金屬切削原理與刀具：11 第四章 第六節(jié)切削用量的合理選擇

1、第四章 切削基本理論的應(yīng)用第六節(jié) 切削用量的合理選擇本節(jié)主要內(nèi)容：一、制定切削用量的原則二、切削用量三要素的確定三、切削用量?jī)?yōu)化簡(jiǎn)介四、提高切削用量的途徑1一、制定切削用量的原則綜合考慮：生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量、生產(chǎn)成本合理切削用量：充分利用刀具的切削性能和機(jī)床性能，在保證加工質(zhì)量的前提下獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。2切削用量三要素（v，ap，f）對(duì)切削生產(chǎn)率 P（1/tm）的影響其中：tm切削工時(shí)；d車削前的毛坯直徑；l工件切削部分長(zhǎng)度；A加工余量；Ao=103/dlA，為常數(shù)。切削用量三要素與生產(chǎn)率成正比關(guān)系，三要素對(duì)提高切削生產(chǎn)率地位相同。一、制定切削用量的原則3一、制定切削用量

2、的原則切削用量三要素對(duì)刀具壽命T的影響由上式看出，切削用量， T ，其中速度 v 對(duì) T 影響最大，進(jìn)給量 f 次之，切削深度 ap 影響最小，與對(duì)溫度 影響一致。針對(duì)刀具壽命得出結(jié)論：首先應(yīng)采用最大的背吃刀量，再選用大的進(jìn)給量，然后根據(jù)確定的刀具壽命選用切削速度。4一、制定切削用量的原則切削用量三要素對(duì)切削力和加工質(zhì)量的影響以主切削力Fc來(lái)看：背吃刀量（切削深度）與切削力近似成正比；進(jìn)給量增加，切削力增加，但不成正比；切削速度對(duì)切削力影響復(fù)雜 由于主切削力占據(jù)切削力諸分量的絕大部分，其增大使得工藝系統(tǒng)彈性變形增大，并可能引起振動(dòng)降低加工精度和SQ，因此，精、半精加工時(shí)較小的 f 和 ap以及

3、合理的v。 5粗加工中選擇切削用量時(shí)，應(yīng)首先選擇盡可能大的背吃刀量 ap ，其次要根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性限制條件或已加工表面粗糙度的規(guī)定等，選取盡可能大的 f ，最后根據(jù)合理的刀具使用壽命，用計(jì)算法或查表法確定切削速度 v 。這樣使 v、f、ap 的乘積最大，以獲得最大的生產(chǎn)率。精加工時(shí)則主要按表面粗糙度和加工精度要求確定切削用量。 一、制定切削用量的原則選擇切削用量的基本原則6實(shí)際合理切削用量的選擇與機(jī)床、刀具、工件及工藝等多種因素有關(guān)。按上述基本原則和步驟選擇的切削用量，嚴(yán)格講只是合理切削用量的一個(gè)初始值。真正合理的切削用量是在綜合考慮零件工藝及工藝系統(tǒng)狀態(tài)后并細(xì)心體察，逐步探索改善才能達(dá)到最

4、佳狀態(tài)。一、制定切削用量的原則7粗加工背吃刀量ap根據(jù)工序余量來(lái)確定。除留給以后工序的余量外，其余的粗加工余量盡可能一次切除，以使走刀次數(shù)最少。在加工余量過(guò)大或系統(tǒng)剛性不足情況下，粗加工可分幾次走刀。若分兩次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部余量的2/33/4，而第二次走刀的ap取小些（1/31/4），以使精加工工序具有較高的刀具壽命和加工質(zhì)量。在下列情況下，粗車可能需要分幾次走刀：（1）加工余量太大；（2）工藝系統(tǒng)剛度不足或加工余量極不均勻；（3）斷續(xù)切削導(dǎo)致刀具會(huì)承受很大的沖擊時(shí)。二、切削用量三要素的確定1、確定被吃刀量 ap8切削表層有硬皮的鑄鍛件或切削不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，

5、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。半精加工：由于粗加工后形成表面的質(zhì)量較為良好，應(yīng)使半精加工的被吃刀量一次切除余量。精加工：保證加工質(zhì)量為目的，根據(jù)刀具和機(jī)床剛度等具體情況確定。二、切削用量三要素的確定1、確定被吃刀量 ap9二、切削用量三要素的確定2、確定進(jìn)給量 f粗加工時(shí)，進(jìn)給量 f 的選擇受切削力的限制。在工藝系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度允許的情況下選擇較大的進(jìn)給量。生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定合理的進(jìn)給量。 半精加工和精加工的 ap 值較小，產(chǎn)生的切削力不大，故進(jìn)給量主要受到表面粗糙度的限制，一般選得較小，常取 f=0.080.50 mm/r。但也不能太小，否則切削層公稱厚度太

