淺談數控加工切削用量選擇

摘 要： 制造企業工藝規程制訂直接關系到其直接成本，切削用量的選擇直接與時間定額中的基本時間相關，切削用量選擇是否合適就尤為重要，因此，以提高數控切削加工效率、降低加工成本、獲得高質量產品為目的進行的數控切削用量的選擇，對提高數控加工經濟效益具有重要意義。

關鍵詞： 數控加工；切削用量；選擇；探討

一個完整的企業應包括設計開發、加工制造和市場開拓等三大塊，一個現代化企業應該是兩頭大，中間小，一般說設計開發階段決定了產品價值的80%，產品的直接成本的20%；而制造階段決定了產品價值的20%，直接成本的80%。顯然提高設計能力，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。而制造企業工藝規程制訂直接關系到其直接成本，切削用量的選擇直接與時間定額中的基本時間相關，切削用量選擇是否合適就尤為重要，因此，以提高數控切削加工效率、降低加工成本、獲得高質量產品為目的進行的數控切削用量的選擇，對提高數控加工經濟效益具有重要意義。

工藝規程制訂的原則是優質、高產和低成本，即在保證產品質量的前提下，爭取最好的經濟效益。制訂工藝規程時，必須充分利用本企業現有的生產條件；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境污染，提高勞動生產率；在保證產品質量的前提下，盡可能降低消耗、降低成本；應盡可能采用國內外先進工藝技術。

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-進給次數； n-工件轉速（r/min）； d-切削直徑（mm） ；Z-單邊工序余量（mm）；

f-進給量（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相對于工件的主運動的瞬時速度。大多數切削加工的主運動是回轉運動，其切削速度υc的計算公式為。

υc =πdn/1000（1）

主軸轉速 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）；

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

υf = fn （3）

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

fz =f/z （4）

υf = nz fz （5）

式中z——齒數

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，切削加工的效率與這三個要素是密切相關的。本文主要介紹數控車、數控銑、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，然后根據機床動力和剛度條件（粗加工）或對加工表面粗糙度的要求（精加工）選擇盡可能大的進給量，最后在刀具使用壽命和機床功率允許的條件下選擇一個合理的切削速度。

1、數控車

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

光車時主軸轉速應根據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等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計算和查表選取外，還可根據實踐經驗確定。在實際生產中，切削速度確定之后，用式（2）計算主軸轉速。

在切削螺紋時，車床的主軸轉速將受到螺紋的螺距P（或導程）大小、驅動電動機的升降頻率特性及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數控系統，推薦不同的主軸轉速選擇范圍。如大多數經濟型車床數控系統推薦車螺紋時的主軸轉速如下：

n≤1200/p-k

式中 n ──主軸轉速（r/min ）；P—工件螺紋的螺距或導程（mm）；

k—保險系數，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。

當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產率，可選擇較高的進給速度，一般在100～200mm/min范圍內選取。當切斷、車削深孔或精車削時，宜選擇較低的進給速度，一般在20～50mm/min范圍內選取。當加工精度、表面粗糙度要求較高時，進給速度應選小些，一般在20～50mm/min范圍內選取。刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設定該機床數控系統允許的最高進給速度。進給速度應與主軸轉速和背吃刀量相適應。

實際加工時，也可根據經驗確定進給量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、數控銑

銑削加工的切削參數包括切削速度、進給速度、背吃刀量和側吃刀量，如圖3所示。

（1）背吃刀量ap（端銑）或側吃刀量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。

背吃刀量或側吃刀量的選取主要由加工余量和對表面質量的要求決定。

① 粗銑

粗銑時一般一次進給應盡可能切除全部余量，在中等功率機床上，背吃刀量可達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，粗銑一次進給就可以達到要求。但在余量較大，工藝系統剛性較差或機床動力不足時，應分兩次進給完成。

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行。粗銑時背吃刀量或側吃刀量選取同前。半精銑時，端銑的背吃刀量或周銑的側吃刀量一般在0.5～2mm內選取，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、精銑三步進行。半精銑時背吃刀量或側吃刀量取1.5～2mm；精銑時圓周銑側吃刀量取0.3～0.5mm，面銑刀背吃刀量取0.5～1mm。

（2）對于多齒刀具，進給速度vf與進給量f主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取，可參考常用切削用量手冊，按公式（3）、（5）計算。

（3）切削速度vc的選擇

銑削的切削速度vc與刀具的耐用度、每齒進給量、背吃刀量、側吃刀量以及銑刀齒數成反比，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可參考有關切削用量手冊中的經驗選取通過公式計算主軸轉速。

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給速度根據選擇的進給量按式（3）計算，主軸轉速按式（2）計算。

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

vf≤Phn （7）

式中 Ph——加工螺紋的導程，單位為mm。

切削用量選擇可以歸結為：

制訂數控加工工藝規程是在保證加工質量的前提下，盡可能提高生產效率。選擇切削用量時，參考有關切削用量手冊，首先選擇盡可能大的背吃刀量，然后根據機床動力和剛度條件（粗加工）或對加工表面粗糙度的要求（精加工）選擇盡可能大的進給量，最后在刀具使用壽命和機床功率允許的條件下選擇一個合理的切削速度，然后計算出主軸轉速。

參考文獻

[1]楊天云.數控加工工藝.[M].北京：北京交通大學出版社，2012年.

[2]徐嘉元、曾家駒.機械制造工藝學.[M].北京：機械工業出版社，2007年.