第二章第六節(jié)切削用量的選擇

第六節(jié)切削用量的選擇

一、切削用量的選擇原則

每次切削加工都必須選擇切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量，這是肯定的。切削用量這三個要素與生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和加工成本都有非常密切的關(guān)系。我們在追求最高的生產(chǎn)效率、最好的加工質(zhì)量和最低的加工成本時如何選擇切削用量三個要素呢？怎樣選擇才算合理呢？下面讓我們來分析一下切削用量三要素與生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和加工成本的關(guān)系。什么是合理的切削用量?合理的切削用量是指在保證加工質(zhì)量的前提下，充分利用刀具和機(jī)床的性能，能獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。首先看ap、f、vc與生產(chǎn)率的關(guān)系材料切除率

Q

=

1000

vc

ap

f（mm3/s）單位時間切除金屬的體積愈大效率愈高，從這個觀點(diǎn)出發(fā)我們當(dāng)然希望切削用量三要素全部越大越好。ap、f、vc對表面粗糙度的影響精加工時的表面粗糙度：進(jìn)給量f影響最大切削速度vc次之背吃刀量ap影響最?。ň庸r它應(yīng)當(dāng)在很小的范圍里選擇，我們可以將它看作是一個常量）粗加工時對粗糙度的影響可以忽略。ap、f、vc對刀具使用壽命的影響顯然切削速度影響最大，進(jìn)給量影響次之，背吃刀量影響最小。從這個觀點(diǎn)出發(fā)應(yīng)當(dāng)先選擇盡可能大的背吃刀量，然后選擇盡可能大的進(jìn)給量，最后考慮在滿足刀具使用壽命的前提下確定切削速度。第十一章切削用量的選擇

一、切削用量的選擇原則

tm-----（機(jī)動時間）基本工藝時間

tct-----（安裝、調(diào)整、換刀）輔助工藝時間

tot-----其他輔助時間

T----刀具耐用度

1.切削用量與加工質(zhì)量

ap↑

f↑→F↑、震動↑

f↑→殘留面積↑Ra↑

vc

→通過積屑瘤來影響

2.切削用量與生產(chǎn)率

(1)生產(chǎn)率

(2)基本工藝時間切削用量三要素同tm

保持線性關(guān)系提高vc、ap、f都能縮短基本工藝時間(3)輔助工藝時間與刀具耐用度有關(guān)硬質(zhì)合金加工中碳鋼vc↑刀具耐用度迅速下降，換刀次數(shù)↑輔助工藝時間↑影響程度vc>

f>ap(4)定量分析三要素對生產(chǎn)率的影響前提：在刀具耐用度相同的情況下，討論vc、ap、f對生產(chǎn)率的影響，

取決于tm。T為常數(shù)假設(shè)f不變，

ap

增大3倍，則：vc3ap

≈

0.85vc

3ap≈2.6假設(shè)ap

不變，

f增大3倍，則：vc3

f

≈

0.68vc

3

f

≈2

增大ap比增大f更有利于提高生產(chǎn)率YT加工中碳鋼，xv=0.15yv=0.35m=0.2

3.切削用量的選擇（刀具耐用度、生產(chǎn)率、加工質(zhì)量）

一般原則：首先盡可能大的ap

其次盡可能大的f最后盡可能大的vc粗加工：主要考慮生產(chǎn)率，保證低的加工成本選大的ap、f，小的vc。

vc受機(jī)床功率和刀具壽命限制

精加工：小f、ap，大vc（受刀具耐用度限制）f按加工表面粗糙度要求選取

表1粗車，按ap選f，表2精車，按Ra選f

表3

一般，按按ap、f選vc

表1粗車，按ap選f，表2精車，按Ra選f表3

一般，按按ap、f選vc

在選擇合理切削用量時，必須考慮加工性質(zhì)。粗加工和精加工要完成的加工任務(wù)和追求的目標(biāo)不同，因而切削用量選擇的基本原則也不完全相同。一、粗加工時切削用量選擇的基本原則粗加工時高生產(chǎn)率是追求的基本目標(biāo)。這個目標(biāo)常用單件機(jī)動工時最少或者單位時間切除金屬的體積最大來表示。下面以外圓縱車為例加以說明。見下圖單件機(jī)動工時為單件機(jī)動工時為：將常數(shù)合并后：

