数控车削的切削用量

2.2.5　数控车削的切削用量

1．数控加工切削用量的概念

切削用量是指在金属切削加工过程中，所采用的切削工艺参数。在普通切削加工中，切削用量主要是指切削速度（即切削点主运动的线速度）V、背吃刀量（也叫做吃刀深度或切削深度）a_p和进给量F（或进给速度V_f）三个工艺参数，习惯上叫做三大用量。

在数控加工中，由于数控加工NC程序所采用的指令的原因，把切削速度用主轴的转速来体现，所以数控加工中的三大切削用量为：背吃刀量a_p、进给量F和主轴转速S三个工艺参数。

2．切削用量的选择原则

切削用量的大小会直接影响到切削力、切削功率的大小、刀具的磨损程度、加工质量的高低以及生产加工成本的高低，尤其是直接影响到加工效率。所以在选择切削用量时，在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，要充分发挥机床的加工能力，提高生产效率，降低生产成本。

在数控切削加工中，切削用量的选择值比普通机床的切削用量要小，这是为了尽量减少机床切削加工生产中的换刀次数，因为数控机床目前换新刀的调整对刀时间往往较长，会增加很多的辅助工时，降低生产效率。

粗、精加工具有不同的切削用量的选择原则：

（1）粗加工中切削用量的选择原则　粗加工中主要追求的工艺指标是尽可能高的生产效率，所以，在保证刀具耐用度的前提下，追求尽可能大的材料切除率是粗加工切削用量的选择原则和基本出发点。三大用量选择方法如下：

① 背吃刀量a_p　由于背吃刀量的增大对切削力和切削功率增加的影响程度最小，即在增加很大的背吃刀量的情况下，切削力的增加并不很大，所以，在粗加工中，希望用尽可能少的走刀次数将绝大多数的切削余量尽快切除，如果刀具和工艺系统的刚性条件允许，希望能够在一次或两次的走刀过程中就将所有的余量切除掉。

② 进给量F　与进给量大小选择有直接影响的因素有机床进给系统的刚性、数控系统对进给运动的插补计算和插补控制的响应速度，另外还有工件的加工表面质量。

由于粗加工中对加工表面质量并没有过高的要求，所以，只要机床的数控系统对进给运动的计算和反应没有问题，在工艺系统刚性条件允许的前提下，可以选择比较大的进给量。

在不同的数控机床上，由于所配置的数控系统的功能不同，反映进给量的程序字F有不同的含义，在数控钻床和数控车床上，F字常反映每转进给量；而在数控铣床上，则经常反映每分钟进给量。

③ 主轴转速S　主轴的转速实际上体现的是切削速度。在普通的机床加工中，切削速度大小的选择主要受制于刀具的耐用度，切削速度越高，刀具耐用度就越低，但对于数控车床来说，影响主轴加工最高转速的最主要影响因素是机床主轴的支撑刚度和卡盘的夹持能力，是工件高速回转的安全性。

由于工件需要随主轴一起高速旋转，主轴直径大、功率大、卡盘刚性大的车床，主轴的许用转速就高。车床主轴回转速度还与工件的大小、工件的装夹可靠性和工件外形轮廓结构的对称性有直接关系，所以主轴的高转速要视工件装夹回转的安全可靠程度来具体确定。

切削速度、主轴转速和切削点的回转直径三者之间的关系如下：

或者

式中，V——刀刃切削点的切削线速度，即切削速度（m/min）；

　S——车床主轴的回转速度，即每分钟内的转数（r/min）；

　D——刀刃切削点的回转直径（mm）。

根据选定的切削速度和车削直径的大小，就可以计算出主轴的转速S。通过以上对3个参数的粗加工分析，可以得出如下粗加工的三大用量的选择原则：

优先选择尽可能大的背吃刀量a_p；

然后根据切削系统的允许条件选择较大的进给量F；

最后再根据主轴及工件装夹的安全情况选择较合适的主轴转速S。

（2）精加工中切削用量的选择原则　精加工切削用量的选择原则与粗加工有所不同，精加工的主要目标是保证加工质量要求，追求的工艺指标是高的加工精度，切削用量的选择要围绕这一总目的而灵活考虑。

