切削用量三要素讲解

切削用量江苏大学机电总厂2008年7月培训专用、请勿外传一.切削运动与切削用量二.切削用量与切削过程中的关系三.合理选择切削用量的原则和方法四.切削用量制定的步骤五.提高切削用量的途径切削用量及选择本章内容1.切削运动与切削用量如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工件的外圆表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变化的表面（见下图）：待加工表面：即将被切去金属层的表面加工表面：切削刃正在切削着的表面已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面切削用量及选择1.1切削运动金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。但是，按切削时工件与刀具相对运动所起的作用来分，可分为主运动和进给运动。如上图所示。（1）主运动主运动是切下金属所必须的最主要的运动。通常它的速度最高，消耗机床功率最多。(2）进给运动使新的金属不断投入切削的运动。进给运动可以是连续运动，也可以是间歇运动。切削用量及选择（3）合成运动与合成切削速度当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对工件的运动称为合成切削运动，其大小与方向用合成速度向量ve表示。如下图所示，合成速度向量等于主运动速度与进给运动速度的向量和。即:ve=vc+vf切削用量及选择1.2切削用量三要素vc、f、ap称之为切削用量三要素。（1）切削速度vc大多数切削加工的主运动采用回转运动。回旋体（刀具或工件）上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下：切削用量及选择（2）进给量f1、进给速度vf是单位时间的进给量，单位是mm/s2、进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r（毫米/转）。对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，即后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。vf=f·n=fz·z·nmm/s或mm/min切削用量及选择（3）背吃刀量ap对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。对于外圆车削的深度可用下式计算：ap=（dw-dm）/2mm对于钻孔工作：ap=dm/2mm上两式中dw——待加工表面直径（mm）dm——已加工表面直径（mm）切削用量及选择切削用量及选择2.切削用量与切削过程的关系2.1对劳动生产率的影响切削用量三要素vc、f、ap虽然对加工质量、刀具耐用度和生产效率均有直接的影响，但影响程度却不同，且它们又是相互联系，相互制约，不可能都选择的很大，因此，就存在着一从不同角度出发，去优先选择三者之中的某一个切削要素。为提高生产效率，可以适当增加背吃刀量ap，减少走刀的数，但是当加工余量太大、加工余量不均匀或工艺系统刚性不足时，为避免振动可分两次或多次走刀完成。提示：在刀具强度，机床刚性保证的情况下，尽可能增加背吃刀量ap、进给量f、适中的切削速度vc。切削用量及选择2.2对零件精度、表面粗糙度的影响对零件精度、表面粗糙度，从进给量f着手分析，在这三要素中，吃刀量ap通常根据加工余量而确定，而进给量f的提高，则主要受到表面粗糙度的制约，为提高零件的粗糙度，进给量必须选择得当。在吃刀量和进给量确定后，在保证刀具的耐用度的前提下，确定合理的切削速度vc。切削用量及选择2.3对刀具耐用度的影响2.3.1刀具耐用度所谓刀具耐用度，是指一把新刀从开始切削直到磨损量达到磨损标准为止，在这期间所使用的总的切削时间，用T表示。2.3.2切削速度vc与刀具耐用度的关系工件材料、刀具材料、几何角度选定后，切削速度是影响刀具耐用度的主要因素。其原因是当提高切削速度时，单位时间的金属去除率成正比例增加，刀具与工件及切屑间的摩擦加剧，消耗于金属变形和摩擦的无用功增加，因而产生大量的热。因此，提高切削速度的结果：摩擦热大量的积聚在切屑底层而来不及传导出去，从而使切削温度升高。切削用量及选择2.3.3进给量f与刀具耐用度的关系当增大进给量后，切屑厚度增大，由切屑带着走的热量增多，同时切屑与前刀面的接触长度增加，散热面积增大。通过测试得知，切削温度随进给量的增加而升高，但温度的升高幅度不及切削速度显著。2.3.4背吃刀量ap与刀具耐用度的关系背吃刀量对切削温度的影响很小。这是因为背吃刀量增大后，切削区产生的热量虽然成正比增加，但因为切削刃参加切削工作的长度也成正比增加，从而改善了散热条件，因此切削温度上升甚微。综上所述，凡是影响切削温度的因素，都影响刀具磨损，因而也影响刀具耐用度。