數(shù)控加工切削用量的選擇

摘要：切削用量選擇得當，可提高加工效率和提高刀具的使用壽命。文章論述了合理選用切削用量對加工效率、加工質(zhì)量、刀具磨損和加工成本的影響，提出數(shù)控加工中切削用量的選擇原則及其影響因素。

關鍵詞：數(shù)控加工；切削用量；高速切削；刀具耐用度

中圖分類號：TG501 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）11-0094-02

在數(shù)控加工中，切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，切削用量的大小對加工效率、加工質(zhì)量、刀具磨損和加工成本均有顯著影響。切削用量選擇得當，可提高加工效率和提高刀具的使用壽命。那么如何才能合理選擇它呢？

講到切削用量的選擇，大多數(shù)的教材和文獻都說是根據(jù)計算公式得出來的。而且刀具、機床出廠時都附有切削用量推薦表，那我們是不是就是直接選用上面的數(shù)值來加工呢？本文重點將圍繞這方面展開議論。希望能給同行有所幫助，特別是能給新手有所幫助。

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（主軸轉速）、背吃刀量、進給量，通常稱為切削用量三要素。

數(shù)控車削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主軸轉速n或切削速度vc（用于恒線速度切削）、進給速度轉vf或進給量f。這些參數(shù)均應在機床給定的允許范圍內(nèi)選取。它們的選擇原則是由切削的條件決定的。

1.1 粗車

粗車時，應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，選擇切削用量時應首先選取盡可能大的背吃刀量ap，其次根據(jù)機床動力和剛性的限制條件，選取盡可能大的進給量f，最后根據(jù)刀具耐用度要求，確定合適的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次數(shù)減少，增大進給量f有利于斷屑。

1.2 半精與精車

半精與精車時，因為要保證加工的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率節(jié)約加工成本。加工切削用量的選擇應該要用小而均勻的背吃刀量，慢的進給但不能太慢，以免延長了加工時間，高的主軸轉速以提高工件加工表面的質(zhì)量。選取的刀具性能要高，盡可能地提高切削速度減少加工的時間及換刀的次數(shù)。

數(shù)銑、加工中心銑削加工的切削用量包括主軸旋轉速度、切削進給速度、背吃刀量（加工深度Z）和側吃刀量XY。機床—刀具—工件系統(tǒng)的剛性是限制切削用量的重要因素。從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是先選擇背吃刀量或側吃刀量，其次選擇切削進給速度，最后確定主軸旋轉速度。因為數(shù)控銑削能夠采取多種多樣的加工方法，對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量。銑削用量是加工過程中重要的組成部分，合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，是以去除多余的材料為主，在機床與刀具的能力范圍內(nèi)盡可能保證較高的金屬切除率；半精加工和精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。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，降低加工成本。

2 影響切削用量的因素

由上面的切削用量的選擇原則我們知道，決定切削用量數(shù)值的主要因素有以下四個方面：

2.1 數(shù)控加工機床

切削用量的選擇應控制在機床的允許的功率和速度范圍之內(nèi)，機床的剛性應保證在加工的過程中不發(fā)生較大振動，保持熱穩(wěn)定性好，熱變形小，即可適當提高切削

用量。

2.2 刀具

磨刀不誤砍柴工，寓意著一把好刀的重要性。刀具在切削過程中，除了主要承受刀具和工件之間的切削抗力之外，還要承受切屑和刀具前刀面的摩擦力、刀具主后刀面和工件的摩擦力、刀具和工件的沖擊力以及由于工件被切除部分的變形及切屑和刀具之間的摩擦所產(chǎn)生的高溫等，因此，刀具材料的選擇至關重要。表1就是刀具材料的切削性能情況。

現(xiàn)在數(shù)控機床所用的刀具多采用可轉位刀片（機夾刀片）。機夾刀片的材料和形狀尺寸須按工件材料、加工部位的幾何形狀、粗、精加工等選用。刀片的成本相對一體式的刀具還是比較劃算的，所以選取的刀片應該選用切削性能較高的刀片，為節(jié)約加工成本而一味選用較便宜的刀片實際上可能反而因為經(jīng)常更換增加了刀具成本。新型材料刀片雖然價格較貴，但可以縮短加工時間，延長刀具壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此可能具有更好的經(jīng)濟性。

