DD量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。它反映了切削刃单位长度上的切削负荷。车外圆时，若车刀主切削刃为直线，则：h=fsinκ。Dr（2）切削层公称宽度b切削层公称宽度是沿过渡表面测量的切D削层尺寸。它反映了切削刃参加切削的工作长度。当车刀主切削刃为直线时，外圆车削的切削层公称宽度为：b=a/sinκ。Dpr（3）切削层公称横截面积A在切削层尺寸平面内切削层的实际D横截面积称为切削层公称横截面积A，即D
分析上述公式可知，当主偏角增大时，切削层公称厚度将增大，而切削层公称宽度将减小；当时，达到最大值，达到最小值。主偏角值的不同引起切削层公称厚度与切削层公称宽度的变化，从而对切削过程的切削机理产生了较大的影响。切削层公称横截面积只由切削用量中的f和a决定，不受主偏角变化的影响，但切削层公称横截面积的形状则p与主偏角、刀尖圆弧半径的大小有关。图1-5 车削加工切削层
切削层公称横截面积A的大小反映了切削刃所受载荷的大小，D并影响加工质量、生产率及刀具寿命，在车削加工时即指车刀正在切削着的ABCD这一层金属，如图1-5所示。实际上，由于刀具副偏角的存在，经切削加工后的已加工表面上常留下有规则的刀纹，这些刀纹在切削层尺寸平面里的横截面积ABE称为残留面积，如图1-5所示。残留面积的高度直接影响已加工表面的表面粗糙度值。
1.2 刀具角度及其计算
1.2.1 刀具切削部分的组成外圆车刀的构造如图1-6所示，包括刀体和刀头（切削部分）两部分。刀柄是定位和夹持的部分，刀头用于切削工件。（1）前面 又称前刀面，指刀具上切屑流过的表面。（2）主后面 又称主后刀面，刀具上与工件过渡表面相对的表面。（3）副后面 又称副后刀面，刀具上与工件已加工表面相对的表面。（4）主切削刃 刀具前面与主后面相交而得到的刃边（或棱边），用于切出工件上的过渡表面，它承担主要的切削工作。（5）副切削刃 刀具前面与副后面相交而得到的刃边，它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。（6）刀尖 刀尖是指主切削刃与副切削刃连接处相当少的一部分切削刃，如图1-7所示，刀尖有三种形式，可以是近似的点，即刀尖圆弧半径r=0，如图1-7a所示；修圆刀尖r＞0，如图1-7b所示；倒角εε刀尖，直线过渡刃，如图1-7c所示。图1-6 外圆车刀的构造图1-7 刀尖形式
其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。刨刀切削部分的形状与车刀相同；钻头可看作是两把一正一反并在一起同时镗削孔壁的车刀，因此有两个主切削刃和两个副切削刃，另外还多了一个横刃；铣刀可看作是由多把车刀组合而成的复合刀具，每一个刀齿相当于一把车刀。1.2.2 刀具标注角度
1.正交平面静止参考系
正交平面参考系由三个互相垂直的基面、切削平面、正交平面组成，如图1-8所示。（1）基面 通过切削刃选定点垂直于该点切削速度方向的平面。由于刀具静止参考系是在假定条件下建立的，因此对车刀、刨刀来说，其基面平行于刀具的底面，对钻头、铣刀等旋转刀具来说则为通过切削刃某选定点且包含刀具轴线的平面。基面是刀具制造、刃磨及测量时的定位基准。（2）切削平面 通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。当切削刃为直线刃时，过切削刃选定点的切削平面即是包含切削刃并垂直于基面的平面。（3）正交平面 通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。图1-8 正交平面静止参考系
2.刀具标注角度
