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導(dǎo)讀

選擇切削用量的途徑

影響切削用量的因素很多，有工件材料、刀具材料、刀具幾何參數(shù)、工藝類別、加工工序以及具體的使用條件，如機(jī)床、裝夾、切削液等眾多的因素，加上這些因素的不確定性及難以量化的特點(diǎn)，因此尚無(wú)一個(gè)方法來(lái)精確地算出切削用量。一般獲得切削用量的途徑有三條：

1. 查手冊(cè) 

一般可以查到切削速度、進(jìn)給量和刀具壽命。手冊(cè)上的數(shù)據(jù)是通過(guò)特定條件下的切削試驗(yàn)來(lái)建立計(jì)算切削用量的數(shù)學(xué)模型，由于具體使用條件與試驗(yàn)條件的差別，采用時(shí)要作一定的修正，并在以后的使用中再作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2. 查刀具制造商的樣本或由他們提供的光盤 

這些樣本或光盤在介紹產(chǎn)品的同時(shí)也推薦相對(duì)應(yīng)的切削速度和進(jìn)給量，這些數(shù)據(jù)不僅對(duì)于該公司的刀具有參考的價(jià)值，對(duì)于相同類型的刀具加工同一類工件材料也有一定的借鑒作用，使用時(shí)也要在應(yīng)用中加以調(diào)整，使其更符合使用條件。

3. 做切削試驗(yàn) 

把試驗(yàn)的條件盡可能符合實(shí)際的使用狀況，所獲得的結(jié)果最可靠。為了使切削試驗(yàn)的結(jié)果有可比性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)車刀、立銑刀、鉆頭的試驗(yàn)條件、程序及數(shù)據(jù)處理都作了嚴(yán)格的規(guī)定，我國(guó)也頒布了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 16461—1996《單刃車削刀具壽命試驗(yàn)》、GB/T 16459—1996《面銑刀壽命試驗(yàn)》、GB/T 16460—1996《立銑刀壽命試驗(yàn)》。

合理切削用量的選擇方法

1. 背吃刀量a_p 的選擇 

在切削用量三要素中，通常先選背吃刀量，一般根據(jù)加工性質(zhì)和加工余量來(lái)確定。還要考慮工件材料、刀具材料、機(jī)床和加工工序等具體的工藝因素，對(duì)余量作合理的分配。從車削的生產(chǎn)率計(jì)算公式可見(jiàn)，生產(chǎn)P=A₀v_cfa_p(其中A₀為常數(shù))，提高a_p，生產(chǎn)率成正比提高，還因?yàn)?span style="font-family: Times-Italic;">a_p對(duì)刀具壽命的影響最小，在刀具壽命一定時(shí)，增加a_p比增加f 對(duì)提高生產(chǎn)率有利。因此，粗加工時(shí)，盡可能取大的a_p值，減少進(jìn)給的次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。但加大a_p使切削力增加，尤其在余量大的時(shí)候切削力會(huì)很大，a_p的增加應(yīng)受機(jī)床功率和系統(tǒng)剛性的限制。在半精加工或精加工時(shí)，加工余量應(yīng)取較小的值，以減小切削力和變形，增加刀具壽命，保證加工質(zhì)量，然而對(duì)于加工硬化嚴(yán)重的材料，最小的背吃刀量應(yīng)超過(guò)上道工序產(chǎn)生的硬化層的深度。

a_p一般根據(jù)加工性質(zhì)與加工余量確定。切削加工一般分為粗加工(表面粗糙度值Ra=50～12. 5μm)、半精加工（Ra=6. 3～3. 2μm）和精加工（Ra=1. 6～0.8μm）。例如在中等功率機(jī)床上采用硬質(zhì)合金刀具車外圓時(shí)，粗車取a_p=2~6mm，半精車取a_p=0.3~2mm，精車取a_p=0.1~0.3mm。

在下列情況下，粗車要分多次進(jìn)給：

（1）加工余量過(guò)大，一次進(jìn)給的切削力過(guò)大，以致機(jī)床功率不足或刀具強(qiáng)度不夠。

（2）工藝系統(tǒng)剛度較低，或加工余量極不均勻，引起很大振動(dòng)時(shí)，如加工細(xì)長(zhǎng)軸和薄壁工件時(shí)。

（3）斷續(xù)切削，刀具會(huì)受到很大沖擊而造成打刀時(shí)。

即使是在上述情況下，也應(yīng)把第一次進(jìn)給或前幾次進(jìn)給的a_p取得盡量大些，若為兩次進(jìn)給，則第一次的a_p一般取加工余量的2/3~3/4。應(yīng)盡量使背吃刀量超過(guò)硬皮或冷硬層厚度，以預(yù)防刀尖過(guò)早磨損。

