切削用量的合理选择

3.7
切削条件的合理选择
一、刀具几何参数的合理选择
刀具几何参数包含四方面内容： 几何角度、刃形、刃面、刃口型式及参数
（一）前角的选择
1.前角的作用 γ
0
↑→变形程度↓→F↓ q ↓→θ ↓→T↑振动↓质量↑ 刀刃和刀头强度↓散热面积容热体积↓断屑困难 在一定的条件下，存在一个合理值
对于不同的刀具材料和工件材料，
常用T 作中间控制因素把优化指标和切削参数联系起来。
1. 最大生产率刀具使用寿命Tp
根据单件工时最短的原则确定的刀具使用寿命。 单件工时 tw= tm+tct tm/T+ta
tm为切削时间； tct为换一次刀时间；ta为辅助时间
tm=l.Δ/(n f ap)= l.Δπd/(1000v f ap)
= l.Δπd Tm/(1000C0 f ap)=K Tm
tw= K Tm+ tctK Tm-1+tot 取d tw/dT = 0 ∴ T=(1-m) tct/m=Tp vp =C0 / Tp m （2-2） 与此 相应的速度为
分析式（2-2）知：
① tct↑→ Tp↑，即换刀时间长， Tp应取大值，切削 速度应取 较小值；
② m ↑→ Tp↓，即刀材性能较好，速度变化对刀具
量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后
根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速 度v 。这样使v、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产率
精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。
2.切削用量制订的步骤（以车削为例） （1）背吃刀量ap的选择 粗加工时， ap由加工余量和工艺系统的刚度决定，尽可 能一次走刀切除全部加工余量。 半精加工时， ap可取0.5～2 mm。 精加工时， ap取为0.1～0.4 mm。 在加工余量过大或系统刚性不足情况下，粗加工可分几次 走刀。若分两次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部 余量的2/3～3/4，而第二次走刀的ap取小些，以使精加工
小值；若刚性差（细长轴），κ r取较大值（90°）； ②考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取 90 °；镗盲孔＞90 °；κ r小切屑成长螺旋屑不易断； 较小κ r，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。
（四）副偏角的选择
副偏角的主要作用是形成已加工表面。
副偏角↓→ Ra↓刀尖强度↑散热体积↑
（二）后角的选择
1.后角的作用 α 0↑→rn↓锋利、 lα ↓摩擦F↓→ 质量↑
VB 一定，磨损体积↑→T↑但NB↑
刀头强度↓散热体积↓重磨体积↑ 在一定的条件下，存在一个合理值
2.合理后角的选择原则 ①粗加工、断续切削、工材强度硬度高， 选较小后角, 已用大负前角应↑α 0 ； ②精加工取较大后角，保证表面质量；
切削速度v可按下式计算求得 Cv
v=
T
m a xv f yv p
Kv
(3-36)
式中各系数和指数可查阅切削用量手册。
切削速度值也可查表3-8来选定。
生产中选择切削速度的一般原则是： 1）粗车时， ap和f 均较大，故选择较低的切削速度v ； 精车时， ap和f 均较小，故选择较高的切削速度v 。
2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的切削速度v ；
3. 切削液的合理选用
（1）从加工要求考虑 粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液；
精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液；
（2）从刀具材料考虑 高速钢，需用切削液；Y合金等,可不用或充分连续用； （3）从工件材料考虑 钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用； 高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液 （4）从加工方法考虑 钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油； 成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。
四、切削液的合理选用
1.切削液的分类 水溶液 水＋添加剂 冷却 粗加工
乳化液
切削油
乳化油＋水
矿物油＋添加剂 润滑 精加工
2. 切削液的作用机理
① 冷却 ↓摩擦↓热的产生；将热量带走。本身导热系数、 比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。
② 润滑 切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜强度
③ 排屑、清洗 ④ 防锈 防锈添加剂
工序具有较高的刀具寿命和加工质量。
切削有硬皮的铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的材料时， 应尽量使ap超过硬皮或冷硬层厚度，以避免刀尖过早磨损。
（2）进给量f 的选择
