車削加工切削用量選擇分析

葛　紅

在長(zhǎng)期車削加工實(shí)踐中，有經(jīng)驗(yàn)的車工老師會(huì)在開(kāi)車切削前，對(duì)照著零件圖樣先考慮開(kāi)幾轉(zhuǎn)車速，吃刀多少深，選擇多少走刀量。這不僅體現(xiàn)了切削用量的重要性，更直接關(guān)系到如何充分發(fā)揮車刀、機(jī)床的潛力來(lái)提高實(shí)際的生產(chǎn)效率。因此在車削加工前一定要合理的選擇切削用量。

一、切削用量對(duì)切削的影響

在車削加工中，始終存在著切削速度、吃刀深度和走刀量這三個(gè)切削要素，在有條件增大切削用量時(shí)，增加切削速度、吃刀深度和走刀量，都能達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的，但它們對(duì)切削的影響卻各有不同。

1. 切削速度對(duì)切削的影響

所謂切削速度，實(shí)質(zhì)上是指切屑變形的速度，其高低決定著切削溫度的高低，影響著切削變形的大小，而且直接決定著切削熱的多少。

當(dāng)車削碳鋼、不銹鋼以及鋁和鋁合金等塑性金屬材料達(dá)到一定的切削溫度時(shí)，切削底層金屬將粘附在車刀的刀刃上面形成積屑瘤。由于積屑瘤的存在，將會(huì)增大車刀的實(shí)際前角，對(duì)切削力、車刀的磨損以及工件加工質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生較大影響。

（1）切削速度對(duì)切削力的影響。一般來(lái)說(shuō)，提高切削速度，切屑變形小，切削力也就相應(yīng)降低。對(duì)于碳鋼等塑性金屬材料，在用硬質(zhì)合金車刀車削碳鋼工件時(shí)（前角γ=0°），開(kāi)始切削速度小，切削力大，但隨著切削速度的提高，形成積屑瘤后會(huì)增大車刀的實(shí)際前角，使切屑變形減小，導(dǎo)致切削力下降。積屑瘤在刀刃上的堆積高度越高，即車刀實(shí)際前角增加得越多，切削變形與切削力也就越小。但當(dāng)切削速度超過(guò)一定范圍時(shí)（≥20m/min），隨著切削速度的提高，積屑瘤高度將會(huì)逐漸減小，直至完全消失，車刀的實(shí)際前角也隨之逐漸減小，直至回復(fù)原來(lái)大小，這時(shí)切削變形與切削力又將逐漸增大。當(dāng)切削速度再繼續(xù)提高時(shí)（≥50m/min），由于切削溫度甚高，切屑與車刀前面接觸的一層表皮開(kāi)始微熔，起了一種特殊的潤(rùn)滑作用，減少了摩擦，而且因被切層變形不夠充分，使切屑變形減小，切削力得到了再次降低。此后切削力的變化逐漸趨于穩(wěn)定。對(duì)于不同的工件材料以及不同的車刀前角值，切削速度與切削力之間的變化規(guī)律大致如此，但各個(gè)變化階段的速度范圍則會(huì)不盡相同。

雖提高切削速度有利于減小切削力，但切削速度過(guò)高，將會(huì)增大機(jī)床負(fù)荷，故而還應(yīng)充分考慮機(jī)床負(fù)荷是否在機(jī)床額定功率范圍之內(nèi)。

（2）切削速度對(duì)刀具耐用度的影響。一般情況下，提高切削速度，會(huì)加劇刀具的磨損，降低刀具的耐用度。但也有特殊情況，例如，我們?cè)诓捎糜操|(zhì)合金車刀車削淬硬鋼工件，在低速時(shí)車刀主要發(fā)生機(jī)械磨損，但當(dāng)適當(dāng)提高切削速度以后，使得工件切削區(qū)域的表面硬度降低的同時(shí)，硬質(zhì)合金車刀的沖擊韌性會(huì)增高，相應(yīng)地提高了車刀耐用度。

（3）切削速度對(duì)工件質(zhì)量的影響。如前所述，碳鋼、不銹鋼及鋁等塑性材料，在一定的切削速度范圍內(nèi)，容易形成積屑瘤。而積屑瘤的存在勢(shì)必要影響到工件的加工表面粗糙度。因此在精車這類工件時(shí)，必須注意選用合適的切削速度，以防止產(chǎn)生積屑瘤。如已出現(xiàn)積屑瘤，則可利用加快或減慢切削速度的辦法加以消除或可采取降低刀具的刃磨粗糙度、使用充分的冷卻潤(rùn)滑液等措施。

