數控切削中加工用量的選擇與影響

摘 要：本文通過對工件材質切削特性的分析，闡述了數控加工中切削用量的選擇原則并對 “加工三要素”進行分析，從而得出影響切削加工性的若干因素。針對切削用量的三要素進行選擇與計算，闡述其對加工效果的影響，為數控機床的操作者提供參考。

關鍵詞：數控切削 加工三要素 加工用量

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0115-01

數控切削技術在當今制造型企業中越來越普及，在數控切削過程中有很多重要的條件與參數，工件材料的切削加工性能與其本身的物理、力學性能有很大關系，而加工用量更是機床主運動和進給運動大小的重要參數，因此分析加工材質的切削性能并確定切削用量是數控切削工藝的重要內容。由于加工用量的大小對工件加工質量、用時長短、刀具磨損程度和加工成本均有顯著影響，因此數控機床操作者必須掌握切削用量的基本原則，并在操作實際過程中對加工三要素進行合理的應用。

1 工件材質切削特性分析

工件材質的強度和硬度：在切削加工中，被切削層材質硬化現象越嚴重，刀具壽命越短，而刀具切削力將隨著工件材料的硬度和強度增大而變大，其消耗的功耗也越大，隨之切削溫度也將升高，這將造成刀具的磨損加劇，從而影響該材質切削性能。只有硬度適中的鋼材較好加工，因此適當提高材料的硬度，有利于獲得較好的加工表面質量。

工件材質的導熱性：工件被加工時，溫度一般會被鐵屑帶走，工件材質的導熱性越好，由切屑帶走和由工件散出的熱量就越多，越有利于降低切削區的溫度，減少刀具的磨損。

工件材質的韌性與塑性：韌性較大的材質，在切削變形時吸收的功較多，于是切削力和切削溫度也越高，并且不易斷屑，影響切削加工性。塑性越大的材質，切削時的塑性變形就越大，切削溫度也會隨之增高，刀具容易出現粘結磨損和擴散磨損。但加工塑性太低的材料時候，則成為脆性材料，切削力和切削熱集中在切削刃附近，加劇刀具的磨損，也會影響切削加工性。

2 數控加工中切削用量的選擇原則

切削用量包括吃刀深度αp，進給量f，切削速度Vc通常稱為切削用量三要素，如圖1所示。

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。其中切削速度Vc對刀具耐用度的影響最大，進給量f次之，吃刀深αp影響最小。這與三者對切削溫度的影響完全一致。反映出切削溫度對刀具耐用度有著很重要的影響。在優選切削用量以提高生產率時，其選擇順序應為：首先盡量選用最大吃刀深αp然后根據加工條件選用最大的進給量f，最后才在刀具耐用度或機床功率所允許的情況下選取最大切削速度Vc。

刀具耐用度優化指標有三種：一是經濟耐用度（最低成本耐用度），采用此種耐用度成本低有利于市場競爭，在產品初創階段.不太暢銷階段最為適宜。二是最大利潤耐用度，宜用于產品銷路暢通.供不應求時以獲最大利潤。三是最大生產率耐用度，是在產品急需情況下如戰時，救災等不計成本時采用。

3 加工三要素的選擇分析

吃刀深αp：一般情況下，機床工藝系統剛度允許時，粗車吃刀深在保留半精車與精車余量后，盡量將粗車余量一次切除。如果總加工余量太大，一次切去所有加工余量會產生明顯的振動，甚至刀具強度不允許.機床功率不夠，則可分成兩次或幾次粗車。但第一刀吃刀深應盡量大，以消除表面硬皮.切除沙眼氣孔等缺陷，從而保護刀尖不與毛坯接觸。半精車和精車加工，其吃刀深是根據加工精度和表面粗糙度要求，由粗車后留下余量確定的。最后一刀吃刀深不宜太小，否則會產生刮擦.對粗糙度不利。

進給量f：粗車時的進給量主要考慮進給伺服電機功率，刀桿尺寸，刀片厚度，工件的直徑和長度等因素。在工藝系統剛度和強度允許的情況下，可選用較大進給量.反之適當減少。如加工小孔，因刀桿直徑小，應降低進給量?？咨?，刀桿懸伸長，則需進一步降低進給量。由于鉆頭橫刃鉆孔進給力較大，進給量往往受到Z向伺服電機力矩制約。半精加工和精加工的進給量受到工件加工精度和粗糙度限制，由于加工精度和粗糙度往往形成對應關系。半精加工和精加工進給量大小的確定著眼于表面粗糙度。

切削速度Vc：切削速度對刀具耐用度的影響最大，應該說要求刀具耐用度達到多長時間是確定切削速度的前提。

切削速度與刀具耐用度的關系式為：

VcTm=Co

式中：T為刀具耐用度（min）；

m為指數，表示Vc對T的影響程度；

Co為系數，與刀具.工件材料和切削條件有關o

上式為重要的刀具耐用度方程式，指數m表示Vc對T的影響程度，耐熱性愈差的刀具材料其m值愈小，則切削速度Vc對刀具耐用度T的影響就愈大。對高速鋼刀具m=0.1～0.125；硬質合金刀具m=0.2～0.4；陶瓷刀具m約為0.4。在常用的切削速度范圍內公式（5）完全可以適用，但在較寬的切削速度范圍內實驗就不完全適用了。常規生產一般采用最大利潤耐用度，但在實際應用中生產廠家往往沒有明確的刀具耐用度優化指標，按班次，或觀察磨損情況換刀。一般對制造刃磨都比較簡單.成本不高的刀具耐用度可低一些，反之則高一些。

4 結語

隨著制造業的進一步發展及數控機床的應用普及程度不斷提高，數控切削技術以及數控編程技術已經被制造型企業普遍應用。因此在切削參數的選擇與加工程序的編制過程中，要根據材質特性與機床性能確定切削用量，加工技術人員應掌握數控加工中切削用量的確定原則并結合現場的生產狀況，選擇出合理的切削用量，從而提高被加工工件的加工質量并縮短加工節拍提高生產效率，提高制造型企業的經濟效益和生產水平。

參考文獻

[1]劉虹.周玉蓉高速切削技術在數控加工中的應用[J].2011（2）.

[2]張寶忠.模具切削加工及其關鍵技術系統[J].接卸工程師，2004（5）.

[3]趙美林.切削工藝的影響因素分析[J].機械工程師，2006（1）.