選擇切削用量的途徑
( ~+ g0 A- L9 V- P4 R3 ]6 z! m0 ~$ A+ Y. }; J7 M# {6 k
面對(duì)著具體的零件及工件材料和已經(jīng)選定的刀具、機(jī)床以及其它必要的工藝裝備，使用者接下來(lái)的工作是設(shè)定切削用量，即切削速度vc\進(jìn)給量f和切削深度(背吃刀量)apo切削用量的合理與否將直接關(guān)系到切削加工的最終效果，即加工效率和加工成本的高低及加工質(zhì)量的好壞。
' M$ n" C- c1 v; `8 H 影響切削用量的因素很多，有工件材料、刀具材料、刀具幾何參數(shù)、工藝類(lèi)別、加工工序以及具體的使用條件，如機(jī)床、裝夾、切削液等眾多的因素，加上這些因素的不確定性及難以量化的特點(diǎn)，因此尚沒(méi)有一個(gè)計(jì)算方法來(lái)精確地算出切削用量。一般獲得切削用量的途徑有三條9 P. Q& p6 P7 r- ?& ]% k. y
一是查手冊(cè)或切削數(shù)據(jù)庫(kù)，一般可以查到切削速度、進(jìn)給量和刀具壽命。手冊(cè)上的數(shù)據(jù)是通過(guò)特定條件下的切削試驗(yàn)來(lái)建立計(jì)算切削用量的數(shù)學(xué)模型，制定出供查閱的數(shù)據(jù)表格。由于具體使用條件與試驗(yàn)條件的差別，采用時(shí)要作一定的修正，并在以后的使用中再作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。/ r+ P& p4 @7 {* b) H4 ]6 i
二是查刀具制造商的樣本或由他們提供的光盤(pán)。這些樣本或光盤(pán)在介紹產(chǎn)品的同時(shí)也推薦使用該產(chǎn)品的切削速度和進(jìn)給量，這些數(shù)據(jù)不僅對(duì)干使用該公司的刀具有參考的價(jià)值，對(duì)于使用相同類(lèi)型的刀具加工同一類(lèi)工件材料也有一定的借鑒作用，使用時(shí)也要在應(yīng)用中加以調(diào)整，使之更符合使用條件。
9 r5 {( S1 a2 h, B: o1 { 三是做切削試驗(yàn)。讓試驗(yàn)的條件盡可能符合實(shí)際的使用狀況，所獲得的結(jié)果最可靠。對(duì)于科研工作中的切削試驗(yàn)，為了使切削試驗(yàn)的結(jié)果有可比性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)車(chē)刀、面銑刀、立銑刀的試驗(yàn)條件、程序及數(shù)據(jù)處理都作了規(guī)定，我國(guó)也頒布了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)：GB／Tl6461--1996單刃車(chē)削刀具壽命試驗(yàn)、GB／Tl6459—1996面銑刀壽命試驗(yàn)、GB／Tl6460—1996立銑刀壽命試驗(yàn)。
/ t2 P" C! o7 u' b% N
0 k! c0 b; O' H9 e7 K影響切削用量選擇的主要因素, \! C8 O- s! g4 ~7 P8 G
$ j! {2 X4 U# h/ P- q
從掌握刀具應(yīng)用技術(shù)的角度考慮，有必要進(jìn)一步了解影響切削用量選擇的主要因素。切削用量的選擇關(guān)系到：
5 Y3 s8 B3 i, m8 e p) Q3 O/ c 第一，金屬切除率Q的大小。金屬切除率Q=Vc×f×ap"為單位時(shí)間內(nèi)切除的金屬體積，其大小也可代表切削加工效率的高低。從上式可見(jiàn)，切削用量三要素vc、f、ap中的任何一個(gè)對(duì)金屬切除率的貢獻(xiàn)是相同的，增加其中任何一個(gè)用量對(duì)生產(chǎn)效率的提高有著相同的效果。# P. s: N" s; {# l: r
第二，作用在刀具上的載荷(切削熱和切削力)的大小。因?yàn)閒×ap為切削的截面積，根據(jù)不同工件材料單位切削面積的切削力Kc1(見(jiàn)系列講座之二的表2)，該乘積決定作用在刀具上切削力的大小；而vc的大小則關(guān)系到克服切削力所消耗的能量及其所轉(zhuǎn)換的熱量的多少，包括變形區(qū)和摩擦區(qū)的熱。因Vc、f、ap的選擇會(huì)影響刀具磨損的快慢和失效的類(lèi)型。需要指出，這三個(gè)要素Vc、f、ap對(duì)刀具磨損快慢即刀具壽命的長(zhǎng)短的影響程度是不一樣的。
# K0 G) T8 Z& e& u$ ]( C 刀具在切削時(shí)，在切削力和切削熱的共同作用下，切削刃和前、后刀面經(jīng)歷著逐漸磨損的過(guò)程，不斷地變鈍，當(dāng)磨損量達(dá)到一定程度時(shí)刀具就不能繼續(xù)使用，必須更換刀具或更換可轉(zhuǎn)位刀片的刀尖，否則會(huì)導(dǎo)致刀具的過(guò)度磨損甚至損壞，進(jìn)而影響加工的質(zhì)量或增加刀具的費(fèi)用。刀具在換刀前所允許的磨損限度，一般用刀具主后面上的磨損帶的平均寬度VB表示(圖1)。VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值隨工件材料、刀具類(lèi)型、工序類(lèi)別等因素變動(dòng)，通常由操作者根據(jù)工藝的規(guī)定或?qū)嶋H狀況而定。
4 c1 h7 h' X& P0 A) l4 h* A q7 z2 H }7 o