① 背吃刀量a_p　在精加工中的背吃刀量已经没有什么可选择的余地，因为精加工的加工余量已经很小，背吃刀量的大小就是精加工余量的大小，由于刀尖的最小圆弧半径不可能十分小，所以精加工都是一次进给即完成切削加工。

② 进给量F　由于进给量的大小会直接影响到加工表面粗糙度质量，所以，精加工中的进给量一般取得较小，一般控制进给量F要小于精车刀的修光刃的长度。

③ 主轴转速S　主轴转速S的选择要根据机床的主轴回转支撑精度和工艺系统的刚性来灵活选择。对于数控车床，还要视工件回转的平稳性来具体选择。

在切削中碳钢和低碳钢时，由于在中低速切削区容易产生积屑瘤，所以要尽量避开15～25m/min的刀瘤区。

3．数控车削加工切削用量的具体选择

（1）背吃刀量a_p的选择　在数控车削加工中，背吃刀量一般可按以下参数值选择：

粗加工：5～10mm，要视毛坯质量的具体情况来确定；

半精加工：0.5～2mm，根据加工应力和精基准精度来确定；

精加工：0.1～0.4mm，最小值要视刀尖的锋利程度来确定。

当工艺系统的刚性条件差或毛坯余量很大、毛坯余量不均匀时，粗加工可以多分几次走刀，多走几刀也有助于减小毛坯误差所引起的加工复映误差。毛坯质量好，刚性条件允许，可以一次切完。

（2）进给量F的选择　粗加工和精加工时进给量F大小的选择如下：

粗加工：根据数控机床的系统响应速度和插补运算速度以及切削效率来选择，目前的数控机床进给速度的许用值都比较大，数控车床一般为0～500mm/min ；数控铣床一般为0～2000mm/min。但从保证加工质量的角度来看，目前绝大多数的企业实际应用的进给量都远远小于这一限定值。粗车时一般选择F在0.3～1mm/r的范围内。

精加工：一般数控车床的进给多控制在0.05～0.30mm/r的范围内。

在实际切削加工中，机床进给移动速度的大小还受到机床操作控制面板上的进给速度倍率开关的直接控制，在操作过程中，可以随时根据切削加工的具体情况来进行调整，所以，数控加工程序中给出的进给量F值一般为工艺参考值，它往往是实际使用范围的最大值。

（3）主轴转速S　数控车床的主轴转速一般可以在0～2500r/min的范围内进行无级调速选择，但考虑到高转速下的工件装夹安全性，一般都选择在1500r/min 的范围以内，大多数条件下，数控车床的使用转速都不超过1000r/min。

对于主轴伺服电机采用交流变频调速控制的数控车床，其低速转速最好不要低于100r/min，因为低转速条件下，电机的输出扭矩过小，不易发挥机床正常的切削性能。

程序中的主轴转速S也可以根据切削速度的大小通过公式（2-2）来计算，由式（2-2）可知，在加工直径确定的条件下，主轴转速大小可以通过切削速度V的大小来求得。

切削速度V一般可以在50～100m/min的范围内选择，材料的强度和硬度较低时可以取大值，材料的强度和硬度较高时取小值。

在选择切削速度时，还应考虑以下几点：

① 应尽量避开积屑瘤产生的区域，积屑瘤最易产生的切削速度区域为15～25m/min；

② 在断续切削时，为减小切削的冲击和振动，要适当降低切削速度；

③ 加工细长件和薄壁工件时，宜选用较低的切削速度。

在进行螺纹车削时，需要严格保证主轴的转动与刀具的移动二者间的导程关系，考虑到主轴高转速下，车刀进给伺服系统对高的主轴转动的反应速度有较大的滞后性，为保证刀具导程参数的准确性，所以主轴转速不易选得过高。一般情况下，主轴转速应控制在800r/min以下，通常不超过500r/min。