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切削用量如何选择


4.4 切削用量的选择
数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速n或切 削速度vc(用于恒线速度切削)、进给速度vf或进给量f。这些参数 均应在机床给定的允许范围内选取。

4.4.1切削用量的选用原则
(1)切削用量的选用原则 粗车时,应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。 选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap

,其次根据机床 动力和刚性的限制条件,选取尽可能大的进给量f,最后根据刀具 耐用度要求,确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次 数减少,增大进给量f有利于断屑。

精车时,对加工精度和表面粗糙度要求较高,加工余量不大且 较均匀。选择精车的切削用量时,应着重考虑如何保证加工质量, 并在此基础土尽量提高生产率。因此,精车时应选用较小(但不能 太小)的背吃刀量和进给量,并选用性能高的刀具材料和合理的几 何参数,以尽可能提高切削速度。 (2)切削用量的选取方法 ①背吃刀量的选择 粗加工时,除留下精加工余量外,一次走 刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般 较小,可一次切除。在中等功率机床上,粗加工的背吃刀量可达8~ 10mm;半精加工的背吃刀量取0.5~5mm;精加工的背吃刀量取0.2~ 1.5mm。

②进给速度(进给量)的确定 进给速度(进给量)

粗加工时,由于对工件的

表面质量没有太高的要求,这时主要根据机床进给机构的强度和 刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选 定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时,则按表面粗糙 度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。 进给速度νf可以按公式νf =f×n计算,式中f表示每转进给 量,粗车时一般取0.3~0.8mm/r;精车时常取0.1~0.3mm/r; 切断时常取0.05~0.2mm/r。 ③切削速度的确定 切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、 进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中,也可根据生产 实践经验和查表的方法来选取。

粗加工或工件材料的加工性能较差时,宜选用较低的切削速度。 精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时,宜选用较高的 切削速度。 切削速度vc确定后,可根据刀具或工件直径(D)按公式 n=l000vc/πD 来确定主轴转速n(r/min)。 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。 常用硬质合金或涂层硬质合金切削不同材料时的切削用量推 荐值见表4-3。 表4-4为常用切削用量推荐表,供参考。

表4-3 硬质合金刀具切削用量推荐表
粗 加 工 刀具 材料 工件材料 切削速度 (m/min) / ) 220 180 120 80 80 40 120 100 1600 进给量 (mm/r) / ) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.2 0.3 0.3 0.2 0.3 0.2 背吃刀量 mm 3 3 3 3 3 3 2 1.5 1.5 2 2 2 1.5 切削速度 (m/min) / ) 260 220 220 160 140 ·140 120 60 60 150 150 120 120 1600 精 加 工 进给量 (mm/r) / ) 0.l 0.l 0.1 0.l 0.l 0.1 0.l 0.l 0.1 0.15 0.15 0.15 0.15 0.l 背吃刀量 mm 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5

碳钢 低合金刚 高合金钢 硬质 合金 或涂 层硬 质合 金 铸铁 不锈钢 钛合金 灰铸铁 球墨铸铁 铝合金

表4-4 常用切削用量推荐表

工件材料

加工内容

背吃刀量 ap/mm 5-7 2-3 2-6

切削速度 vc/m·min-1 60~80 ~ 80~120 ~ 120~150 ~ 500~800r·min-1 ~

进给量 f/mm·r-l 0.2~0.4 ~ 0.2~0.4 ~ 0.1~0.2 ~

刀具材料

粗加工 碳素钢 σb>600MPa 粗加工 精加工 钻中心孔 碳素钢 σb>600MPa 钻孔

YT类 类

W18Cr4V 25~30 ~ 70~110 ~ 50~70 ~ 70~100 ~ 50~70 ~ 0.1~0.2 ~ 0.1~0.2 ~ 0.2~0.4 ~ 0.1~0.2 ~ 0.1~0.2 ~ YG类 类 YT类 类 切断(宽度 切断(宽度<5mm) ) 粗加工

铸铁 HBS<200

精加工 切断(宽度 切断(宽度<5mm) )

