切削用量 切削用量三要素

切削用量切削用量三要素切削用量是指切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）、背吃刀量ap三者的总称，也称为切削用量三要素。它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。它们的定义如下：（一）切削速度vc切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。计算公式如下vc=(πdwn)/1000(1-1)式中vc——切削速度(m/s)；dw——工件待加工表面直径（mm）；n——工件转速（r/s）。在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最高，刀具磨损最快。（二）进给量f工件或刀具每转一周时，刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。进给速度vf是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。vf=fn（1-2）式中vf——进给速度（mm/s）；n——主轴转速（r/s）；f——进给量（mm）。（三）背吃刀量ap通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。根据此定义，如在纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：ap=（dw—dm）/2（1-3）式中dw——工件待加工表面直径（mm）；dm——工件已加工表面直径（mm）。涂层刀片为了提高刀具（刀片）表面的硬度和改善其耐磨性、润滑性，通过化学气相沉积和真空溅射等方法，在硬质合金刀片表面喷涂一层厚度5～12μm以下的TiC、TiN或Al2O3等化合物材料。TiC涂层刀片，硬度可达3200HV，呈银灰色，耐磨性好，容易扩散到基体内与基体粘结牢固，在低速切削温度下有较高的耐磨性。TiN涂层刀片TiN硬度为2000HV，呈金黄色，色泽美观，润滑性能好，有较高的抗月牙洼型的磨损能力，与基体粘结牢固程度较差。Al2O3涂层刀片硬度可达3000HV，有较高的高温硬度的化学稳定性，适用于高速切削。除上述单层涂覆外，还可TiC-TiN,TiC+TiN+Al2O3等二层、三层的复合涂层，其性能优于单层。硬质合金分类常用的硬质合金以WC为主要成分，根据是否加入其它碳化物而分为以下几类：（1）钨钴类（WC+Co）硬质合金（YG）它由WC和Co组成，具有较高的抗弯强度的韧性，导热性好，但耐热性和耐磨性较差，主要用于加工铸铁和有色金属。细晶粒的YG类硬质合金（如YG3X、YG6X），在含钴量相同时，其硬度耐磨性比YG3、YG6高，强度和韧性稍差，适用于加工硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、硬青铜等。（2）钨钛钴类（WC+TiC+Co）硬质合金（YT）由于TiC的硬度和熔点均比WC高，所以和YG相比，其硬度、耐磨性、红硬性增大，粘结温度高，抗氧化能力强，而且在高温下会生成TiO2,可减少粘结。但导热性能较差，抗弯强度低，所以它适用于加工钢材等韧性材料。(3)钨钽钴类（WC+TaC+Co）硬质合金（YA）在YG类硬质合金的基础上添加TaC(NbC),提高了常温、高温硬度与强度、抗热冲击性和耐磨性，可用于加工铸铁和不锈钢。（4）钨钛钽钴类（WC+TiC+TaC+Co）)硬质合金(YW)在YT类硬质合金的基础上添加TaC(NbC),提高了抗弯强度、冲击韧性、高温硬度、抗氧能力和耐磨性。既可以加工钢，又可加工铸铁及有色金属。因此常称为通用硬质合金（又称为万能硬质合金）。目前主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。什么是位置公差及其表示符号位置精度是指零件上点、线、面各要素的实际位置相对于理想位置的准确程度。位置精度是用位置公差来控制的。例如图7－22所示的圆跳动0.01mm，表示丝杠外轴φ50h5圆柱面基准线G－G作无轴向移动的回转时，在任一测量平面内的径向圆跳动不得大于0.01mm。