《機(jī)械制造工藝》課件-第13次課 切削要素的選取與計(jì)算

軸類零件的切削用量選擇專業(yè)課程/項(xiàng)目化課程機(jī)械制造工藝目錄切削要素的選取與計(jì)算1切削用量計(jì)算實(shí)例2切削要素的選取與計(jì)算3切削運(yùn)動(dòng)和切削要素1.切削運(yùn)動(dòng)：主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)2.切削加工中的工作表面：已加工表面、待加工表面、過渡表面3.切削要素：切削用量、切削層與切削參數(shù)

金屬切削加工就是用金屬切削刀具把工件毛坯上預(yù)留的金屬材料（統(tǒng)稱余量）切除，獲得圖樣所要求的零件。在切削過程中，刀具和工件之間必須有相對運(yùn)動(dòng)，這種相對運(yùn)動(dòng)就稱為切削運(yùn)動(dòng)。按切削運(yùn)動(dòng)在切削加工中的功用不同分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

1.主運(yùn)動(dòng)

主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床提供的主要運(yùn)動(dòng)，它使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而使刀具前刀面接近工件并切除切削層。它可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以是直線運(yùn)動(dòng)。2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床提供的使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對運(yùn)動(dòng)，加上主運(yùn)動(dòng)即可不斷地或連續(xù)地切除切削層，并得出具有所需幾何特性的已加工表面。它可以是連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，也可以是間斷運(yùn)動(dòng)。（一）切削運(yùn)動(dòng)圖1-1車削時(shí)的運(yùn)動(dòng)和工件上的三個(gè)表面（二）加工中的工件表面1.已加工表面

工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面稱為已加工表面。2.待加工表面

工件上有待切除切削層的表面稱為待加工表面。3.過渡表面

工件上由切削刃形成的那部分表面稱為過渡表面。①切削速度ve=vc+vf1②進(jìn)給量vf=fn=zfzn2③背吃刀量ap3vc、f、ap構(gòu)成了普通外圓車削的切削用量三要素（三）切削三要素切削用量是切削加工過程中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量的總稱。3.切削要素的選取與計(jì)算

切削用量三要素選擇原則：

在刀具耐用度一定，從提高生產(chǎn)率角度考慮，對于切削用量的選擇有一個(gè)總的原則：首先選擇盡量大的背吃刀量，其次選擇最大的進(jìn)給量，最后是切削速度。當(dāng)然，切削用量的選擇還要考慮各種因素，最后才能得出一種比較合理的最終方案。

背吃刀量是已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，其單位為mm。外圓車削時(shí)，為3.切削要素的選取與計(jì)算式中:dw為工件待加工表面直徑（mm）；dm

為工件已加工表面直徑（mm）。

3.切削要素及其選擇計(jì)算（1）背吃刀量的選擇①粗加工時(shí)（表面粗糙度Ra50～12.5μm），在允許的條件下，盡量一次切除該工序的全部余量。如果加工余量大，一次走刀會(huì)造成機(jī)床功率或刀具強(qiáng)度不夠；需要采用多次走刀。如分兩次走刀，則第一次背吃刀量盡量取大，一般為加工余量的2/3～3/4左右。第二次背吃刀量盡量取小些，第二次背吃刀量可取加工余量的1/3～1/4左右。②半精加工時(shí)（表面粗糙度Ra6.3～3.2μm），背吃刀量一般為0.5～2㎜。3.切削要素的選取與計(jì)算③精加工時(shí)（表面粗糙度Ra1.6～0.8μm），背吃刀量為0.1～0.4㎜。

（2）進(jìn)給量的選擇

在生產(chǎn)實(shí)際中，進(jìn)給量常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。粗加工時(shí)，根據(jù)工件材料、車刀導(dǎo)桿直徑、工件直徑和背吃刀量按表1進(jìn)行選取，表中數(shù)據(jù)是經(jīng)驗(yàn)所得。

