数控切削用量

数控车床编程如何确定切削用量与进给量

在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。

上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。

切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，刀具无法发挥其功能；若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但是刀具容易产生高热，影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多，概括起来有：

1. 刀具材料。刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。高速钢刀具耐高温切削速度不到50m／min，碳化物刀具耐高温切削速度可达100m／min以上，陶瓷刀具的耐高温切削速度可高达1000m／min。

2. 工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度，同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时，切削速度可以提高。

3. 刀具寿命。刀具使用时间(寿命)要求长，则应采用较低的切削速度。反之，可采用较高的切削速度。

4. 切削深度与进刀量。切削深度与进刀量大，切削抗力也大，切削热会增加，故切削速度应降低。

5. 刀具的形状。刀具的形状、角度的大小、刃口的锋利程度都会影响切削速度的选取。

6. 冷却液使用。机床刚性好、精度高可提高切削速度；反之，则需降低切削速度。

上述影响切削速度的诸因素中，刀具材质的影响最为主要。

切削深度主要受机床刚度的制约，在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可能大，如果不受加工精度的限制，可以使切削深度等于零件的加工余量。这样可以减少走刀次数。

主轴转速要根据机床和刀具允许的切削速度来确定。可以用计算法或查表法来选取。

进给量f(mm／r)或进给速度F(mm／min)要根据零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料来选。最大进给速度受机床刚度和进给驱动及数控系统的限制。

编程员在选取切削用量时，一定要根据机床说明书的要求和刀具耐用度，选择适合机床特点及刀具最佳耐用度的切削用量。当然也可以凭经验，采用类比法去确定切削用量。不管用什么方法选取切削用量，都要保证刀具的耐用度能完成一个零件的加工，或保证刀具耐用度不低于一个工作班次，最小也不能低于半个班次的时间。

切削刀具的种类与应用

如何分清其加工的机械的种类与选型的标准

（一）机械加工中常用到的是：车、铣、钻、磨、刨。但我们多数做的多是车、铣、钻等。如何知道那些是加工中心加工（铣床）？那些是数控车加工（普通车床）呢？在这行有接触的人都知道的，零件多数为两种：一是箱体（杂合体）；一是盘轴类。箱体相对来说比较复杂的需要十几把或是很更多种刀具来加工，如加工中心上才能来完成的，盘轴类的多数是比较单一，刀具比较少是枇量生产的，如数控车床加工（或是普通车床加工），但通常会出现这样的情况，有箱体与盘类相结合的时候，就容易让人糊涂了，其实我们只要有心想一下还是能分清的，也就是一般工厂的习惯是，先服从车削而后再进行铣削加工的。因车床的造价低，加工的成本相对来说比较低的。

（二）从我了解的配刀方案的经验中，有下面几个选择方法

Ⅰ、首先要按图纸要求加工，了解其加工的的工艺，从面到点而一步步的选取刀具，挺别注意的是：

①车我外圆时的要注意仿型加工和切槽，一定要避开后刀背与工件的接触，车床最多考虑的也是接触到各个面和排屑等的方题，如果能避开其已加工面，或是刀尖能完成其切削路线就是达到了加工要求了。

②铣削时多数考虑到的是仿型与加工的精度，还有就是各种特殊的要求，下面将细说，在此先不表了。

Ⅱ、当很多种刀具都能满足加工要求时我们就要从两方面来考虑

①我们现在的库存，这是首选的，因为这样可以减少我们的库存

②选取造价比较低的，这样客户能接受我们的价格，胜算相对来说也比较大的。

Ⅲ、在配刀时，一定要知：那些是消耗比较大的？那些是一次性定购或是不常定购的？

①如果客户首先考虑到的是价格，那选择一次性定购的或是比较少定购的，而质量将就的行。就要选便宜一点的，比较选台湾的刀杆等，

②如果客户首先考虑到的是加工的质量的话，就是选比较好一点的，也就是刀杆这一方面要选取原装进口的

③刀片等其他消耗品是我们以后发展的主要来源，所选的品牌一定是我们有优势的，最好是只有我们才有的，这样别人就没有代替了，就比如山特维克一样，他们所选的刀具多数是只有他们才有的，别家的产品是很难替代的，但其他的品牌他就能替代。

1、车刀类

车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具。它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越多。

复杂零件的仿形车削加工

在机械加工中，一些结构复杂的零件，其加工工艺是很复杂的，有时还要求操作者能在最短的时间内将工件加工出来，尤其是难加工材料的工件，其加工工艺更为复杂。为此，制造厂家不断地寻求更加经济有效的方法来加工复杂零件，包括车削零件。CNC机床的先进性已使我们对几乎可想象到的刀具轨迹进行编程。但是当刀具沿着这些轨迹运动时，其刀具和零件之间的关系(切入角、进给

量、切削速度和深度)持续发生着变化。所以，解决上述问题的关键在于如何以最有效和经济的方式车削复杂零件。

复杂性的含义

复杂的车削加工可能是刀具在径向和轴向上同时进给的加工以形成不同的零件廓形。除此之外，其它复杂因素还包括工件材料的可加工性、期望的产量和机床能力，当然也有交货期及加工成本。应当注意的是一个车间认为复杂的零件也许被另一个车间认为是常规零件，即零件的复杂性并不总是很明显的。

Voss工业公司的John Campell先生指出，一个看起来简单的零件或许比一个复杂形状的零件更具挑战性。他将718镍合金法兰的车削加工与螺旋管接头的加工作了一个比较。尽管螺旋管接头要求10次安装和24道工序，但一旦安装好开始加工后，这个过程就不再需要调节。另一方面，718合金法兰在加工过程中要求连续进行调节以补偿材料回弹、收缩和刀具磨损。另外，不同材料、同样形状的工件对切削力的反应不同。以法兰为例，在材料规定的范围内，镍和铬元素的变化可能使一批材料与另一批材料以及零件与零件之间的切削条件发生变化。选择刀片几何形状

