切削用量的选择

4.4 切削用量的选择 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速n或切 削速度vc（用于恒线速度切削）、进给速度vf或进给量f。这些参数 均应在机床给定的允许范围内选取。 4.4.1切削用量的选用原则 （1）切削用量的选用原则 粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。 选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床 动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具 耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次 数减少，增大进给量f有利于断屑。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 精车时，对加工精度和面粗糙度要求较高，加工余量不大且 较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量， 并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能 太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几 何参数，以尽可能提高切削速度。 （2）切削用量的选取方法 ①背吃刀量的选择 粗加工时，除留下精加工余量外，一次走 刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般 较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达8～ 10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～5mm；精加工的背吃刀量取0.2～ 1.5mm。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com ②进给速度（进给量）的确定 粗加工时，由于对工件的 表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和 刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选 定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙 度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。 进给速度νf可以按公式νf =f×n计算，式中f表示每转进给 量，粗车时一般取0.3～0.8mm／r；精车时常取0.1～0.3mm/r； 切断时常取0.05～0.2mm/r。 ③切削速度的确定 切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、 进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产 实践经验和查表的方法来选取。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。 精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的 切削速度。 切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式 n=l000vc/πD 来确定主轴转速n（r/min）。 在工厂的实际生产过程中，切削用量一般根据经验并通过查 表的方式进行选取。 常用硬质合金或涂层硬质合金切削不同材料时的切削用量推 荐值见表4-3。 表4-4为常用切削用量推荐表，供参考。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 表4-3 硬质合金刀具切削用量推荐表 0.50.l16001.50.21600铝合金 0.50.150.15 120 120 20.2 0.3100球墨铸铁 0.50.150.15 150 150 2 2 0.3 0.3120灰铸铁 0.40.l0.1 60 60 1.5 1.5 0.3 0.240钛合金 0.40.l12020.280不锈钢 0.40.l0.1 140 ·140 3 3 0.2 0.280铸铁 0.40.l16030.2120高合金钢 0.40.l0.1 220 220 3 3 0.2 0.2180低合金刚 0.40.l26030.2220碳钢 硬质 合金 或涂 层硬 质合 金 背吃刀量 mm 进给量 （mm／r） 切削速度 （m／min） 背吃刀量 mm 进给量 （mm／r） 切削速度 （m／min） 精 加 工粗 加 工 工件材料 刀具 材料 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 表4-4 常用切削用量推荐表 0.1～0.250～70切断（宽度<5mm） 0.1～0.270～100精加工 YG类 0.2～0.450～70粗加工 铸铁 HBS<200 YT类0.1～0.270～110切断（宽度<5mm） 0.1～0.225～30钻孔 W18Cr4V 500～800r·min-1钻中心孔 碳素钢 σb>600MPa 0.1～0.2120～1502-6精加工 0.2～0.480～1202-3粗加工 YT类 0.2～0.460～805-7粗加工 碳素钢 σb>600MPa 刀具材料 进给量 f/mm·r-l 切削速度 vc／m·min -1 背吃刀量 ap／mm 加工工件材料 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com （3）选择切削用量时应注意的几个问题 ①主轴转速 应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀 具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除 了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定，需要注意的是交流 变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。根据 切削速度可以计算出主轴转速。 ②车螺纹时的主轴转速 数控车床加工螺纹时，因其传动链的 改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴 （多为Z轴）方向位移一个螺距即可。 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程） 大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。 大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为： n≤（1200/P）－k 式中P——被加工螺纹螺距，mm； k——保险系数，一般取为80。 数控车床车螺纹时，会受到以下几方面的影响： ●螺纹加工程序段中指令的螺距值，相当于以进给量f（mm／ r）表示的进给速度vf。如果将机床的主轴转速选择过高，其换算 后的进给速度vf （mm／min）则必定大大超过正常值。 ●刀具在其位移过程的始终，都将受到伺服驱动系统升降 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升降频率特性满足不 了加工需要等原因，则可能因主进给运动产生出的“超前”和 “滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求。 ●车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺 纹需要有主轴脉冲发生器（编码器），当其主轴转速选择过高， 通过编码器发出的定位脉冲（即主轴每转一周时所发出的一个基 准脉冲信号）将可能因“过冲”（特别是当编码器的质量不稳定 时）而导致工件螺纹产生乱纹（俗称“乱扣”）。