车削加工切削用量选择分析

葛　红

在长期车削加工实践中，有经验的车工老师会在开车切削前，对照着零件图样先考虑开几转车速，吃刀多少深，选择多少走刀量。这不仅体现了切削用量的重要性，更直接关系到如何充分发挥车刀、机床的潜力来提高实际的生产效率。因此在车削加工前一定要合理的选择切削用量。

一、切削用量对切削的影响

在车削加工中，始终存在着切削速度、吃刀深度和走刀量这三个切削要素，在有条件增大切削用量时，增加切削速度、吃刀深度和走刀量，都能达到提高生产效率的目的，但它们对切削的影响却各有不同。

1. 切削速度对切削的影响

所谓切削速度，实质上是指切屑变形的速度，其高低决定着切削温度的高低，影响着切削变形的大小，而且直接决定着切削热的多少。

当车削碳钢、不锈钢以及铝和铝合金等塑性金属材料达到一定的切削温度时，切削底层金属将粘附在车刀的刀刃上面形成积屑瘤。由于积屑瘤的存在，将会增大车刀的实际前角，对切削力、车刀的磨损以及工件加工质量会产生较大影响。

（1）切削速度对切削力的影响。一般来说，提高切削速度，切屑变形小，切削力也就相应降低。对于碳钢等塑性金属材料，在用硬质合金车刀车削碳钢工件时（前角γ=0°），开始切削速度小，切削力大，但随着切削速度的提高，形成积屑瘤后会增大车刀的实际前角，使切屑变形减小，导致切削力下降。积屑瘤在刀刃上的堆积高度越高，即车刀实际前角增加得越多，切削变形与切削力也就越小。但当切削速度超过一定范围时（≥20m/min），随着切削速度的提高，积屑瘤高度将会逐渐减小，直至完全消失，车刀的实际前角也随之逐渐减小，直至回复原来大小，这时切削变形与切削力又将逐渐增大。当切削速度再继续提高时（≥50m/min），由于切削温度甚高，切屑与车刀前面接触的一层表皮开始微熔，起了一种特殊的润滑作用，减少了摩擦，而且因被切层变形不够充分，使切屑变形减小，切削力得到了再次降低。此后切削力的变化逐渐趋于稳定。对于不同的工件材料以及不同的车刀前角值，切削速度与切削力之间的变化规律大致如此，但各个变化阶段的速度范围则会不尽相同。

虽提高切削速度有利于减小切削力，但切削速度过高，将会增大机床负荷，故而还应充分考虑机床负荷是否在机床额定功率范围之内。

（2）切削速度对刀具耐用度的影响。一般情况下，提高切削速度，会加剧刀具的磨损，降低刀具的耐用度。但也有特殊情况，例如，我们在采用硬质合金车刀车削淬硬钢工件，在低速时车刀主要发生机械磨损，但当适当提高切削速度以后，使得工件切削区域的表面硬度降低的同时，硬质合金车刀的冲击韧性会增高，相应地提高了车刀耐用度。

（3）切削速度对工件质量的影响。如前所述，碳钢、不锈钢及铝等塑性材料，在一定的切削速度范围内，容易形成积屑瘤。而积屑瘤的存在势必要影响到工件的加工表面粗糙度。因此在精车这类工件时，必须注意选用合适的切削速度，以防止产生积屑瘤。如已出现积屑瘤，则可利用加快或减慢切削速度的办法加以消除或可采取降低刀具的刃磨粗糙度、使用充分的冷却润滑液等措施。

但是，当切削速度过高时，容易引起工件的热变形，也会加剧车刀的磨损，降低工件的加工精度。因此，在车削时也不能采用过高的切削速度。

2. 吃刀深度和走刀量对切削的影响

在车削中，被切层的宽度和厚度取决于吃刀深度αp与走刀量ƒ，两者的乘积（αp׃）即为“切削横断面积”，其大小决定着车削时的单位切削负荷。由于吃刀深度和走刀量对切削变形以及散热等方面的作用不同，故而对切削力、刀具磨损以及工件质量的影响也不同。

（1）吃刀深度与走刀量对切削力的影响。吃刀深度的大小影响单位切削宽度上的切削力的大小，它与切削力成正比。当吃刀深度增大时，切削宽度增加，切削力也就按照正比例相应的增大。走刀量的大小和单位切削宽度上的切削力有关，但它与切削力不成简单的正比关系。这是因为切削底层的变形最严重，而切削的厚度取决于走刀量的大小，当走刀量增大时，切削增厚，变形最严重的切屑底层部分所占的比例减少，使切削的平均变形相对减少；反之，走刀量减少时，切屑的平均变形会相应增大。因此，在车削时如果要求切削横断面积不变而减少切削力，则应取较大的走刀量，而取较小的吃刀深度。

（2）吃刀深度与走刀量對刀具耐用度的影响。吃刀深度增加时，由于刀刃工作长度增大，改善了散热条件，使切削温度升高较少，对刀具磨损影响也较小。走刀量增加时，散热条件变差，使切削温度升高较多，对刀具磨损影响较大。

（3）吃刀深度和走刀量对工件质量的影响。当吃刀深度太大时，控制工件的尺寸精度较困难。故而在精车时，为保证工件质量，吃刀深度与走刀量都应取得小些。但在采用宽刃大走刀进行车削时，如果走刀量取得大些，则可以减少振动，有利于提高工件质量。

