數(shù)控機床編程與操作數(shù)控機床加工的切削用量

1、第4講數(shù)控機床加工的切削用量4.1 車削加工與刀具車削加工與刀具4.2 車削加工切削用量的選擇車削加工切削用量的選擇4.3 銑削加工與刀具銑削加工與刀具4.4 銑削加工切削用量的選擇銑削加工切削用量的選擇 第4講數(shù)控機床加工的切削用量4.1 車削加工與刀具車削加工與刀具1.車削加工原理 在數(shù)控車床上，可以進行工件的外表面、端面、內(nèi)表面以及內(nèi)、外螺紋的加工。要完成這些加工，刀具和工件之間必須具有相對運動，這種相對運動稱為切削運動。根據(jù)切削運動在切削過程中的不同可以分為主運動和進給運動。各種機床的主運動和進給運動見下表：主運動主軸（砂輪刀具）工作臺（或砂輪軸）機床類型數(shù)控車床數(shù)控銑床數(shù)控磨床數(shù)控鏜

2、床主軸（工件）主軸（刀具）主軸（刀具）進給運動刀架工作臺工作臺 第4講數(shù)控機床加工的切削用量（1）主運動 主運動是指機床提供的主要運動。主運動使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，從而使刀具的前刀面接近工件并對工件進行切削。在車床上，主運動是機床上主軸的回轉運動。這一點對于普通車床和數(shù)控車床是一樣的。（2）進給運動 進給運動是指由機床提供的使刀具與工件之間產(chǎn)生的附加相對運動。進給運動與主運動相配合，可以形成完整的切削加工。在普通車床上進給運動是機床刀架（溜板）的直線移動。它可以是縱向的移動（與機床主軸線平行），也可以是橫向的移動（與機床主軸軸線垂直），但只能是一個方向的移動。例如車削外圓時，車刀沿平行

3、工件軸線（即主軸軸線的方向）作縱向運動；而車削端面時，車刀沿垂直于機床主軸軸線的方向作橫向移動。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量 與普通車床不同的是，數(shù)控車床可以同時實現(xiàn)兩個方向的進給，從而加工出各種具有復雜母線的回轉體工件。 在車削加工中，主運動消耗的能量較大，進給運動所消耗的能量要小些。在普通車床中，主運動和進給運動的動力都來源于同一臺電動機。通過一系列的機械傳動，把電動機的能量分配給主運動和進給運動，進而實現(xiàn)車削加工。在數(shù)控車床中，主運動和進給運動是由不同的電動機來驅動的，分別稱為主軸電動機和坐標軸伺服電動機。它們由機床的控制系統(tǒng)進行控制，自動完成切削加工。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量2

4、.切削用量 切削用量是指機床在切削加工時的狀態(tài)參數(shù)（如圖如圖）。不同類型的機床對切削用量參數(shù)的表述也略有不同，但其基本的含義都是一致的。（1）切削速度（V c） 切削刃上的切削點相對于工件運動的瞬時速度稱為切削速度。切削速度的單位為mm /min。在各種金屬切削機床中，大多數(shù)切削加工的主運動都是機床主軸的運動，即都是回轉運動。切削速度與機床主軸之間進行轉換的關系為：Vc = dn/1000式中：Vc 切削速度， mm /min；d 工件直徑， mm；n 主軸轉速，r/min 。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量（2）進給量（f ） 不同種類的機床，進給量的單位是不同的。對于普通車床，進給量為工件（

5、主軸）每轉過一轉，刀具沿進給方向上相對于工件的移動量，單位為mm/r；對于數(shù)控車床，由于其控制原理與不同車床不同，進給量還可以用進給速度V f（單位為mm/min）來表示，即刀具在單位時間內(nèi)沿著進給方向上相對于工件的位移量。（3）背吃刀量（ap） 背吃刀量（原稱為切削深度）為已加工表面和待加工表面之間的垂直距離。對于車刀而言，背吃刀量ap的計算公式為：ap=（dw-dm）/2 式中：dw 待加工表面直徑，mm； dm 已加工表面直徑，mm； 第4講數(shù)控機床加工的切削用量車削加工中切削用量示意圖車削加工中切削用量示意圖ap=（dw-dm）/2 第4講數(shù)控機床加工的切削用量 切削加工中，切削速度、

6、進給量和背吃刀量這三個參數(shù)是相互關聯(lián)的。在粗加工中，為了提高效率，一般采用較大的背吃刀量。此時切削速度和進給量相對較?。欢诎刖庸ず碗A段，一般采用較大的切削速度、較小的進給量和背吃刀量，以獲得較好的加工質(zhì)量（包括表面粗糙度、尺寸精度和形狀精度）。 （4）切削時間tm切削時間是反映切削效率高低的一種指標。（5）金屬切除率 金屬切除率是指每分鐘切下工件材料的體積。它是衡量切削效率高低的另一個指標。（6）合成切削運動和合成切削速度 當主運動與進給運動同時進行時，刀具切削刃上某一點相對于工件的運動稱為合成切削運動，其大小與方向用合成速度v表示，合成速度等于主運動與進給速度之和。Vf VVcV= Vc