(3)选择切削用量时应注意的几个问题 ①主轴转速 应根据零件上被加工部位的直径,并按零件和刀 具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除 了计算和查表选取外,还可根据实践经验确定,需要注意的是交流 变频调速数控车床低速输出力矩小,因而切削速度不能太低。根据 切削速度可以计算出主轴转速。 ②车螺纹时的主轴转速 数控车床加工螺纹时,因其传动链的 改变,原则上其转速只要能保证主轴每转一周时,刀具沿主进给轴 (多为Z轴)方向位移一个螺距即可。 在车削螺纹时,车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P(或导程) 大小、驱动电机的升降频特性,以及螺纹插补运算速度等多种因素

影响,故对于不同的数控系统,推荐不同的主轴转速选择范围。 大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为: n≤(1200/P)-k
式中P——被加工螺纹螺距,mm; k——保险系数,一般取为80。

数控车床车螺纹时,会受到以下几方面的影响: ●螺纹加工程序段中指令的螺距值,相当于以进给量f(mm/ r)表示的进给速度vf。如果将机床的主轴转速选择过高,其换算 后的进给速度vf (mm/min)则必定大大超过正常值。 ●刀具在其位移过程的始终,都将受到伺服驱动系统升降

频率和数控装置插补运算速度的约束,由于升降频率特性满足不 了加工需要等原因,则可能因主进给运动产生出的“超前”和 “滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求。 ●车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现,即车削螺 纹需要有主轴脉冲发生器(编码器),当其主轴转速选择过高, 通过编码器发出的定位脉冲(即主轴每转一周时所发出的一个基 准脉冲信号)将可能因“过冲”(特别是当编码器的质量不稳定 时)而导致工件螺纹产生乱纹(俗称“乱扣”)。

4.5 数控车削加工工艺的制定 4.5.1 零件图工艺分析
(1)零件结构工艺性分析 (2)轮廓几何要素分析 (3)精度及技术要求分析

4.5.2 工序划分的方法
在数控车床上加工零件,应按工序集中的原则划分工序,在 一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。根据结构形 状不同,通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹,并力求设计基 准、工艺基准和编程原点的统一。在批量生产中,常用下列方法 划分工序。

(1)按零件加工表面划分工序 即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序,对于加工 表面多而复杂的零件,可按其结构特点(如内形、外形、曲面和平 面等)划分成多道工序。 将位置精度要求较高的表面在一次装夹下完成,以免多次定位 夹紧产生的误差影响位置精度。 如图4-19所示工件,按照零件的 工艺特点,将外轮廓和内轮廓的 粗、精加工各放在一道工序内完 成,减少了装夹次数,有利于保 证同轴度。

(2)按粗、精加工划分工序 按粗、 即粗加工中完成的那部分工艺过程为一道工序,精加工中完成的 那一部分工艺过程为一道工序。对毛坯余量较大和加工精度要求较高 的零件,应将粗车和精车分开,划分成两道或更多的工序。将粗车安 排在精度较低、功率较大的数控机床上进行,将精车安排在精度较高 的数控机床上完成。 这种划分方法适用于加工后变形较大,需粗、精加工分开的零件, 例如毛坯为铸件、焊接件或锻件的零件。 (3)按所用的刀具种类划分工序 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序,这种方法适 于工件的待加工表面较多,机床连续工作时间较长,加工程序的编制 和检查难度较大的情况。

如图4-19所示工件, 工序一:钻头钻孔,去除加工余量; 工序二:采用外圆车刀粗、精加工外形轮廓; 工序三:内孔车刀粗、精车内孔。

图4-19 套类零件分析

图4-20

手柄加工示意图

对同一方向的外圆切削,应尽量在一次换刀后完成,避免频繁 更换刀具。例如,车削图4-20(a)的手柄零件,其工序的划分及 装夹方式的选择如下。该零件加工所用坯料为Φ32mm棒料,批量生 产,加工时用一台数控车床。 第一道工序(按图4-20(b)所示将一批工件全部车出,包括 切断),夹棒料外圆柱面,工序内容有:先车出Φ12mm和Φ20mm两 圆柱面及圆锥面(粗车掉R42mm圆弧的部分余量),换刀后按总长 要求留下加工余量,然后切断。 第二道工序(见图4-20(c)),用Φ12mm外圆及Φ20mm端面 装夹,工序内容有:先车削包络SR7mm球面的30?圆锥面,然后对全 部圆弧表面半精车(留少量精车余量),最后换精车刀将全部圆弧 表面一刀精车成形。

