数控加工切削用量的选择

摘要：切削用量选择得当，可提高加工效率和提高刀具的使用寿命。文章论述了合理选用切削用量对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本的影响，提出数控加工中切削用量的选择原则及其影响因素。

关键词：数控加工；切削用量；高速切削；刀具耐用度

中图分类号：TG501 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0094-02

在数控加工中，切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响。切削用量选择得当，可提高加工效率和提高刀具的使用寿命。那么如何才能合理选择它呢？

讲到切削用量的选择，大多数的教材和文献都说是根据计算公式得出来的。而且刀具、机床出厂时都附有切削用量推荐表，那我们是不是就是直接选用上面的数值来加工呢？本文重点将围绕这方面展开议论。希望能给同行有所帮助，特别是能给新手有所帮助。

1 数控加工中切削用量的选择原则

切削用量包括切削速度（主轴转速）、背吃刀量、进给量，通常称为切削用量三要素。

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速n或切削速度vc（用于恒线速度切削）、进给速度转vf或进给量f。这些参数均应在机床给定的允许范围内选取。它们的选择原则是由切削的条件决定的。

1.1 粗车

粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。

1.2 半精与精车

半精与精车时，因为要保证加工的质量和提高生产率节约加工成本。加工切削用量的选择应该要用小而均匀的背吃刀量，慢的进给但不能太慢，以免延长了加工时间，高的主轴转速以提高工件加工表面的质量。选取的刀具性能要高，尽可能地提高切削速度减少加工的时间及换刀的次数。

数铣、加工中心铣削加工的切削用量包括主轴旋转速度、切削进给速度、背吃刀量（加工深度Z）和侧吃刀量XY。机床—刀具—工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素。从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择切削进给速度，最后确定主轴旋转速度。因为数控铣削能够采取多种多样的加工方法，对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量。铣削用量是加工过程中重要的组成部分，合理选择切削用量的原则是：粗加工时，是以去除多余的材料为主，在机床与刀具的能力范围内尽可能保证较高的金属切除率；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度，降低加工成本。

2 影响切削用量的因素

由上面的切削用量的选择原则我们知道，决定切削用量数值的主要因素有以下四个方面：

2.1 数控加工机床

切削用量的选择应控制在机床的允许的功率和速度范围之内，机床的刚性应保证在加工的过程中不发生较大振动，保持热稳定性好，热变形小，即可适当提高切削

用量。

2.2 刀具

磨刀不误砍柴工，寓意着一把好刀的重要性。刀具在切削过程中，除了主要承受刀具和工件之间的切削抗力之外，还要承受切屑和刀具前刀面的摩擦力、刀具主后刀面和工件的摩擦力、刀具和工件的冲击力以及由于工件被切除部分的变形及切屑和刀具之间的摩擦所产生的高温等，因此，刀具材料的选择至关重要。表1就是刀具材料的切削性能情况。

现在数控机床所用的刀具多采用可转位刀片（机夹刀片）。机夹刀片的材料和形状尺寸须按工件材料、加工部位的几何形状、粗、精加工等选用。刀片的成本相对一体式的刀具还是比较划算的，所以选取的刀片应该选用切削性能较高的刀片，为节约加工成本而一味选用较便宜的刀片实际上可能反而因为经常更换增加了刀具成本。新型材料刀片虽然价格较贵，但可以缩短加工时间，延长刀具寿命，提高产品质量，因此可能具有更好的经济性。

2.3 工件

工件材料不同，易切削性不同，断屑情况也不同，有时采用各种热处理方法可改善其切削性能，不同的切削材料所选择的加工刀具也不一样，从而影响着切削用量的选择。进给量f的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，f越小；反之则越大。常见的工件材料铝合金易切削，铸铁、结构钢、高碳钢等较难切削，不锈钢、钛合金切削困难，有时采用各种热处理方法可改善其切削性能。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度要求越高，f就越小。工件刚性差或刀具强度低时，应取较小值。还有工件的结构、形状对切削用量的选择影响也比较大。如薄板形工件，由于机床振动、切削力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动而影响加工精度，从而难以保证薄板厚度尺寸公差和表面粗糙度，这时，选取的加工方式与切削用量还要根据实际情况而定。

2.4 冷却液

冷却液具有冷却和润滑作用，可带走切削过程产生的切削热与切屑，降低工件、刀具、夹具机床的温升，减少刀具与工件的摩擦，提高刀具寿命和工件表面加工质量。使用冷却液后，通常可以适量增加切削用量，提高生产效率，节约成本。

现在，随着CAD/CAM技术的发展，许多CAD/CAM软件都提供自动编程功能，这些软件能提供各种各样的加工方法与加工方式。采用这些不同的加工方式也能影响着加工过程中切削用量的数值。还有近年兴起的高速切削，它是针对不同金属材料的工件，当切削速度到达某一特定值时，切削温度不但不会升高反而会降低，产品的质量也会改善，生产效率也会大幅度提高。它打破了传统加工切削条件的制约，相对传统加工具有显著的优越性，所以得到工业界越来越广泛的应用。

由此可见，数控加工过程中，合理地选择切削用量并不容易。所谓“合理的”切削用量是指充分利用现有条件：包括机床动力性能（功率、扭矩）和刀具切削性能（硬度、耐磨性），达到所要求加工质量前提下，减少加工所需的时间以获得高的生产率和降低加工成本所用的切削用量。切削加工中，切削用量三要素是相互联系的，其中任一参数的改变都会导致另外参数产生变化。当切削用量增大时，刀刃负荷也相应的增加，而且切削热增加，刀具磨损加快，从而又限制了加工速度与加工成本的提高。因此，我们要做的不是单一地从计算公式里得出数值就用行了。而是要根据经验把算出来的数值作为参考得出经验的数值，能保证此时的高生产率和低加工成本才是合理的。

数控技术经过近10年的高速发展，现在已进入高速加工时代。其选择切削用量的原则是“少切快走”，即切削深度和行距很小，但进给速度高的高速加工，高速切削的特点决定了高速切削可以节省切削液、刀具材料和切削工时，从而可极大限度地节约加工成本和提高经济效益，提高生产率和产品质量，因此，高速切削在工业生产尤其是规模较大的汽车企业和与之相关的模具制造业上的应用极其广泛。

参考文献

[1]王增杰.数控铣床与加工中心操作技能操练[M].南京：江苏教育出版社，2010.

[2]刘万菊.数控加工工艺及编程[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3]高勇，等.UGNX中文版数控加工基础教程[M].北京：人民邮电出版社，2006.

[4]郑焕文.机械制造工艺学[M].北京：高等教育出版社，1994.

作者简介：李德贵（1972—），广东湛江人，肇庆市技师学院讲师，研究方向：数控加工与模具。

（责任编辑：刘 晶）