數(shù)控加工中切削用量的合理選擇

王軍

（大慶石化公司物資供應(yīng)中心，黑龍江 大慶 163714）

在機(jī)械加工中,切削用量的優(yōu)化選擇問(wèn)題已成為現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)中極為重要的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題之一.在相同的加工條件下，選用不同的切削用量會(huì)產(chǎn)生不同的切削效果，生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本、加工精度、表面質(zhì)量等問(wèn)題均取決于正確選擇切削用量。分析影響切削用量選擇的主要因素有:切削速度、質(zhì)量等級(jí)、切削功率、刀具耐用度、表面粗糙度等。實(shí)際上各因素對(duì)切削用量的影響程度具有模糊性。目前，許多工廠(chǎng)都是通過(guò)查參考手冊(cè)、實(shí)踐資料或憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定切削用量的.但推薦的切削用量是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下得到的，運(yùn)用于具有多變性的實(shí)際加工環(huán)境中，其本身就具有一定的誤差，因此切削用量實(shí)質(zhì)上是一個(gè)不確定的模糊量。要準(zhǔn)確、合理地選擇切削用量，必須對(duì)各影響因素作出一系列分析，并應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論根據(jù)各影響因素對(duì)切削用量選擇的影響程度作出定量評(píng)判。

現(xiàn)在，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，許多CAD/CAM軟件都提供自動(dòng)編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問(wèn)題，比如：刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設(shè)定等，編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù)，就可以自動(dòng)生成NC程序并傳輸至數(shù)控機(jī)床完成加工。因此，數(shù)控加工中切削用量的確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成的，這與普通機(jī)床加工形成鮮明的對(duì)比，同時(shí)也要求編程人員必須掌握切削用量確定的基本原則，在編程時(shí)充分考慮數(shù)控加工的特點(diǎn)來(lái)合理的選擇切削用量。文章對(duì)數(shù)控編程中必須面對(duì)切削用量的確定問(wèn)題進(jìn)行了探討，給出了若干原則和建議，且對(duì)應(yīng)該注意的問(wèn)題進(jìn)行了討論。

1 數(shù)控加工中切削用量的選擇原則

切削用量包括切削速度(主軸轉(zhuǎn)速)、背吃刀量、進(jìn)給量，通常稱(chēng)為切削用量三要素。數(shù)控加工中選擇切削用量，就是在保證加工質(zhì)量和刀具耐用度的前提下，充分發(fā)揮機(jī)床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工時(shí)切削用量的選擇原則如下。

粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)效率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本。切削用量的選擇原則首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后根據(jù)刀具耐用度確定最佳的切削速度。

半精加工和精加工時(shí),應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。切削用量的選擇原則首先根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據(jù)已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進(jìn)給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，盡可能選取較高的切削速度。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而定。

1.1 背吃刀量ap(mm)的選擇

背吃刀量ap根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)的剛度確定。在機(jī)床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量,這是提高生產(chǎn)率的一個(gè)有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留一定的余量進(jìn)行精加工。數(shù)控機(jī)床的精加工余量可略小于普通機(jī)床。具體選擇如下：

粗加工時(shí)，在留下精加工、半精加工的余量后，盡可能一次走刀將剩下的余量切除；若工藝系統(tǒng)剛性不足或余量過(guò)大不能一次切除，也應(yīng)按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap應(yīng)盡可能大些，使刀口在里層切削，避免工件表面不平及有硬皮的鑄鍛件。

當(dāng)沖擊載荷較大（如斷續(xù)表面）或工藝系統(tǒng)剛度較差（如細(xì)長(zhǎng)軸、鏜刀桿、機(jī)床陳舊）時(shí)，可適當(dāng)降低ap，使切削力減小。

精加工時(shí)，ap應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定，采用逐漸降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面質(zhì)量。一般精加工時(shí)，取ap=0.05～0.8mm；半精加工時(shí)，取ap=1.0～3.0mm。

1.2 切削寬度L（mm）

一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。在數(shù)控加工中，一般L的取值范圍為:L=(0.6～0.9)d。

1.3 進(jìn)給量(進(jìn)給速度)f(mm/min或mm/r)的選擇

進(jìn)給量(進(jìn)給速度)是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，根據(jù)零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，參考切削用量手冊(cè)選取。對(duì)于多齒刀具,其進(jìn)給速度vf、刀具轉(zhuǎn)速n、刀具齒數(shù)Z及每齒進(jìn)給量fz的關(guān)系為:Vf=fn=fzzn。

粗加工時(shí),由于對(duì)工件表面質(zhì)量沒(méi)有太高的要求,f主要受刀桿、刀片、機(jī)床、工件等的強(qiáng)度和剛度所承受的切削力限制，一般根據(jù)剛度來(lái)選擇。工藝系統(tǒng)剛度好時(shí)，可用大些的f；反之，適當(dāng)降低f。

精加工、半精加工時(shí)，f應(yīng)根據(jù)工件的表面粗糙度Ra要求選擇。Ra要求小的，取較小的f，但又不能過(guò)小，因?yàn)閒過(guò)小，切削厚度hD過(guò)薄，Ra反而增大，且刀具磨損加劇。刀具的副偏角愈大，刀尖圓弧半徑愈大，則f可選較大值。一般，精銑時(shí)可取20～25mm/min,精車(chē)時(shí)可取0.10～0.20mm/r。還應(yīng)注意零件加工中的某些特殊因素。比如在輪廓加工中，選擇進(jìn)給量時(shí)，應(yīng)考慮輪廓拐角處的超程問(wèn)題。特別是在拐角較大、進(jìn)給速度較高時(shí)，應(yīng)在接近拐角處適當(dāng)降低進(jìn)給速度，在拐角后逐漸升速，以保證加工精度。

1.4 切削速度Vc（m/min）的選擇

根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量、進(jìn)給量及刀具耐用度選擇切削速度。可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，也可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在機(jī)床說(shuō)明書(shū)允許的切削速度范圍內(nèi)查表選取或者參考有關(guān)切削用量手冊(cè)選用。在選擇切削速度時(shí)，還應(yīng)考慮：應(yīng)盡量避開(kāi)積屑瘤產(chǎn)生的區(qū)域；斷續(xù)切削時(shí)，為減小沖擊和熱應(yīng)力，要適當(dāng)降低切削速度；在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，切削速度應(yīng)避開(kāi)自激振動(dòng)的臨界速度；加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁工件時(shí),應(yīng)選用較低的切削速度；加工帶外皮的工件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度；工藝系統(tǒng)剛性差的，應(yīng)減小切削速度。

1.5 主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)

主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度VC來(lái)選定。

計(jì)算公式為:n=1000VC/πD

式中，D為工件或刀具直徑（mm）。

數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)(倍率)開(kāi)關(guān)，可在加工過(guò)程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。

2 結(jié)論

隨著數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在數(shù)控加工程序的編制過(guò)程中，要在人機(jī)交互狀態(tài)下合理的確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉數(shù)控加工中切削用量的確定原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況，選擇出合理的切削用量，從而保證零件的加工質(zhì)量和加工效率，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。

[1][王秀倫.現(xiàn)在工藝管理技術(shù).中國(guó)鐵道出版社.2004

[2]李鴻吉.模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及實(shí)用算法.科學(xué)出版社.2005

[3]陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械工藝手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.2003