对于高效率的金属切削机床加工来说,被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。
在确定每道工序的切削用量时,应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定来选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件,或保证刀具耐用度不低于一个工作班,最少不低于半个工作班的工作时间。
总的原则是：粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本；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。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。
2.合理选择切削用量
如图4-30所示,数控铣床的切削用量包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。编程人员在确定切削用量时,要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量、刀具耐用度,最后选择合适的切削速度。
图4-30 铣削切削用量
(a)圆周铣；(b)端铣
(1)背吃刀量(端铣)或侧吃刀量(圆周铣)
背吃刀量(ap)为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时,背吃刀量为切削层的深度；而圆周铣削时,背吃刀量为被加工表面的宽度。
侧吃刀量(ae)为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。端铣时,侧吃刀量为被加工表面的宽度；而圆周铣削时,侧吃刀量为切削层的深度。
背吃刀量或侧吃刀量的选取,主要由加工余量和对表面质量的要求决定。
在工件表面粗糙度Ra要求为25～12.5μm时,如果圆周铣削的加工余量小于5 mm,端铣的加工余量小于6 mm,粗铣时一次进给就可以达到要求。但在余量较大,工艺系统刚性较差或机床动力不足时,可分两次进给完成。
在工件表面粗糙度Ra要求为12.5～3.2μm时,可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留0.5～1.0 mm余量,在半精铣时切除。
在工件表面粗糙度Ra要求为3.2～0.8μm时,可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5～2 mm；精铣时,圆周铣侧吃刀量取0.3～0.5 mm,端铣背吃刀量取0.5～1 mm。
背吃刀量主要受机床刚度的限制,在机床刚度允许的情况下,尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件,要留有足够的精加工余量,数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。
(2)进给速度(www.xing528.com)
进给速度(vf)是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移,它与铣刀转速(n)、铣刀齿数(Z)及每齿进给量(fZ)的关系为
vf＝fZ Zn
每齿进给量(fZ)的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料的强度和硬度越高,每齿进给量越小；反之则越大。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Ra值越小,每齿进给量就越小。每齿进给量的确定可参考表4-1选取。工件刚性差或刀具强度低时,应取小值。
表4-1 铣刀每齿进给量参考表
(3)切削速度
铣削的切削速度计算公式为
式中的系数Cν和指数m、yν、xν、ρν及不同情况下的修正系数(Kv是各个修正系数之积)可参考相关的切削用量资料手册选用。
由计算公式可知,铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fZ、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比,而与铣刀直径d成正比。其原因是fZ、ap、ae和Z增大时,刀刃负荷增加,工作齿数也增多,使切削热增加,刀具磨损加快,从而限制了切削速度的提高。同时,刀具耐用度的提高使允许使用的切削速度降低。但是加大铣刀直径d则可改善散热条件,因而可提高切削速度。
提高v也是提高生产率的一个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大,刀具耐用度急剧下降,故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外,切削速度与加工材料也有很大关系,例如用立铣刀铣削合金钢30Cr Ni2Mo VA时,v可采用8 m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时,v可选200 m/min以上。
此外,铣削的切削速度也可参考表4-2选取。
表4-2 铣削时的切削速度参考表
表4-3中列出了高速钢钻头加工钢件的切削用量,选择时供参考。
表4-3 高速钢钻头加工钢件的切削用量
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