數(shù)控編程與加工技術(shù) 第三章

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第三章數(shù)控加工的切削用量

3.1數(shù)控加工的切削基礎(chǔ)

3.1.1切削運動與切削要素3.1.1.1切屑運動與工件加工表面切削加工是指利用金屬切削刀具將工件加工余量切除而獲得符合圖紙規(guī)定尺寸的零件。切削運動就是在切削過程中刀具與工件的相對運動，這種運動有重疊的軌跡。切削運動一般是金屬切削機床通過兩種以上運動單元組合而成，其一是產(chǎn)生切削力的運動稱為主運動，剩下的運動單元保證切削工作連續(xù)進行而稱為進給運動。（1）主運動主運動是機床提供的，在切削過程中切下工件加工余量所需的運動。其突出特征是該運動中工件與刀具相對速度最大，運動耗損的功率占機床所耗總功率的4/5以上。如車削中主軸的旋轉(zhuǎn)運動、銑鏜加工中刀具的旋轉(zhuǎn)運動以及刨削加工中刀具的直線運動等等。主運動一般只有一個，多刃特種機床的主運動可以看成一類，如采用特種多刃組合機床一次加工內(nèi)燃發(fā)動機的本體時的拉削運動。（2）進給運動進給運動俗稱“走刀”運動，這種運動提供刀具與工件的附加相對運動，其相對速度與耗費功率較主運動相比均很小，但可以配合主運動產(chǎn)生連續(xù)的切削動作。如車削加工中車刀相對工件軸線的平移運動及車削端面時垂直進刀運動，銑鏜加工中用于固定工件的工作臺的移動；刨削加工中工件的移動等均屬于進給運動。甚至有不存在進給運動的加工方法（如拉削加工及搓絲加工）。（3）加工中的工件表面加工中的工件表面分為三種：待加工表面工件上有待切除的加工面。過渡表面工件上由切削刀具的切削刃形成的加工表面。一般該表面應(yīng)在下一切削動作中被切除而形成新的過渡表面。已加工表面經(jīng)刀具切削加工后形成的表面。它可能是最終的零件表面，也可能是下一階段（換刀以后）的待加工表面。切削要素

切削要素包括切削用量和切削層的一些組合參數(shù)

背吃刀量進給量1．切削用量的三要素切削用量的三要素為切削速度、切削進給量及背吃刀量這三個參數(shù)。在數(shù)控加工指令中用SXXX來規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速，也即規(guī)定了車削及銑鏜加工的切削速度，用FXXX來指定刀具相對工件的進給運動速度，也即規(guī)定了車削及銑鏜加工的切削進給量。至于背吃刀量則用兩次走刀中坐標數(shù)值的改變來體現(xiàn)其數(shù)值的大小。（1）切削速度（）切削刀具中刀位點相對于主運動的瞬時線速度稱為切削速度，單位是m/min。這個速度受到刀具允許切削速度的限制。當主運轉(zhuǎn)是旋轉(zhuǎn)運動時，切削速度按下式計算：VC

＝式中：d-工件或刀具的回轉(zhuǎn)直徑。

n-刀具或工件的轉(zhuǎn)速（r/min）。由于在加工過程中工件的直徑逐漸減少，故一般用最大的切削速度去檢驗是否包含在刀具允許的切削速度范圍之內(nèi)。（2）切削進給量（f）（以下簡稱進給量）在主運動的一個循環(huán)里（如圖3-1）刀具在進給方向相對于工件的移動量稱為進給量（俗稱走刀量）。用刀具或工件每轉(zhuǎn)（或每個行程）的移動量來表示。如車削加工的mm/r,刨削加工的mm/行程。但在數(shù)控加工中常用進給速度（mm/min）來說明進給量。這是因為在數(shù)控機床中刀具相對于工件的進給運動一般由計算機控制的步進電機提供，用進給速度表示進給量在編程中更方便。（3）背吃刀量背吃刀量表示已加工表面與待加工表面的垂直距離，故俗稱切深（mm）。如車削外圓時：

再如銑鏜加工時Z方向的進刀量也是背吃刀量。數(shù)控加工中一般用兩次走刀中坐標數(shù)值的改變表示背吃刀量的多少。但要特別指出：數(shù)控車削加工時背吃刀量等于X坐標變動值的1/2。因為此時X的變動代表工件直徑方向的變動，而僅表示半徑方向的變動。2.切削層參數(shù)

