数控编程与加工技术 第三章

新开发的硬质合金整体刀具不再需要切削液 来进行冷却和润滑，代之以流量较大的空气也 能有良好的冷却作用。
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粗加工与精加工追求重点不一样，故切削 液的选择重点也不同。简言之：粗加工一般 以乳化液为主要切削液，主要起冷却作用。 而精加工以切削油为重点对象，目的是追求 良好的润滑效果。
刀具性能的进一步提高，新品种刀具如陶瓷 刀具、整体硬质合金刀具和纳米切削刀具层 出不穷。这些刀具强度大，耐高温性能好， 一般不需要用液体冷却 ， 切削液的主要作用 已经开始淡化，一个不需要液态切削液代之 以压缩空气的加工时代已经来到。
运动单元组合而成，其一是产生切削力的运动称为主
运动，剩下的运动单元保证切削工作连续进行而称为
进给运动。
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（1）主运动
主运动是机床提供的，在切削过程中切下
工件加工余量所需的运动。其突出特征是 该运动中工件与刀具相对速度最大，运动 耗损的功率占机床所耗总功率的4/5以上 。如车削中主轴的旋转运动、铣镗加工中 刀具的旋转运动以及刨削加工中刀具的直 线运动等等。主运动一般只有一个，多刃 特种机床的主运动可以看成一类，如采用 特种多刃组合机床一次加工内燃发动机的 本体时的拉削运动。
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（3）背吃刀量
背吃刀量表示已加工表面与待加工表面的垂 直距离，故俗称切深（mm）。如车削外圆时：
ap
dw
dm 2
再如铣镗加工时Z方向的进刀量也是背吃刀量。
数控加工中一般用两次走刀中坐标数值的改变 表示背吃刀量的多少。但要特别指出：数控车
削加工时背吃刀量等于X 坐标变动值的1/2。因
为此时X的变动代表工件直径方向的变动，而 a p
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（3）加工中的工件表面
加工中的工件表面分为三种： 待加工表面 工件上有待切除的加工面。 过渡表面
工件上由切削刀具的切削刃形成的加工表 面。一般该表面应在下一切削动作中被切 除而形成新的过渡表面。
已加工表面
经刀具切削加工后形成的表面。它可能是 最终的零件表面，也可能是下一阶段（换 刀以后）的待加工表面。
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第三变形区
第三变形区在刀具后刀面和工件的接触区 产生，是指工件过渡表面和已加工表面的金属层 受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦与金 属本身回弹而产生塑性变形的区域。第三变形区 的金属变形造成已加工表层金属的纤维化和加工 硬化，并产生一定的加工残余应力，这些情况将 影响到工件的表面质量和使用性能。
（1）对加工质量的影响（这里的加工质量主要指加 工误差及加工表面粗糙度指标）
①切削速度VC对其影响(温度上升；刀具变形)
②进给量（f）对其的影响（螺旋线）
a ③背吃刀量 p 对其的影响（造成鳞刺）
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3.1.3.2 切削液的选择
皂化液； 润滑油； 压缩空气
切削液在加工工程中主要起冷却和润滑作用。 它们可以通过流动、蒸发带走刀具刃部的高温 。切削液（如高浓度皂化液和润滑油）还能对 刀具刃部进行润滑还能起到冲洗切屑的作用。 但因其用量较大且无害化处理难度较大，切削 液也会产生环境污染。
=2~6mm =0.3~0.6mm/r
1050~1300 950~1200 750~950 750~950 550~750 630~850 550~750 120~220
1250~1800
1500~2200
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3.2.3 数控精车的切削用量 精加工阶段的主要矛盾是解决表面质量及精
度问题。故此阶段应有较高的切削速度，较小 的背吃刀量及较低的切削速度
三个变形区是既相互联系又相互影响的。 金属切削过程中的许多物理现象都和三个变形区 的变形密切相关.切削变形区域的大小，主要取 决于第一变形区及第二变形区的挤压和摩擦情况:
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3.1.2.2 切屑的形成和种类
(1)切屑的形成
金属的切削过程是被切削金属层在刀具切削刃和前 刀面的挤压作用下而产生剪切，滑移变形的过程。 切削金属时，切削层金属受到刀具的挤压开始产生 弹性变形。随着刀具的推进，应力、应变逐渐加大 ，当应力达到材料的屈服强度时产生塑性变形；当 刀具继续切入，当应力达到材料的抗拉极限时，金 属层被撕裂而形成切屑。
表面质量较差。一旦产生粒状切屑就应改变工件夹持方式，
改制刀具的前角或3 积屑瘤与鳞刺
(1)积屑瘤 在切削塑性金属材料时，常在刀具的切削刃口
附近黏结硬度很高（通常为工件材料硬度的2～ 3.5倍）的楔状金属瘤，它包围着切削刃且覆盖部 分前刀面，这种楔状金属块称为积屑瘤，如图所示
第三章 数控加工的切削用量
3.1 数控加工的切削基础
3.1.1 切削运动与切削要素
3.1.1.1 切屑运动与工件加工表面
切削加工是指利用金属切削刀具将工件加工余量切 除而获得符合图纸规定尺寸的零件。切削运动就是在
切削过程中刀具与工件的相对运动，这种运动有重叠
的轨迹。切削运动一般是金属切削机床通过两种以上
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在切削过程中，由于刀与屑的摩擦而导致的“冷焊”是积屑