但是，當(dāng)切削速度過(guò)高時(shí)，容易引起工件的熱變形，也會(huì)加劇車刀的磨損，降低工件的加工精度。因此，在車削時(shí)也不能采用過(guò)高的切削速度。

2. 吃刀深度和走刀量對(duì)切削的影響

在車削中，被切層的寬度和厚度取決于吃刀深度αp與走刀量?，兩者的乘積（αp×?）即為“切削橫斷面積”，其大小決定著車削時(shí)的單位切削負(fù)荷。由于吃刀深度和走刀量對(duì)切削變形以及散熱等方面的作用不同，故而對(duì)切削力、刀具磨損以及工件質(zhì)量的影響也不同。

（1）吃刀深度與走刀量對(duì)切削力的影響。吃刀深度的大小影響單位切削寬度上的切削力的大小，它與切削力成正比。當(dāng)吃刀深度增大時(shí)，切削寬度增加，切削力也就按照正比例相應(yīng)的增大。走刀量的大小和單位切削寬度上的切削力有關(guān)，但它與切削力不成簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。這是因?yàn)榍邢鞯讓拥淖冃巫顕?yán)重，而切削的厚度取決于走刀量的大小，當(dāng)走刀量增大時(shí)，切削增厚，變形最嚴(yán)重的切屑底層部分所占的比例減少，使切削的平均變形相對(duì)減少；反之，走刀量減少時(shí)，切屑的平均變形會(huì)相應(yīng)增大。因此，在車削時(shí)如果要求切削橫斷面積不變而減少切削力，則應(yīng)取較大的走刀量，而取較小的吃刀深度。

（2）吃刀深度與走刀量對(duì)刀具耐用度的影響。吃刀深度增加時(shí)，由于刀刃工作長(zhǎng)度增大，改善了散熱條件，使切削溫度升高較少，對(duì)刀具磨損影響也較小。走刀量增加時(shí)，散熱條件變差，使切削溫度升高較多，對(duì)刀具磨損影響較大。

（3）吃刀深度和走刀量對(duì)工件質(zhì)量的影響。當(dāng)吃刀深度太大時(shí)，控制工件的尺寸精度較困難。故而在精車時(shí)，為保證工件質(zhì)量，吃刀深度與走刀量都應(yīng)取得小些。但在采用寬刃大走刀進(jìn)行車削時(shí)，如果走刀量取得大些，則可以減少振動(dòng)，有利于提高工件質(zhì)量。

二、切削用量的合理選擇

在一般情況下，加大切削速度、吃刀深度和走刀量，對(duì)提高生產(chǎn)效率有利。但若過(guò)分的增加，將會(huì)產(chǎn)生相反效果，即加劇刀具磨損，影響工件質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至撞壞刀具，產(chǎn)生“悶車”等現(xiàn)象。所以我們必須把切削用量選擇在一定范圍內(nèi)。根據(jù)不同的切削條件，找出切削用量矛盾的主要方面，即首先確定主要的切削速度，然后再選擇其他切削要素。

1.粗車或精車時(shí)選擇切削用量的一般原則

（1）粗車。粗車時(shí)，一般加工余量較多，可分兩種情況來(lái)選擇：

①當(dāng)粗加工余量較多時(shí)，應(yīng)首先選擇大的吃刀深度，除去精加工余量，盡可能一次切削完成，只有當(dāng)精加工余量太大，無(wú)法一次切削時(shí)，才考慮分幾次切削；其次選取較大走刀量；最后才根據(jù)刀具耐用度的許可條件，選擇合適的切削速度。

②當(dāng)粗加工余量（αp＜3mm）不多時(shí)，則從切屑變形方面考慮，力求減小對(duì)切削力的影響，首先應(yīng)選擇大的走刀量，而吃刀深度受粗加工余量的限制取規(guī)定值，最后選取適當(dāng)?shù)那邢魉俣取?/p>

