机加工中切削用量的合理选择

襄阳汽车职业技术学院 郑 颖

切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。切削用量的确定是机加工工艺中的重要内容，切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工均有显著影响。机加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。合理选择切削用量主要从以下几方面考虑。

（1）加工质量：切削用量包括切削速度V（主轴转速S）、进给量F、背吃刀量ap，通常称为切削用量三要素。切削深度和进给量增大，都会使切削力增大，降低加工精度和增大表面粗糙度值。切削速度增大时，切削力减小，并可减小或避免积屑瘤，有利于加工质量和表面质量提高。合理提高工件旋转速度，降低进给速度，降低吃刀深度，都可以提高加工质量。

（2）刀具耐用度T：所谓刀具耐用度是指刃磨后的刀具从开始切削至达到磨钝标准时，所用的切削时间。影响刀具耐用度的因素，归纳起来可以分为5个方面：切削用量、刀具的几何参数、工件材料、刀具材料、刀具的刃磨质量和润滑冷却条件。切削用量对刀具耐用的影响可用如下关系式表达：（式中CT 是刀具耐用度系数）由上式看出，切削速度对刀具耐用度影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。例如用YT 15硬质合金车刀，以f＝0．3～0．75的进给量车削σb＝7．5kgf／mm的碳素钢时，当切削速度v增大一倍时，刀具耐用度下降97%；进给量f增大一倍时，刀具耐用度下降70%，而背吃刀量ap增大一倍时，刀具耐用度下降仅40%左右，因此当确定了刀具耐用度的合理值后，应首先考虑增大背吃刀量ap，然后根据加工条件和加工要求选择尽可能大的进给量和切削速度。

（3）粗、精加工时切削用量的选择：粗加工时，一般以提高生产效率为主（较高的金属切除率），但也应考虑经济性和加工成本（必要的刀具耐用度）。切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。增大背吃刀量可使走刀次数减少，增大进给量有利于断屑。半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量的选择原则首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合实践经验而定。①背吃刀量ap（mm）：背吃刀量ap根据加工余量和工艺系统的刚度确定。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。具体选择如下：粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低ap，使切削力减小。精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时，取ap＝0．05～0．8mm；半精加工时，取ap＝1．0～3．0mm。②切削宽度ae（mm）一般ae与刀具直径D成正比，与背吃刀量ap成反比。在数控加工中，一般ae的取值范围为ae＝（0．6～0．9）D。③进给量（进给速度）F（mm／min或mm／r）：进给量（进给速度）是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具，其进给量F、刀具转速n、刀具齿数z及每齿进给量fz的关系为F＝n×z×fz。粗加工时，由于对工件表面质量没有太高的要求，F主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的F；反之，适当降低F。半精加工、精加工时，F应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的，取较小的F，但又不能过小，因为F过小，切削厚度h D过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则F可选较大值。还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。④切削速度v（m／min）：根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者参考有关切削用量手册选用。在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时，应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。⑤主轴转速n（r／min）：主轴转速一般根据切削速度V来选定。计算公式为：n＝1 000V／πD，式中D为工件或刀具直径（mm）。

（4）不同切削条件下对切削用量的选择：在不同的工件材料、工件形状、切削要求、车刀材料及工件、车刀、夹具和机床系统的刚性等条件下，切削用量选择需做适当调整。①断续切削与连续切削的比较。如粗车偏心轴，在断续切削时，工件对刀刃、特别是刀尖有着一个较大的冲击力，因此断续切削的切削用量应比连续切削选得小一些。②荒车和粗车时的比较。锻造和铸造的工件，一般表面很不平整，而且表皮硬度较高，当粗车第一刀（即荒车）时，如果切削较少，会使刀刃受到一个不均匀的冲击力，易产生崩刃现象，造成严重的磨损。所以荒车时，把吃刀深度应放在第一位来考虑，其意义比粗车时更为突出，当工件、车刀、夹具和机床刚性许可时，应该加大吃刀深度，适当减小走刀量和切削速度，使工件表面全部车出，这样可以减小冲击力的变化，避免刀尖和硬度较高的表皮层相接触，不易磨损。③车削管料工件和轴类工件的比较。管料工件一般较长，刚性较差，因此在精车管料工件时，切削速度和吃刀深度要比轴类工件选得小一些，而走刀量可适当选得大一些，以减少振动。④车外圆和车内孔的比较。由于车内孔时，刀杆尺寸受到限制，车刀刚性比车外圆的车刀要差，车削时车刀容易振动，所以车内孔时选择的切削用量，特别是吃刀深度和走刀量，要比车削外圆时小。⑤使用高速钢车刀和硬质合金车刀的比较。由于高速钢的热硬性比硬质合金车刀差，因此在使用高速钢车刀车削时，选择的切削用量应比使用硬质合金车刀小，尤其是切削速度，高速钢车刀的切削速度大体为硬质合金车刀的1／4～1／5。当采用高速钢车刀宽刃大走刀加工中碳钢工件时，一般采用切削速度v＝3～5m／min。⑥车削大型工件和中小型工件时的比较。车削大型工件时，机床和工件的刚性好，其吃刀深度和走刀量应选得比车削中小型工件时大。但切削速度应降低些，以保证车刀的耐用度，并减少工件回转时的离心力，达到安全生产的目的。

因此，在机加工中切削用量的确定原则，应该结合现场的生产状况，选择出合理的切削用量，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。

［1］艾兴，肖诗纲．切削用量简明手册［M］．北京：机械工业出版社，1995．16－20．

［2］龚才元．金属切削原理与刀具［M］．航空工业出版社1991．

［3］王先逵．制造技术的未来［J］．中国机械工程，1994，（5）．

［4］郑焕文．机械制造工艺学［M］．北京：高等出版社，1994．