機加工中切削用量的合理選擇

襄陽汽車職業技術學院 鄭 穎

切削用量是表示機床主運動和進給運動大小的重要參數。切削用量的確定是機加工工藝中的重要內容，切削用量的大小對加工效率、加工質量、刀具磨損和加工均有顯著影響。機加工中選擇切削用量，就是在保證加工質量和刀具耐用度的前提下，充分發揮機床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。合理選擇切削用量主要從以下幾方面考慮。

（1）加工質量：切削用量包括切削速度V（主軸轉速S）、進給量F、背吃刀量ap，通常稱為切削用量三要素。切削深度和進給量增大，都會使切削力增大，降低加工精度和增大表面粗糙度值。切削速度增大時，切削力減小，并可減小或避免積屑瘤，有利于加工質量和表面質量提高。合理提高工件旋轉速度，降低進給速度，降低吃刀深度，都可以提高加工質量。

（2）刀具耐用度T：所謂刀具耐用度是指刃磨后的刀具從開始切削至達到磨鈍標準時，所用的切削時間。影響刀具耐用度的因素，歸納起來可以分為5個方面：切削用量、刀具的幾何參數、工件材料、刀具材料、刀具的刃磨質量和潤滑冷卻條件。切削用量對刀具耐用的影響可用如下關系式表達：（式中CT 是刀具耐用度系數）由上式看出，切削速度對刀具耐用度影響最大，進給量次之，背吃刀量影響最小。例如用YT 15硬質合金車刀，以f＝0．3～0．75的進給量車削σb＝7．5kgf／mm的碳素鋼時，當切削速度v增大一倍時，刀具耐用度下降97%；進給量f增大一倍時，刀具耐用度下降70%，而背吃刀量ap增大一倍時，刀具耐用度下降僅40%左右，因此當確定了刀具耐用度的合理值后，應首先考慮增大背吃刀量ap，然后根據加工條件和加工要求選擇盡可能大的進給量和切削速度。

（3）粗、精加工時切削用量的選擇：粗加工時，一般以提高生產效率為主（較高的金屬切除率），但也應考慮經濟性和加工成本（必要的刀具耐用度）。切削用量的選擇原則首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據機床動力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進給量；最后根據刀具耐用度確定最佳的切削速度。增大背吃刀量可使走刀次數減少，增大進給量有利于斷屑。半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。切削用量的選擇原則首先根據粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，盡可能選取較高的切削速度。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合實踐經驗而定。①背吃刀量ap（mm）：背吃刀量ap根據加工余量和工藝系統的剛度確定。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量，這是提高生產率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數控機床的精加工余量可略小于普通機床。具體選擇如下：粗加工時，在留下精加工、半精加工的余量后，盡可能一次走刀將剩下的余量切除；若工藝系統剛性不足或余量過大不能一次切除，也應按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap應盡可能大些，使刀口在里層切削，避免工件表面不平及有硬皮的鑄鍛件。當沖擊載荷較大（如斷續表面）或工藝系統剛度較差（如細長軸、鏜刀桿、機床陳舊）時，可適當降低ap，使切削力減小。精加工時，ap應根據粗加工留下的余量確定，采用逐漸降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面質量。一般精加工時，取ap＝0．05～0．8mm；半精加工時，取ap＝1．0～3．0mm。②切削寬度ae（mm）一般ae與刀具直徑D成正比，與背吃刀量ap成反比。在數控加工中，一般ae的取值范圍為ae＝（0．6～0．9）D。③進給量（進給速度）F（mm／min或mm／r）：進給量（進給速度）是數控機床切削用量中的重要參數，根據零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，參考切削用量手冊選取。對于多齒刀具，其進給量F、刀具轉速n、刀具齒數z及每齒進給量fz的關系為F＝n×z×fz。粗加工時，由于對工件表面質量沒有太高的要求，F主要受刀桿、刀片、機床、工件等的強度和剛度所承受的切削力限制，一般根據剛度來選擇。工藝系統剛度好時，可用大些的F；反之，適當降低F。半精加工、精加工時，F應根據工件的表面粗糙度Ra要求選擇。Ra要求小的，取較小的F，但又不能過小，因為F過小，切削厚度h D過薄，Ra反而增大，且刀具磨損加劇。刀具的副偏角愈大，刀尖圓弧半徑愈大，則F可選較大值。還應注意零件加工中的某些特殊因素。比如在輪廓加工中，選擇進給量時，應考慮輪廓拐角處的超程問題。特別是在拐角較大、進給速度較高時，應在接近拐角處適當降低進給速度，在拐角后逐漸升速，以保證加工精度。④切削速度v（m／min）：根據已經選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度選擇切削速度。可用經驗公式計算，也可根據生產實踐經驗在機床說明書允許的切削速度范圍內查表選取或者參考有關切削用量手冊選用。在選擇切削速度時，還應考慮：應盡量避開積屑瘤產生的區域；斷續切削時，為減小沖擊和熱應力，要適當降低切削速度；在易發生振動的情況下，切削速度應避開自激振動的臨界速度；加工大件、細長件和薄壁工件時，應選用較低的切削速度；加工帶外皮的工件時，應適當降低切削速度；工藝系統剛性差的，應減小切削速度。⑤主軸轉速n（r／min）：主軸轉速一般根據切削速度V來選定。計算公式為：n＝1 000V／πD，式中D為工件或刀具直徑（mm）。

（4）不同切削條件下對切削用量的選擇：在不同的工件材料、工件形狀、切削要求、車刀材料及工件、車刀、夾具和機床系統的剛性等條件下，切削用量選擇需做適當調整。①斷續切削與連續切削的比較。如粗車偏心軸，在斷續切削時，工件對刀刃、特別是刀尖有著一個較大的沖擊力，因此斷續切削的切削用量應比連續切削選得小一些。②荒車和粗車時的比較。鍛造和鑄造的工件，一般表面很不平整，而且表皮硬度較高，當粗車第一刀（即荒車）時，如果切削較少，會使刀刃受到一個不均勻的沖擊力，易產生崩刃現象，造成嚴重的磨損。所以荒車時，把吃刀深度應放在第一位來考慮，其意義比粗車時更為突出，當工件、車刀、夾具和機床剛性許可時，應該加大吃刀深度，適當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，剛性較差，因此在精車管料工件時，切削速度和吃刀深度要比軸類工件選得小一些，而走刀量可適當選得大一些，以減少振動。④車外圓和車內孔的比較。由于車內孔時，刀桿尺寸受到限制，車刀剛性比車外圓的車刀要差，車削時車刀容易振動，所以車內孔時選擇的切削用量，特別是吃刀深度和走刀量，要比車削外圓時小。⑤使用高速鋼車刀和硬質合金車刀的比較。由于高速鋼的熱硬性比硬質合金車刀差，因此在使用高速鋼車刀車削時，選擇的切削用量應比使用硬質合金車刀小，尤其是切削速度，高速鋼車刀的切削速度大體為硬質合金車刀的1／4～1／5。當采用高速鋼車刀寬刃大走刀加工中碳鋼工件時，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的比較。車削大型工件時，機床和工件的剛性好，其吃刀深度和走刀量應選得比車削中小型工件時大。但切削速度應降低些，以保證車刀的耐用度，并減少工件回轉時的離心力，達到安全生產的目的。

因此，在機加工中切削用量的確定原則，應該結合現場的生產狀況，選擇出合理的切削用量，從而保證零件的加工質量和加工效率，充分發揮機床的優點，提高企業的經濟效益和生產水平。

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