切削用量對(duì)車削加工的影響分析

安付行

（鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校，鄭州 450013）

切削用量對(duì)車削加工的影響分析

安付行

（鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校，鄭州 450013）

在機(jī)械加工中，切削用量的變化對(duì)切削時(shí)所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象有著十分重要的影響。文中對(duì)切削用量在切削加工時(shí)的變化進(jìn)行研究與分析，以便于在機(jī)械加工過(guò)程中進(jìn)行正確的判斷，選擇合理的切削用量，對(duì)保證零件的加工質(zhì)量有著重要的意義。

切削用量；車削；影響；分析

0 引言

對(duì)于一個(gè)合格的車工人員來(lái)說(shuō)，切削用量三要素是必需要掌握的一項(xiàng)專業(yè)技能。例如切削力、切削熱、積屑瘤、加工階段的劃分等，進(jìn)行逐一分析。如何掌握切削用量的三要素，這需要一個(gè)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的過(guò)程。因此，研究切削用量的三要素車削加工的影響及分析，能夠幫助我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加工出合格的零件。

1 切削用量的三要素

1）切削速度vc主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為切削速度，它是衡量主運(yùn)動(dòng)大小的參數(shù)，單位為m/min。車削時(shí)切削速度的計(jì)算公式為

式中：dw為工件待加工表面直徑，mm；n為車床主軸轉(zhuǎn)速，r/min。

通過(guò)計(jì)算公式可知：在計(jì)算時(shí)，以刀具進(jìn)入切削狀態(tài)的最大毛坯時(shí)的直徑作為計(jì)算依據(jù)。

2）進(jìn)給量f。主運(yùn)動(dòng)（工件）每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀沿著進(jìn)給方向移動(dòng)的距離稱為進(jìn)給量，單位是mm/r；在數(shù)控車床中，進(jìn)給量還有一種每分鐘進(jìn)給量，即每分鐘內(nèi)車刀沿著進(jìn)給方向移動(dòng)的距離。進(jìn)給量分為縱向進(jìn)給量和橫向進(jìn)給量?jī)煞N。

3）切削深度ap。工件上已加工表面與待加工表面之間的垂直距離稱為切削深度（又稱背吃刀量），單位為mm。外圓車削時(shí)背吃刀量的計(jì)算公式如下：

式中：dw為工件待加工表面直徑，mm；dm為工件已加工表面直徑，mm。

2 切削用量對(duì)車床切削加工時(shí)的影響分析

2.1 切削用量對(duì)車床切削時(shí)所產(chǎn)生的切削力的影響分析

在車床刀具對(duì)工件的切削過(guò)程中，切屑和工件已加工表面要產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，有變形抗力，同時(shí)切屑、工件和刀具表面間有摩擦力，這些力的合力稱為切削阻力。切削用量方面對(duì)切削力的影響如下：

1）吃刀量和進(jìn)給量。在一般車削時(shí)，當(dāng)進(jìn)給量f不變時(shí)，切削深度ap增大1倍時(shí)，主切削力也成倍增大；當(dāng)切削深度ap不變，進(jìn)給量f增大1倍時(shí)，主切削力約增大70%～80%。

2）切削速度。在車床刀具低速和高速切削塑性金屬時(shí)，切削力一般是隨著切削速度vc的提高而減小。這是因?yàn)殡S著切削速度的提高，會(huì)使切削溫度也隨之升高，摩擦因數(shù)從而減小，切削力也隨之降低。切削脆性金屬時(shí)，因?yàn)樽冃魏湍Σ辆^小，所以切削速度改變時(shí)切削力變化不大。切削用量的三要素對(duì)切削力的影響，可以總結(jié)為：影響最大是切削深度ap，其次是進(jìn)給量f，最小是切削速度vc?？梢愿鶕?jù)被加工零件的剛性及刀具材料的因素，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整切削用量的大小。

2.2 切削用量對(duì)車床切削加工時(shí)進(jìn)所產(chǎn)生的切削溫度的影響分析

切削熱的來(lái)源和傳散：切削熱來(lái)源于切削層金屬發(fā)生變形而產(chǎn)生的熱量以及切屑與前刀面、工件與后刀面摩擦產(chǎn)生的熱量。切削過(guò)程中變形與摩擦消耗的功絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，又稱為切削溫度。影響切削溫度方面的因素很多，我們只從切削用量方面考慮對(duì)切削溫度的影響，切削用量vc、f、ap任意一個(gè)因素增大，切削溫度都升高，其中切削速度vc的影響最大，進(jìn)給量f次之，切削深度ap影響最小?？梢愿鶕?jù)對(duì)被加工零件的變形影響，來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整切削用量的大小。

2.3 切削用量對(duì)車床切削加工時(shí)所產(chǎn)生的排屑的影響分析

斷屑的難易程度和對(duì)被加工工件的材料最為密切，一般塑性材料不容易斷屑，脆性材料最容易斷屑，同時(shí)也和刀具的幾何角度有著十分重要的聯(lián)系，我們只從切削用量方面來(lái)分析：當(dāng)切削深度ap和切削速度vc不變的情況下，進(jìn)給量f增大，切削厚度也按比例增大，使切屑卷曲半徑減小，彎曲應(yīng)力增大，切屑易折斷；在切削速度vc和進(jìn)給量f不變的情況下，增大切削深度ap，會(huì)使切屑內(nèi)卷曲半徑減小，外卷曲半徑增大，也有利于斷屑；當(dāng)切削深度ap和進(jìn)給量f不變時(shí)，提高切削速度后，切削溫度升高，在一般情況下，切屑的塑性增大，變形減小，不易折斷。

