数控机床加工的切削用量.docx

数控机床加工的切削用量包括切削速度Vc (或主轴转速n)、切削深度ap和进给量f，其选用原则与普通机床基本相似，合理选择切削用量的原则是：粗加工时，以提高劳动生产率为主，选用较大的切削量；半精加工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。
1. 数控车床切削用量
1）切削深度ap
在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少进给次数。当工件的精度要求较高时，则应考虑留有精加工余量，一般为0.1～0.5mm。
切削深度ap计算公式：ap=
式中：  dw—待加工表面外圆直径，单位mm   dm—已加工表面外圆直径，单位mm.
2）切削速度Vc
① 车削光轴切削速度Vc  光车切削速度由工件材料、刀具的材料及加工性质等因素所确定，表1为硬质合金外圆车刀切削速度参考表。
切削速度Vc计算公式：　Vc=
式中：  d—工件或刀尖的回转直径，单位mm        n—工件或刀具的转速，单位r/min
表1 硬质合金外圆车刀切削速度参考表
工件材料
热处理状态
ap=0.3~2mm
ap=2~6mm
ap=6~10mm
f=0.08~0.3mm/r
f=0.3~0.6mm/r
f=0.6~1mm/r
Vc/m·min-1
Vc/m·min-1
Vc/m·min-1
低碳钢 易切钢
热轧
140~180
100~120
70~90
中碳钢
热轧
130~160
90~110
60~80
调质
100~130
70~90
50~70
合金工具钢
热轧
100~130
70~90
50~70
调质
80~110
50~70
40~60
工具钢
退火
90~120
60~80
50~70
灰铸铁
HBS<190
90~120
60~80
50~70
HBS=190~225
80~110
50~70
40~60
高锰钢

10~20

铜及铜合金

200~250
120~180
90~120
铝及铝合金

300~600
200~400
150~200
铸铝合金

100~180
80~150
60~100
注：表中刀具材料切削钢及灰铸铁时耐用度约为60min。
② 车削螺纹主轴转速n  切削螺纹时，车床的主轴转速受加工工件的螺距（或导程）大小、驱动电动机升降特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，因此对于不同的数控系统，选择车削螺纹主轴转速n存在一定的差异。下列为一般数控车床车螺纹时主轴转速计算公式：
n≤–k
式中：  p—工件螺纹的螺距或导程, 单位mm。　　　　k—保险系数，一般为80。
3）进给速度
进给速度是指单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/min，也可表示为主轴旋转一周刀具的进给量，单位为mm/r。
⑴确定进给速度的原则
①当工件的加工质量能得到保证时，为提高生产率可选择较高的进给速度。
②切断、车削深孔或精车时，选择较低的进给速度。
③刀具空行程尽量选用高的进给速度。
④进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。
⑵进给速度Vf的计算 Vf = n f
式中： n—车床主轴的转速，单位r/min 。　　　 f—刀具的进给量，单位mm/r 。
表2为硬质合金车刀车粗车外圆和端面进给量参考表，表3为按表面粗糙度选择进给量参考表。
表2  硬质合金车刀粗车外圆及端面进给量参考表
工件材料
刀杆尺寸
BXH 
（mm2）
工 件
直径d(mm)
切　削　深　度a p（mm）
≤3
>3~5
>5~8
>8~12
>12
进给量f(mm/r)
碳素结构钢
合金结构钢
耐热钢
16X25
20
0.3~0.4
----
-----
-----
-----
40
0.4~0.5
0.3~0.4
----
-----
-----
60
0.5~0.7
0.4~0.6
0.3~0.5
----
----
100
0.6~0.9
0.5~0.7
0.5~0.6
0.4~0.5
----
400
0.8~1.2
0.7~1.0
0.6~0.8
0.5~0.6
----
20X30
25X25
20
0.3~0.4
----
----
----
----
40
0.4~0.5
0.3~0.4
----
----
----
60
0.5~0.7
0.5~0.7
0.4~0.6
----
----
100
0.8~1.0
0.7~0.9
0.5~0.7
0.4~0.7
-----
400
1.2~1.4
1.0~1.2
0.8~1.0
0.6~0.9
0.4~0.6
铸铁
铜合金
16X25
40
0.4~0.5
----
----
----
----
60
0.5~0.8
0.5~0.8
0.4~0.6
----
----
100
0.8~1.2
0.7~1.0
0.6~0.8
0.5~0.7
----
400
1.0~1.4
1.0~1.2
0.8~1.0
0.6~0.8
----
20X30
25X25
40
0.4~0.5
----
----
----
----
60
0.5~0.9
0.5~0.8
0.4~0.7
----
----
100
0.9~1.3
0.8~1.2
0.7~1.0
0.5~0.8
----
400
1.2~1.8
1.2~1.6
1.0~1.3
0.9~1.1
0.7~0.9
注：1）断续加工和加工有冲击的工件，表内进给量应乘系数k=0.75~0.85；
    2）加工无外皮工件，表内进给量应乘系数k=1.1；
    3) 加工耐热钢及其合金，进给量不大于1mm/r；
  4) 加工淬硬钢，应减少进给量。当钢的硬度为44~56HRC，应乘系数k=0.8；当钢的硬度为57~62 HRC时，应乘系数k=0.5。