7、+ Vff 第4講數(shù)控機床加工的切削用量合成切削速度示意圖合成切削速度示意圖 第4講數(shù)控機床加工的切削用量3.切削刀具（車刀） 車刀分為焊接刀具和機夾刀具兩大類。 車刀切削部分的主要構成包括：（1）前刀面Ar 指被切下的切屑經(jīng)過的刀片表面。 （2）主后刀面A 刀頭上與待加工表面相對的表面。（3）副后刀面A 刀具上與已加工表面相對的表面。（4）主切削刃S 前刀面與后刀面相交處形成的切削棱，用于切出工件上的過渡表面，是刀具主要的加工刃。 （5）副切削刃S 前刀面與副后刀面相交處形成的切削棱，主要作用是配合主切削刃，完成金屬材料的切除。（6）刀尖 主切削刃與副切削刃交接處形成的切削點。刀尖有倒棱刀尖

8、和倒圓刀尖兩種。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量車刀示意圖車刀示意圖 第4講數(shù)控機床加工的切削用量4.刀具切削部分（刀頭）的幾何角度（1）基面Pr 此平面是指通過切削刃上的某個選定點且垂直于主運動方向的平面。對于車刀就是通過刀尖并與刀柄安裝平面平行的平面。 （2）切削平面Ps 是指通過切削刃上的某個選定點且垂直于基面的平面。對于一般切削刃的車刀，這個平面就是包含切削切削刃并與刀柄安裝平面垂直的平面。 （3）正交平面P。 也稱為主截面。是指通過切削刃上的選定點并同時垂直于基面和切削平面的平面。即經(jīng)過刀尖并垂直于切削刃在基面上投影的平面。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量正交平面參考系正交平面參考系 第

9、4講數(shù)控機床加工的切削用量在正交平面內(nèi)測量的角度有： 前角。 前刀面與基面的夾角。當前刀面與基面的夾角小于90時，前角為正值；刀面與基面的夾角大于90時，前角為負值。 后角。 后刀面與切削平面間的夾角。由于后角的存在，后刀面與加工過渡面之間的摩擦力大大減小。 楔角。 前刀面與后刀面間的夾角。在基面內(nèi)測量的角度有： 主偏角Kr 主切削平面與假定運動方向之間的夾角，恒定為正值。 副偏角Kr 副切削平面與假定運動反方向之間的夾角，恒定為正值。 刀尖角r 主切削平面與副切削平面之間的夾角。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量車刀的主要角度車刀的主要角度 第4講數(shù)控機床加工的切削用量5.切削層1.切削層參數(shù)

10、切削層形狀、尺寸直接影響著刀具承受的負荷。切削層尺寸與背吃刀量、進給量f 大小有關，直接影響切削過程的是切削橫截面面積及其厚度、寬度尺寸。它們的定義如下：1）切削厚度ac 垂直于加工表面度量的切削層尺寸， mm。2）切削寬度aw 平行于加工表面度量的切削層尺寸， mm。3）切削面積 A Ac 切削層在基面投影中的面積。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量切削層參數(shù)切削層參數(shù) 第4講數(shù)控機床加工的切削用量4.2 車削加工切削用量的選擇車削加工切削用量的選擇 當確定了刀具的幾何參數(shù)后，還需要選擇切削用量參數(shù)背吃刀量ap 、進給量f 和切削速度 v 才能進行切削加工。目前一般是先參考切削用量手冊，在根據(jù)經(jīng)

11、驗，最后通過工藝試驗來確定切削用量。相同的加工條件，選用不同的切削用量會產(chǎn)生不同的切削效果。切削用量選低了，會降低生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本；切削用量選高了，將加速刀具磨損，降低加工質(zhì)量，增加磨刀時間和磨刀費用，也會影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。因此，數(shù)控加工時要優(yōu)選出一組相對最佳的切削用量，在滿足經(jīng)濟性和效率較高的情況下，加工出符合質(zhì)量要求的零件。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量 機床功率 切削用量對機床功率的影響是由于切削力和切削速度變化造成的。當背吃刀量ap和切削速增大時，均使切削功率度成正比增加。此外，增大ap使切削力增加較多，而增大進給量f 使切削力增加，消耗功率也較少。所以在粗加工時，應盡 量