在切削過程中，刀具相對工件每移動一個進給量f所切除的金屬層稱為切削層。如下圖所示：描繪切削層的幾何形狀的參數(shù)稱為切削層參數(shù)。主要有切削厚度切削寬度及切削面積這三個參數(shù)。3.1.2切削過程中的幾個基本概念

3.1.2.1切削過程中出現(xiàn)的三個變形區(qū)

所謂切削是在刀具的強力擠壓下被切削金屬層產(chǎn)生剪切滑移進而直到剪切斷裂。通常把切削過程中金屬的塑性變形區(qū)分成三個區(qū)域。。

I-第一變形區(qū)；II-第二變形區(qū)；III-第三變形區(qū)第一變形區(qū)

被切削金屬層在刀具前刀面的擠壓力作用下，首先產(chǎn)生彈性變形，當最大切應(yīng)力達到材料的屈服極限時，即沿圖3-4中的OA-OM曲線發(fā)生剪切滑移，并依次由位置1移至位置2

第二變形區(qū)經(jīng)第一變形區(qū)剪切滑移而形成的切屑，沿刀具前刀面流出時，又受到前刀面的擠壓而產(chǎn)生滑動摩擦，靠近前刀面處的金屬再次產(chǎn)生拖曳變形，使切屑底層薄薄的一層金屬流動滯緩，這一層滯緩流動的金屬層稱為滯流層。第三變形區(qū)

第三變形區(qū)在刀具后刀面和工件的接觸區(qū)產(chǎn)生，是指工件過渡表面和已加工表面的金屬層受到切削刃鈍圓部分和后刀面的擠壓、摩擦與金屬本身回彈而產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。第三變形區(qū)的金屬變形造成已加工表層金屬的纖維化和加工硬化，并產(chǎn)生一定的加工殘余應(yīng)力，這些情況將影響到工件的表面質(zhì)量和使用性能。三個變形區(qū)是既相互聯(lián)系又相互影響的。金屬切削過程中的許多物理現(xiàn)象都和三個變形區(qū)的變形密切相關(guān).切削變形區(qū)域的大小，主要取決于第一變形區(qū)及第二變形區(qū)的擠壓和摩擦情況:3.1.2.2切屑的形成和種類(1)切屑的形成金屬的切削過程是被切削金屬層在刀具切削刃和前刀面的擠壓作用下而產(chǎn)生剪切，滑移變形的過程。切削金屬時，切削層金屬受到刀具的擠壓開始產(chǎn)生彈性變形。隨著刀具的推進，應(yīng)力、應(yīng)變逐漸加大，當應(yīng)力達到材料的屈服強度時產(chǎn)生塑性變形；當?shù)毒呃^續(xù)切入，當應(yīng)力達到材料的抗拉極限時，金屬層被撕裂而形成切屑。(2)切屑的種類如前所述，金屬切削層變形的過程即為切屑的形成過程。由于工件材料不同及切削加工條件不同，所以金屬切削過程中的變形程度也就不同，從而形成不同種類的切屑。根據(jù)切削過程中變形程度的不同，切屑可分為三種不同的形態(tài)。

(1)帶狀切屑這種切屑的底層（與前刀面接觸的面）光滑，外表面呈毛茸狀，無明顯裂紋。形成帶狀切屑時，切削過程平穩(wěn)，但如果切屑會纏繞影響工件質(zhì)量且不安全。通常使用在刀具上制作斷屑槽等方法斷屑。（2）節(jié)狀切屑節(jié)狀切屑又稱“擠裂”切屑。這種切屑的底面有時出現(xiàn)裂紋，上表面呈現(xiàn)明顯的鋸齒狀。切屑過程不太穩(wěn)定，已加工表面質(zhì)量相對于帶狀切屑而言較低。（3）粒狀切屑粒狀切屑又稱“單元”切屑。當采用小前角或負前角，以極低的切削速度和較大的切削厚度切削脆性金屬（延伸率較低的結(jié)構(gòu)鋼）時，會產(chǎn)生這種切屑。切削過程不平穩(wěn)，已加工表面質(zhì)量較差。一旦產(chǎn)生粒狀切屑就應(yīng)改變工件夾持方式，改制刀具的前角或調(diào)整切削用量。

