臥式數(shù)控車床切削用量選擇作 者：楊樹誠(chéng)單 位：沈陽(yáng)第一機(jī)床廠 技術(shù)部日 期：2005年09月本文著重提醒讀者1. 不要輕易按刀具樣本的推薦值確定切削速度，那樣刀具壽命很低。一般情況下，硬質(zhì)合金刀片可按刀具樣本推薦值的0.640.71倍選擇切削速度。2. 確定精加工和半精加工的進(jìn)給量著眼于工件的表面粗糙度。它還和刀尖半徑有關(guān)。文中列表表明三者對(duì)應(yīng)關(guān)系，供選擇進(jìn)給量參考。3. 條件允許時(shí)希望粗加工吃刀深盡量大。一方面有效提高生產(chǎn)率；一方面也為了消除表面硬皮.切除砂眼等缺陷，從而保護(hù)刀尖不與毛坯接觸。精加工時(shí)也不希望吃刀深太小，以免產(chǎn)生刮擦對(duì)粗糙度不利。4. 表5表12列舉了外圓.端面.內(nèi)孔加工，切槽，車螺紋的切削用量推薦值。供一般情況下采用。 目 錄 一. 原始資料1二. 選擇切削用量的原則1三. 吃刀深p 2四. 進(jìn)給量f 2五. 切削速度V4六. 切削用量推薦值5 切削用量選擇切削用量選擇 關(guān)鍵詞: 刀具耐用度 切削速度 表面粗糙度 進(jìn)給量 吃刀深在售前服務(wù)編制加工工序卡以及調(diào)裝設(shè)計(jì)中，都需要確定切削用量及計(jì)算節(jié)拍時(shí)間。本文就臥式數(shù)控車床如何合理選擇切削用量進(jìn)行探討。一. 原始資料：無(wú)論編制加工工序卡即制定工藝方案還是調(diào)裝設(shè)計(jì)都需要掌握以下資 料，做為刀具選擇.卡具設(shè)計(jì)以及選擇切削用量的依據(jù)。 .1 工件圖：包括形狀.尺寸.公差.形位公差.粗糙度和其他技術(shù)要求。特別強(qiáng)調(diào)的是本序 加工的部位必須明確，用于及可能影響裝卡部位的形狀要表示清楚。 2.毛坯圖：毛坯形狀.尺寸，加工余量，材料.硬度等。3.生產(chǎn)綱領(lǐng)：即年產(chǎn)量或單件時(shí)間，這對(duì)招標(biāo)項(xiàng)目尤為重要。 4.驗(yàn)收要求：機(jī)床驗(yàn)收時(shí)對(duì)工件考核什麼項(xiàng)目，有無(wú)Cp值和其它要求。 5.用戶對(duì)工件定位基準(zhǔn).卡緊面.輔助支承等要求，或指定參考的卡具樣式。 6. 對(duì)刀具選擇要求：用國(guó)產(chǎn)刀具或國(guó)外指定廠家的刀具，特殊刀具是否自備等。 7. 用戶單位，件名.件號(hào)等也應(yīng)標(biāo)明，以便管理。 二 選擇切削用量的原則： 1. 總的要求：保證安全，不致發(fā)生人身事故或設(shè)備事故；保證加工質(zhì)量。在上述 兩項(xiàng)要求的前提下充分發(fā)揮機(jī)床的潛力和刀具的切削性能，選用較大的切削用量以提高生產(chǎn)率；不應(yīng)超負(fù)荷工作，不能產(chǎn)生過(guò)大的變形和震動(dòng)。2. 一般原則：切削用量選擇的原則是提高生產(chǎn)率，即切削時(shí)間縮短。切削時(shí)間可按下式計(jì)算： . （1）式中： L每次走刀的行程長(zhǎng)度 （mm） 工件單邊總余量 （mm） n主軸轉(zhuǎn)數(shù) （r/min） D工件直徑 （mm） p吃刀深 （mm） f進(jìn)給量 （mm/r） V切削速度 （m/ min） 從（1）式中可知要使切削時(shí)間最短，必須使 V，f, p 的乘積為最大。提高 V，f, p都能提高生產(chǎn)率，且影響程度都是一樣的。但是對(duì)刀具耐用度的影響三者是不相同的。 切削用量與刀具耐用度的一般關(guān)系式為： T= （min）（2） 式中： CR刀具耐用度系數(shù)，與刀具. 工件材料和切削條件有關(guān)。X.Y.Z指數(shù)，分別表示各切削用量對(duì)刀具耐用度的影響程度。 用YT5硬質(zhì)合金車刀切削b=0.637GP的低碳鋼（f0.7mm/r）切削用量與刀具耐用度的關(guān)系為：T = （3）從（3）式中可以看出，切削速度V對(duì)刀具耐用度的影響最大，進(jìn)給量f次之，吃刀深p影響最小。