数控加工中切削用量的合理选择汇总

1、数控加工中切削用量的合理选择【摘要 】文章介绍了切削用量的三要素， 并对数控机床加工时切削用量的合理 选择进行了详细阐述，为数控机床编程与操作人员提供参考。关键词】切削用量；加工质量；刀具耐用度；选择原则前言： 数控加工中切削用量 的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主， 但也应考虑经济和加工成本； 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。 具体数值应根据机床说明书、 切削用量手册， 并结合经验而定。 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 用量的确定是数控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

2、工成本均有显著影响一、切削用量的选择原则 数控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。（ 一） 加工质量： 加工质量分为 加工精度 和 加工表面质量 。1加工精度是指零件加工后实际几何参数 （尺寸、形状和位置）与理想几何参 数相符的程度。 符合程度愈高， 加工精度愈高。 实际值与理想值之差称为加工误 差，所谓保证加工精度，即指控制加工误差。尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸 公差范围。在国标中尺寸公差分 20级（IT01、ITO、IT1IT18 ）。尺寸精度的获 得方法： 试切法：

3、试切一一测量一一调整一一再试切。用于单件小批生产。 调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸 精度。用于成批大量生产。 尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。生产率高，但刀具制造 复杂。 自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。切削测量补偿调 整。几何形状精度：加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过 一定公差范围。在国标中形状公差有 六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线 轮廓度、面轮廓度。几何形状精度的获得方法：成形运动法 轨迹法：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。 成形法：利用成形刀具加工获得表面形状。 展成法：利用刀具与工件相对

4、运动使工件被刀具切削成一定形状的包络线。 非成形运动法：人工修配、样板加工、划线加工等。相互位置精度：加工表面的实际几何要素对由基准确定方向或位置的理想 几何要素的变动量。在国标中位置公差有 八项：平行度、垂直度、倾斜度、同轴 度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。相互位置精度的获得主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证。2加工表面质量是指表面几何形状和表面层的物理力学性能。表面几何形状 包括表面粗糙度，表面波度，宏观几何形状偏差。表面层的物理力学性能包括表 面层冷作硬化，表面层残余应力，表面层金相组织的变化 。（二）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

5、时，所用的切削时间。影响刀具耐用度的因素，归纳起来可以分为五个方 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。1切削用量：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。切削用量对刀具耐用度的影响可用如下关系 式表达：Ctnf app111丄丄.-0（式中CT是刀具耐用度系数）m np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YT15硬质合金车刀，以f=0.30.75的进给量车削 c b=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

6、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。2刀具几何参数：刀具几何参数对刀具耐用度有较显著的影响，是刀具几何 参数合理、先进与否的重要标志之一。前角Y O：前刀面与基面间的夹角即为前角。前对刀具耐用度的影响很明显， 如太大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快，但刀刃的强度降低，散热 差，且易破损；如太小又使切削力和切削温度增加过多，在这两种情况下耐用度都会下降，前角丫 O对刀具耐用度的影响呈“驼峰形”，它的峰顶前角耐用度最 高。

7、主偏角Kr:主切削刃与进给方向间的夹角即为主偏角。主偏角减小，刀具 强度增加，改善散热条件，耐用度增高。副偏角Kr/：副切削刃与进给反方向间的夹角即为负偏角 。负偏角主要影 响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，若减小 Kr/,则表面的粗糙度降低，刀具强 度增加，但Kr /过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低 表面质量。适当减小负偏角和增大刀尖圆弧半径都能提高刀具强度，改善散热条件，使刀具耐用度提高。3工件材料：工件材料的强度、硬度越高，产生的切削温度越高，故刀具磨 损越快，刀具耐用度越低。切削碳素结构钢时，钢的含碳量对刀具耐用度有较大 的影响。含碳量越高，渗碳体和珠光体的比重就越