瘤的主要成因。俗称“粘刀”
（1）控制切削速度
控制切削速度使切削温度限制在300℃以下或380℃以上。
（2）降低进给量
进给量增大刀—屑的接触长度越长，从而形成积屑瘤的生长基础。若 适当降低进给量，则可削弱积屑瘤的生成基础。
（3）增大刀具前角
650~850
调质
550~750
合金钢 16Mn、42CrMo
热轧 调质
550~570 420~630
灰铸铁及球墨铸铁 高锰钢（Mn=13%）
HBS<200 HBS=200~250
550~750 420~630
铜及铜合金
1000~1250
铝及铝合金
1200~1600
30mm（一般常用值）。 若直径相差太多（超过60mm）则转速应按比例调整。
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在进行工件的精加工时主要追求工件的粗糙度及 精度满足图纸要求。这个阶段需要切削速度较高， 进给量及背吃刀量均较小，故刀具的耐用度一般可 以满足要求。因此，在满足刀具耐用度的条件下以 较高的切削速度及较小的进给量及背吃刀量是精加 工阶段选择切削用量的基本原则。
有鉴于加工的两个基本阶段选择切削用量的思路 不同，有条件时最好把刀具也分成精加工刀具及粗 加工刀具。
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（1）切削速度（）
切削刀具中刀位点相对于主运动的瞬时线速 度称为切削速度，单位是m/min。这个速度受 到刀具允许切削速度的限制。当主运转是旋转 运动时，切削速度按下式计算：
π dn VC ＝ 1 0 0 0
式中：d-工件或刀具的回转直径。
n-刀具或工件的转速（r/min）。
由于在加工过程中工件的直径逐渐减少，故 一般用最大的切削速度去检验是否包含在刀具
若增大刀具前角，切削力减小，从而使前刀面上的摩擦减小。
（4）使用切削液
采用润滑性能较好的切削液可以降低前刀面的温度和刀具
（5）减小前刀面的粗糙度
前刀面粗糙，摩擦力较大
（6）降低工件材料的塑性
影响积屑瘤形成的主要因素是工件材料的塑性太好。
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（2）鳞刺
鳞刺是在已加工表面上出现的鳞片状反刺。它是用较低的 速度切削塑性材料时（如拉削、插齿、滚齿、螺纹切削等） 常出现的一种现象，使工件已加工表面质量恶化。
鳞刺生成的原因是由于部分金属材料的黏结层积，而导
致即将切离的切屑从根部发生断裂，在已加工表面层留下金
属被撕裂的痕迹。产生鳞刺的原因与形成切削瘤原因大致相
同，故避免产生鳞刺的措施与积屑瘤类似。
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3.1.3. 选择切削用量与切削液的一般原则
3.1.3.1 确定切削用量的基本原则
数控机床中对刀和确定工件坐标系的原点都是手动 操作。由于刀具的损坏需要重新对刀,必然会引起一 定的对刀误差并耗费大量的时间，故在各加工阶段应 保证刀具能顺利完成一次装夹的工件切削任务，最好 能让刀具在一个工作班内保持完好。这样机床的利用 率可以提高。故在粗加工阶段应以刀具的耐用度满足 要求作为选择刀具的首要条件。粗加工阶段主要追求 较高的加工效率。故在满足刀具耐用度条件下加大背 吃刀量是粗加工阶段选择切削用量的基本思路。
（2） 节状切屑
节状切屑又称“挤裂”切屑。这种切屑的底面有时出现裂纹 ，上表面呈现明显的锯齿状。切屑过程不太稳定，已加工表 面质量相对于带状切屑而言较低。
（3）粒状切屑
粒状切屑又称“单元”切屑。当采用小前角或负前角，以极
低的切削速度和较大的切削厚度切削脆性金属（延伸率较低
的结构钢）时，会产生这种切屑。切削过程不平稳，已加工
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3.2 数控车削机床的切削用量
（1）车外圆 （2） 车内孔
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工件材料 （典型钢）
工件热处理状态
=6~12mm =0.6~1mm/r
低碳钢(20#)
a
f
备注：①此表仅适用于车削外圆、内孔，不适用螺纹加工。
p
②切削刀具的耐用度为60min。
③车削直径平均
热轧
750~950
中碳钢（45#）
热轧
允许的切削速度范围之内。
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（2）切削进给量（f）（以下简称进给量）
在主运动的一个循环里（如图3-1）刀具在进给 方向相对于工件的移动量称为进给量（俗称走刀 量）。用刀具或工件每转（或每个行程）的移动 量来表示。如车削加工的mm/r,刨削加工的mm/ 行程。但在数控加工中常用进给速度（mm/min ）来说明进给量。这是因为在数控机床中刀具相 对于工件的进给运动一般由计算机控制的步进电 机提供，用进给速度表示进给量在编程中更方便 。
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3.1.1.2切削要素
切削要素包括切削用量和切削层的一些组合参数
背吃刀量
进给量
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1．切削用量的三要素
切削用量的三要素为切削速度、切削进 给量及背吃刀量这三个参数。在数控加
工指令中用S XXX来规定主轴转速，也即 规定了车削及铣镗加工的切削速度，用F XXX来指定刀具相对工件的进给运动速度 ，也即规定了车削及铣镗加工的切削进给 量。至于背吃刀量则用两次走刀中坐标数 值的改变来体现其数值的大小。