刀具几何参数与切削用量选择实例

1）刀具几何参数的选择

【实例4-1】在普通卧式车床上用反向进给法粗车45钢细长轴，刀具采用焊接式硬质合金车刀YT15，加工时使用跟刀架和弹性顶尖，进给量f为0.51 mm。试确定刀具的几何参数。

解：根据加工条件和加工特点选择合理的刀具几何参数。

（1）由于工件材料45钢为中碳钢，因此根据硬质合金车刀前角和后角的参考表可知，粗加工时应选取刀具前角γo=10°～15°，后角αo=5°～7°。

（2）由于工件为细长轴，刚性较差，加工过程易产生弯曲和振动，因此选取主偏角κr=75°，副偏角=10°。

（3）粗加工中硬质合金刀具通常都修磨出负倒棱和负刃倾角。

倒棱宽度br1≈（0.3～0.8）f。代入f=0.51 mm，得br1≈0.15～0.41 mm。由于粗加工时倒棱宽度br1应取大值，因此选取br1=0.41 mm。因刀具材料为硬质合金，所以选取倒棱前角γo1=-10°。

由于工件材料为中碳钢，根据刃倾角数值选择表所示，可以选取刃倾角λs=-5°～0°。

（4）为增强刀尖强度，采用修圆刀尖，选取刀尖圆弧半径rε=0.5～1.5 mm。

（5）为保证断屑可靠，前刀面可磨出全圆弧形卷屑槽。

切削中碳钢时，槽的宽度lBn=10 f，代入f=0.51 mm，得lBn=5.1 mm。

圆弧半径rBn=（0.4～0.7）lBn，代入lBn=5.1 mm，得rBn=2.04～3.57 mm。

总结：合理的刀具几何参数应根据加工条件和加工特点来选择。

2）切削用量的选择和计算

【实例4-2】有一轴，加工精度为IT9；表面粗糙度值Ra=3.2 μm，材料为45热轧钢，Rm=0.637 GPa，毛坯尺寸为φ46 mm×350 mm，加工尺寸为φ39 mm×300 mm；在普通卧式车床CA6140上加工，使用焊接式硬质合金YT15车刀，刀杆截面尺寸为16 mm×25 mm；几何参数为：γo=15°，αo=8°，κr=75°，λs=0°，rε=1 mm，br1=0；加工方案为：粗车—半精车，半精车余量为0.5 mm。试确定粗车和半精车时合理的切削用量。

解：1）粗车(www.xing528.com)

（1）确定背吃刀量ap。由于半精车余量为0.5 mm，因此粗车后轴的直径应为φ40 mm。毛坯余量单边（46-40）/2 mm=3 mm，所以，粗车选取背吃刀量ap=3 mm。

（2）确定进给量f。根据工件材料、刀杆截面尺寸、工件直径及背吃刀量ap，由硬质合金车刀粗车进给量参考表得进给量f=0.4～0.5 mm/r。按机床说明书中实有的进给量，选取f=0.51 mm/r。

（3）确定切削速度vc。根据工件材料、背吃刀量ap、刀具材料和刀具类型等，由硬质合金车刀车削外圆的切削速度参考表所示得切削速度vc=90～110 m/min。由于该轴为细长轴，应选取较小的切削速度，因此取切削速度vc=90 m/min。计算机床主轴的转速为

按机床说明书选取实际的机床转速为560 r/min，此时的实际切削速度为

（4）校验机床功率。根据硬质合金外圆车刀车削常用金属的单位切削力表所示可知，45热轧钢的单位切削力p为1 962 N/mm2。根据进给量对单位切削力的修正系数表可知，进给量f对单位切削力p的修正系数kfp为0.925。主切削力Fc为

Fc=papfkfp=1 962×3×0.51×0.925=2 776.7 N

从机床说明书上可知，该机床电动机的功率为7.8 kW，选取机床效率η=0.8，则此时该机床允许的最大切削速度为

由于选取的切削速度80.9 m/min＜135 m/min，故机床功率足够。

3）半精车

（1）确定背吃刀量ap。由于粗车后轴的直径应为φ40 mm，半精车后轴的直径为φ39 mm，因此半精车选取背吃刀量ap=（40-39）/2 mm=0.5 mm。

（2）确定进给量f。半精加工的进给量f应根据表面粗糙度值Ra、刀尖圆弧半径rε和切削速度vc来确定。由于要求的表面粗糙度值Ra=3.2 μm，rε=1 mm，预估切削速度vc＞50 m/min，根据硬质合金精车、半精车进给量参考表所示得进给量f=0.3～0.35 mm/r。按机床说明书中实有的进给量，选取f=0.3 mm/r。

（3）确定切削速度vc。根据已知条件和已确定的ap和f值，由硬质合金车外圆切削速度参考表，得切削速度vc=130～160 m/min。由于该轴为细长轴，应选取较小的切削速度，因此切削速度vc=130 m/min。计算机床转速为

按机床说明书选取实际的机床转速为900 r/min，此时的实际切削速度为

由以上计算可得，粗车切削用量：背吃刀量ap=3 mm，进给量f=0.51 mm/r，切削速度vc=80.9 m/min；半精车切削用量：背吃刀量ap=0.5 mm，进给量f=0.3 mm/r，切削速度vc=113 m/min。