在粗車時(shí)如果把切削速度選得很高，刀具的耐用度就顯著降低，且易于磨損，需要經(jīng)常磨刀、換刀，增加了許多輔助工時(shí)；同時(shí)，吃刀深度只能相應(yīng)減少，如果加工余量較多，則必然要分幾刀才能完成車削，大大降低了生產(chǎn)效率。當(dāng)吃刀深度和走刀量基本選定后，按一般切削情況，切削速度大致可按下列范圍選用：

a.用硬質(zhì)合金車刀車削中碳鋼（正火、退火狀態(tài)）時(shí)，切削速度平均取90米/分左右；車削鑄鐵時(shí)，切削速度平均取70米/分左右。在具體選用時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。

b.車削調(diào)質(zhì)的鋼料、合金時(shí)，切削速度應(yīng)比車削中碳鋼時(shí)降低20～30﹪。

c.車削有色金屬的切削速度應(yīng)比車削中碳鋼的切削速度提高100～200﹪。

（2）精車。在精車時(shí)，留下的加工余量不多（一般留精車余量αp =0.2～0.75mm），如果將走刀量取大，則殘留面積增加，所以走刀量受到一定限制（一般取?=0.08～0.03mm/r）。因此，在選擇精車切削用量時(shí)，應(yīng)將切削速度放在第一位，走刀量放在第二位，且按工件質(zhì)量要求適當(dāng)選擇；而吃刀深度則根據(jù)工件尺寸來(lái)確定。

2.不同切削條件下對(duì)切削用量的選擇和調(diào)整

在不同的工件材料、工件形狀、切削要求、車刀材料以及工件、車刀、夾具和機(jī)床系統(tǒng)的剛性等條件下，切削用量選擇需做適當(dāng)調(diào)整。

（1）斷續(xù)切削與連續(xù)切削的比較。如粗車偏心軸，在斷續(xù)切削時(shí)，工件對(duì)刀刃、特別是刀尖有著一個(gè)較大的沖擊力，因此斷續(xù)切削的切削用量應(yīng)比連續(xù)切削選得小一些。

（2）荒車和粗車時(shí)的比較。鍛造和鑄造的工件，一般表面很不平整，而且表皮硬度較高，當(dāng)粗車第一刀（即荒車）時(shí)，如果切削較少，會(huì)使刀刃受到一個(gè)不均勻的沖擊力，易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的磨損。所以荒車時(shí)，把吃刀深度應(yīng)放在第一位來(lái)考慮，其意義比粗車時(shí)更為突出，當(dāng)工件、車刀、夾具和機(jī)床剛性許可時(shí)，應(yīng)該加大吃刀深度，適當(dāng)減小走刀量和切削速度，使工件表面全部車出，這樣可以減小沖擊力的變化，避免刀尖和硬度較高的表皮層相接觸，不易磨損。

（3）車削管料工件和軸類工件的比較。管料工件一般較長(zhǎng)，剛性較差，因此在精車管料工件時(shí)，切削速度和吃刀深度要比軸類工件選得小一些，而走刀量可適當(dāng)選得大一些，以減少振動(dòng)。

（4）車外圓和車內(nèi)孔的比較。由于車內(nèi)孔時(shí)，刀桿尺寸受到限制，車刀剛性比車外圓的車刀要差，車削時(shí)車刀容易振動(dòng)，所以車內(nèi)孔時(shí)選擇的切削用量，特別是吃刀深度和走刀量，要比車削外圓時(shí)小。

（5）使用高速鋼車刀和硬質(zhì)合金車刀的比較。由于高速鋼的熱硬性比硬質(zhì)合金車刀差，因此在使用高速鋼車刀車削時(shí)，選擇的切削用量應(yīng)比使用硬質(zhì)合金車刀小，尤其是切削速度，高速鋼車刀的切削速度大體為硬質(zhì)合金車刀的1/4～1/5。當(dāng)采用高速鋼車刀寬刃大走刀加工中碳鋼工件時(shí)，一般采用切削速度v=3～5m/min。

（6）車削大型工件和中小型工件時(shí)的比較。車削大型工件時(shí)，機(jī)床和工件的剛性好，其吃刀深度和走刀量應(yīng)選得比車削中小型工件時(shí)大。但切削速度應(yīng)降低些，以保證車刀的耐用度，并減少工件回轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

（7）工件、車刀、夾具和機(jī)床的剛性好與差時(shí)的比較。工件、車刀、夾具和機(jī)床的剛性也是選擇切削用量的依據(jù)之一。如在車削細(xì)長(zhǎng)軸尤其是中間部位時(shí)常會(huì)發(fā)生振動(dòng)；在車削較深孔時(shí)，由于刀桿細(xì)長(zhǎng)，剛性較差，也易發(fā)生振動(dòng)；又如在花盤(pán)和角鐵上裝夾工件，比一般用四爪卡盤(pán)夾持時(shí)剛性要差，前者則存在一定的偏重（即動(dòng)平衡偏差）；等等。所以，切削用量均不易選得過(guò)大（在具體選擇時(shí)，走刀量可適當(dāng)取大些，有利于減少振動(dòng)）。

（作者單位：山東濟(jì)寧技術(shù)學(xué)院）