选择切削用量的优化策略在高速加工中的应用

高速加工切削用量的选择主要考虑加工效率、加工表面质量、刀具磨损和加工成本。不同刀具加工不同工件材料时，切削用量会有很大差异。

1.2.2.1 切削用量选择的原则

切削用量主要包括切削速度、进给量和背吃刀量。高速铣削用量一般选择高的切削速度V_c、中等的每齿进给量f_z、较小的背吃刀量a_p、适当大的侧吃刀量a_e。例如：典型整体硬质合金立铣刀（采用TiCN或TiAlN涂层）切削48～58HRC淬硬钢时，粗加工选择V_c=100m/min，a_p=（6%～8%）D（刀具直径），a_e=（35%～40%）D，f_z=0.05～0.1mm/z；半精加工选择Vc=150～200m/min，a_p=（3%～4%）D，ae=（20%～40%）D，fz=0.05～0.15mm/z；精加工选择Vc=200～250m/min，a_p=0.1～1.2mm，a_e=0.1～0.2mm，f_z=0.02～0.2mm/z。

1.刀具直径和有效直径

高速铣削用量与刀具材料关系密切，不同刀具牌号所需的铣削用量不同。另外需要注意的是，由于球头铣刀实际参与切削部分的直径和加工方式有关，在选择铣削用量时，要考虑刀具直径D和有效直径D_eff的关系，如图1-16所示。

图1-16 各种铣削方式下的铣刀直径

对于分层铣和面铣等，有效直径为

刀轴直立

刀轴倾斜

铣刀实际参与切削部分的最大线速度定义为有效线速度，球头铣刀的有效线速度为

刀轴直立

刀轴倾斜

采用球头铣刀加工时，如果背吃刀量小于刀具半径，则有效直径将小于铣刀名义直径，有效速度也将小于名义速度；当采用圆弧铣刀浅切削深度时，也会出现上述情况。在优化加工参数时，应该按有效铣削速度选择。

2.选择侧吃刀量

在应用球头铣刀进行精加工曲面时，为了获得较好的表面粗糙度，减少或省去手工抛光，侧吃刀量最好和每齿进给量相等，这样加工出的表面纹理比较均匀，而且表面质量很高，如图1-17所示。

图1-17 侧吃刀量与每齿进给量对表面粗糙度的影响

3.选择背吃刀量

背吃刀量是制定合理的高速切削用量的重要参数。它由刀具长度、刀具的长径比以及工件材料的硬度等因素确定。对较硬材料的铣削，背吃刀量a_p可由下式计算：

a_p=RC₁C₂

式中，R为刀具圆角半径，C₁为材料的硬度系数，C₂为刀具的长径比系数。C₁与C₂如图1-18和图1-19所示。可见当材料硬度和刀具的长径比达到一定程度（材料硬度50HRC，长径比>5）时，材料硬度系数和刀具长径比系数急剧下降，允许的背吃刀量也随之急剧下降，这种情况要尽量避免。(www.xing528.com)

图1-18 材料的硬度系数

图1-19 刀具的长径比系数

1.2.2.2 常用材料的切削用量

1.钢的高速铣削用量

当铣削材料为淬硬工具钢时，硬度为48～52HRC，常用的高速铣削用量如表1-5所示。

表1-5 钢的高速铣削用量

2.高硬材料的高速铣削用量

当铣削材料为淬硬工具钢、弹簧钢时，硬度为52～56HRC，常用的高速铣削用量如表1-6所示。

表1-6 高硬材料的高速铣削用量

3.轻合金的高速铣削用量

当铣削材料为铝合金时，常用的高速铣削用量如表1-7所示。

表1-7 铝的高速铣削用量

4.不锈钢、钛合金的高速铣削用量

当铣削材料为不锈钢、钛合金时，常用的高速铣削用量如表1-8所示。

表1-8 不锈钢、钛合金的高速铣削用量