淺談關(guān)于切削用量的選擇

摘要本文介紹了在切削加工過程中切削用量三要素的選擇，直接影響生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效益，在此分析基礎(chǔ)上提出建立國家切削數(shù)據(jù)庫平臺的一點設(shè)想，供機(jī)械加工工作者參考。

關(guān)鍵詞 切削用量 切削速度 切削數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

On the Choice of Cutting

XU Jie

(Jiangsu Xujie Suining Vocational Education Center， Xuzhou， Jiangsu 221200)

AbstractThis paper introduced simple superficial in machining process selection of cutting dosages three elements， the direct impact of production efficiency， in this analysis is proposed based on establishing national cutting database platform for the little imagine， machining workers reference.

Key wordscutting; cutting speed; cutting database

0 引言

選擇合理的切削用量，對于保證加工質(zhì)量、降低加工成本和提高生產(chǎn)率，有著很大的關(guān)系。在機(jī)床、刀具和工件等條件一定的情況下，選擇合理的切削用量，可最大限度地發(fā)掘生產(chǎn)潛力，發(fā)揮機(jī)床和刀具的最大功能，從而獲得最大的生產(chǎn)效益。切削用量與刀具壽命有著密切的關(guān)系，較大的切削用量，可使加工工時縮短，但換刀和磨刀的時間增加，刀具壽命變短，刀具費(fèi)用增加，從而使生產(chǎn)效益達(dá)不到最佳。反之，如果選擇較小的切削用量，刀具壽命變長，但生產(chǎn)效率就會太低，企業(yè)仍不能獲得最大的利潤。因而尋求切削用量的三要素即切削深度、進(jìn)給量和切削速度間的最佳組合，仍是現(xiàn)代從事機(jī)械加工工程研究人員的重要課題。以下是以車削外圓為例，來介紹切削用量的選取方法。

1 切削用量選擇一般原則

由刀具在特定條件下的使用壽命經(jīng)驗公式：①T = Cr/VC5f 2.25ap0.75 知，切削速度Vc對刀具的使用壽命T影響最大，其次是進(jìn)給量f，切削深度ap影響最小。刀具壽命有最大生產(chǎn)率使用壽命和經(jīng)濟(jì)使用壽命，因此切削速度也對應(yīng)的有最大生產(chǎn)率的切削速度和經(jīng)濟(jì)的切削速度。當(dāng)產(chǎn)品供不用求時應(yīng)采用最大生產(chǎn)率的切削速度，而一般情況下，多采用經(jīng)濟(jì)的切削速度。因此，對于切削用量的選擇原則是：首先選取盡可能的切削深度，然后根據(jù)加工條件和要求選取較大的進(jìn)給量，最后才在機(jī)床和刀具使用壽命能保證的前提下，選取合理的經(jīng)濟(jì)速度。

2 切削用量選用分析

2.1 切削深度的確定

增大切削深度比增大進(jìn)給量更有利于提高生產(chǎn)率。由于切削深度是由加工余量決定的。對于粗車外圓來說，盡可能一次切去全部粗加工余量，當(dāng)余量較大時，在機(jī)床、刀具、工件的剛性滿足的情況下，選取較大的切削深度，盡可能減少走刀次數(shù)，來提高生產(chǎn)率。對于鍛件或鑄件毛坯，因工件表皮較硬，第一次車削其切削深度應(yīng)大于硬化層厚度，便于保護(hù)刀尖，防止刀尖過早的磨損或破損。在半精加工時如果單面余量大于2mm，可分兩次切除，如果單面余量小于2mm，一次切除即可。對于精加工來說，一般應(yīng)在一次行程中切除所有余量，但由于鱗刺（已加工表面上的鱗片狀毛刺）高度是隨切削深度的增大而增大的，較大的切削深度，工件表面加工質(zhì)量較差，因此對于表面要求較高的外圓，精加工余量不宜太大。

2.2 進(jìn)給量的選定

在切削深度值選定之后，進(jìn)給量直接決定了切削面積，因而決定了切削力的大小。由于進(jìn)給量受機(jī)床的有效功率和轉(zhuǎn)矩、進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳動鏈的強(qiáng)度、剛度，工件和刀具的剛性限制及工件圖紙規(guī)定的加工表面的粗糙度要求等影響，因此選取時要綜合考慮各方面因素，選取較大的進(jìn)給量，而且進(jìn)給量也影響著表面加工質(zhì)量。增大進(jìn)給量，提高了生產(chǎn)效率，但同時使表面粗糙度值也增大。進(jìn)給量也非越小表面質(zhì)量越好，進(jìn)給量太小，雖使表面粗糙度值減小，但使表面殘余應(yīng)力增大，冷作硬化嚴(yán)重，表面質(zhì)量仍然不是太好。且進(jìn)給量對于加工質(zhì)量的影響，和刀具工作角度、切削液使用、工件材料等有直接關(guān)系。生產(chǎn)中大多利用查金屬切削手冊法確定較為合理的進(jìn)給量。