這與三者對(duì)切削溫度的影響完全一致。反映出切削溫度 對(duì)刀具耐用度有著很重要的影響。在優(yōu)選切削用量以提高生產(chǎn)率時(shí)，其選擇順序應(yīng)為：首先盡量選用最大吃刀深p然后根據(jù)加工條件選用最大的進(jìn)給量f，最后才在刀具耐用度或機(jī)床功率所允許的情況下選取最大切削速度V。 三. 吃刀深p：一般情況下，機(jī)床工藝系統(tǒng)剛度允許時(shí)，粗車吃刀深在保留半精車. 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(huì)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)，甚至刀具強(qiáng)度不允許. 機(jī)床功率不夠，則可分成兩次或幾次粗車。但第一刀吃刀深應(yīng)盡量大，以消除表面硬皮.切除沙眼氣孔等缺陷，從而保護(hù)刀尖不與毛坯接觸。半精車和精車加工，其吃刀深是根據(jù)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(huì)產(chǎn)生刮擦.對(duì)粗糙度不利。四. 進(jìn)給量f：粗車時(shí)的進(jìn)給量主要考慮進(jìn)給伺服電機(jī)功率.刀桿尺寸.刀片厚度.工件的直徑和長(zhǎng)度等因素。在工藝系統(tǒng)剛度和強(qiáng)度 允許的情況下，可選用較大進(jìn)給量.反之適當(dāng)減少。如加工小孔.因刀桿直徑小，應(yīng)降低進(jìn)給量。孔深. 刀桿懸伸長(zhǎng)，則需進(jìn)一步降低進(jìn)給量。由于鉆頭橫刃鉆孔進(jìn)給力較大，進(jìn)給量往往受到Z向伺服電機(jī)力矩制約。半精加工和精加工的進(jìn)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(duì)應(yīng)關(guān)系。半精加工和精加工進(jìn)給量大小的確定著眼于表面粗糙度。表1為加工精度和粗糙度對(duì)照表，當(dāng)用戶圖紙標(biāo)注不全時(shí)可以參考。 與配合精度相適應(yīng)的表面粗糙度 表1 配和精度等級(jí)孔軸公稱尺寸表面粗糙度Ra公稱尺寸表面粗糙度RaIT6110 10120120500 0.160.32 0.321.60.631.61333030180180500 0.160.8 0.321.6 0.631.6 1.251.6IT7110 101801805000.321.60.632.51.252.5110 1080 80260 2605000.321.60.631.6 0.632.5 1.252.5IT8130 30260 2605000.632.5 1.255 1.255118 18120 1205000.321.6 0.632.5 1.252.5IT9118 18120 1205000.632.5 1.252.5 1.255180802602605000.632.5 1.252.5 1.255IT10118 18120 1205001.255 2.55 51018080260260500 1.252.5 2.55 510IT111120 1205002.55 51013030500 1.252.5 2.55IT12118185002.55 510180 805002.55 510表面粗糙度理論值R 計(jì)算公式：R =（）（4） 式中： R 殘留表面高度 見圖1 re 刀尖半徑 （mm）圖1SANDVIK公司提供車削黑色金屬外圓時(shí)標(biāo)準(zhǔn)刀尖半徑與表面粗糙度關(guān)系（表），KENNAMETAL提供同樣的內(nèi)容（表3），可做選擇進(jìn)給量時(shí)參考。 SANDVIK 推薦值 表2表面粗糙度Ra刀尖半徑（mm）0.20.40.81.21.6進(jìn)給量f（mm/r）0.60.050.070.100.120.141.00.080.110.150.190.223.20.100.170.240.290.346.30.130.220.300.370.43KENNAMETAL推薦值 表3表面粗糙度刀尖半徑（mm）0.40.81.21.6進(jìn)給量f（mm/r）精加工 0.10.160.25-半精加工 0.160.250.40.63粗加工 -0.40.630.75如果采用修光刃刀片（Wiper），獲得同樣粗糙度時(shí)，進(jìn)給量大體可提高一倍。