(4)按安装次数划分工序 以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适 用于工件的加工内容不多的工件,加工完成后就能达到待检状态。 如图4-21所示工件,工序一:以毛坯的粗基准定位加工左端轮廓; 工序二:以加工好的外圆表面定位加工右端轮廓。

图4-21 轴类零件分析

4.5.3加工顺序的确定 4.5.3加工顺序的确定
在对零件图进行认真和仔细的分析后,制定加工方案应遵循以 下基本原则——先粗后精,先近后远,内外交叉,程序段最少,走 刀路线最短。 (1)先粗后精 指按照粗车一半精车一精车的顺序,逐步提高加工精度。为了 提高生产效率并保证零件的精加工质量, 在切削加工时,应先安排粗加工工序, 在较短的时间内,将精加工前的大部分 加工余量去掉,同时尽量保证精加工的 余量均匀。如图所示。

(2)先近后远 这里所说的远与近,是按加工部位相对于对刀点的距离大小 而言的。在一般情况下,特别是在粗加工时,通常安排离对刀点 近的部位先加工,离对刀点远的部位后加工,以便缩短刀具移动 距离,减少空行程时间。 例如,当加工图4-23所示零件时,对这类直径相差不大的台 阶轴,当第一刀背吃刀量(图4-23中最大背吃刀量可为3mm左右) 未超限度时,宜按Φ34mm-Φ36mm-Φ38mm的顺序先近后远地安排 车削加工。

(3)内外交叉 对既有内表面(内型腔)又有外表面需要加工的零件,安排加 工顺序时,应先进行内外表面粗加工,后进行内外表面精加工。

4.5.4确定刀具的走刀路线 4.5.4确定刀具的走刀路线
刀具的走刀路线:在数控加工中,刀具刀位点相对于工件的运 刀具的走刀路线 动轨迹和方向。即刀具从对刀点开始运动起,直至加工程序结束所 经过的路径,包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行 程。 确定走刀路线的总原则:在保证零件加工精度和表面质量的前 确定走刀路线的总原则 提下,尽量缩短走刀路线,以提高生产率;方便坐标值计算,减少 编程工作量,便于编程。对于多次重复的走刀路线,应编写子程序, 简化编程。

数控车床上加工零件时常用的走刀路线: (1)车圆弧的走刀路线分析 实际车圆弧时,需要多刀加工,先将大部分余量切除,最后才 车出所需圆弧。下面介绍车圆弧常用的加工路线。 图4-24为车圆弧的阶梯走刀路线。 图4-25(a)为车圆弧的同心圆弧走刀路线。

图4-24 阶梯走刀路线车圆弧

图4-25

同心圆弧走刀路线车圆弧

图4-27为车圆弧的车锥法切削路线 即先车一个圆锥,再车圆弧。
图4-27 车锥法走刀路线车圆弧

(2)车圆锥的走刀路线分析

图4-26 车圆锥走刀路线

(3)车螺纹时轴向进给距离的分析

图4-28 切削螺纹时引入、引出距离

(4)切槽的走刀路线分析 车削精度不高且宽度较窄的矩形沟槽时,可用刀宽等于槽宽 的车槽刀,采用直进法一次进给车出。精度要求较高的沟槽,一

般采用二次进给车成,即第一次进给车槽时,槽壁两侧留精车余量, 第二次进给时用等宽刀修整。 车较宽的沟槽,可以采用多次直进法切割,并在槽壁及底面留 精加工余量,最后一刀精车至尺寸。如图4-29所示。

图4-29

切宽槽的走刀路线

小结:1. 数控车削切削用量的选择原则、方法及主要问题
2. 数控车削工序划分和加工顺序安排 3. 确定走刀路线的原则 4. 数控车床常用的走刀路线

作业:
1. 数控车削切削用量的选择原则、方法及主要问题 2. 数控车床常用的走刀路线分析


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