2.3 工件

工件材料不同，易切削性不同，斷屑情況也不同，有時采用各種熱處理方法可改善其切削性能，不同的切削材料所選擇的加工刀具也不一樣，從而影響著切削用量的選擇。進給量f的選取主要依據(jù)工件材料的力學性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料強度和硬度越高，f越小；反之則越大。常見的工件材料鋁合金易切削，鑄鐵、結構鋼、高碳鋼等較難切削，不銹鋼、鈦合金切削困難，有時采用各種熱處理方法可改善其切削性能。硬質(zhì)合金銑刀的每齒進給量高于同類高速鋼銑刀。工件表面粗糙度要求越高，f就越小。工件剛性差或刀具強度低時，應取較小值。還有工件的結構、形狀對切削用量的選擇影響也比較大。如薄板形工件，由于機床振動、切削力及薄板的彈性退讓極易產(chǎn)生切削面的振動而影響加工精度，從而難以保證薄板厚度尺寸公差和表面粗糙度，這時，選取的加工方式與切削用量還要根據(jù)實際情況而定。

2.4 冷卻液

冷卻液具有冷卻和潤滑作用，可帶走切削過程產(chǎn)生的切削熱與切屑，降低工件、刀具、夾具機床的溫升，減少刀具與工件的摩擦，提高刀具壽命和工件表面加工質(zhì)量。使用冷卻液后，通?？梢赃m量增加切削用量，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。

現(xiàn)在，隨著CAD/CAM技術的發(fā)展，許多CAD/CAM軟件都提供自動編程功能，這些軟件能提供各種各樣的加工方法與加工方式。采用這些不同的加工方式也能影響著加工過程中切削用量的數(shù)值。還有近年興起的高速切削，它是針對不同金屬材料的工件，當切削速度到達某一特定值時，切削溫度不但不會升高反而會降低，產(chǎn)品的質(zhì)量也會改善，生產(chǎn)效率也會大幅度提高。它打破了傳統(tǒng)加工切削條件的制約，相對傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性，所以得到工業(yè)界越來越廣泛的應用。

由此可見，數(shù)控加工過程中，合理地選擇切削用量并不容易。所謂“合理的”切削用量是指充分利用現(xiàn)有條件：包括機床動力性能（功率、扭矩）和刀具切削性能（硬度、耐磨性），達到所要求加工質(zhì)量前提下，減少加工所需的時間以獲得高的生產(chǎn)率和降低加工成本所用的切削用量。切削加工中，切削用量三要素是相互聯(lián)系的，其中任一參數(shù)的改變都會導致另外參數(shù)產(chǎn)生變化。當切削用量增大時，刀刃負荷也相應的增加，而且切削熱增加，刀具磨損加快，從而又限制了加工速度與加工成本的提高。因此，我們要做的不是單一地從計算公式里得出數(shù)值就用行了。而是要根據(jù)經(jīng)驗把算出來的數(shù)值作為參考得出經(jīng)驗的數(shù)值，能保證此時的高生產(chǎn)率和低加工成本才是合理的。

數(shù)控技術經(jīng)過近10年的高速發(fā)展，現(xiàn)在已進入高速加工時代。其選擇切削用量的原則是“少切快走”，即切削深度和行距很小，但進給速度高的高速加工，高速切削的特點決定了高速切削可以節(jié)省切削液、刀具材料和切削工時，從而可極大限度地節(jié)約加工成本和提高經(jīng)濟效益，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，因此，高速切削在工業(yè)生產(chǎn)尤其是規(guī)模較大的汽車企業(yè)和與之相關的模具制造業(yè)上的應用極其廣泛。

參考文獻

[1]王增杰.數(shù)控銑床與加工中心操作技能操練[M].南京：江蘇教育出版社，2010.

[2]劉萬菊.數(shù)控加工工藝及編程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[3]高勇，等.UGNX中文版數(shù)控加工基礎教程[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[4]鄭煥文.機械制造工藝學[M].北京：高等教育出版社，1994.

作者簡介：李德貴（1972—），廣東湛江人，肇慶市技師學院講師，研究方向：數(shù)控加工與模具。

（責任編輯：劉 晶）