淺析數(shù)控銑削加工中切削用量的合理選擇

在數(shù)控銑床上加工零件時，切削用量的合理選擇對于一個初次加工零件的人員來說是一個難以掌握的問題。尤其是隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，許多CAD/CAM軟件都提供了自動編程的功能，以往需要手工填寫的許多工藝規(guī)程文件一般都可以在這些軟件編程界面中設(shè)置完成，比如，刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設(shè)定等，編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。這樣的設(shè)定是機械加工業(yè)的發(fā)展趨勢，但目前諸多工廠工藝設(shè)計部門對加工第一線的設(shè)備使用情況不太清楚，導致編程設(shè)置的相關(guān)參數(shù)與實際加工中使用的參數(shù)不同，如果在這種情況下不根據(jù)實際情況合理選擇切削用量將給工廠帶來經(jīng)濟上的影響。所以說切削用量的合理選擇問題已成為現(xiàn)代化機械制造業(yè)中極為重要的經(jīng)濟問題之一。

一、影響切削用量選擇的因素

在加工過程中，切削用量的合理選擇直接影響到切削效果，生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本、加工精度、表面質(zhì)量等，也就是說在相同的加工條件下，選用不同的切削用量會產(chǎn)生不同的切削效果。為此必須合理選擇切削用量。所謂合理選擇切削用量，是指在保證工件加工質(zhì)量和刀具耐用度以及現(xiàn)有加工設(shè)備的前提下，能夠充分發(fā)揮機床、刀具的切削性能，使生產(chǎn)率最高，生產(chǎn)成本最低。目前，許多工廠都是通過查參考手冊、實踐資料或憑經(jīng)驗來確定切削用量。這樣的切削用量通常是在一定的實驗條件下得到的，運用于具有多變性的實際加工環(huán)境中會給生產(chǎn)出的零件帶來一定的誤差，因此要準確、合理地選擇切削用量，必須對各影響因素做出一系列分析。

目前在生產(chǎn)過程中影響切削用量選擇的主要因素有被加工零件的尺寸、形狀、材料，設(shè)備的類型與性能，刀具材料及形狀結(jié)構(gòu)，零件加工質(zhì)量和表面粗糙度等。

二、合理選擇切削用量的原則

切削用量的選擇其實就是切削速度vc、進給量f和背吃刀量ap三個要素的最佳組合，如何選擇最佳的切削三要素還需要分析影響切削用量選擇的因素。

在生產(chǎn)過程中，對其影響最大的是刀具，從刀具耐用度公式（1）可以分析出，對刀具耐用度影響最大的是切削速度，其次是是進給量，最小的是背吃刀量。由此可見要保持已確定的刀具耐用度T值，提高切削三要素中某一要素時，必須相應(yīng)地降低另外兩個要素。所以合理選擇切削用量的原則是：

粗加工時，應(yīng)盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度。選擇切削用量時應(yīng)首先選取盡可能大的背吃刀量；其次根據(jù)機床動力和剛性的限制條件，選取盡可能大的進給量，最后根據(jù)刀具耐用度要求，確定合適的切削速度。增大背吃刀量可使走刀次數(shù)減少，增大進給量有利于斷屑。

精加工時，對加工精度和表面粗糙度要求較高，加工余量不大且較均勻。選擇精加工的切削用量時，應(yīng)著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率。因此，精車時應(yīng)選用較小（但不能太?。┑谋吵缘读亢瓦M給量，并選用性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度。

三、銑削生產(chǎn)中切削用量合理選擇實例

數(shù)控銑床的切削用量包括切削速度vc、進給速度vf、背吃刀量ap和側(cè)吃刀量ac。切削用量的選擇方法是考慮刀具的耐用度，先選取背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次確定進給速度，最后確定切削速度。

（1）背吃刀量ap或側(cè)吃刀量ac。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；側(cè)吃刀量ac為垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸，單位為mm?？傊@兩個吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質(zhì)量要求決定。

（2）進給速度vf。進給速度指單位時間內(nèi)工件與銑刀沿進給方向的相對位移，單位為mm/min。它與銑刀轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)Z及每齒進給量fz(單位為mm/z)有關(guān)。

vf= fz Z n（2）

式（2）中，每齒進給量fz的選用主要取決于工件材料和刀具材料的機械性能、工件表面粗糙度等因素。當工件材料的強度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件剛性差或刀具強度低，fz值取小值。硬質(zhì)合金銑刀的每齒進給量高于同類高速鋼銑刀的選用值，可查表選用。

（3）切削速度。銑削的切削速度與刀具耐用度T、每齒進給量fz、背吃刀量ap、側(cè)吃刀量ac以及銑刀齒數(shù)Z成反比，與銑刀直徑d成正比。其原因是fz、ap、ac、Z增大時，使同時工作齒數(shù)增多，刀刃負荷和切削熱增加，加快刀具磨損，因此，刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大銑刀直徑，則可以改善散熱條件，相應(yīng)提高切削速度。

綜合上述知識，現(xiàn)以圖1為例講解用φ20三刃硬質(zhì)合金立銑刀加工不同的毛坯材料時選擇的切削用量。表1為硬質(zhì)合金刀具切削用量參考表。

合理選擇切削用量是零件工藝設(shè)計與加工過程中的重要內(nèi)容。粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。

（作者單位：四川省宜賓職業(yè)技術(shù)學院）