粗加工时，f 的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度 与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。 精加工时，f 的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。
Tpr=(1-m)( tct+ta Ct /S)/m+ Ct K Tpr m/mS 与此 相应的速度为 vpr= C0 / Tpr m
当销售价≥生产成本时， 有如下关系： Tc ≥Tpr ＞Tp 通常根据优化指标来 选择刀具使用寿命： 1.产品销路不畅或产品初创阶段，宜采用经济使用寿命Tc； 2.产品销路通畅甚至供不应求情况下，宜采用最大利润率使 用寿命Tpr ； 3.产品急需的情况下（如战时或救灾），宜采用最大生产率
2.刃倾角的选择原则
①粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，λ s取负值；
②精加工、系统刚性差（细长轴），λ s取正值； ③微量极薄切削，取大正刃倾角。
二、刀具使用寿命的合理选择
生产目标：加工质量、加工效率、经济性 优化指标：单件生产时间、单件加工成本、利润率
切削参数：切削用量、刀具材料、几何参数、机床等
T 随γ
0
的变化趋势为驼峰形。
高速钢的合理前角比Y合金的大。 加工塑材的合理前角比脆材的大
2.合理前角的选择原则 ①粗加工、断续切削、刀材强度韧性低 工材强度硬度高，选较小的前角； ②工材塑韧性大、系统刚性差，易振动 或机床功率不足，选较大的前角； ③成形刀具、自动线刀具取小前角； ④Aγ 磨损增大前角， Aα 磨损减小前角
反之，选较高的切削速度v 。 3）刀具材料性能越好，切削速度v选得越高。
4）精加工时应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域；
5）断续切削时为减小冲击和热应力，宜适当降低v ； 6）在易发生振动的情况下， v 应避开自激振动的临界速度；
7）加工大件、细长件和薄壁件或加工带外皮的工件时，应
适当较低v 。 切削用量三要素选定之后，还应校核机床功率。
使用寿命影响小， Tp应取小值，切削速度取 较大值
2. 最低成本使用寿命Tc 根据单件成本最低的原则确定的刀具使用寿命。 单件成本 C= tmM+tct (tm/T)M+ (tm/T) Ct+totM M 为工时费用率； Ct为刀具每用一次分摊的成本，刀具总成本/刃磨次数； 将tm=K Tm代入上式， ∴ T=(1-m)( tct+ Ct /M)/m=Tc 与此 相应的速度为 分析式（2-2）知： ① tct↑→ Tc↑； ② m ↑→ Tc↓； vc= C0 / Tc m 令d C /dT = 0 得 （2-3）
三、切削用量的合理选择
1.切削用量的选择原则
粗加工时，应在保证必要的刀具使用寿命的前提下，以
尽可能提高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿
命与切削用量的关系式，切削用量↑， T ↓，其中速度
v 对T 影响最大，进给量f 次之，背吃刀量ap影响最小。
粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀
副刃工作长度↑→ 摩擦↑Fp↑易振动→Ra↑，T↓ 在一定条件下，存在一合理值。系统刚性好，。
（五）刃倾角的选择
1.刃倾角的作用 ①影响刀刃锋利性.λ s↑→γ
0e
↑、rn ↓→ ↑锋利性
②负刃倾角→刀头强度↑散热体积↑
③负刃倾角→ Fp↑→变形↑，易振动→Ra↑ ④正λ s切屑流向待加工表面，负λ s切屑流向已加工表面 在一定条件下， 存在一合理值
③成形、复杂、尺寸刀具取小后角； ④系统刚性差，易振动，取较小后角；
⑤工材塑性大取较大后角，脆材↓α
0
（三）主偏角的选择
1.主偏角的作用 κ r↓→ac↓aw↑→单位刃长负荷↓→ T↑
刀尖强度↑散热体积↑，Ra↓
Fp↑→变形↑加工精度↓，易振动→Ra↑，T↓
在一定的条件下，存在一个合理值 2.合理主偏角的选择原则 ①主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，κ r取较
③M ↑→ Tc↓；即Tc应取小值，vc取大值以降低成本；
④ Ct↑→ Tc↑；即刀具成本高，Tc应取大值， vc取小值
3. 最大利润使用寿命Tpr 根据单件利润最高的原则确定的刀具使用寿命。
单件利润率
pr= (S – C) / tw
S 为单件创造的产值 将C 、tw代入上式， 令d pr /dT = 0 得 （2-4）
刀具使用寿命 T
使用寿命Tp 。
选择刀具使用寿命应从以下几方面考虑：
1. 制造和刃磨较简单、成本不高的刀具，使用寿命选得低
些，反之高些。
硬合金车刀T为60～90min，钻头T为80～120min，硬质 合金端铣刀T为90～180min，齿轮刀具为200～300min。 2. 装卡调整复杂的刀具，使用寿命选得高些，仿形车床、组 合钻床上刀具为通用机床上的200～400%。 3. 切削大型工件为避免中途换刀，使用寿命选得高些，一般 为中小件加工时的200～300%。
生产实际中常根据经验或查表法确定f 。
粗加工时根据工件材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及以确定 的背吃刀量按表3-6来选择f 。 在半精加工和精加工时，则按加工表面粗糙度要求，根据工 件材料、刀尖圆弧半径、切削速度按表3-7来选择f 。
（3）切削速度的确定
根据已经选定的背吃刀量ap 、进给量f及刀具使用寿命T，