2.3 切削速度的選定

在切削深度和進(jìn)給量選定之后，切削速度的選定是否合理，對切削效率和加工成本影響很大。較大的切削速度可以減小表面粗糙度，提高表面加工質(zhì)量。提高切削速度可以提高生產(chǎn)率，但會使刀具壽命大大降低。隨著超硬刀具材料和刀具涂層技術(shù)的發(fā)展，切削速度的提高對于刀具壽命的影響變小。但切削速度的選取仍是至關(guān)重要，傳統(tǒng)方法是根據(jù)合理的刀具使用壽命計算或用查表法在一定范圍內(nèi)選定切削速度，再通過工件直徑計算出機(jī)床的轉(zhuǎn)速。其（下轉(zhuǎn)第154頁）（上接第146頁）實對于一個給定的機(jī)床、刀具、工件，其最大生產(chǎn)率的切削速度或經(jīng)濟(jì)的切削速度一般只有一個是最佳的。

3 對于切削用量選用方法的設(shè)想

從上面的分析我們能看出，如果要想達(dá)到較理想的切削用量優(yōu)化組合（即朝著最低成本或最高生產(chǎn)率或最大利潤率方向上，在保證加工質(zhì)量、機(jī)床和刀具的安全的前提下，選取一組最佳的切削深度、進(jìn)給量和切削速度），是一個很復(fù)雜的課題。如果能開發(fā)一種軟件，將機(jī)床型號、刀具參數(shù)（牌號、幾何角度、尺寸）、工件參數(shù)（材料牌號、熱處理狀況、線性尺寸）、加工要求（粗加工/精加工、表面質(zhì)量要求）、工作條件（切削液、溫度）、產(chǎn)品供求關(guān)系等參數(shù)建立成切削中心數(shù)據(jù)庫，就如同自動編程軟件能編出較佳的切削工藝一樣，將上述信息輸入后，計算機(jī)軟件能對切削用量進(jìn)行優(yōu)化組合，得到一組或幾組切削數(shù)據(jù)供機(jī)械加工者選擇。雖然早有報道有我國很多研究機(jī)構(gòu)已開發(fā)出金屬切削數(shù)據(jù)庫，但很多具有專用性（特定條件），如南京航空航天大學(xué)研究和開發(fā)的專用切削數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)NAIMDS 和KBMDBS，早已經(jīng)開發(fā)出來，也創(chuàng)造了生產(chǎn)價值，但沒有也不能大面積的推廣及應(yīng)用。由于我國生產(chǎn)企業(yè)眾多，各個企業(yè)之間存在利益沖突，又由于新的機(jī)床和刀具的不斷研發(fā)，且同一型號（規(guī)格）的機(jī)床（刀具）因生產(chǎn)廠家不同，其參數(shù)、性能也可能有所不同，這就極大程度地限制了切削數(shù)據(jù)庫大面積的推廣應(yīng)用。目前對于很多機(jī)械加工工廠來說，60%以上仍然是手動操作的機(jī)械加工，對于切削用量的選取仍舊按照經(jīng)驗或參考一些較為過時的《切削用量手冊》，即便是采用了現(xiàn)代的數(shù)控加工系統(tǒng)，自動編程軟件，但仍有一定的局限性，這也還是不能充分發(fā)揮機(jī)床和刀具的性能，從而限制了企業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展，而這對于企業(yè)來說是一筆巨大的經(jīng)濟(jì)損失。美國的CUTDATA建庫的初期（上個世紀(jì)70年代）就為工業(yè)部門節(jié)約了1.6億美元；德國的INFOS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可使單件生產(chǎn)時間下降了10%，生產(chǎn)成本下降了10%。由此可見切削數(shù)據(jù)庫有著非常巨大的經(jīng)濟(jì)價值。

如果我國能夠建立完善的機(jī)械加工數(shù)據(jù)中心平臺，并對生產(chǎn)機(jī)床和切削刀具的企業(yè)按制定的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械加工機(jī)床和切削刀具，對于新開發(fā)出的機(jī)床和刀具，及時將參數(shù)輸入數(shù)據(jù)庫，使切削刀具標(biāo)準(zhǔn)化，機(jī)床也逐步實現(xiàn)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。各個企業(yè)可以根據(jù)自身需求，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接到國家機(jī)械加工數(shù)據(jù)中心平臺上，只需要將各種參數(shù)輸入后，就可得到一組或幾組切削加工用量數(shù)據(jù)。到那時實用的金屬切削優(yōu)化系統(tǒng)將應(yīng)用到每一個車間，而每一臺機(jī)床、每一把刀具都在發(fā)揮它自己的潛能，最大限度地創(chuàng)造價值，相信到那時我國的機(jī)械工業(yè)技術(shù)水平將會有一個質(zhì)的飛躍，工業(yè)生產(chǎn)總值也一定會提高了幾個百分點，機(jī)械加工水平將會走在世界的前列。

注釋

①特定條件指的是：用硬質(zhì)合金外圓車刀切削b=0.75GPa的40鋼時，當(dāng)進(jìn)給量f>0.75mm/r時。

參考文獻(xiàn)

[1]周澤華.金屬切削原理.華南理工大學(xué)出版社，1993.

[2]袁哲俊.金屬切削實驗技術(shù).北京機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[3]劉戰(zhàn)強(qiáng).切削數(shù)據(jù)庫的研究現(xiàn)狀與發(fā)展.計算機(jī)集成技術(shù)，2003.