12、增大進給量f 。 刀具耐用度 在切削用量參數(shù)中，對刀具耐用度影響最大的因素是切削速度v，其次是進給量f ，影響最小的是背吃刀量ap。過高的切削速度和進給量，會由于經(jīng)常磨刀、裝卸刀而增加加工費用?？梢妰?yōu)先增大背吃刀量ap可提高生產(chǎn)效率。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量 加工表面粗糙度 這是在半精加工、精加工時確定切削用量應優(yōu)先考慮的因素。在理想的條件下，提高切削速度v能減小表面粗糙度值。而在一般條件下，增大背吃刀量ap對切削過程產(chǎn)生的積屑瘤、鱗刺、冷硬和殘余應力的影響并不顯著，故增大ap對表面粗糙度影響較小。所以，進給量f 的增加將主要受加工表面粗糙度的限制。 綜上所述，合理選擇切削用量應首先選取

13、盡量大的背吃刀量ap，其次選擇大的進給量f ，最后根據(jù)已確定的ap和 f ，并在刀具耐用度和機床功率允許條件下選擇合理的切削速度v。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量2.切削用量選擇舉例 粗加工的切削用量，一般以提高生產(chǎn)效率為主，但也應考率加工成本；半精加工和精加工的切削用量應以保證加工質(zhì)量為前提，并兼顧切削效率和加工成本。粗車和半精車切削用量的具體選擇方法介紹如下：（1）粗車切削用量選擇1）背吃刀量ap 根據(jù)加工余量多少而定。除留給下道工序的余量外，其余的粗車余量用盡可能少的走刀次數(shù)切除。例如在縱車外圓時： 當粗車余量A大或加工的工藝系統(tǒng)剛性較差時，加工余量A可分兩次或數(shù)次走刀切除： 第一次走刀

14、的背吃刀量ap為 ap1=（2/3-3/4）A 第二次走刀的背吃刀量ap為 ap2=（1/3-1/4）A 第4講數(shù)控機床加工的切削用量2）進給量f 當背吃刀量確定后，再選出進給量f ，就能計算切削力。該力作用在工件、機床和刀具上，應為它們的剛度和強度所允許。也就是說，應在不損壞刀片和刀桿、不損壞機床進給機構、不頂彎工件和不產(chǎn)生振動的條件下，選取一個最大的進給量f 值?；蛘呃么_定的和f ，求出主切削力Fz，來校驗刀片和刀桿的強度；根據(jù)計算出的切深抗力Fy來校驗工件的剛度；根據(jù)計算出的進給抗力Fx來校驗機床進給機構薄弱環(huán)節(jié)的強度等。 按上述原則，可利用計算的方法或查手冊資料來確定進給量f 值。3

15、）切削速度v 在背吃刀量和進給量選定后，根據(jù)規(guī)定達到的合理耐用度值，就可確定切削速度v。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量1.切削用量選擇原則 要提高生產(chǎn)效率應盡量增大背吃刀量ap、進給量f 和切削速度 v 。事實上，在提高切削用量時會受到切削力、切削功率、刀具耐用度和加工表面粗糙度等許多因素的限制。因此，所確定的切削用量應是達到零件的質(zhì)量要求、并在工藝系統(tǒng)強度和剛度允許的條件下充分利用機床功力和發(fā)揮刀具切削性能的最大切削用量。生產(chǎn)效率 背吃刀量ap、進給量f 和切削速度 v 增大，會使切削時間減小。當加工余量一定時，減小背吃刀量ap會使走刀次數(shù)增多，切削時間增加，生產(chǎn)效率降低。所以，一般情況下盡

16、量優(yōu)先增大ap，以求一次進刀切除全部加工余量。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量（2）半精車、精車切削用量選擇1）背吃刀量 半精車的余量較小，約在1mm 2mm 左右。精車余量更小。半精車、精車的背吃刀量的選擇，原則上應一次切除。但當使用硬質(zhì)合金車刀精車時，考慮到刀尖圓弧半徑與刃口圓弧半徑的擠壓和摩擦作用，背吃刀量不宜過小，建議取值0.5mm 。2）進給量f 半精車和精車的背吃刀量較小，產(chǎn)生的切削力不大，所以增大進給量主要受到表面粗糙度限制。在已知的切削速度v（預先假設）和刀尖圓弧半徑條件下，根據(jù)加工要求達到的表面粗糙度，可利用計算的方法或手冊資料確定進給量。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量3）切削

17、速度Vc 半精車、精車的背吃刀量和進給量f 較小，切削力對工藝系統(tǒng)強度和剛度影響較小，消耗功率較少，故切削速度Vc主要受刀具耐用度限制。需要注意的是，交流變頻調(diào)速的數(shù)控車床低速輸出力矩較小，因此切削速度不能太低。（3）車削螺紋時的主軸轉速 在車削螺紋時，車床的主軸轉速將受到螺紋導程大小、驅動電機的升降頻特性，以及螺紋插補運算速度等多種影響，故對于不同的數(shù)空系統(tǒng)，推薦不同的主軸轉速選擇范圍。一般數(shù)控車床的車削螺紋時的主軸轉速為n1200（P-k）（k為保險系數(shù)，一般取80）。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量3.切削用量優(yōu)化設計概念 實際生產(chǎn)中，由于加工零件、所用機床、刀具和夾具等條件的變化和切削用

