第二章第六节切削用量的选择

第六节切削用量的选择

一、切削用量的选择原则

每次切削加工都必须选择切削速度、进给量和背吃刀量，这是肯定的。切削用量这三个要素与生产效率、加工质量和加工成本都有非常密切的关系。我们在追求最高的生产效率、最好的加工质量和最低的加工成本时如何选择切削用量三个要素呢？怎样选择才算合理呢？下面让我们来分析一下切削用量三要素与生产效率、加工质量和加工成本的关系。什么是合理的切削用量?合理的切削用量是指在保证加工质量的前提下，充分利用刀具和机床的性能，能获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。首先看ap、f、vc与生产率的关系材料切除率

Q

=

1000

vc

ap

f（mm3/s）单位时间切除金属的体积愈大效率愈高，从这个观点出发我们当然希望切削用量三要素全部越大越好。ap、f、vc对表面粗糙度的影响精加工时的表面粗糙度：进给量f影响最大切削速度vc次之背吃刀量ap影响最小（精加工时它应当在很小的范围里选择，我们可以将它看作是一个常量）粗加工时对粗糙度的影响可以忽略。ap、f、vc对刀具使用寿命的影响显然切削速度影响最大，进给量影响次之，背吃刀量影响最小。从这个观点出发应当先选择尽可能大的背吃刀量，然后选择尽可能大的进给量，最后考虑在满足刀具使用寿命的前提下确定切削速度。第十一章切削用量的选择

一、切削用量的选择原则

tm-----（机动时间）基本工艺时间

tct-----（安装、调整、换刀）辅助工艺时间

tot-----其他辅助时间

T----刀具耐用度

1.切削用量与加工质量

ap↑

f↑→F↑、震动↑

f↑→残留面积↑Ra↑

vc

→通过积屑瘤来影响

2.切削用量与生产率

(1)生产率

(2)基本工艺时间切削用量三要素同tm

保持线性关系提高vc、ap、f都能缩短基本工艺时间(3)辅助工艺时间与刀具耐用度有关硬质合金加工中碳钢vc↑刀具耐用度迅速下降，换刀次数↑辅助工艺时间↑影响程度vc>

f>ap(4)定量分析三要素对生产率的影响前提：在刀具耐用度相同的情况下，讨论vc、ap、f对生产率的影响，

取决于tm。T为常数假设f不变，

ap

增大3倍，则：vc3ap

≈

0.85vc

3ap≈2.6假设ap

不变，

f增大3倍，则：vc3

f

≈

0.68vc

3

f

≈2

增大ap比增大f更有利于提高生产率YT加工中碳钢，xv=0.15yv=0.35m=0.2

3.切削用量的选择（刀具耐用度、生产率、加工质量）

一般原则：首先尽可能大的ap

其次尽可能大的f最后尽可能大的vc粗加工：主要考虑生产率，保证低的加工成本选大的ap、f，小的vc。

vc受机床功率和刀具寿命限制

精加工：小f、ap，大vc（受刀具耐用度限制）f按加工表面粗糙度要求选取

表1粗车，按ap选f，表2精车，按Ra选f

表3

一般，按按ap、f选vc

表1粗车，按ap选f，表2精车，按Ra选f表3

一般，按按ap、f选vc

在选择合理切削用量时，必须考虑加工性质。粗加工和精加工要完成的加工任务和追求的目标不同，因而切削用量选择的基本原则也不完全相同。一、粗加工时切削用量选择的基本原则粗加工时高生产率是追求的基本目标。这个目标常用单件机动工时最少或者单位时间切除金属的体积最大来表示。下面以外圆纵车为例加以说明。见下图单件机动工时为单件机动工时为：将常数合并后：

很显然单件机动工时最小，就意味着切削速度、进给量和背吃刀量三者的乘积最大。结论：粗加工时，在机床和刀具满足使用要求的情况下，首先选择最大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的前提下选取尽量大的进给量，最后在保证刀具使用寿命的合理数值后确定切削速度。二、精加工时切削用量选择的基本原则精加工时的切削用量，应以保证加工质量为主，并兼顾生产率和必要的刀具使用寿命。精加工的背吃刀量较小，产生的切削力不大，要满足工艺系统刚性要求选定背吃刀量。进给量主要受表面粗糙度的限制，为提高工件表面质量，进给量也选择较小值。精加工多采用较高的切削速度，即可提高加工效率，又要照顾到刀具使用寿命。

二、三要素的选定

1.ap的选定一般根据加工性质与加工余量确定ap。切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。粗加工：考虑机床功率，系统刚度尽可能大

一次走刀应尽可能切除全部余量。

C6140ap可达8~10mm（2）表层有硬皮（铸、锻件），加工硬化层（不锈钢）

ap>冷硬层厚度

（3）半精加工，如单边余量h>2mm，分二次加工

第一次

ap=（2/3～3/4）h

第二次

ap=（1/3～1/4）hh<2mm，一次加工完成。

（4）精加工，一次切除

ap=（1/3～1/4）h

2.

f的选定

ap选定，f受到的约束有：（1）机床的功率和转矩（2）机床进给机构传动链的强度（3）工件刚性（4）刀具的强度和刚性（5）图纸规定的Ra值经验公式

求得

fmax=确定进给量f粗加工时，工件表面质量要求不高，但切削力往往很大，合理进给量的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。粗车时工件材料，刀杆尺寸，工件直径与选定的切削深度进行选择，一般f=0.3~0.6mm/r。半精加工和精加工时，合理进给量的大小则主要受工件加工精度和表面粗糙度的限制。根据预先估计的切削速度与刀尖圆弧半径进行选择，常取f=0.08~0.3mm/r。此外，还需要考虑到所选的进给量能满足加工精度，甚至卷屑、断屑的要求。生产实际中多采用查表法确定进给量。粗加工时，根据工件材料，车刀刀杆直径，以及被吃刀量查表；半精加工以及精加工时，根据粗糙度工件材料，估计的切削速度以及刀尖圆弧半径来查。3.切削速度vc的选择在ap、f值选定后，一般根据合理的刀具寿命计算或用查表来选定切削速度。

式中Kvc：切削速度修正系数，Kvc的大小受工件材料、毛坯表面状态、刀具几何参数等切削条件的影响。Cv

、xv、yv、m及Kvc值可查阅《机械加工工艺手册》。根据工件尺寸计算工件转数n:根据机床说明书取较低而相近的机床主轴转数n，计算实际切削速度。N=1000vc/πdw在生产中选择切削速度的一般原则是：(1)粗车时，ap和f较大，故选择较低的vc；反之精车时选择较高的vc。(2)工件材料强度、硬度高时，应选较低的vc。(3)切削合金钢比切削中碳钢切削速度降低20%～30%；切削调质状态的钢比切削正火、退火状态钢要降低切削速度20%～30%；切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高100%～300%。(4)刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高，如硬质合金钢的切削速度比高速钢刀具可高几倍，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具要高，陶瓷、金刚石和CBN刀具可采用更高的切削速度。(5)精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。(6)断续切削时，为减少冲击和热应力，宜适当降低切削速度。(7)在易发生振动情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。(8)加工大型工件、细长件和薄壁工件或带外皮的工件，应适当降低切削速度。4校检机床功率:Pc＝Fcvc×10-3kw<PEηm5计算机动时间tm查表

表4切削速度表

三、切削用量的优化及数据库

1.优化（1）选优化目