加工鋁合金.黃銅等材料時(shí)，進(jìn)給量也可提高，而加工細(xì)長(zhǎng)孔時(shí)，進(jìn)給量則需適度降低。五. 切削速度V：切削速度對(duì)刀具耐用度的影響最大，應(yīng)該說(shuō)要求刀具耐用度達(dá)到多長(zhǎng)時(shí)間是確定切削速度的前提。 切削速度與刀具耐用度的關(guān)系式為：V Tm = Co （5） 式中： T 刀具耐用度 （min） m 指數(shù)，表示V 對(duì) T的影響程度Co 系數(shù)，與刀具.工件材料和切削條件有關(guān) 上式為重要的刀具耐用度方程式，指數(shù)m表示V 對(duì) 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V 對(duì)刀具耐用度T的影響就愈大。對(duì) 高速鋼 刀具m=0.10.125；硬質(zhì)合金刀 具m=0.20.4；陶瓷刀具m約為0.4。在常用的切削速度范圍內(nèi)公式（5）完全可以適用，但在較寬的切削速度范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)就不完全適用了。刀具耐用度優(yōu)化指標(biāo)有三種：一是經(jīng)濟(jì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，在產(chǎn)品初創(chuàng)階段.不太暢銷階段最為適宜。二是最大利潤(rùn)耐用度，宜用于產(chǎn)品銷路暢通.供不應(yīng)求時(shí)以獲最大利潤(rùn)。三是最大生產(chǎn)率耐用度，是在產(chǎn)品急需情況下如戰(zhàn)時(shí).救災(zāi)等不計(jì)成本時(shí)采用。常規(guī)生產(chǎn)理應(yīng)采用最大利潤(rùn)耐用度，但在實(shí)際應(yīng)用中生產(chǎn)廠家往往沒有明確的刀具耐用度優(yōu)化指標(biāo)，按班次.或觀察磨損情況換刀。一般對(duì)制造刃磨都比較簡(jiǎn)單. 成本不高的刀具耐用度可低一些，反之則高一些。在通用機(jī)床上，資料推薦以及從用戶使用情況分析，硬質(zhì)合金車刀耐用度大致為6090 min，鉆頭耐用度大致為80120 min，硬質(zhì)合金端銑刀耐用度大致為90180 min。對(duì)于裝卡調(diào)正比較復(fù)雜的刀具其耐用度要高，如組合機(jī)床刀具其耐用度常為通用機(jī)床的39倍。加工大型工件時(shí)，如車削很長(zhǎng)的軸.為避免中途換刀，刀具耐用度也要高一些，可相當(dāng)于中小件加工刀具其耐用度的23倍。知名刀具廠商的樣本對(duì)每種刀具及加工相應(yīng)材料都推薦了切削速度，實(shí)用中我們根本達(dá)不到其推薦值，這是因?yàn)槠渌〉毒吣陀枚容^低。刀具廠商所取刀具耐用度大體屬最大生產(chǎn)率耐用度，而正常生產(chǎn)取耐用度時(shí)間要高得多，以SANDVIK硬質(zhì)合金刀片為例，該公司是以刀具耐用度15 min為準(zhǔn)給定的切削速度，（ISCAR,株州刀具公司也是15 min，其它公司未明確）其指數(shù)m按樣本數(shù)據(jù)推算該公司取m=0.25，故公式（5）表達(dá)為：V 15 0.25 = C 0 （6）刀具耐用度在不是15 min情況下使用，切削速度就要乘上修正系數(shù)如表4： SANDVIK硬質(zhì)合金刀片切削速度修正系數(shù) 表4刀具耐用度T（min）Tm切削速度修正系數(shù)10100.25=1.7781.968/1.778=1.1115150.25=1.9681.968/1.968=130300.25=2.341.968/2.34=0.8445450.25=2.591.968/2.59=0.7560600.25=2.7831.968/2.783=0.7175750.25=2.941.968/2.94=0.6790900.25=3.081.968/3.08=0.641201200.25=3.311.968/3.31=0.591501500.25=3.501.968/3.50=0.561801800.25=3.661.968/3.66=0.53例如車削45#鋼：刀片材料GC4025，進(jìn)給量f=0.4 mm/ r，SANDVIK樣本推薦切削速度為290m/ min。