表1硬質(zhì)合金車刀粗車外圓及端面的進(jìn)給量參考值3.切削要素的選取與計(jì)算

精加工和半精加工時(shí)，最大進(jìn)給量主要考慮加工精度和表面粗糙度。另外還要考慮工件材料，刀尖圓弧半徑、切削速度等。按表2進(jìn)行選取。

3.切削要素的選取與計(jì)算

進(jìn)給量

（有些數(shù)控機(jī)床用進(jìn)給速度

）的選取應(yīng)該與背吃刀量和主軸轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。在保證工件加工質(zhì)量的前提下，可以選擇較高的進(jìn)給速度（2000㎜/min以下）。在切斷、車削深孔或精車時(shí)，應(yīng)選擇較低的進(jìn)給速度。當(dāng)?shù)毒呖招谐烫貏e是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可以設(shè)定盡量高的進(jìn)給速度。

對于一般中等功率的數(shù)控機(jī)床，進(jìn)給率也可參照以下取值：

粗車時(shí)，一般取=0.3～0.8㎜/r；

精車時(shí)，常取=0.1～0.3㎜/r；

切斷時(shí)，取0.05～0.2㎜/r。3.切削要素的選取與計(jì)算(1)切削速度vc

在進(jìn)行切削加工時(shí)，切削刃選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為切削速度

，也可理解為是主運(yùn)動(dòng)的線速度，單位為m/min。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，

vc可按下式計(jì)算：式中:D為工件待加工表面或刀具的最大直徑（mm）；n為主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速（rpm或r/min）。

（3）切削速度的選擇

確定了背吃刀量

，進(jìn)給量

和刀具耐用度T，則可以按下面公式計(jì)算或由表確定切削速度

。表3車削速度計(jì)算式中的系數(shù)與指數(shù)表4車削速度計(jì)算修正系數(shù)表5車削加工常用鋼材的切削速度參考數(shù)值

3.切削要素的選取與計(jì)算表5車削加工常用鋼材的切削速度參考數(shù)值

切削速度的選取原則（1）粗車時(shí)，因背吃刀量和進(jìn)給量都較大，應(yīng)選較低的切削速度，（2）精加工時(shí)選擇較高的切削速度；（3）加工材料強(qiáng)度硬度較高時(shí)，選較低的切削速度，反之取較高切削速度；（4）刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。3.切削要素的選取與計(jì)算3.切削要素及其選擇計(jì)算

（4）主軸轉(zhuǎn)速的確定①光車外圓時(shí)主軸轉(zhuǎn)速切削速度確定后，用以下公式計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速，單位r/min

②車螺紋時(shí)主軸的轉(zhuǎn)速大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床推薦車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)為：n≤（1200/P）－k(4-2)式中P——被加工螺紋螺距，㎜；k——保險(xiǎn)系數(shù)，一般取為80。

3.切削要素的選取與計(jì)算切削變形及主要影響因素3(一)切屑的控制(a)(b)(c)

（d）圖1-5切屑類型(a)帶狀切屑(b)擠裂切屑(c)單元切屑（d）崩碎切屑金屬切削過程的基本規(guī)律帶狀切屑Real擠裂切屑Real單元切屑Real崩碎切屑Real

切屑的類型實(shí)物圖

切屑的類型實(shí)物圖/v_show/id_XMTQxNDc1OTM3Mg==.html形成條件影響名稱簡圖形態(tài)變形帶狀，底面光滑，背面呈毛茸狀節(jié)狀，底面光滑有裂紋，背面呈鋸齒狀粒狀不規(guī)則塊狀顆粒剪切滑移尚未達(dá)到斷裂程度局部剪切應(yīng)力達(dá)到斷裂強(qiáng)度剪切應(yīng)力完全達(dá)到斷裂強(qiáng)度未經(jīng)塑性變形即被擠裂加工塑性材料，切削速度較高，進(jìn)給量較小，刀具前角較大加工塑性材料，切削速度較低，進(jìn)給量較大，刀具前角較小工件材料硬度較高，韌性較低，切削速度較低加工硬脆材料，刀具前角較小切削過程平穩(wěn)，表面粗糙度小，妨礙切削工作，應(yīng)設(shè)法斷屑切削過程欠平穩(wěn)，表面粗糙度欠佳切削力波動(dòng)較大，切削過程不平穩(wěn)，表面粗糙度不佳切削力波動(dòng)大，有沖擊，表面粗糙度惡劣，易崩刀帶狀切屑擠裂切屑單元切屑崩碎切屑