3.1.2.3積屑瘤與鱗刺

(1)積屑瘤在切削塑性金屬材料時，常在刀具的切削刃口附近黏結(jié)硬度很高（通常為工件材料硬度的2～3.5倍）的楔狀金屬瘤，它包圍著切削刃且覆蓋部分前刀面，這種楔狀金屬塊稱為積屑瘤，如圖所示

在切削過程中，由于刀與屑的摩擦而導(dǎo)致的“冷焊”是積屑瘤的主要成因。俗稱“粘刀”

（1）控制切削速度控制切削速度使切削溫度限制在300℃以下或380℃以上。（2）降低進給量進給量增大刀—屑的接觸長度越長，從而形成積屑瘤的生長基礎(chǔ)。若適當降低進給量，則可削弱積屑瘤的生成基礎(chǔ)。（3）增大刀具前角若增大刀具前角，切削力減小，從而使前刀面上的摩擦減小。（4）使用切削液采用潤滑性能較好的切削液可以降低前刀面的溫度和刀具（5）減小前刀面的粗糙度前刀面粗糙，摩擦力較大（6）降低工件材料的塑性影響積屑瘤形成的主要因素是工件材料的塑性太好。

（2）鱗刺鱗刺是在已加工表面上出現(xiàn)的鱗片狀反刺。它是用較低的速度切削塑性材料時（如拉削、插齒、滾齒、螺紋切削等）常出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，使工件已加工表面質(zhì)量惡化。鱗刺生成的原因是由于部分金屬材料的黏結(jié)層積，而導(dǎo)致即將切離的切屑從根部發(fā)生斷裂，在已加工表面層留下金屬被撕裂的痕跡。產(chǎn)生鱗刺的原因與形成切削瘤原因大致相同，故避免產(chǎn)生鱗刺的措施與積屑瘤類似。3.1.3.選擇切削用量與切削液的一般原則