18、量選擇的理論依據(jù)與實際加工情況的差別，因此無法從手冊或憑經(jīng)驗來確定一組合理的切削用量。在切削用量中，背吃刀量是由零件的余量決定的，假定它為常數(shù)。優(yōu)化設計是指求出最優(yōu)的切削速度和進給量。 切削用量優(yōu)化的評定指標可以從下述幾個方面確定：按最高生產(chǎn)率標準評定；按最低成本標準評定；按最大利潤標準評定。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量4.3 銑削加工與刀具 銑削適用于加工平面、臺階面、溝槽、成形表面及切斷等。下面以圓柱銑刀和面銑刀為例，介紹銑刀的幾何參數(shù)和銑削過程特點。 1.銑刀的類型和幾何參數(shù)（1）銑刀的類型 銑刀是刀齒分布在旋轉表面上或端面上的多刃刀具。按刀齒背形狀可分為尖齒銑刀和鏟齒銑刀，尖齒銑刀與

19、鏟齒銑刀相比，具有加工表面質(zhì)量好、耐用度高、切削效率高等優(yōu)點，因此得到廣泛使用。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量（2）銑刀的幾何參數(shù)以圓柱銑刀和面銑刀為例來分析銑刀的幾何參數(shù)。1）銑刀的標注坐標系 銑削時，銑刀旋轉是主運動，工件與沿銑刀進給方向的相對運動是進給運動。銑刀的主剖面標準坐標系由基面、切削平面、主剖面組成，基面是垂直于主運動速度方向的平面；切削平面是過切削刃上選定點與切削刃相切且垂直于基面的平面。主剖面是通過切削刃上選定點，同時垂直于基面與切削平面的平面。2）銑刀的幾何角度 圓柱銑刀的幾何角度：圓柱銑刀的主剖面和進給剖面相重合，所以前角和后角分別等于進給前角和進給后角。 圓柱銑刀的螺旋

20、角是螺旋刀刃展開成直線后，刀刃與銑刀軸線間的夾角。一般細齒圓柱銑刀=30 35，粗齒圓柱銑刀=40 45。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量2.銑削用量（如圖所示）（如圖所示）（1）銑削深度 平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，mm；（2）銑削寬度垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，mm；（3）進給用量1）每齒進給量 銑刀每轉過一個刀齒時，工件與銑刀的相對位移，mm/z；2）每轉進給量銑刀每轉一轉時，工件與銑刀的相對位移，mm/r；3）進給速度單位時間內(nèi)工件與銑刀的相對位移，mm/min；銑削時進給運動的大小有下列三種表示法： 銑削加工的切削用量銑削加工的切削用量 第4講數(shù)控機床加工的切削用量 第4講數(shù)控

21、機床加工的切削用量（4）銑削速度銑刀旋轉運動的線速度?？砂聪率接嬎悖?v =d n /1000式中：d 銑刀直徑，mm；n 銑刀轉速，r /min；3.銑削切削層要素 銑削時，銑刀相鄰兩個刀齒在工件上形成加工表面間的一層金屬層稱為切削層，切削層剖面的形狀與尺寸對銑削過程有很大影響。（1）圓柱銑刀層切削要素1）切削厚度 是銑刀上相鄰兩個刀齒所形成的加工表面間的垂直距離。2）切削寬度 是主切削刃參加工作的長度。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量（2）面銑刀切削層要素1）切削厚度 端銑時，刀齒的接觸角由最大變?yōu)榱?，然后由零變?yōu)樽畲蟆Ｋ缘洱X開始切入工件時，切削厚度為最小，以后逐漸增大，到中間位置時切削厚度增大，然后又逐漸減小。2）切削寬度端銑時切削寬度保持不變。4.銑削力 銑削時，每個切削的刀齒都受到變形抗力和摩擦力的作用。每個刀齒的切削位置和切削面積隨時在變化，所以作用在每個刀齒上的銑削力的大小和方向也在不斷變化。在粗銑平面時，可采用階梯面銑刀，使刀齒在徑向和軸向成階梯形分布，以減小切削深度，增大進給量。 第4講數(shù)控機床加工的切削用量4.4 銑削加工切削用量的選擇銑削加工切削用量的選擇 切削用量主要包括：銑削深度、銑削速度、進給速度。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量，合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應該考慮經(jīng)濟性和加