8、大，硬度就越高，刀具的磨损 也就越快。因此切削高碳钢时刀具磨损较快， 耐用度较低；切削中碳钢时刀具磨 损就相对较慢，耐用度也相对较高。此外加工材料的延伸率越大或导热系数越低， 均能使切削温度升高，刀具耐用度降低。4刀具材料：刀具材料的种类很多，常用的有工具钢（碳素工具钢、合金工具 钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工 具钢，因耐热性很差，只宜作手工刀具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼，由于质脆、 工艺性差及价格昂贵等原因，仅在较小的范围内使用。目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金 。刀具切削部分材料是影响刀具耐用度的主要因素， 改善刀具材料的切削性能， 使用高，就

9、越耐磨，耐用度也越高。5刀具刃磨质量和冷却润滑条件：刀具的刃磨质量对刀具的耐用度有很大的影响。如硬质合金刀具用碳化硅 （SiC）砂轮刃磨后，若不用细油石研磨，则由于刀刃有锯齿状的微小缺口、前 后刀面表面粗糙度较高等原因，刀具的磨损较快，耐用度低，有时还易崩刃。实 践表明，经过仔细研磨的车刀，耐用度可比未研磨的提高 50%左右。切削液分为 水基冷却润滑液 和油基冷却润滑液 ，水基冷却润滑液主要起冷 却作用，油基冷却润滑液主要起润滑作用。 使用切削液能降低切削区的温度并减 少刀具与工件、刀具与切屑间的摩擦，对提高刀具耐用度是有利的。实验表明， 用乳化液（水基冷却润滑液的一种）能降低切削区温度 50

10、C100C，用切削油 能降低切削区温度40C60C。所以，高速钢刀具在切削负荷较重的条件下， 则多用水基冷却润滑液， 切削负荷较轻而精度较高和表面粗糙度要求较低的条件 下则多用油基润滑液， 使刀具与工件表面间形成润滑膜， 减少摩擦。 硬质合金刀 具耐热性较好，一般可以不用切削液， 但在用高温合金加工一般钢料的精加工中， 为了提高刀具的耐用度， 保证加工精度和表面粗糙度， 也可以用乳化液或极压切 削油进行冷却润滑。综上所述，我们在分析清楚影响刀具耐用度的这些因素及它们之间的相互关 系后，可先根据工件材料的具体情况， 选用适宜的刀具材料和切削用量， 选择合 适的刀具几何参数， 保证刀具的刃磨质量和

11、冷却润滑条件， 以保障较高的刀具耐 用度。（ 三） 粗、精加工时切削用量的选择原则 ：1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。2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

12、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。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

13、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=0.050.8mm半精加工时， 取 ap=1.0 3.0mm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=（0.60.9）D。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

14、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 X zX 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hD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

15、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。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

16、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。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=1000V/n D,式中D 为工件或刀具直径（mr）数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调 （倍率） 开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。二、切削用量推荐表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。下面参照现场采用的切削用量和一些经验数据列出了机械加工常用的切削用 量，供设计时参考。1. 高速钢钻头加工铸铁件的切削用量加工HB=160200HB=200241HB=300400直径切削用量(mm)V ( m/m

17、in)fn (mm/r)V (m/min)fn ( mm/r)V (m/min)fn (mm/r )1616240.070.1210180.050.105120.030.086120.120.200.100.180.080.1512220.200.400.180.250.150.2022500.400.800.250.400.200.302. 高速钢钻头加工钢件的切削用量加工 直径（mm）2d b-5270(公斤/毫米) (钢 35，45)2d b=7090(公斤/毫米) (15Cr,20Cr)2d b=100110（公斤 /毫米）（合金钢）切削用量V ( m/min)fn (mm/r)V (

18、m/min)fn ( mm/r)V (m/min)fn (mm/r )1618250.050.1012200.050.108150.030.086120.100.200.100.200.080.1512220.200.300.200.300.150.2522500.300.600.300.450.250.35附表1:钻深孔时，上述两表中所列数值应进行修正，表中所列V应除以Kv ;表中所列S应乘以Ks。咼速钢钻头在铸铁件上钻深孔时，Ks=1，Kv见下表钻孔深度L/孔径D34455668810Kv0.90.80.80.70.70.650.650.60.60.5附表2:高速钢钻头在钢件上钻深孔或用硬

