機(jī)加工中切削用量的合理選擇

襄陽(yáng)汽車(chē)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鄭 穎

切削用量是表示機(jī)床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)大小的重要參數(shù)。切削用量的確定是機(jī)加工工藝中的重要內(nèi)容，切削用量的大小對(duì)加工效率、加工質(zhì)量、刀具磨損和加工均有顯著影響。機(jī)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。合理選擇切削用量主要從以下幾方面考慮。

（1）加工質(zhì)量：切削用量包括切削速度V（主軸轉(zhuǎn)速S）、進(jìn)給量F、背吃刀量ap，通常稱(chēng)為切削用量三要素。切削深度和進(jìn)給量增大，都會(huì)使切削力增大，降低加工精度和增大表面粗糙度值。切削速度增大時(shí)，切削力減小，并可減小或避免積屑瘤，有利于加工質(zhì)量和表面質(zhì)量提高。合理提高工件旋轉(zhuǎn)速度，降低進(jìn)給速度，降低吃刀深度，都可以提高加工質(zhì)量。

（2）刀具耐用度T：所謂刀具耐用度是指刃磨后的刀具從開(kāi)始切削至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所用的切削時(shí)間。影響刀具耐用度的因素，歸納起來(lái)可以分為5個(gè)方面：切削用量、刀具的幾何參數(shù)、工件材料、刀具材料、刀具的刃磨質(zhì)量和潤(rùn)滑冷卻條件。切削用量對(duì)刀具耐用的影響可用如下關(guān)系式表達(dá)：（式中CT 是刀具耐用度系數(shù)）由上式看出，切削速度對(duì)刀具耐用度影響最大，進(jìn)給量次之，背吃刀量影響最小。例如用YT 15硬質(zhì)合金車(chē)刀，以f＝0．3～0．75的進(jìn)給量車(chē)削σb＝7．5kgf／mm的碳素鋼時(shí)，當(dāng)切削速度v增大一倍時(shí)，刀具耐用度下降97%；進(jìn)給量f增大一倍時(shí)，刀具耐用度下降70%，而背吃刀量ap增大一倍時(shí)，刀具耐用度下降僅40%左右，因此當(dāng)確定了刀具耐用度的合理值后，應(yīng)首先考慮增大背吃刀量ap，然后根據(jù)加工條件和加工要求選擇盡可能大的進(jìn)給量和切削速度。

（3）粗、精加工時(shí)切削用量的選擇：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)效率為主（較高的金屬切除率），但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本（必要的刀具耐用度）。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。增大背吃刀量可使走刀次數(shù)減少，增大進(jìn)給量有利于斷屑。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背吃刀量ap（mm）：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。②切削寬度ae（mm）一般ae與刀具直徑D成正比，與背吃刀量ap成反比。在數(shù)控加工中，一般ae的取值范圍為ae＝（0．6～0．9）D。③進(jìn)給量（進(jìn)給速度）F（mm／min或mm／r）：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)給量F、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F＝n×z×fz。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(xiàn)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。半精加工、精加工時(shí)，F(xiàn)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)镕過(guò)小，切削厚度h D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。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。④切削速度v（m／min）：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?？捎媒?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。⑤主軸轉(zhuǎn)速n（r／min）：主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度V來(lái)選定。計(jì)算公式為：n＝1 000V／πD，式中D為工件或刀具直徑（mm）。

（4）不同切削條件下對(duì)切削用量的選擇：在不同的工件材料、工件形狀、切削要求、車(chē)刀材料及工件、車(chē)刀、夾具和機(jī)床系統(tǒng)的剛性等條件下，切削用量選擇需做適當(dāng)調(diào)整。①斷續(xù)切削與連續(xù)切削的比較。如粗車(chē)偏心軸，在斷續(xù)切削時(shí)，工件對(duì)刀刃、特別是刀尖有著一個(gè)較大的沖擊力，因此斷續(xù)切削的切削用量應(yīng)比連續(xù)切削選得小一些。②荒車(chē)和粗車(chē)時(shí)的比較。鍛造和鑄造的工件，一般表面很不平整，而且表皮硬度較高，當(dāng)粗車(chē)第一刀（即荒車(chē)）時(shí)，如果切削較少，會(huì)使刀刃受到一個(gè)不均勻的沖擊力，易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的磨損。所以荒車(chē)時(shí)，把吃刀深度應(yīng)放在第一位來(lái)考慮，其意義比粗車(chē)時(shí)更為突出，當(dāng)工件、車(chē)刀、夾具和機(jī)床剛性許可時(shí)，應(yīng)該加大吃刀深度，適當(dāng)減小走刀量和切削速度，使工件表面全部車(chē)出，這樣可以減小沖擊力的變化，避免刀尖和硬度較高的表皮層相接觸，不易磨損。③車(chē)削管料工件和軸類(lèi)工件的比較。管料工件一般較長(zhǎng)，剛性較差，因此在精車(chē)管料工件時(shí)，切削速度和吃刀深度要比軸類(lèi)工件選得小一些，而走刀量可適當(dāng)選得大一些，以減少振動(dòng)。④車(chē)外圓和車(chē)內(nèi)孔的比較。由于車(chē)內(nèi)孔時(shí)，刀桿尺寸受到限制，車(chē)刀剛性比車(chē)外圓的車(chē)刀要差，車(chē)削時(shí)車(chē)刀容易振動(dòng)，所以車(chē)內(nèi)孔時(shí)選擇的切削用量，特別是吃刀深度和走刀量，要比車(chē)削外圓時(shí)小。⑤使用高速鋼車(chē)刀和硬質(zhì)合金車(chē)刀的比較。由于高速鋼的熱硬性比硬質(zhì)合金車(chē)刀差，因此在使用高速鋼車(chē)刀車(chē)削時(shí)，選擇的切削用量應(yīng)比使用硬質(zhì)合金車(chē)刀小，尤其是切削速度，高速鋼車(chē)刀的切削速度大體為硬質(zhì)合金車(chē)刀的1／4～1／5。當(dāng)采用高速鋼車(chē)刀寬刃大走刀加工中碳鋼工件時(shí)，一般采用切削速度v＝3～5m／min。⑥車(chē)削大型工件和中小型工件時(shí)的比較。車(chē)削大型工件時(shí)，機(jī)床和工件的剛性好，其吃刀深度和走刀量應(yīng)選得比車(chē)削中小型工件時(shí)大。但切削速度應(yīng)降低些，以保證車(chē)刀的耐用度，并減少工件回轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

因此，在機(jī)加工中切削用量的確定原則，應(yīng)該結(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。

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