淺談數(shù)控加工切削用量選擇

摘 要： 制造企業(yè)工藝規(guī)程制訂直接關(guān)系到其直接成本，切削用量的選擇直接與時間定額中的基本時間相關(guān)，切削用量選擇是否合適就尤為重要，因此，以提高數(shù)控切削加工效率、降低加工成本、獲得高質(zhì)量產(chǎn)品為目的進(jìn)行的數(shù)控切削用量的選擇，對提高數(shù)控加工經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控加工；切削用量；選擇；探討

一個完整的企業(yè)應(yīng)包括設(shè)計(jì)開發(fā)、加工制造和市場開拓等三大塊，一個現(xiàn)代化企業(yè)應(yīng)該是兩頭大，中間小，一般說設(shè)計(jì)開發(fā)階段決定了產(chǎn)品價值的80%，產(chǎn)品的直接成本的20%；而制造階段決定了產(chǎn)品價值的20%，直接成本的80%。顯然提高設(shè)計(jì)能力，降低直接成本是在激烈的競爭中為自己留下更大的降價空間，直接提高競爭力的最有效的法寶。而制造企業(yè)工藝規(guī)程制訂直接關(guān)系到其直接成本，切削用量的選擇直接與時間定額中的基本時間相關(guān)，切削用量選擇是否合適就尤為重要，因此，以提高數(shù)控切削加工效率、降低加工成本、獲得高質(zhì)量產(chǎn)品為目的進(jìn)行的數(shù)控切削用量的選擇，對提高數(shù)控加工經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

工藝規(guī)程制訂的原則是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低成本，即在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，爭取最好的經(jīng)濟(jì)效益。制訂工藝規(guī)程時，必須充分利用本企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)條件；可靠地加工出符合圖紙要求的零件；保證良好的勞動條件及避免環(huán)境污染，提高勞動生產(chǎn)率；在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能降低消耗、降低成本；應(yīng)盡可能采用國內(nèi)外先進(jìn)工藝技術(shù)。

以外圓車削為例如圖1，基本時間（Tb）為

式中 Tb-基本時間（min）；

L-工件加工表面的長度（mm）； L1 、L2-刀具的切入和切出長度（mm）；

i-進(jìn)給次數(shù)； n-工件轉(zhuǎn)速（r/min）； d-切削直徑（mm） ；Z-單邊工序余量（mm）；

f-進(jìn)給量（mm/r）；vc-切削速度（m/min）；ap-背吃刀量（mm）；

切削用量是指切削速度υc、進(jìn)給量f和背吃刀量ap。圖2為外圓車削切削用量三要素。

切削速度υc是刀具切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動的瞬時速度。大多數(shù)切削加工的主運(yùn)動是回轉(zhuǎn)運(yùn)動，其切削速度υc的計(jì)算公式為。

υc =πdn/1000（1）

主軸轉(zhuǎn)速 n=1000υc /πd（2）

式中υc──切削速度（m/min或m/s）

n──切削速度（r/min）。

d──工件待加工表面或刀具的最大直徑（mm）；

進(jìn)給量f是工件或刀具的主運(yùn)動每轉(zhuǎn)或每一行程時，刀具與工件在進(jìn)給方向上的相對位移量。進(jìn)給量的大小也反映了進(jìn)給速度的大小，可用刀具或工件每轉(zhuǎn)（主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時）或每行程（主運(yùn)動為直線運(yùn)動時）的位移量來表達(dá)或度量。兩者關(guān)系為

υf = fn （3）

對于鉸刀、銑刀等多齒刀具，常規(guī)定出每齒進(jìn)給量（fz）（單位為mm/z），其定義為多齒刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對于工件在進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量，即

fz =f/z （4）

υf = nz fz （5）

式中z——齒數(shù)

背吃刀量ap是已加工表面和待加工表面之間的垂直距離，其單位為mm。外圓車削時如圖1。

ap =（dw-dm）/2（6）

式中 dm ──已加工表面直徑（mm）；

dw ──待加工表面直徑（mm）。

從以上公式中可以看出，基本時間與切削用量有關(guān)，切削加工的效率與這三個要素是密切相關(guān)的。本文主要介紹數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心切削用量的選擇。切削用量選擇的原則是首先選擇盡可能大的背吃刀量，然后根據(jù)機(jī)床動力和剛度條件（粗加工）或?qū)庸け砻娲植诙鹊囊螅ň庸ぃ┻x擇盡可能大的進(jìn)給量，最后在刀具使用壽命和機(jī)床功率允許的條件下選擇一個合理的切削速度。

1、數(shù)控車

數(shù)控車削加工中的切削用量括背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速或切削速度（用于恒線速度切削）、進(jìn)給速度或進(jìn)給量，可以在機(jī)床說明書中給定的允許范圍內(nèi)根據(jù)切削用量選擇的原則選取。

光車時主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計(jì)算和查表選取外，還可根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。在實(shí)際生產(chǎn)中，切削速度確定之后，用式（2）計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速。

