數控加工中切削用量的合理選擇

王軍

（大慶石化公司物資供應中心，黑龍江 大慶 163714）

在機械加工中,切削用量的優化選擇問題已成為現代化機械制造業中極為重要的經濟問題之一.在相同的加工條件下，選用不同的切削用量會產生不同的切削效果，生產率、生產成本、加工精度、表面質量等問題均取決于正確選擇切削用量。分析影響切削用量選擇的主要因素有:切削速度、質量等級、切削功率、刀具耐用度、表面粗糙度等。實際上各因素對切削用量的影響程度具有模糊性。目前，許多工廠都是通過查參考手冊、實踐資料或憑經驗來確定切削用量的.但推薦的切削用量是在一定的實驗條件下得到的，運用于具有多變性的實際加工環境中，其本身就具有一定的誤差，因此切削用量實質上是一個不確定的模糊量。要準確、合理地選擇切削用量，必須對各影響因素作出一系列分析，并應用模糊數學理論根據各影響因素對切削用量選擇的影響程度作出定量評判。

現在，隨著CAD/CAM技術的發展，許多CAD/CAM軟件都提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規劃的有關問題，比如：刀具選擇、加工路徑規劃、切削用量設定等，編程人員只要設置了有關的參數，就可以自動生成NC程序并傳輸至數控機床完成加工。因此，數控加工中切削用量的確定是在人機交互狀態下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數控加工的特點來合理的選擇切削用量。文章對數控編程中必須面對切削用量的確定問題進行了探討，給出了若干原則和建議，且對應該注意的問題進行了討論。

1 數控加工中切削用量的選擇原則

切削用量包括切削速度(主軸轉速)、背吃刀量、進給量，通常稱為切削用量三要素。數控加工中選擇切削用量，就是在保證加工質量和刀具耐用度的前提下，充分發揮機床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。粗、精加工時切削用量的選擇原則如下。

粗加工時，一般以提高生產效率為主，但也應考慮經濟性和加工成本。切削用量的選擇原則首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據機床動力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進給量；最后根據刀具耐用度確定最佳的切削速度。

半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。切削用量的選擇原則首先根據粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進給量；最后在保證刀具耐用度的前提下，盡可能選取較高的切削速度。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合實踐經驗而定。

1.1 背吃刀量ap(mm)的選擇

背吃刀量ap根據加工余量和工藝系統的剛度確定。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量,這是提高生產率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數控機床的精加工余量可略小于普通機床。具體選擇如下：

粗加工時，在留下精加工、半精加工的余量后，盡可能一次走刀將剩下的余量切除；若工藝系統剛性不足或余量過大不能一次切除，也應按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap應盡可能大些，使刀口在里層切削，避免工件表面不平及有硬皮的鑄鍛件。

當沖擊載荷較大（如斷續表面）或工藝系統剛度較差（如細長軸、鏜刀桿、機床陳舊）時，可適當降低ap，使切削力減小。

精加工時，ap應根據粗加工留下的余量確定，采用逐漸降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面質量。一般精加工時，取ap=0.05～0.8mm；半精加工時，取ap=1.0～3.0mm。

1.2 切削寬度L（mm）

一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。在數控加工中，一般L的取值范圍為:L=(0.6～0.9)d。

1.3 進給量(進給速度)f(mm/min或mm/r)的選擇

進給量(進給速度)是數控機床切削用量中的重要參數，根據零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，參考切削用量手冊選取。對于多齒刀具,其進給速度vf、刀具轉速n、刀具齒數Z及每齒進給量fz的關系為:Vf=fn=fzzn。

粗加工時,由于對工件表面質量沒有太高的要求,f主要受刀桿、刀片、機床、工件等的強度和剛度所承受的切削力限制，一般根據剛度來選擇。工藝系統剛度好時，可用大些的f；反之，適當降低f。

精加工、半精加工時，f應根據工件的表面粗糙度Ra要求選擇。Ra要求小的，取較小的f，但又不能過小，因為f過小，切削厚度hD過薄，Ra反而增大，且刀具磨損加劇。刀具的副偏角愈大，刀尖圓弧半徑愈大，則f可選較大值。一般，精銑時可取20～25mm/min,精車時可取0.10～0.20mm/r。還應注意零件加工中的某些特殊因素。比如在輪廓加工中，選擇進給量時，應考慮輪廓拐角處的超程問題。特別是在拐角較大、進給速度較高時，應在接近拐角處適當降低進給速度，在拐角后逐漸升速，以保證加工精度。

1.4 切削速度Vc（m/min）的選擇

根據已經選定的背吃刀量、進給量及刀具耐用度選擇切削速度。可用經驗公式計算，也可根據生產實踐經驗在機床說明書允許的切削速度范圍內查表選取或者參考有關切削用量手冊選用。在選擇切削速度時，還應考慮：應盡量避開積屑瘤產生的區域；斷續切削時，為減小沖擊和熱應力，要適當降低切削速度；在易發生振動的情況下，切削速度應避開自激振動的臨界速度；加工大件、細長件和薄壁工件時,應選用較低的切削速度；加工帶外皮的工件時，應適當降低切削速度；工藝系統剛性差的，應減小切削速度。

1.5 主軸轉速n(r/min)

主軸轉速一般根據切削速度VC來選定。

計算公式為:n=1000VC/πD

式中，D為工件或刀具直徑（mm）。

數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調(倍率)開關，可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數調整。

2 結論

隨著數控機床在生產實際中的廣泛應用，數控編程已經成為數控加工中的關鍵問題之一。在數控加工程序的編制過程中，要在人機交互狀態下合理的確定切削用量。因此，編程人員必須熟悉數控加工中切削用量的確定原則，結合現場的生產狀況，選擇出合理的切削用量，從而保證零件的加工質量和加工效率，充分發揮數控機床的優點，提高企業的經濟效益和生產水平。

[1][王秀倫.現在工藝管理技術.中國鐵道出版社.2004

[2]李鴻吉.模糊數學基礎及實用算法.科學出版社.2005

[3]陳宏鈞.實用機械工藝手冊.機械工業出版社.2003