為一般用戶做工藝方案時(shí)，選定刀具耐用度90 min，則V90 = 290 0.64 = 185 m/ min對(duì)大量生產(chǎn).用戶要求較高生產(chǎn)率的，選定刀具耐用度60 min，則V60 = 290 0.71 = 205 m/ min一般情況下先確定切削速度.再根據(jù)工件直徑計(jì)算機(jī)床轉(zhuǎn)數(shù)。某些情況下切削速度反過(guò)來(lái)是根據(jù)機(jī)床轉(zhuǎn)數(shù)確定的。如受到機(jī)床最高轉(zhuǎn)數(shù). 最低轉(zhuǎn)數(shù).分檔轉(zhuǎn)數(shù)限制；卡具.中心架允許最高轉(zhuǎn)數(shù)限制；以及由于工件剛度不足.尺寸過(guò)大限制了轉(zhuǎn)數(shù)等。另需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，精加工和半精加工為了抑制積屑瘤的產(chǎn)生.提高表面加工質(zhì)量，黑色金屬應(yīng)采用較高的切削速度（80100 m/ min）。精車時(shí)車刀的磨損往往是影響加工精度的重要因素，因此除選用耐磨性較好的刀片外，還應(yīng)盡可能使車刀在最佳切削速度范圍工作。六. 切削用量推薦值：前述像SANDVIK等著名刀具廠商.對(duì)應(yīng)各種材料，各種加工方式的刀片種類齊全，樣本中有條件列出各種情況的切削用量推薦值，可參考選用或按確定的刀具耐用度折算選用。但有的刀具廠商刀具品種不全，針對(duì)性不強(qiáng)，也沒有完整的切削用量推薦值。可參考下列各表選用。 硬質(zhì)合金涂層刀片車削外圓端面切削用量推薦值 表5 工件材料切深mm進(jìn)給量mm/ r切削液切削速度m/ min 軟鋼.碳素鋼.合金鋼HB180精加工10.3干式200（100250）粗.半精加工160.4（0.20.6）干式250（200300）重切490.6（0.50.8）干式200（150250）HB180280精加工10.3干式150（100200）粗.半精加工160.4（0.20.6）干式200（150250）重切490.6（0.50.8）干式150（100200）HB280350精加工10.3水溶液100（50150）粗.半精加工140.3（0.20.4）水溶液80（40120）奧氏體不銹鋼HB200精加工10.2干式100（80120）粗.半精加工140.3（0.20.4）干式80（40120）高錳鋼HB200140.2（0.10.4）干式80（60100）鈦合金HB350150.2（0.10.3）水溶液40（2060）灰鑄鐵350N/mm2160.4（0.20.6）水溶液250（150300）高強(qiáng)鑄鐵4時(shí)，要用硬質(zhì)合金刀桿代替鋼制刀桿。L/D6時(shí)則應(yīng)用防振刀桿。硬質(zhì)合金涂層刀片車削內(nèi)孔內(nèi)端面切削用量推薦值 表6工件材料硬度加工種類L/D3L/D=34L/D=45L/D=67吃刀深進(jìn)給量切削速度吃刀深進(jìn)給量切削速度吃刀深進(jìn)給量切削速度吃刀深進(jìn)給量切削速度mmmm/ rm/ minmmmm/ rm/ minmmmm/ rm/ minmmmm/ rm/ min碳素鋼合金鋼HB180280精加工0.20.1（0.050.15）130（90160）0.20.1（0.050.15）120（80150）0.20.1（0.050.15）90（60120）0.20.1（0.050.15）140（100180）中切削30.25（0.150.35）90（60120）20.2（0.150.25）80（50110）1.50.2（0.150.25）60（4090）20.25（0.150.35）110（80140）不銹鋼HB200精加工0.20.1（0.050.15）140（100180）0.20.1（0.050.15）140（100180）0.20.1（0.050.15）120（80150）0.20.1（0.050.15）140（100180）中切削20.2（0.150.35）70（5090）1.50.2（0.150.25）60（4080）1.00.2（0.150.25）60（4080）1.50.2（0.150.25）100（70130）鋁合金精加工0.20.1（0.050.15）300（200400）0.20.1（0.050.15）300（200400）0.20.1（0.050.15）250（200300）0.20.1（0.050.15）300（200400）中切削20.1（0.050.15）200（150250）1.50.1（0.050.15）200（150250）10.1（0.050.15）200（150250）1.50.1（0.050.15）200（150250）鉆孔采用高速鋼鉆頭時(shí)，一般用外部冷卻。其切削用量與鉆頭直徑有關(guān).與長(zhǎng)徑比L/D有關(guān)。在L/D3，外部冷卻時(shí)，推薦值如表7。高速鋼鉆頭L/D3鉆孔切削用量推薦值 表7工件材料硬度鉆頭直徑25鉆頭直徑510鉆頭直徑1015鉆頭直徑1520切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r軟鋼HB 18035（1550）0.15（0.10.2）50（2560）0.25（0.150.30）60（3570）0.30（0.20.35）65（4075）0.35（0.200.40）碳素鋼HB =18028030（1540）0.15（0.10.2）45（2055）0.25（0.150.30）55（2565）0.25（0.150.30）60（2570）0.30（0.20.35）合金鋼HB =28035030（1540）0.12（0.10.15）40（2060）0.2（0.10.25）50（2060）0.25（0.150.30）55（2565）0.30（0.20.35）不銹鋼HB 20015（1030）0.08（0.050.15）20（1530）0.12（0.050.15）25（1530）0.15（0.10.2）25（1530）0.2（0.10.25）高硬度鋼HRC=406015（1025）0.05（0.030.12）20（1530）0.12（0.050.15）25（1530）0.15（0.10.2）25（1530）0.2（0.10.25）普通鑄鐵抗拉強(qiáng)度350N/mm240（1555）0.2（0.10.25）55（2565）0.30（0.20.35）60（3070）0.35（0.20.4）65（3575）0.4（0.30.45）高強(qiáng)度鑄鐵抗拉強(qiáng)度450N/mm225（1540）0.15（0.10.2）35（2545）0.25（0.150.3）35（2545）0.30（0.20.35）40（3050）0.35（0.20.4）鉆孔采用硬質(zhì)合金鉆頭時(shí)，其切削用量推薦值如表8，9。 硬質(zhì)合金鉆頭L/D3鉆孔（外部冷卻）切削用量推薦值 表8工件材料硬度鉆頭直徑 36鉆頭直徑 610鉆頭直徑 1014鉆頭直徑 1420切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r軟鋼HB18085（35100）0.20（0.150.30）85（45120）0.25（0.150.30）90（55120）0.30（0.200.35）100（60130）0.35（0.20.4）碳素鋼HB=18028080（4095）0.20（0.150.30）90（50120）0.25（0.150.30）90（60130）0.30（0.150.35）90（60130）0.35（0.20.4）合金鋼HB=28035075（3580）0.15（0.150.2）80（45115）0.15（0.150.25）85（55115）0.25（0.150.30）85（55115