第四节　自动化加工切削用量的选择

一、切削用量对生产率和加工精度的影响

1.切削用量对生产率的影响

在连续生产的机床上加工一个工件的单件循环时间为：

T=tj+tf+tn　　（2-6）

式中　T——机床上加工一个工件的时间，min；

　 tj——机加工工件时间，min；

　 tf——辅助时间，包括空行程、上下料、检验和清洗机床上的切屑等，min；

　tn——加工循环外的时间消耗，即机床停顿分摊到每个零件上的时间，包括换刀、修理机床、调整个别机构、重新装料等，min。

机床的生产率Q为：

　　（2-7）

机加工时间tj与切削用量有直接关系。若采用提高切削速度的办法来减少机加工时间，以提高生产率，在开始时，生产率会上升，但由于切削速度提高后，刀具耐用度会下降。切削速度与刀具耐用度的经验关系式为：

　　（2-8）

式中　 Td——刀具耐用度，min；

　　v——切削速度，m/min；

　　A——常数；

　　m——刀具的切削指数。

由式（2-8）可以看出，切削速度提高时，刀具耐用度急剧降低，从而造成频繁的换刀而使机床的利用率降低。由刀具引起的停机时间是换刀次数与每次换刀所需的更换刀具和调整刀具的时间的乘积。换刀次数频繁，每次换刀时间越长，则停机时间越长。到某一程度时，生产率便下降。如图2-3中曲线c所示，当切削速度直接到v1时，生产率增长，采用大于v1的切削速度时，生产率便下降。图中Ⅰ是加工循环内的辅助时间消耗，Ⅱ是与刀具有关的循环外时间消耗；曲线a是不考虑Ⅰ与Ⅱ的时间消耗，生产率随切削速度变化曲线，曲线b是不考虑Ⅱ的时间消耗，生产率随切削速度变化曲线。

2.切削用量对加工精度的影响

切削用量对残留面积和积屑瘤的产生有较大的影响，从而影响加工表面的粗糙度。

（1）残留面积

以车削为例，当刀具副偏角κ'r>0°时，工件上被切削的表层金属并未全部被切下，而是小部分残留在工件的已加工表面上，形成“刀花”，使加工表面的平面度精度下降。

残留面积的高度H，从图2-4（a）中可看出，当刀尖圆弧半径rε=0时：

　　（2-9）

式中　 f——进给量，mm/min；

　κ'r——刀具的副偏角；

　κr——刀具的主偏角。

当刀尖圆弧半径rε>0时，由图2-4（b）可知：

　　（2-10）

式中　rε——刀尖圆弧半径，mm。

由式（2-10）可知，进给量f增加，则残留面积高度H增大，表面粗糙度升高。

（2）积屑瘤

切削用量中，以切削速度v对积屑瘤的影响最大，进给量f次之。试验表明，切削中碳钢，当v=5～80m/min时，都可能产生积屑瘤，其中以v=10～30m/min时产生的积屑瘤最高。而用v=1～2m/min以下的低速或用80～100m/min以上的高速来切削时，则很少产生积屑瘤。此时加工表面粗糙度较低。当进给量f较小时，积屑瘤高度H较小，当进给量f增大时，积屑瘤高度H也增大，表面粗糙度下降。

精加工钢料时，为了获得较低的表面粗糙度，应选择较小的进给量，同时切削速度应在较高或较低的范围内选择，以避免产生积屑瘤。例如在精镗时，选择较高的切削速度，以避开积屑瘤，同时选用较小的进给量，以减少残留面积。而精铰时，则选择较低的切削速度避开积屑瘤，降低表面粗糙度。虽然铰孔一般采用较大的进给量，以提高生产率（铰孔采用大进给量还为了避免刀齿在孔壁上过多地摩擦，以减轻刀具磨损），但从刀具结构上采取了措施以避免增大进给量f对表面粗糙度的不利影响；铰刀的刀齿较多，主偏角较小，所以每齿进给量fz及切削厚度较小，可以减少积屑瘤，降低表面粗糙度。此外，铰刀上做有副偏角κ'r=0°的修光刃，减小了残留面积。

二、切削用量选择的一般原则

①切削用量的选择要尽可能合理利用所有刀具，充分发挥其性能。当机床中多种刀具同时工作时，如钻头、铰刀、镗刀等，其切削用量各有特点，而动力头的每分钟进给是一样的。要使各种刀具能有较合理的切削用量，一般采用拼凑法解决，即按各类刀具选择较合理的转速及每转进给量，然后进行适当调整，使各种刀具的每分钟进给量一致。这种方法是利用中间切削用量，各类刀具都不是按照最合理的切削用量来工作的，如图2-5所示。如果确有必要，也可按各类刀具选用不同的每分钟进给量，通过采用附加机构，使其按各自需要的合理进给量工作。

②复合刀具切削用量选择的特点：每转进给量按复合刀具最小直径选择，以使小直径刀具有足够的强度；切削速度按复合刀具最大半径选择，以使大半径刀具有一定的耐用度。如钻铰复合刀具，进给量按钻头选择，切削速度按铰刀选择；扩铰复合刀具的进给量按扩孔钻选择，切削速度按铰刀选择。而且进给量应按复合刀具小直径选用允许值的上限，切削速度则按复合刀具大直径选用允许值的上限。值得注意的是，由于整体复合刀具常常强度较低，所以切削用量应选得稍低一些，如图2-6所示。

③同一主轴上带有对刀运动的镗孔主轴转速的选择：在确定镗孔切削速度时，除考虑要求的加工表面粗糙度、加工精度、镗刀耐用度等问题外，当各镗孔主轴均需要对刀时（即在镗杆送进或退出时，镗刀头需处于规定位置），各镗孔主轴转速一定要相等或者成整数倍。

④在选择切削用量时，应注意工件生产批量的影响。在生产率要求不高时，就应选择较低的切削用量，以免增加刀具损耗。在大批量生产中，组合机床要求较高的生产率，也只是提高那些“限制性”工序刀具的切削用量，对于非限制性工序刀具仍应选用较低的切削用量。

在提高限制性刀具切削用量时，还必须注意不致影响加工精度，也不能使限制性刀具的耐用度过低。

⑤在限制切削用量时，还必须考虑通用部件的性能，如所选的每分钟进给量一般要高于动力滑台允许的最小进给量，这在采用液压驱动的动力滑台时更加重要，所选的每分钟进给量一般应较动力滑台允许的最小值大50%。

总之，必须从实际出发，根据加工精度、加工材料、工作条件和技术要求进行分析，考虑加工的经济性，合理选择切削用量。