又如图7－22所示的平行度0.0035mm表示丝杆外圆轴线在垂直方向上平行于基准轴线D的两平行平面之间距离不得大于0.007mm。国家标准GB1182-80至GB1184－80规定，位置公差有八项，其名称和符号如表7－7所示。形状公差及其表示符号形状精度是指零件上的线、面要素的实际形状相对于理想形状的准确程度。形状精度是用形状公差来控制的。例如图7－22所示的圆度为0.0035mm表示丝杠外圆面的实际轮廓必须位于半径为公差值0.0035mm的两同心圆之间。国家标准GB1182-80至GB1184－80规定，形状公差有六项，其符号和名称如表7－6所示什么是尺寸公差尺寸公差是指在切削加工中零件尺寸允许的变动量。在基本尺寸相同的情况下，尺寸公差愈小，则尺寸精度愈高。如图7－21所示，尺寸公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之差，或等于上偏差与下偏差之差。例如：最大极限尺寸＝50－0.025＝49.975mm最小极限尺寸＝50－0.064＝49.936mm尺寸公差＝最大极限尺寸－最小极限尺寸＝49.975-49.936＝0.039mm或尺寸公差＝上偏差－下偏差＝－0.025－（-－0.064）＝0.039mm国标GB1800－79至GB1804－79将确定尺寸精度的标准公差等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2、……IT18表示。从IT01到IT18相应的公差数值依次加大、精度依次降低。切削加工所获得的尺寸精度一般与使用的设备、刀具和切削条件等密切相关。尺寸精度愈高，零件的工艺过程愈复杂，加工成本也愈高。因此在设计零件时，应在保证零件的使用性能的前提下，尽量选用较低的尺寸精度。常用加工方法所能达到的表面粗糙度值如何高速高精度孔加工除采用CNC切削方式对孔进行精密加工外，还可采用镗削和铰削等方式对孔进行高精度加工。随着加工中心主轴的高速化，已可采用镗削工具对孔进行高速精密加工。据报道，目前在铝合金材料上进行φ40mm左右的镗削加工时，切削速度已可提高到1500m/min以上。在用CBN烧结体作切削刃加工钢材、铸铁及高硬度钢时，也可采用这样的切削速度。预计，今后镗削加工的高速化将会迅速普及推广。为了实现镗削加工的高速化和高精度化，必须注意刀齿振动对加工表面粗糙度和工具寿命的影响。为了防止加工精度和工具寿命下降，所选用的加工中心必须配备动平衡性能优异的主轴，所选镗削刀具也必须具有很高的动平衡特性。尤其是镗削工具的刀齿部分，应选择适用于高速切削的几何形状、刀具材料及装卡方式。切削刃端部的R应较大，以利于提高加工效率；在保证获得同等加工表面粗糙度的前提下，应加大进给量。但加大进给量应适可而止，否则将增大切削阻力，不利于提高加工效率。切削刃带应设置0.1mm以下的负倒棱，这样可有效保持刀具寿命的稳定。至于刀具材料，则视被加工材料性质而有所不同。如加工40HRC以下的钢等材料时，可选用金属陶瓷刀具，这种刀具在v=300m/min以上的高速切削条件下，可获得良好的加工表面粗糙度与较长的刀具寿命。涂层硬质合金刀具则适用于对60HRC以下的钢材等进行高速切削，刀具寿命非常稳定，但切削速度稍低于金属陶瓷刀具。CBN烧结体刀具适用于加工高硬度钢、铸铁等材料，切削速度可达1000m/min以上，而且刀具寿命非常稳定。CBN刀齿的刃带部分应进行适当的倒棱处理，这种处理对进行稳定的高速切削和延长刀具寿命极为有利。在对铝合金等有色金属及非金属材料进行超高速切削时，可选用金刚石烧结体刀具，这种刀具切削稳定，刀具寿命也很长。应注意的是，使用金刚石刀具时，刀齿刃带必须进行倒棱处理，这是保证切削稳定的重要条件。在铰削加工方面，目前尚未见到高速、高精度的新型刀具问世，该领域的研究开发工作似乎处于停滞不前的状态。高速铰刀迄今仍被某些特定的用户用来进行高速高精度孔加工。这种铰刀带有负前角，刚性高，断屑效果好，在高速切削条件下，可进行稳定的精密孔加工。该铰刀的特点是，采用较大的负前角和奇数刀齿，其高速切削的速度是过去的铰刀无法达到的，因此，可以说此种设计对铰刀的传统概念进行了大胆的突破，是一种高效率的铰削刀具。