在車床中，切削用量對(duì)斷屑的影響可以總結(jié)為：影響最大是進(jìn)給量f，其次是切削深度ap，最小是切削速度vc。我們可以根據(jù)對(duì)被加工零件時(shí)對(duì)斷屑的要求合理地調(diào)整切削用量的大小。

2.4 切削用量對(duì)車床切削加工時(shí)所產(chǎn)生的積屑瘤的影響分析

以中等切削速度切削塑性材料時(shí)，帶狀切屑受到前刀面的擠壓與摩擦作用，產(chǎn)生了平行于前刀面的切應(yīng)力，使切屑底層的流速略低于上層的流速，即形成了滯流層。當(dāng)滯流的部分材料所受到的切應(yīng)力大于其強(qiáng)度極限時(shí)，再加上適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫τ绊懀@部分金屬材料便會(huì)停滯不前，而牢固地黏附在刀具上，成為硬度高于工件的積屑瘤。

所影響的因素有被加工零件材料、切削速度、走刀量、前角和切削液等，其中切削速度對(duì)產(chǎn)生積屑的影響最大，在切削速度為15～30 m/min時(shí)，切削溫度約為300℃左右時(shí)，切屑底層金屬塑性變形逐步增大，切屑與前刀面接觸面增大時(shí)，切屑和前刀面之間的摩擦因數(shù)最大，最容易產(chǎn)生積屑瘤。適當(dāng)增大前角，減小走刀量，減小前刀面表面粗糙度值以及注入充分的切削液冷卻時(shí)，都可以有效地減少積屑瘤的產(chǎn)生。我們從切削用量的方面考慮時(shí)，我們盡量避免在中等切削速度（15～30 m/min）時(shí)的切削加工，以盡量減小積屑瘤對(duì)切削加工的影響。

2.5 切削用量對(duì)車床加工時(shí)加工階段的劃分的影響分析

1）粗車時(shí)切削用量的選擇。粗加工余量較多時(shí)，主要是以提高生產(chǎn)效率為主，應(yīng)首先選擇大的背吃刀量ap。在留夠精車余量的前提下，盡可能使車刀對(duì)工件的加工余量一次切削完成；只有當(dāng)車削余量太大，無(wú)法一次切削加工完成時(shí)，才考慮分幾次切削加工；其次應(yīng)選擇較大進(jìn)給量f；最后才選擇合適的切削速度vc。

2）精車時(shí)切削用量的選擇。精車時(shí)選擇切削用量的一般原則是確保加工質(zhì)量的要求，因此不能采用太大的進(jìn)給量和背吃刀量，當(dāng)采用硬質(zhì)合金車刀時(shí)，可以選取較高的切削速度；因此精車時(shí)切削用量的選擇順序是把切削速度vc放在第一位，根據(jù)刀具和工件材料等情況取盡可能高的切削速度；其次是把進(jìn)給量放在第二位，一般取f=0.08～0.3 mm/r，且按工件質(zhì)量要求適當(dāng)選擇。最后切削深度ap則應(yīng)根據(jù)工件尺寸來(lái)確定。

一般來(lái)說(shuō)，加大切削速度、背吃刀量和進(jìn)給量，對(duì)提高切削效率有利。如果切削用量過(guò)大，會(huì)加劇刀具的磨損，一方面影響加工質(zhì)量，另一方面加大刀具的磨損，增加刃磨、換刀等輔助時(shí)間，使總體效率降低。

2.6 切削用量在數(shù)控車床加工中的影響及分析

在數(shù)控車床編程中，對(duì)于特形面加工時(shí)，由于在一定的縱向切削加工中，橫向進(jìn)給也在逐步發(fā)生變化，如果被加工工件的表面粗糙度要求較高并且要求一致的情況下，此時(shí)因?yàn)闄M向切削加工的變化，在一定的轉(zhuǎn)速加工中，切削速度在不同的加工表面也不同，很難保證加工工件的表面粗糙度保持一致。這時(shí)我們可以采用恒線速度切削加工，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中采用G96建立恒線速度切削加工，當(dāng)加工完后再采用G97取消恒線速度切削加工，這在普通機(jī)床加工中是很難保證加工完成的。在數(shù)控車削編程中，根據(jù)被加工工件的材料及不同的加工部件，可以靈活地改變切削用量的三要素，對(duì)于保證被加工工件的加工質(zhì)量有著十分重要的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

合理選擇切削用量是指根據(jù)切削條件和車削要求，確定恰當(dāng)?shù)那邢魃疃萢p、進(jìn)給量f和切削速度vc，達(dá)到在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，減小切削力，降低切削溫度，保證工件的加工精度和表面質(zhì)量的目的。

［1］彭德蔭.車工工藝與技能訓(xùn)練［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006.

［2］韓鴻鸞.數(shù)控加工工藝學(xué)［M］.北京：勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2005.

（編輯 立 明）

TG651

B

1002-2333（2015）08-0257-02

安付行（1976—），男，講師，從事數(shù)控加工方面工作。

2015-03-13