车削一个复杂零件，最基本的要求是切削刃能够进入到零件廓形所在的区域。这要求选择适当的刀片形状、主偏角、副偏角、前角和后角。当选择刀片形状时，关键是应考虑刀片的强度。其中，圆刀片的强度最高。对非圆形刀片，刀尖角越大，其强度越高。但是由于隙角的原因，仿形车削通常使用35°或55°的菱形刀片。刀杆的选择实际上由所要求切入的轨迹来决定，如果需要进行复杂的仿形车削，则可选择安装菱形刀片的J型刀杆，这样可形成较大的后角。

刀片的刀尖角和主偏角一起决定着刀具能否进入工件轮廓；工件和刀片主切削刃之间的间隙、副后刀面及其下半部分的后角至关重要。我们常常靠估计、经验来判定刀具能否进入到工件及其相关的后角。这种方法很费时。现在CAD作图和切削模拟软件在计算机显示屏上进行模拟切削而不需要在实际零件上进行。

美国绿叶公司的Dale Hill说，他们公司直接根据顾客提供的CAD图纸进行刀具设计。设计人员可以看出刀具是否需要铲背或刀具能否进入一个深槽区域。对于一些真正复杂廓形的零件，采用标准刀具通常是不可行的，因为它们通常不能进入到复杂零件的凹腔和拐角处。而计算机模拟可以加速专用刀具的设计。

刀片后角

刀片的主前角和副前角将决定后刀面和工件间的后角。不同的材料要求不同的后角。例如当加工韧性材料，尤其是镍基合金时，其回弹性非常大。这些合金会在切削刃前面鼓起，在切削刃通过后产生回弹。这些回弹的工件将刮擦后刀面，并产生大量的切削热。另外镍基材料的加工硬化也会产生切削热，最终导致刀具热失效。失效形式可能是崩刃，但切削刃的热膨胀将导致刀具断裂。

钛金属材料可能回弹0.05mm和0.08mm，因此加工这类材料时要求在后刀面和工件之间有14°或15°的后角，以防止热失效。然而钛和塑料有相似的回弹性。当加工钛金属时，后角太小将造成刀片热失效。这样的刀具在加工塑料时，由回弹产生的切削力和切削热将融化塑料工件。

刀片的后角不能过大，过大的后角将会降低刀片的强度；无后角刀片有足够的强度，但必须安装在负前角的刀杆上以形成足够的后角。使用一个有正前角槽形的无后角刀片可保证需要的刀片强度，又可形成正前角的切削。

切削力和切屑控制

工件、刀具和车削系统中其它因素之间关系的变化将影响有效的切屑控制。例如，在仿形车削加工中，当刀片从工件中心向外移动时，切屑厚度变薄，切刀深度增加，切屑控制恶化。一个解决方法就是将一次走刀分为两次走刀，将向外的进给换成向中心的进给，以获得最终的廓形。

薄壁细长零件难以装夹，切削力可能引起工件变形和极差的表面粗糙度甚至使零件报废。一个专门设计的、可控制切屑的刀片可以减小这种变形。绿叶公司提供一种名为TurboForm的精加工硬质合金刀片，它有很大的正前角和压制的断屑器，所以产生的切削力很低。同时，该刀片的周边经过精密磨削，故具有很高的光洁度。如一个航空制造商在加工喷气式发动机压缩机的薄壁密封钛零件时，由于刀具振动使得刀片崩刃和加工表面光洁度降低。在使用TurboForm刀片后，消除了刀片振动和工件变形的现象，延长了刀具的寿命。

如果工件材料的可加工性造成了车削加工的复杂性，则由两种材料构成的零件可能双倍加大这种复杂性。因此当加工由多种材料构成的零件时，一个办法就是选择可加工不同材料的刀片牌号。例如当加工内部为4340钢、外部为镍基合金的零件时，制造者必须在编程时增加一暂停程序，以便更换刀片。使用两种不同牌号的刀片进行加工，其刀片寿命仍很低时，则推荐使用日本住友电工公司的AC2000 CVD涂层刀片，通过改变进给量和切削速度来加工上述两种材料，不必停机更换刀片，显著地提高了刀具寿命。

修磨

一些零件轮廓不能简单地使用现成的刀片进行加工。在使用负前角J型刀杆进行切入式切削时，35°刀片的副后刀面的下半部分可能与工件发生碰撞，引起刀片断裂。防止这种情况的一个方法就是磨去妨碍切削的这个部分。

汽轮机管路系统制造商Jeff Carver先生说，他们经常使用非常锋利的刀具来加工零件，因为经常没有标准的刀具，因此需要经常修磨刀具。

尽管一些制造厂商喜欢库存的标准刀片，通过修磨来满足特定的加工要求，但这些修磨的刀片也可直接从刀具生产厂家购买，因为他们已为加工某些特殊零件准备了专用的刀片。当一把修磨的刀具在一次走刀中不能满足要求时，唯一选择就是停机，使用另一种刀片来完成切削。不足之处是要花费时间，并且要中断一次走刀，这将在工件上留下刀痕。

机床

CNC机床制造商不断引进先进技术来简化复杂零件的车削。比较典型的就是Mazak公司的多功能车/铣床。这些机床像一台在工作台一端有车削主轴的加工中心。机床的B轴在加工中能沿零件径向转动225°，这使刀尖半径始终在与切削相切的方向上，可用一把刀完成多道工序。

总之，金属切削学科的进步必将使复杂零件的车削变得更容易，要想经济有效地加工一些复杂零件，还是需要工艺因素的配合。