很顯然單件機(jī)動工時最小，就意味著切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量三者的乘積最大。結(jié)論：粗加工時，在機(jī)床和刀具滿足使用要求的情況下，首先選擇最大的背吃刀量，其次在機(jī)床動力和剛度允許的前提下選取盡量大的進(jìn)給量，最后在保證刀具使用壽命的合理數(shù)值后確定切削速度。二、精加工時切削用量選擇的基本原則精加工時的切削用量，應(yīng)以保證加工質(zhì)量為主，并兼顧生產(chǎn)率和必要的刀具使用壽命。精加工的背吃刀量較小，產(chǎn)生的切削力不大，要滿足工藝系統(tǒng)剛性要求選定背吃刀量。進(jìn)給量主要受表面粗糙度的限制，為提高工件表面質(zhì)量，進(jìn)給量也選擇較小值。精加工多采用較高的切削速度，即可提高加工效率，又要照顧到刀具使用壽命。

二、三要素的選定

1.ap的選定一般根據(jù)加工性質(zhì)與加工余量確定ap。切削加工一般分為粗加工、半精加工和精加工。粗加工：考慮機(jī)床功率，系統(tǒng)剛度盡可能大

一次走刀應(yīng)盡可能切除全部余量。

C6140ap可達(dá)8~10mm（2）表層有硬皮（鑄、鍛件），加工硬化層（不銹鋼）

ap>冷硬層厚度

（3）半精加工，如單邊余量h>2mm，分二次加工

第一次

ap=（2/3～3/4）h

第二次

ap=（1/3～1/4）hh<2mm，一次加工完成。

（4）精加工，一次切除

ap=（1/3～1/4）h

2.

f的選定

ap選定，f受到的約束有：（1）機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩（2）機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動鏈的強(qiáng)度（3）工件剛性（4）刀具的強(qiáng)度和剛性（5）圖紙規(guī)定的Ra值經(jīng)驗公式

求得

fmax=確定進(jìn)給量f粗加工時，工件表面質(zhì)量要求不高，但切削力往往很大，合理進(jìn)給量的大小主要受機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具的強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。粗車時工件材料，刀桿尺寸，工件直徑與選定的切削深度進(jìn)行選擇，一般f=0.3~0.6mm/r。半精加工和精加工時，合理進(jìn)給量的大小則主要受工件加工精度和表面粗糙度的限制。根據(jù)預(yù)先估計的切削速度與刀尖圓弧半徑進(jìn)行選擇，常取f=0.08~0.3mm/r。此外，還需要考慮到所選的進(jìn)給量能滿足加工精度，甚至卷屑、斷屑的要求。生產(chǎn)實際中多采用查表法確定進(jìn)給量。粗加工時，根據(jù)工件材料，車刀刀桿直徑，以及被吃刀量查表；半精加工以及精加工時，根據(jù)粗糙度工件材料，估計的切削速度以及刀尖圓弧半徑來查。3.切削速度vc的選擇在ap、f值選定后，一般根據(jù)合理的刀具壽命計算或用查表來選定切削速度。

式中Kvc：切削速度修正系數(shù)，Kvc的大小受工件材料、毛坯表面狀態(tài)、刀具幾何參數(shù)等切削條件的影響。Cv

、xv、yv、m及Kvc值可查閱《機(jī)械加工工藝手冊》。根據(jù)工件尺寸計算工件轉(zhuǎn)數(shù)n:根據(jù)機(jī)床說明書取較低而相近的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)n，計算實際切削速度。N=1000vc/πdw在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：(1)粗車時，ap和f較大，故選擇較低的vc；反之精車時選擇較高的vc。(2)工件材料強(qiáng)度、硬度高時，應(yīng)選較低的vc。(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%。(4)刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高，如硬質(zhì)合金鋼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。(5)精加工時，應(yīng)盡量避開積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。(6)斷續(xù)切削時，為減少沖擊和熱應(yīng)力，宜適當(dāng)降低切削速度。(7)在易發(fā)生振動情況下，切削速度應(yīng)避開自激振動的臨界速度。(8)加工大型工件、細(xì)長件和薄壁工件或帶外皮的工件，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。4校檢機(jī)床功率:Pc＝Fcvc×10-3kw<PEηm5計算機(jī)動時間tm查表

表4切削速度表

三、切削用量的優(yōu)化及數(shù)據(jù)庫

1.優(yōu)化（1）選優(yōu)化目