表3  按表面粗糙度选择进给量参考表
工件材料
表面粗糙度
Ra(µm)
切削速度范围
V c (m/min)
刀尖圆弧半径rε(mm)
0.5
1.0
2.0
进给量f(mm/r)
铸铁
青铜
铝合金
>5~10
不限
0.25~0.40
0.40~0.50
0.50~0.60
>2.5~5
0.15~0.25
0.25~0.40
0.40~0.60
>1.25~2.5
0.10~0.15
0.15~0.20
0.20~0.35
碳钢
合金钢
>5~10
<50
0.30~0.50
0.45~0.60
0.55~0.70
>50
0.40~0.55
0.55~0.65
0.65~0.70
>2.5~5
<50
0.18~0.25
0.25~0.30
0.30~0.40
>50
0.25~0.30
0.30~0.35
0.30~0.50
>1.25~2.5
<50
0.10
0.11~0.15
0.15~0.22
50~100
0.11~0.16
0.16~0.25
0.25~0.35
>100
0.16~0.20
0.20~0.25
0.25~0.35
      注：rε=0.5mm，一般选择刀杆截面为12X12 mm2 ；
　　　　 　rε=1mm，一般选择刀杆截面为30X30 mm2；
　　　　　 rε=2mm, 一般选择刀杆截面为30X45 mm2。
2. 数控铣床切削用量选择
数控铣床的切削用量包括切削速度vc 、进给速度vf 、背吃刀量ap和侧吃刀量ac。切削用量的选择方法是考虑刀具的耐用度，先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。
1)背吃刀量ap（端铣）或侧吃刀量ac（圆周铣）
如下图所示，背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ap为切削层深度，圆周铣削时ap为被加工表面的宽度。侧吃刀量ac为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ac为被加工表面宽度，圆周铣削时ac为切削层深度。端铣背吃刀量和圆周铣侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量要求决定。
①工件表面粗糙度要求为Ra3.2~12.5µm，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.5 ~ 1.0mm。

图   铣刀铣削用量
   ②工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2µm，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣削侧吃刀量取1.5~2mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm，端铣背吃刀量取0.5~1mm。
2)进给速度vf
进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mm/z)有关。
进給速度的计算公式：  vf = fz Z n
式中: 每齿进给量fz的选用主要取决于工件材料和刀具材料的机械性能、工件表面粗糙度等因素。当工件材料的强度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件刚性差或刀具强度低，fz值取小值。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀的选用值，每齿进给量的选用参考表见表4。
表4　铣刀每齿进给量fz参考表
工件材料
每 齿 进 给 量fz(mm/z)
粗 铣
精 铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.10~0.15
0.10~0.25
0.02~0.05
0.10~0.15
铸铁
0.12~0.20
0.15~0.30
3)切削速度
铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。其原因是fz、ap、ae、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，相应提高切削速度。表5列出了铣削切削速度的参考值。

表5  铣削时的切削速度参考表
工件材料
硬度（HBS）
切削速度vc (m/min)
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
<225
18~42
66~150
225~325
12~36
54~120
325~425
6~21
36~75
铸铁
<190
21~36
66~150
190~260
9~18
45~90
160~320
4.5~10
21~30