在切削螺紋時，車床的主軸轉(zhuǎn)速將受到螺紋的螺距P（或?qū)С蹋┐笮?、?qū)動電動機(jī)的升降頻率特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素影響，故對于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍。如大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)推薦車螺紋時的主軸轉(zhuǎn)速如下：

n≤1200/p-k

式中 n ──主軸轉(zhuǎn)速（r/min ）；P—工件螺紋的螺距或?qū)С蹋╩m）；

k—保險系數(shù)，一般取為80。

粗加工時，在允許的條件下，盡量一次切除該工序的全部余量，背吃刀量一般為2～5mm；半精加工時，背吃刀量一般為0.5～1mm；精加工時，背吃刀量為0.1～ 0.4mm。

當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)率，可選擇較高的進(jìn)給速度，一般在100～200mm/min范圍內(nèi)選取。當(dāng)切斷、車削深孔或精車削時，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求較高時，進(jìn)給速度應(yīng)選小些，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。刀具空行程時，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時，可以設(shè)定該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)允許的最高進(jìn)給速度。進(jìn)給速度應(yīng)與主軸轉(zhuǎn)速和背吃刀量相適應(yīng)。

實(shí)際加工時，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定進(jìn)給量f。粗車時一般取0.3～0.8mm/r，精車時常取0.1～0.3mm/r，切斷時宜取0.05～0.2mm/r。

2、數(shù)控銑

銑削加工的切削參數(shù)包括切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量，如圖3所示。

（1）背吃刀量ap（端銑）或側(cè)吃刀量ae（圓周銑）的選擇

背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm。端銑時，ap為切削層深度；而圓周銑削時，ap為被加工表面的寬度，如圖3所示。

側(cè)吃刀量ae為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm。端銑時，ae為被加工表面寬度；而圓周銑削時，ae為切削層深度，如圖3所示。

背吃刀量或側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質(zhì)量的要求決定。

① 粗銑

粗銑時一般一次進(jìn)給應(yīng)盡可能切除全部余量，在中等功率機(jī)床上，背吃刀量可達(dá)8～10mm。在工件表面粗糙度值要求為Ra12.5～25μm時，如果圓周銑削的加工余量小于5mm，端銑的加工余量小于6mm，粗銑一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動力不足時，應(yīng)分兩次進(jìn)給完成。

②半精銑

在要求工件表面粗糙度值為Ra3.2～12.5μm時，可分粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑時背吃刀量或側(cè)吃刀量選取同前。半精銑時，端銑的背吃刀量或周銑的側(cè)吃刀量一般在0.5～2mm內(nèi)選取，粗銑后留0.5～1.0mm余量，在半精銑時切除。

③精銑

在要求工件表面粗糙度值為Ra0.8～3.2μm時，可分粗銑、半精銑、精銑三步進(jìn)行。半精銑時背吃刀量或側(cè)吃刀量取1.5～2mm；精銑時圓周銑側(cè)吃刀量取0.3～0.5mm，面銑刀背吃刀量取0.5～1mm。

（2）對于多齒刀具，進(jìn)給速度vf與進(jìn)給量f主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取，可參考常用切削用量手冊，按公式（3）、（5）計(jì)算。

（3）切削速度vc的選擇

銑削的切削速度vc與刀具的耐用度、每齒進(jìn)給量、背吃刀量、側(cè)吃刀量以及銑刀齒數(shù)成反比，而與銑刀直徑成正比。為提高刀具耐用度允許使用較低的切削速度。但是加大銑刀直徑則可改善散熱條件，可以提高切削速度。

銑削加工的切削速度vc可參考有關(guān)切削用量手冊中的經(jīng)驗(yàn)選取通過公式計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速。

3、加工中心

加工中心切削用量的選擇，與銑削切削用量的選擇相同。

加工中心加工孔時進(jìn)給速度根據(jù)選擇的進(jìn)給量按式（3）計(jì)算，主軸轉(zhuǎn)速按式（2）計(jì)算。

攻螺紋時進(jìn)給量的選擇決定于螺紋的導(dǎo)程，由于使用了有浮動功能的攻螺紋夾頭，攻螺紋是工作進(jìn)給速度vf（單位為mm/min）可略小于理論計(jì)算值，即

vf≤Phn （7）

式中 Ph——加工螺紋的導(dǎo)程，單位為mm。

切削用量選擇可以歸結(jié)為：

制訂數(shù)控加工工藝規(guī)程是在保證加工質(zhì)量的前提下，盡可能提高生產(chǎn)效率。選擇切削用量時，參考有關(guān)切削用量手冊，首先選擇盡可能大的背吃刀量，然后根據(jù)機(jī)床動力和剛度條件（粗加工）或?qū)庸け砻娲植诙鹊囊螅ň庸ぃ┻x擇盡可能大的進(jìn)給量，最后在刀具使用壽命和機(jī)床功率允許的條件下選擇一個合理的切削速度，然后計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速。

參考文獻(xiàn)

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