2. 進(jìn)給量f 的選擇 

進(jìn)給量對(duì)刀具壽命的影響比背吃刀量大，但比切削速度小。進(jìn)給量主要根據(jù)工件材料的強(qiáng)度、硬度、刀具材料類別、加工工序等因素按經(jīng)驗(yàn)或樣本、手冊(cè)等資料選取。

（1）粗加工時(shí)，對(duì)已加工表面質(zhì)量要求不高，這時(shí)切削力較大，進(jìn)給量f 的選擇主要受切削力的限制。在刀桿、工件剛度、刀片與機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度允許的情況下，選取較大的進(jìn)給量。

（2）半精加工和精加工時(shí)，因背吃刀量a_p較小，產(chǎn)生的切削力不大，進(jìn)給量的選擇主要受加工表面質(zhì)量的限制。當(dāng)?shù)毒哂泻侠淼倪^(guò)渡刃、修光刃且采用較高的切削速度時(shí)，進(jìn)給量f 可適當(dāng)選大些，以提高生產(chǎn)效率。

在生產(chǎn)中，進(jìn)給量常常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過(guò)查表來(lái)選取。粗加工時(shí)，進(jìn)給量可根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量a_p來(lái)選擇。表1-9中給出了硬質(zhì)合金刀具粗車外圓的進(jìn)給量。

在半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)按加工表面粗糙度值的大小，根據(jù)工件材料和預(yù)先估計(jì)的切削速度v_c與刀尖圓弧半徑r_ε來(lái)選取f，如表1-10所示。

按經(jīng)驗(yàn)確定的粗車進(jìn)給量f在某些特殊情況下，如切削力很大、工件長(zhǎng)徑比很大、刀桿伸出長(zhǎng)度很大（車內(nèi)孔）時(shí)，需要進(jìn)行刀桿強(qiáng)度和剛度、刀片強(qiáng)度、機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、工件剛度等方面的校驗(yàn)。最后，應(yīng)按機(jī)床說(shuō)明書(shū)來(lái)確定進(jìn)給量。

3. 切削速度v_c 的選擇 

當(dāng)?shù)毒呤褂脡勖?em>T、背吃刀量a_p與進(jìn)給量f 確定后，即可計(jì)算切削速度v_c

式中 Kv_c——切削速度修正系數(shù)，與刀具材料和幾何參數(shù)、工件材料等有關(guān)。

C_v、x_v、y_v、m及Kv_c值可查表1-11。

切削速度確定之后，即可算出機(jī)床轉(zhuǎn)速n（r/min）

n=1000v_c/πd_w

選定的轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)確定（取相近較低的轉(zhuǎn)速n），最后再根據(jù)選定的轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算實(shí)際切削速度。

在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：

（1）粗車時(shí)，a_p和f 較大，故選擇較低的v_c；反之精車時(shí)選擇較高的v_c 。

（2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的v_c 。

（3）切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度降低20%～30%；切削調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼比切削正火、退火狀態(tài)鋼要降低切削速度20%～30%；切削有色金屬比切削中碳鋼的切削速度可提高100%～300%，如表1-11所示。

（4）刀具材料的切削性能越好，切削速度也選得越高，如硬質(zhì)合金的切削速度比高速鋼刀具可高幾倍，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具要高，陶瓷、金剛石和CBN刀具可采用更高的切削速度。

在確定切削速度時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

（1）精加工時(shí)，應(yīng)盡量避開(kāi)積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。

（2）斷續(xù)切削時(shí)，為減少?zèng)_擊和熱應(yīng)力，宜適當(dāng)降低切削速度。

（3）在易發(fā)生振動(dòng)情況下，切削速度應(yīng)避開(kāi)自激振動(dòng)的臨界速度。

（4）加工大型工件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁工件或帶外皮的工件，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。

校驗(yàn)機(jī)床功率，切削功率：P_c＝F_cv_c×10-3kw<P_Eη _m。P_E可從機(jī)床說(shuō)明書(shū)中查詢，如不能滿足上式，就要進(jìn)行分析，適當(dāng)減小所選切削用量。

切削用量三要素對(duì)刀具壽命的影響程度不同，由大到小影響次序是：v_c、f、a_p。為保持已確定的刀具壽命，若提高其中一要素，則必須相應(yīng)地降低另外兩要素（見(jiàn)表1-12、表1-13）?？梢?jiàn)切削用量三要素對(duì)生產(chǎn)率的影響程度是不同的。

本文部分內(nèi)容摘自機(jī)械工業(yè)出版社圖書(shū)《數(shù)控刀具選用指南 第2版》（圖書(shū)詳情），由金屬加工整理，如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系金屬加工微信公眾號(hào)（ID：mw1950pub）。

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