切屑類型及形成條件(a)(b)圖1-6切屑折斷過程(a)彎曲(b)折斷2.切屑的折斷3.斷屑措施(1）磨制斷屑槽

磨制斷屑槽是焊接硬質(zhì)合金車刀常用的一種斷屑方式。如圖1-7所示是幾種常用的斷屑槽型式：直線圓弧型，直線型，全圓弧型。(a)(b)(c)圖1-7斷屑槽型式(a)直線圓弧型(b)直線型(c)全圓弧型進(jìn)給量?/(㎜.r-1)背吃刀量ap/㎜斷屑槽寬低碳鋼、中碳鋼合金鋼、工具鋼0.2～0.50.3～0.50.3～0.61～32～53～62.8～3.03.0～3.23.2～3.5表1-1斷屑槽寬度LBn(2）選擇合適切削用量

切削用量的變化對斷屑產(chǎn)生影響，選擇合適的切削用量，能增強(qiáng)斷屑效果。在切削用量參數(shù)中，進(jìn)給量對斷屑影響最大。進(jìn)給量增大，切屑厚度也增大，碰撞時(shí)容易折斷。切削速度和背吃刀量對斷屑影響較小，不過，背吃刀量增加，斷屑困難增大；切削速度提高，斷屑效果下降。(3）選擇合適刀具幾何參數(shù)

在刀具幾何參數(shù)中，對斷屑影響較大的是主偏角κr。因?yàn)樵谶M(jìn)給量不變的情況下，主偏角增大，切屑厚度相應(yīng)增大，切屑也容易折斷。因此，在生產(chǎn)中希望有較好的斷屑效果時(shí)，一般選取較大的主偏角，一般κr＝60°～90°。刃傾角λs的變化對切屑流向產(chǎn)生影響，因而也影響斷屑效果。刃傾角為－λs時(shí)，切屑流向已加工表面折斷；刃傾角為＋λs時(shí)，切屑流向待加工表面折斷，如圖1-8所示。二、切削變形及其主要影響因素保護(hù)刀具1增大前角2增大切削厚度，改變背吃刀量3增大表面粗糙度、降低表面質(zhì)量4總之：對粗加工有利，對精加工不利積屑瘤形成

積屑瘤對切削過程的影響：二、切削變形及其主要影響因素工件材料1切削速度2刀具前角3切削液4積屑瘤產(chǎn)生的條件：主要取決于切削溫度、刀-屑面壓力、前刀面粗糙度等切削速度對積屑瘤形成影響

影響積屑瘤的主要因素：二、切削變形及其主要影響因素

控制積屑瘤的措施改善工件材料性能（正火、調(diào)質(zhì)）。1選擇合適的切削速度（15~25m/min最易形成）。2采用大前角切削（減小刀-屑接觸面壓力）。3使用冷卻潤滑液（減少摩擦、降溫、增滑）。4你對積屑瘤有什么印象？二、切削變形及其主要影響因素

加工硬化加工硬化的定義1加工硬化的產(chǎn)生原理2衡量加工硬化程度的指標(biāo)3減輕硬化程度的措施4影響切削變形的主要因素52-1階梯軸車削加工前的準(zhǔn)備工作

切削力與切削功率切削力的來源1切削力的種類與作用2總切削力的分解3切削功率4影響切削力的因素有哪些？

切削力來自于金屬切削過程中克服被加工材料的彈、塑性變形抗力和摩擦阻力。切削用量計(jì)算實(shí)例44.切削用量計(jì)算實(shí)例銷釘零件圖2)進(jìn)給量的選擇根據(jù)表1查的零件粗加工的進(jìn)給量為0.3—0.4mm/r，結(jié)合設(shè)備情況選擇0.2mm/r。根據(jù)表2查的零件精加工的進(jìn)給量為0.11—0.16mm/r，結(jié)合設(shè)備情況選擇0.1mm/r。3）切削速度的選擇根據(jù)表5查詢，切削速度在135—150，170—195m/min，兩個(gè)