加工材料切削刀片如何正确选用？（1）目前，各种难加工材料如淬硬钢、超硬烧结金属、耐热超级合金、双金属材料等已日益广泛地应用于工业零件的制造。虽然用此类材料制造的零件可获得优异的使用性能，但同时也带来了一个难题：如何以合理的每件加工成本实现零件的最终成形加工。值得庆幸的是，如今刀具供应商已成功开发出了各种用于铣削、车削加工难加工材料的新型切削刀片，如涂层硬质合金刀片、金属陶瓷刀片、CBN刀片、PCD刀片等。这些新型材料刀片采用了特殊的几何形状和表面涂层，具有优异的耐磨损性能，并可承受加工过程中的机械冲击和热冲击。但是，如何在生产中合理、有效地使用这些切削刀片，还需要与掌握专业知识的刀具供应商密切配合。由于切削刀片的成本相对较低(一般硬质合金刀片的成本仅占加工总成本的3%，CBN刀片占加工总成本的5%～6%)，因此，为节约加工成本而一味选用较便宜的刀片实际上可能并不划算。新型材料刀片虽然价格较贵，但可以缩短加工时间，延长刀具寿命，提高产品质量，因此可能具有更好的经济性。另一方面，脱离实际加工需要而盲目选用新型材料刀片，也可能增大加工成本(CBN刀片的价格可达硬质合金刀片的8～10倍)。此外，使用新型材料刀片时，如采用不正确的切削速度和进给率，也会影响工件加工质量和刀具使用寿命。因此，选用难加工材料切削刀片时需要正确评估加工的经济性和综合考虑整个加工工艺过程。CBN刀片经过了强化和钝化处理，在切削硬度＞50HRC的工件材料时可有效避免崩刃现象难加工材料切削刀片如何正确选用？（2）加工经济性的综合权衡选择切削刀片时，需要对整个加工任务进行评估。在可以满足工件尺寸精度和表面光洁度要求，并考虑了加工时间和刀片更换的前提下，选用价格相对较低的硬质合金刀片可以实现较好的加工经济性。通过准确了解和综合权衡生产批量、加工时间和刀片性能，就能合理选用切削刀片，达到提高生产率的加工效果。以铣削加工材质为烧结碳化钛的燃气涡轮机叶片为例，当工件批量较小时，选用涂层硬质合金刀片也可获得较好的加工效果。在35m/min的切削速度下，硬质合金刀片的切削刃寿命仅为5～10分钟，而大批量加工难加工材料工件的合理刀片寿命一般要求达到15～30分钟。在小批量加工中，较短的刀片寿命和较频繁的更换刀片对生产率的影响并不明显；但在大批量满负荷加工中，较长的刀片寿命对于减少换刀辅助时间、降低劳动强度、提高机床利用率和生产能力则具有至关重要的意义。因此，当涡轮机叶片的加工批量较大时，选用硬度更高、价格较贵的CBN刀片可能更为合理。为了充分发挥先进材料刀片的切削性能，还需要选用正确的进给率和切削速度。以SandvikCoromant公司的CBN刀片为例，该刀片的切削刃经过了强化和钝化处理，在切削硬度＞50HRC的工件材料时可有效避免崩刃现象。尽管CBN刀片韧性极佳，但对切削参数的选取仍十分严格，如所选切削速度高于或低于理想值的10%，则可能大大降低刀片的切削性能。为了实施难加工材料的切削加工，可考虑向专业刀具供应商寻求技术支持，刀具供应商可基于其它相同的加工实例提供合理的解决方案。在需要进行切削试验时，通常可采用试错(trial-and-error)方式，即首先用硬质合金刀片进行切削，然后换用新型材料刀片进行对比切削，比较不同刀片的加工效果。采用先进的刀片形状、高刚性刀柄和优化加工程序，通常可使价格较低的硬质合金刀片适合于难加工材料的切削。是否需要换用新型材料刀片，则应根据具体的加工任务及加工条件而定。对于同一大类的难加工材料，通常在切削刀片的选用上具有一定共性。难加工材料切削刀片如何正确选用？（3）淬硬钢的切削加工目前，许多合金钢工件对硬度的要求越来越高。过去，工具钢的应用硬度通常为45HRC，而现在模具工业使用的工具钢已普遍要求淬硬到63HRC。为了避免热处理变形，需要对一些过去只能在热处理之前进行切削加工的模具实施完全淬硬状态下的精密铣削加工。在铣削完全淬硬钢时，产生的切削热和切削压力可能引起切削刀片的塑性变形并使刀片迅速失效。如铣削硬度为60HRC的淬硬钢(材料中的碳化物颗粒硬度可达90HRC)时，普通的涂层硬质合金刀片将发生后刀面快速磨损。铣削硬度为60HRC的淬硬钢(材料中的碳化物颗粒硬度可达90HRC)时，普通的涂层硬质合金刀片将发生后刀面快速磨