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 4.5 数控车削加工工艺的制定 4.5.1 零件图工艺分析 （1）零件结构工艺性分析 （2）轮廓几何要素分析 （3）精度及技术要求分析 4.5.2 工序划分的方法 在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在 一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。根据结构形 状不同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求基 准、工艺基准和编程原点的统一。在批量生产中，常用下列方法 划分工序。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com （1）按零件加工表面划分工序 即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工 表面多而复杂的零件，可按其结构特点（如内形、外形、曲面和平 面等）划分成多道工序。 将位置精度要求较高的表面在一次装夹下完成，以免多次定位 夹紧产生的误差影响位置精度。 如图4-19所示工件，按照零件的 工艺特点，将外轮廓和内轮廓的 粗、精加工各放在一道工序内完 成，减少了装夹次数，有利于保 证同轴度。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com （2）按粗、精加工划分工序 即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的 那一部分工艺过程为一道工序。对毛坯余量较大和加工精度要求较高 的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。将粗车安 排在精度较低、功率较大的数控机床上进行，将精车安排在精度较高 的数控机床上完成。 这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零 件，例如毛坯为铸件、焊接件或锻件的零件。 （3）按所用的刀具种类划分工序 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序，这种方法适 于工件的待加工表面较多，机床连续工作时间较长，加工程序的编制 和检查难度较大的情况。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 如图4-19所示工件， 工序一：钻头钻孔，去除加工余量； 工序二：采用外圆车刀粗、精加工外形轮廓； 工序三：内孔车刀粗、精车内孔。 图4-19 套类零件分析 图4-20 手柄加工示意图 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 对同一方向的外圆切削，应尽量在一次换刀后完成，避免频繁 更换刀具。例如，车削图4-20（a）的手柄零件，其工序的划分及 装夹方式的选择如下。该零件加工所用坯料为Φ32mm棒料，批量生 产，加工时用一台数控车床。 第一道工序（按图4-20（b）所示将一批工件全部车出，包括 切断），夹棒料外圆柱面，工序内容有：先车出Φ12mm和Φ20mm两 圆柱面及圆锥面（粗车掉R42mm圆弧的部分余量），换刀后按总长 要求留下加工余量，然后切断。 第二道工序（见图4-20（c）），用Φ12mm外圆及Φ20mm端面 装夹，工序内容有：先车削包络SR7mm球面的30º圆锥面，然后对全 部圆弧表面半精车（留少量精车余量），最后换精车刀将全部圆弧 表面一刀精车成形。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com （4）按安装次数划分工序 以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适 用于工件的加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。 如图4-21所示工件，工序一：以毛坯的粗基准定位加工左端轮廓； 工序二：以加工好的外圆表面定位加工右端轮廓。 图4-21 轴类零件分析 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 4.5.3加工顺序的确定 在对零件图进行认真和仔细的分析后，制定加工应遵循以 下基本原则——先粗后精，先近后远，内外交叉，程序段最少，走 刀路线最短。 （1）先粗后精 指按照粗车一半精车一精车的顺序，逐步提高加工精度。为了 提高生产效率并保证零件的精加工质量， 在切削加工时，应先安排粗加工工序， 在较短的时间内，将精加工前的大部分 加工余量去掉，同时尽量保证精加工的 余量均匀。如图所示。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com （2）先近后远 这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小 而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点 近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动 距离，减少空行程时间。 例如，当加工图4-23所示零件时，对这类直径相差不大的台 阶轴，当第一刀背吃刀量（图4-23中最大背吃刀量可为3mm左右） 未超限度时，宜按Φ34mm-Φ36mm-Φ38mm的顺序先近后远地安排 车削加工。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com （3）内外交叉 对既有内表面（内型腔）又有外表面需要加工的零件，安排加 工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。 4.5.4确定刀具的走刀路线 刀具的走刀路线：在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运 动轨迹和方向。即刀具从对刀点开始运动起，直至加工程序结束所 经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行 程。 确定走刀路线的总原则：在保证零件加工精度和表面质量的前 提下，尽量缩短走刀路线，以提高生产率；方便坐标值计算，减少 编程工作量，便于编程。对于多次重复的走刀路线，应编写子程 序，简化编程。 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 数控车床上加工零件时常用的走刀路线： （1）车圆弧的走刀路线分析 实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大部分余量切除，最后才 车出所需圆弧。下面介绍车圆弧常用的加工路线。 图4-24为车圆弧的阶梯走刀路线。 图4-25（a）为车圆弧的同心圆弧走刀路线。 图4-24 阶梯走刀路线车圆弧 图4-25 同心圆弧走刀路线车圆弧 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 图4-27为车圆弧的车锥法切削路线 即先车一个圆锥，再车圆弧。 （2）车圆锥的走刀路线分析 图4-26 车圆锥走刀路线 图4-27 车锥法走刀路线车圆弧 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com （3）车螺纹时轴向进给距离的分析 图4-28 切削螺纹时引入、引出距离 （4）切槽的走刀路线分析 车削精度不高且宽度较窄的矩形沟槽时，可用刀宽等于槽宽 的车槽刀，采用直进法一次进给车出。精度要求较高的沟槽，一 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 般采用二次进给车成，即第一次进给车槽时，槽壁两侧留精车余 量，第二次进给时用等宽刀修整。 车较宽的沟槽，可以采用多次直进法切割，并在槽壁及底面留 精加工余量，最后一刀精车至尺寸。如图4-29所示。 图4-29 切宽槽的走刀路线 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 小结小结：：1. 数控车削切削用量的选择原则、方法及主要问题 2. 数控车削工序划分和加工顺序安排 3. 确定走刀路线的原则 4. 数控车床常用的走刀路线 作业作业：： 1. 数控车削切削用量的选择原则、方法及主要问题 2. 数控车床常用的走刀路线分析 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com