19、质合金钻头在铸铁件上钻深孔（硬质合金钻头加工铸铁时，切削速度 V 般为2030m/min）时，Kv、Ks见下表钻孔深度L/孔径D34455668810Kv10.850.850.750.750.670.670.630.630.55Ks10.950.950.900.900.850.850.800.800.753. 高速钢钻头加工铝及铝合金的切削用量加工直径（mm）切削速度V（ m/s ）每转进给量fn （mm/r ）铝铝合金（长铁屑）铝合金（短铁屑）13820500.030.200.050.250.030.108250.060.500.100.600.050.1525500.150.600.201

20、.000.080.364. 高速钢钻头加工黄铜及青铜的切削用量黄铜、青铜硬青铜加工直径（mm）切削用量V (m/s )fn (mm/r)V (m/s )fn (mm/r)3860800.060.1525450.050.158560.150.300.120.2525500.300.750.120.505. 高速钢铰刀铰孔的切削用量加工直径铸铁钢、合金钢铝、铜及铜合金(mm)切削用量V (m/min)fn (mm/r)V (m/min)fn (mm/r)V (m/min)fn (mm/r)610260.300.501.250.300.408120.300.5010150.501.000.400.5

21、00.501.0015400.801.500.400.600.801.5040601.201.800.500.601.502.00注：用硬质合金铰刀加工铸铁件时，V=810m/min；加工铝件时，V=1220m/min6. 高速钢扩孔钻扩孔的切削用量铸铁钢、铸钢铝、铜加工直 径（mm）扩通孔锪沉孔扩通孔锪沉孔扩通孔锪沉孔切削用量V(m/min)fn(mm/r)V(m/min)fn(mm/r)V(m/min)fn(mm/r)V(m/min)fn(mm/r)V(m/min)fn(mm/r)V(m/min)fn(mm/r)10150.150.200.150.200.120.200.080.100.1

22、50.201525OGt-? O-0.200.2520.200.3040.100.15000.200.250025400.250.30180.150.300.300.40180.250.3040600.300.400.400.500.150.200.300.400601000.400.600.500.600.400.60注：当用硬质合金扩孔钻加工铸铁件时， 切削速度V=3040m/min ；加工钢件时, 切削速度 V=3560m/min7. 镗孔的切削用量工序刀具材料铸铁钢铝及铝合金切削用量V(m/min)fn(mm/r)V(m/min)fn(mm/r)fn(mm/r)fn(mm/r)粗镗高速

23、钢20250.250.8015300.150.401001500.51.5硬质合金35500.401.5050700.350.70一一半精镗高速钢20350.100.3015500.100.301002000.20.5硬质合金50700.150.45901350.150.45一一精镗硬质合金7090D1级 0.08D级0.120.151001500.120.151504000.060.1注：米用咼精度的精镗头镗孔时，余量一般较小，直径上不大于 0.2毫米，切削 速度可以提高一些，铸铁件 V=10（150m/min,钢件 V=15（250m/min,铝合金 V=20（400m/min,巴氏合金

24、V=25（500m/min,而每转进给量fn则在0.03 0.1mm/r。8. 硬质合金端铳刀铳削的切削用量加工材料工序铳削深度铳削速度每齿进给量(mm)V(m / min )Ft(mm/ z)钢 b b=5270(公斤/毫米2)粗24801200.200.40精0.511001800.050.20钢 b b=7090(公斤/毫米2)粗24601000.200.40精0.51901500.050.15钢 b b=100110(公斤/毫米2)粗2440700.100.30精0.51601000.050.10铸铁粗2550800.200.40精0.51801300.050.20铝及铝合金粗253007000.100.40精0.5150015000.050.30注：铣削切削用量的选择与要求的加工光洁度及效率有关，当要求较高的铣削光洁度时，则铣削速度应高一些，每齿进给量应小一些。9. 攻丝的切削速度加工材料铸铁钢、合金钢铝、铝合金切削速度V (m/min )2.551.5551510. 孔加工常用工序间余量加工工序加工直径(mm)工序特点在直径上的工序间余量(mm)扩孔1020钻孔后扩孔1.52.0粗扩后精扩0.5 1.02050钻孔后扩孔2.02.5粗扩后精扩1.0