切削用量及选择3.合理选择切削用量的原则与方法3.1制订切削用量的原则正确地选择切削用量，对于保证加工质量、降低加工成本和提高劳动生产率都具有重要意义。所谓合理的切削用量，是指充分利用刀具的切削性能和机床性能（功率、扭矩等），在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。对于粗加工来说，要尽可能保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。提高切削速度，增大进给量和背吃刀量，都能提高金属切除率。但在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是背吃刀量。所以，在选择粗加工切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，其次考虑采用大的进给量，最后才能根据刀具耐用度的要求，选定合理的切削速度。切削用量及选择半精加工、精加工时首先要保证加工精度和表面质量，同时应兼顾必要的刀具耐用度和生产效率，此时的背吃刀量根据粗加工留下的余量确定。为了减小工艺系统的弹性变形，减小已加工表面的残留面积，半精加工尤其是精加工，一般多采用较小的背吃刀量和进给量。为抑制积屑瘤和鳞制的产生，用硬质合金刀具进行精加工时一般多采用较高的切削速度；高速钢刀具则一般多采用较低的切削速度。由此可见，选择切削用量的基本原则是首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要在机床动力和刚度允许的范围内，同时又满足已加工表面粗糙度的要求的情况下，选取尽可能大的进给量，最后利用《切削用量手册》选取或用公式计算确定最佳切削速度。切削用量及选择3.2切削用量三要素的确定（1）背吃刀量的选择背吃刀量根据加工余量确定。1)在粗加工时，一次走刀应尽可能切去全部加工余量，在中等功率机床上，ap可达8～10mm.2)下列情况可分几次走刀：①加工余量太大，一次走刀切削力太大，会产生机床功率不足或刀具强度不够时；②工艺系统刚性不足，或加工余量极不均匀，以致引起很大振动时，如加工细长轴或薄壁工件；③断续切削，刀具受到很大的冲击而造成打刀时。在上述情况下，如分二次走刀，第一次的ap也应比第二次大，第二次的ap可取加工余量的1/3～1/4左右。切削用量及选择3）切削表层有硬皮的铸锻件或切削不锈钢等冷硬较严重的材料时，应尽量使背吃刀量超过硬皮或冷硬层厚度，以防刀刃过早磨损或破损。4）在半精加工时，ap=0.5～2mm。5）在精加工时，ap=0.1～0.4mm。（2）进给量的选择粗加工时，对工件表面质量没有太高要求，这时切削力往往很大，合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。这一进给量要受到下列一些因素的限制：机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金或陶瓷刀片的强度及工件的装夹刚度等。切削用量及选择精加工时，最大进给量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。工厂生产中，进给量常常根据经验选取。粗加工时，根据加工材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量从《切削用量手册》中查取进给量。在半精加工和精加工时，则按粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度从《切削用量手册》中查得进给量。然而，按经验确定的粗车进给量在一些特殊情况下，如切削力很大、工件长径比很大、刀杆伸出长度很大时，有时还需对选定的进给量校验。（3）切削速度的确定根据已选定的背吃刀量ap、进给量f及刀具耐用度T，就可按公式计算切削速度Vc和机床转速n。切削用量及选择①粗车时，ap、f均较大，所以Vc较低，精加工时，ap、f均较小，所以Vc较高。②工件材料强度、硬度较高时，应选较低的Vc；反之，Vc较高。材料加工性越差，Vc较低。③刀具材料的切削性能愈好，Vc也选得愈高。此外，在选择Vc时，还应考虑以下几点：①精加工时，应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域。②断续切削时，为减小冲击和热应力，宜适当降低Vc。③在易发生振动情况下，Vc应避开自激振动的临界速度。④加工大件、细长件、薄壁件以及带外皮的工件时，应选用较低的Vc。切削用量及选择切削用量及选择切削用量及选择4.切削用量制定的步骤背吃刀量的选择进给量的选择切削速度的确定校验机床功率5.提高切削用量的途径①采用切削性能更好的新型刀具材料；②在保证工件机械性能的前提下，改善工件材料加工性；③改善冷却润滑条件；④改进刀具结构，提高刀具制造质量。切削用量及选择THEEND2008.10.18