3.1.3.1確定切削用量的基本原則

數(shù)控機床中對刀和確定工件坐標系的原點都是手動操作。由于刀具的損壞需要重新對刀,必然會引起一定的對刀誤差并耗費大量的時間，故在各加工階段應(yīng)保證刀具能順利完成一次裝夾的工件切削任務(wù)，最好能讓刀具在一個工作班內(nèi)保持完好。這樣機床的利用率可以提高。故在粗加工階段應(yīng)以刀具的耐用度滿足要求作為選擇刀具的首要條件。粗加工階段主要追求較高的加工效率。故在滿足刀具耐用度條件下加大背吃刀量是粗加工階段選擇切削用量的基本思路。在進行工肅件的精加巾工時主要汁追求工件頃的粗糙度嫌及精度滿謊足圖紙要既求。這個誤階段需要囑切削速度琴較高，進肝給量及背睛吃刀量均扁較小，故勒刀具的耐鴉用度一般熄可以滿足咸要求。因婆此，在滿靈足刀具耐誘用度的條通件下以較高的昂切削速何度及較小祝的進給量及背吃刀量是精加工姜階段選擇爹切削用量鋪的基本原胸則。有鑒于加茶工的兩個側(cè)基本階段鹽選擇切削瞞用量的思臘路不同，寇有條件時亞最好把刀類具也分成精加工刀圍具及粗加工刀毫具。（1）對加工澤質(zhì)量的影晃響（這里脫的加工質(zhì)艇量主要指扎加工誤差及加工表面粗糙暈度指標）①切削嘉速度VC對其影譽響(溫度上碧升；刀退具變形)②進給量智（f）對其的性影響（螺遭旋線）③背吃喇刀量穿對其的院影響（積造成鱗拉刺）3.1.系3.2切削液的墳選擇皂化液逮；潤晨滑油；現(xiàn)壓衡縮空氣切削液砌在加工答工程中獻主要起冷卻和潤領(lǐng)滑作用。晴它們可域以通過雀流動、脫蒸發(fā)帶伙走刀具送刃部的排高溫。熱切削液摘（如高吧濃度皂鹽化液和鎖潤滑油使）還能扇對刀具恥刃部進慌行潤滑覽還能起滔到?jīng)_洗隊切屑的攤作用。粗但因其謹用量較宴大且無匆害化處痰理難度耀較大，際切削液繡也會產(chǎn)訊生環(huán)境斜污染。新開發(fā)的硬質(zhì)合金材整體刀具不再需景要切削紙液來進三行冷卻央和潤滑薪，代之電以流量惱較大的姐空氣也鏡能有良球好的冷址卻作用蜓。粗加工與斜精加工追府求重點不欣一樣，故把切削液的逗選擇重點秋也不同。求簡言之：矛粗加工一逃般以乳化暢液為主要怎切削液，測主要起冷卻作用。而廈精加工以甘切削油為包重點對象務(wù)，目的是積追求良好糊的潤滑效果。刀具性能諒的進一步橡提高，新笑品種刀具蓬如陶瓷刀凱具、整體球硬質(zhì)合金幸刀具和納彼米切削刀臂具層出不芒窮。這些消刀具強度壟大，耐高游溫性能好塵，一般不吧需要用液耍體冷卻，切削液睬的主要朝作用已勿經(jīng)開始袖淡化，桌一個不沸需要液動態(tài)切削礦液代之賄以壓縮御空氣的清加工時哀代已經(jīng)蠟來到。3.2數(shù)控車挑削機床圖的切削賊用量（1）車外任圓（2）車內(nèi)溜孔備注：①仆此表僅適膜用于車削唱外圓、內(nèi)程孔，不適安用螺紋加蝕工。②切削啄刀具的舞耐用度殊為60m堅in。③車削直頸徑平均工件材料（典型鋼）工件熱處理狀態(tài)=6~12mm=2~6mm=0.6~1mm/r=0.3~0.6mm/r低碳鋼(20#)熱軋750~9501050~1300中碳鋼（45#）熱軋650~850950~1200調(diào)質(zhì)550~750750~950合金鋼16Mn、42CrMo熱軋550~570750~950調(diào)質(zhì)420~630550~750灰鑄鐵及球墨鑄鐵HBS<200550~750630~850HBS=200~250420~630550~750高錳鋼（Mn=13%）120~220銅及銅合金1000~12501250~1800鋁及鋁合金1200~16001500~220030mm（一般常用值）。若直徑相差太多（超過60mm）則轉(zhuǎn)速應(yīng)按比例調(diào)整。3.2雷.3數(shù)控精車存的切削用棍量餡精加工階列段的主要器矛盾是解白決表面質(zhì)宇量及精度銳問題。故損此階段應(yīng)澡有較高的箏切削速度根，較小的盤背吃刀量輛及較低的鏈切削速度例1中碳鋼（蓮45#、慶ZG55顆0）熱軋轉(zhuǎn)速童130臘0~1概650蕩1由600旬~20駱00咬rp盞m例2鋁及鋁合右金黨＝0婦.6～1良.2；0失.1～0捐.5圾mm轉(zhuǎn)速吧15甲00~僅600康0息2扒000券~70韻00倘rpm車削螺紋語一般用一么把螺紋成彎型車刀完忽成，并不盆嚴格區(qū)分置粗、精加懇工。其切壇削用量的控制點不是刀具處的耐用度蘋。主要受競到主電機鄰轉(zhuǎn)速升降玻特性及螺走紋插補運卻算速度的非影響而應(yīng)眨放慢切削搖速度。切缺削螺紋可閃三刀成型講。第一次鼓進刀螺紋雹深度的3/5，第二冊次進刀暈螺紋深那度的1.5/慰5，第三次躺完成最后唱成型。切凱削螺紋主見軸的轉(zhuǎn)速壯（r/m羞in）可由做下面的堵經(jīng)驗公繩式給出補：式中：p——螺距(mm廢)3.3.于2常用銑削封加工的切杰削用量（1）面銑土刀（又付稱平面幟銑刀）面銑刀扒采用多么刃斷續(xù)代切削，暢加工過墳程比較頓平穩(wěn)。鞠影響這裙種刀具踢工作壽視命的主寧要因素寧是工件累的材質(zhì)觸與硬度愈，故應(yīng)吧著重考呆慮合理貴的切削小速度，票其次是蝴進給量透，而背垃吃刀量窮對其的哭影響最鋼小。故樓在確定粉其切削嘆用量時訓(xùn)應(yīng)優(yōu)先盜采用較濁大的背