刀具标注角度是指在刀具设计图样上标注的角度，是制造、刃磨刀具的依据。车刀在正交平面参考系中独立的标注角度有6个，如图1-9所示。图1-9 刀具标注角度（1）前角γ 前面与基面之间的夹角，在正交平面内测量。前角o有正、负和零度之分，当前面与切削平面夹角小于90°时前角为正值，大于90°时前角为负值，前面与基面重合时为零度前角。（2）后角α 后面与切削平面之间的夹角，在正交平面内测量。o当后面与基面夹角小于90°时后角为正值。为减小刀具和加工表面之间的摩擦等，后角一般为正值。（3）主偏角κ 主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向之r间的夹角，在基面内测量。主偏角一般为正值。（4）副偏角κ′ 副切削刃在基面上的投影与假定进给运动反方向r之间的夹角，在基面内测量。副偏角一般也为正值。（5）刃倾角λ 主切削刃与基面之间的夹角，在切削平面内测s量。当刀尖是主切削刃的最高点时刃倾角为正值，当刀尖是主切削刃的最低点时刃倾角为负值，当主切削刃与基面重合时刃倾角为零度。刃倾角的正负规定如图1-10所示。图1-10 刃倾角的正负规定（6）副后角α′ 过副切削刃选定点垂直于副切削刃在基面上的投o影作出副切削刃的正交平面，在副切削刃的正交平面内可测量副后角，副后角是副后面与副切削刃的切削平面之间的夹角，在副切削刃的正交平面内测量。副后角决定了副后面的位置。（7）刀尖角ε 主、副切削刃在基面投影之间的夹角，在基面内r测量。此角为派生角度。即（8）楔角β风前面与后面之间的夹角，在切削平面内测量。此0角为派生角度。在正交平而内，前角和后角决定了前而和后而的位置，楔角可由前角和后角派生得到，即1.2.3 刀具工作角度
1.刀具工作角度概念
在进行金属切削加工时，由于车刀具安装位置和进给运动的影响，刀具实际切削角度不等于车刀的标注角度，其变化的原因是切削运动使基而、切削平而和正交平面位置产生变化，不再是静止参考系的理论位置。用切削过程中实际的基面、切削平面和正交平面为参考系（即工作参考系）所确定的角度称为刀具工作角度。
2.横向进给运动对工作角度的影响
以切断车刀加工为例，设切断车刀主偏角前角，后角，安装时刀尖对准工件的中心高。不考虑进给运动时，前角和后角为标注角度。当考虑横向进给运动后，切削刃上选定点相对于上件的运动轨迹是主运动和横向进给运动的合成运动轨迹，为阿基米德螺旋线，如图1-11所示。其合成运动v方向c为过该点的阿基米德螺旋线的切线方向。因此，工作基面和工作切削平面相对应地转动了一个ψ角，结果引起切断刀的角度的变化。
在横向进给切削或切断工件时，随着进给量f值的增加和加工直径d的减小，工作后角不断减小，刀尖接近工件中心位置时，工作后角的减小特别严重，很容易因后面和工件过渡表面剧烈摩擦使切削刃崩碎或工件被挤断，切削中应引起充分重视。因此，切断工件时不宜选用过大的进给量f或在切断接近结束时，应适当减小进给量或适当加大标注后角。图1-11 横向进给运动对工作角度的影响
3.纵向进给运动对工作角度的影响
对纵向外圆车削，工件直径基本不变，进给量又较小，一般可忽略工作角度变化，不必进行工作角度的计算。但当进给量很大，如车螺纹，尤其是大导程或多线螺纹时，工作角度与标注角度相差很大，必须进行工作角度计算。
如图1-12所示，当车螺纹时，工作切削平面与螺纹切削点相切，与刀具切削平面成μ角，由于工作基面与工作切削平面垂直，因此工作基面也绕基面旋转μ角。
车削右螺纹时，刀具工作前角增大，工作后角减小，当进给量f较小时，影响可忽略，因此在一般的外圆车削中，因进给量小，常不考虑其对工作角度的影响。图1-12 纵向进给运动对工作角度的影响
4.刀具安装高低对工作角度的影响
在外圆横车时，忽略进给运动的影响，并假定κ=90°，λ=0°，rs当刀尖安装得高于工件中心时，工作切削平面和工作基面将转动θ角，使工作前角增大、工作后角减小，如图1-13所示。
当刀尖安装得低于工件中心时，刀具工作角度的变化则相反。内孔镗削时的角度变化情况恰好与外圆车削时的情况相反。图1-13 刀具安装高低对工作角度的影响
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]