）0.30（0.200.35）高硬度鋼HRC=406020（1525）0.10（0.050.15）25（1530）0.12（0.050.15）25（1530）0.15（0.100.20）25（1530）0.20（0.100.25）不銹鋼HB20020（1530）0.10（0.050.15）25（1530）0.12（0.050.15）25（1530）0.15（0.100.20）25（1530）0.20（0.100.25）普通鑄鐵抗拉強(qiáng)度350N/mm270（4085）0.25（0.150.30）75（5090）0.30（0.200.35）80（5095）0.35（0.20.4）85（5095）0.40（0.300.45）高強(qiáng)度鑄鐵抗拉強(qiáng)度450N/mm265（3580）0.20（0.150.25）70（4585）0.25（0.150.30）75（4590）0.30（0.200.35）80（5090）0.35（0.20.4）鋁合金80（7090）0.20（0.150.25）90（80100）0.25（0.150.30）100（90110）0.30（0.200.35）110（100120）0.35（0.20.4）耐熱合金20（1025）0.10（0.050.15）25（1530）0.12（0.050.15）25（1530）0.15（0.100.20）30 （2535）0.20（0.100.25）用內(nèi)冷卻硬質(zhì)合金鉆頭時(shí)，可提高切削速度其切削用量推薦值如表9。硬質(zhì)合金鉆頭L/D3鉆孔（內(nèi)部冷卻）切削用量推薦值 表9工件材料硬度鉆頭直徑36鉆頭直徑610鉆頭直徑1014鉆頭直徑1420切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r切削速度 m/ min進(jìn)給量mm/ r軟鋼HB 180110（50120）0.20（0.150.30）130（80140）0.25（0.200.35）150（90170）0.30（0.200.40）160（100180）0.35（0.20.4）碳素鋼HB= 18028090（50100）0.20（0.150.25）110（70120）0.25（0.200.30）130（80140）0.25（0.200.40）140（100150）0.30（0.20.4）合金鋼HB= 28035080（4090）0.20（0.150.30）90（60110）0.25（0.150.30）110（70130）0.25（0.150.40）120（90140）0.30（0.200.40）不銹鋼HB 20060（20100）0.10（0.050.15）80（40120）0.20（0.100.25）90（50120）0.25（0.150.30）100（60120）0.25（0.150.30）普通鑄鐵抗拉強(qiáng)度350N/mm2100（70120）0.25（0.150.30）130（100140）0.30（0.200.35）150（110160）0.35（0.250.4）160（120170）0.35（0.250.40）高強(qiáng)度鑄鐵抗拉強(qiáng)度450N/mm260（3080）0.20（0.150.25）70（4090）0.20（0.150.30）90（50110）0.25（0.200.40）100（60110）0.30（0.20.4）鋁合金120（80150）0.25（0.200.35）150（100170）0.30（0.200.50）160（100170）0.40（0.200.80）170（100180）0.50（0.21.00）耐熱合金20（1025）0.10（0.050.15）25（1530）0.12（0.050.15）25（1530）0.15（0.100.20）30 （2535）0.20（0.100.25）當(dāng)采用硬質(zhì)合金可換刀片鉆頭其切削速度更高，但進(jìn)給量有所減小。見各廠商刀具樣本。經(jīng)鏜孔或擴(kuò)孔后鉸孔，其加工余量不能太大：2p =0.060.30mm切削速度要低，進(jìn)給量要大。加工鋼件切削速度V=1.55 m/ min，進(jìn)給量f=0.32.0mm；加工鑄件切削