二、切削用量的合理选择

在一般情况下，加大切削速度、吃刀深度和走刀量，对提高生产效率有利。但若过分的增加，将会产生相反效果，即加剧刀具磨损，影响工件质量，严重时甚至撞坏刀具，产生“闷车”等现象。所以我们必须把切削用量选择在一定范围内。根据不同的切削条件，找出切削用量矛盾的主要方面，即首先确定主要的切削速度，然后再选择其他切削要素。

1.粗车或精车时选择切削用量的一般原则

（1）粗车。粗车时，一般加工余量较多，可分两种情况来选择：

①当粗加工余量较多时，应首先选择大的吃刀深度，除去精加工余量，尽可能一次切削完成，只有当精加工余量太大，无法一次切削时，才考虑分几次切削；其次选取较大走刀量；最后才根据刀具耐用度的许可条件，选择合适的切削速度。

②当粗加工余量（αp＜3mm）不多时，则从切屑变形方面考虑，力求减小对切削力的影响，首先应选择大的走刀量，而吃刀深度受粗加工余量的限制取规定值，最后选取适当的切削速度。

在粗车时如果把切削速度选得很高，刀具的耐用度就显著降低，且易于磨损，需要经常磨刀、换刀，增加了许多辅助工时；同时，吃刀深度只能相应减少，如果加工余量较多，则必然要分几刀才能完成车削，大大降低了生产效率。当吃刀深度和走刀量基本选定后，按一般切削情况，切削速度大致可按下列范围选用：

a.用硬质合金车刀车削中碳钢（正火、退火状态）时，切削速度平均取90米/分左右；车削铸铁时，切削速度平均取70米/分左右。在具体选用时，还应适当调整。

b.车削调质的钢料、合金时，切削速度应比车削中碳钢时降低20～30﹪。

c.车削有色金属的切削速度应比车削中碳钢的切削速度提高100～200﹪。

（2）精车。在精车时，留下的加工余量不多（一般留精车余量αp =0.2～0.75mm），如果将走刀量取大，则残留面积增加，所以走刀量受到一定限制（一般取ƒ=0.08～0.03mm/r）。因此，在选择精车切削用量时，应将切削速度放在第一位，走刀量放在第二位，且按工件质量要求适当选择；而吃刀深度则根据工件尺寸来确定。

2.不同切削条件下对切削用量的选择和调整

在不同的工件材料、工件形状、切削要求、车刀材料以及工件、车刀、夹具和机床系统的刚性等条件下，切削用量选择需做适当调整。

（1）断续切削与连续切削的比较。如粗车偏心轴，在断续切削时，工件对刀刃、特别是刀尖有着一个较大的冲击力，因此断续切削的切削用量应比连续切削选得小一些。

（2）荒车和粗车时的比较。锻造和铸造的工件，一般表面很不平整，而且表皮硬度较高，当粗车第一刀（即荒车）时，如果切削较少，会使刀刃受到一个不均匀的冲击力，易产生崩刃现象，造成严重的磨损。所以荒车时，把吃刀深度应放在第一位来考虑，其意义比粗车时更为突出，当工件、车刀、夹具和机床刚性许可时，应该加大吃刀深度，适当减小走刀量和切削速度，使工件表面全部车出，这样可以减小冲击力的变化，避免刀尖和硬度较高的表皮层相接触，不易磨损。

（3）车削管料工件和轴类工件的比较。管料工件一般较长，刚性较差，因此在精车管料工件时，切削速度和吃刀深度要比轴类工件选得小一些，而走刀量可适当选得大一些，以减少振动。

（4）车外圆和车内孔的比较。由于车内孔时，刀杆尺寸受到限制，车刀刚性比车外圆的车刀要差，车削时车刀容易振动，所以车内孔时选择的切削用量，特别是吃刀深度和走刀量，要比车削外圆时小。

（5）使用高速钢车刀和硬质合金车刀的比较。由于高速钢的热硬性比硬质合金车刀差，因此在使用高速钢车刀车削时，选择的切削用量应比使用硬质合金车刀小，尤其是切削速度，高速钢车刀的切削速度大体为硬质合金车刀的1/4～1/5。当采用高速钢车刀宽刃大走刀加工中碳钢工件时，一般采用切削速度v=3～5m/min。

（6）车削大型工件和中小型工件时的比较。车削大型工件时，机床和工件的刚性好，其吃刀深度和走刀量应选得比车削中小型工件时大。但切削速度应降低些，以保证车刀的耐用度，并减少工件回转时的离心力，达到安全生产的目的。

（7）工件、车刀、夹具和机床的刚性好与差时的比较。工件、车刀、夹具和机床的刚性也是选择切削用量的依据之一。如在车削细长轴尤其是中间部位时常会发生振动；在车削较深孔时，由于刀杆细长，刚性较差，也易发生振动；又如在花盘和角铁上装夹工件，比一般用四爪卡盘夹持时刚性要差，前者则存在一定的偏重（即动平衡偏差）；等等。所以，切削用量均不易选得过大（在具体选择时，走刀量可适当取大些，有利于减少振动）。

（作者单位：山东济宁技术学院）