6、薄不易切下切屑，對(duì)已加工表面質(zhì)量反而不利。當(dāng)取合理的刀尖參數(shù)或修光刃和高的切削速度與之配合時(shí)，進(jìn)給量 f 可適當(dāng)選大些，以提高生產(chǎn)率。10二、切削用量三要素的確定2、確定進(jìn)給量 f生產(chǎn)實(shí)際中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查表法確定f 。粗加工時(shí)根據(jù)工件材料、車刀刀桿尺寸、工件直徑以及確定的背吃刀量按表4-8、4-9來(lái)選擇f 。在半精加工和精加工時(shí)，則按加工表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度按表4-10來(lái)選擇f 。11二、切削用量三要素的確定3、確定切削速度 vc根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量 ap 、進(jìn)給量 f 及刀具使用壽命 T，切削速度 vT 可按下式計(jì)算求得： 式中各系數(shù)和指數(shù)可查閱切削用量手冊(cè)

7、。切削速度值也可查表4-11來(lái)選定。換算為生產(chǎn)中所用的切削速度vc ：12生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：1）粗車時(shí)，ap 和 f 均較大，故選擇較低的切削速度 v ；精車時(shí)， ap 和 f 均較小，故選擇較高的切削速度 v 。2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的切削速度 v ；反之，選較高的切削速度 v 。3）刀具材料性能越好，切削速度 v 選得越高。4）精加工時(shí)應(yīng)盡量避免積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的速度區(qū)域；5）斷續(xù)切削時(shí)為減小沖擊和熱應(yīng)力，宜適當(dāng)降低 v ；6）在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，v 應(yīng)避開(kāi)自激振動(dòng)的臨界速度；7）加工大件、細(xì)長(zhǎng)件和薄壁件或加工帶外皮的工件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)較低 v 。13若選用的切削

8、用量值過(guò)高或機(jī)床動(dòng)力較小，需檢驗(yàn)機(jī)床功率是否允許，檢驗(yàn)的方法應(yīng)使二、切削用量三要素的確定4、機(jī)床功率檢驗(yàn)Pc切削功率(單位為kW) ，按式(3-8) 計(jì)算；PE機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率(單位為kW)；機(jī)械效率，根據(jù)機(jī)床使用效率不同，在 0.90.75 間選取。Fc切削力（N）；vc切削速度（m/s）。14三、切削用量?jī)?yōu)化由于切削速度與其他切削用量相比，具有復(fù)雜和非單調(diào)性，所以需要綜合考慮各種因素來(lái)獲得最佳切削速度。1. v-T關(guān)系中的極值如圖所示，在某一切削速度范圍內(nèi)刀具壽命有最大值。關(guān)于最佳切削速度152. 切削速度與切削長(zhǎng)度（路程）lm的關(guān)系最大 T 和 lm 對(duì)應(yīng)的 v 是不同的，從生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)

9、性觀點(diǎn)看，選擇對(duì)應(yīng) lm max 的 v 是合理的，也符合刀具相對(duì)磨損小對(duì)應(yīng)的刀具壽命最高的原則。三、切削用量?jī)?yōu)化關(guān)于最佳切削速度163. 最佳切削溫度概念在某個(gè)切削溫度下，刀具磨損強(qiáng)度最低，尺寸耐用度最高，與該切削溫度對(duì)應(yīng)的 v 稱為最佳切削速度。4. 各切削速度之間的關(guān)系生產(chǎn)率三、切削用量?jī)?yōu)化關(guān)于最佳切削速度刀具壽命切削路程刀具相對(duì)磨損加工成本17三、切削用量?jī)?yōu)化切削用量的計(jì)算機(jī)優(yōu)化確定優(yōu)化目標(biāo)建立優(yōu)化目標(biāo)與切削用量間的目標(biāo)函數(shù)根據(jù)工藝系統(tǒng)和加工條件限制建立各約束方程聯(lián)立求解獲得最優(yōu)值。1.目標(biāo)函數(shù)：常用優(yōu)化目標(biāo)：Min.單件成本；Max.生產(chǎn)率；Max.單件利潤(rùn)常用最低單件成本作為優(yōu)化目標(biāo)。而 ap 主要決定于加工余量，一般都事先確定，故主要對(duì) v 和 f 進(jìn)行優(yōu)化。18三、切削用量?jī)?yōu)化切削用量的計(jì)算機(jī)優(yōu)化2.約束條件：19另外一個(gè)較實(shí)用的方法是通過(guò)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總形成數(shù)據(jù)庫(kù)共查詢。三、切削用量?jī)?yōu)化金屬切削數(shù)據(jù)庫(kù)加工自動(dòng)化及柔性化對(duì)切削用量選擇的影響單件小批量：常用平均刀具壽命來(lái)選擇切削用量對(duì)于大批量：平均刀具壽命并不合理，因此要根據(jù)具體的情況進(jìn)行選擇。20