1 I: D# {. J4 K# {, s6 r6 r3 W
" Q3 p5 q7 _0 m圖1+ O/ w5 p6 w: M
7 v9 m! ~# `; B- N
前面一直在用的刀具壽命這個(gè)概念就是刀具用到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB時(shí)所經(jīng)過(guò)的切削時(shí)間，即從新刀(或重磨后的刀具)到換刀前所經(jīng)過(guò)的切削時(shí)間。顯然，對(duì)于已規(guī)定的磨損限度。這個(gè)時(shí)間(刀具壽命)的長(zhǎng)短與切削用量所決定的刀具磨損快慢有關(guān)——磨損得快，壽命就短；磨損得慢，壽命就長(zhǎng)。那么，Vc、f、ap 對(duì)刀具壽命影響程度有關(guān)怎樣的差異呢？
( k, F7 {$ `6 _, ?/ y 由車(chē)刀的壽命試驗(yàn)可以得出 在正常磨損的過(guò)程中，Vc、f、ap與刀具壽命T有著以下的關(guān)系:
. w, u2 ^) W3 B5 f2 n7 s H* o0 u/ M" l
( G# D: N" _' i/ f% R2 i! T$ d; t* ?5 o
其中z<v<X<1，這說(shuō)明從刀具壽命的角度考慮，ap對(duì)刀具壽命的影響最小，其次是f，最大Vco這是因?yàn)樵黾觓p刀具切削刃的工作長(zhǎng)度相應(yīng)增加，散熱條件隨著改善；而增加f雖然也能增加刀尖的散熱面積，但由于切屑收縮的緣故，散熱面積并未按相應(yīng)的比例增加，因此對(duì)刀具磨損的作用要大于apoVc由于直接關(guān)系到切削變形和摩擦產(chǎn)生的熱量，因此對(duì)刀具壽命的影響最大。結(jié)合Q=Vc×f×ap關(guān)系式，理論上可以得出：在選擇Vc、f、ap的時(shí)候，首先應(yīng)盡可能選大的ap，然后再選大的f，最后再選定Vco這樣的Vc、f、ap組合是在獲得相同金屬切除率Q的各種組合中其刀具壽命最長(zhǎng)的一組。
0 q, U1 n& L& Q 第三，還與加工質(zhì)量的好壞有關(guān)。切削時(shí)，主要由ap和f決定切削力的大小，如果選擇不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)工藝系統(tǒng)的變形、引起振動(dòng)等問(wèn)題，使加工質(zhì)量降低。f的大小還會(huì)影響已加工表面上殘留面積的高度，即工件表面的粗糙度。在加工長(zhǎng)屑材料時(shí)，尤其是加工易產(chǎn)生積屑瘤的工件材料，在一定的Vc范圍內(nèi)會(huì)形成積屑瘤，使表面質(zhì)量降低。
* Z2 ]9 d1 [& T( y C 由此可見(jiàn)，盡管從金屬切除率的角度三者效果一樣，但根據(jù)這三者對(duì)刀具壽命的不同影響程度及它們各自所起的作用不同，不僅在選擇的次序上有先后之分，而且在大小選擇上考慮的因素也不相同。
' D. Y4 N. j9 {* H* f
5 Y6 F" a* h) t: O1 O% o* w切削深度ap的選擇2 l4 m" ]. K) }) |
& n# S: F7 g6 E# j( l3 Y
在盡可能取大的原則下，通常還要根據(jù)工序類(lèi)型、余量大小及工藝系統(tǒng)的剛性等因素，具體確定走刀的次數(shù)和每次走刀的切削深度。選擇過(guò)大的切削深度，超過(guò)刀片或刀桿的強(qiáng)度甚至機(jī)床的動(dòng)力，尤其是在粗加工、斷續(xù)切削或重型切削時(shí)，往往是造成早期打刀的主要原因。在系統(tǒng)剛性不足時(shí)，過(guò)大的切深產(chǎn)生的切削力會(huì)引起振動(dòng)，也會(huì)造成打刀或崩刃，或降低加工精度。通常最大的切削深度不能超過(guò)刀片切削刃長(zhǎng)度的1／2。然而，片面地減小每次走刀的切深，會(huì)增加走刀的次數(shù)，降低加工的效率，也增加機(jī)動(dòng)的時(shí)間，從而增加加工的成本。
& C4 B) A) B& g7 e% Q$ g8 y4 Q% U
) Q# V- v# U' [% ~5 u+ W進(jìn)給量f的選擇/ y: w1 ?4 F9 X7 Y7 w
$ c% z. d5 v+ | 主要根據(jù)加工的類(lèi)型而定。從金屬切除率的公式看，粗加工時(shí)應(yīng)選大的進(jìn)給量，可提高加工效率，但隨著進(jìn)給量的加大，切削力增加，從而受到機(jī)床功率、進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度，零件形狀、刀具剛性和強(qiáng)度等因素的制約，必要時(shí)需要根據(jù)選定的切削深度和進(jìn)給量計(jì)算切削力，然后對(duì)以上制約因素中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)度或變形量的校驗(yàn)。過(guò)大的進(jìn)給量是造成刀具打刀、崩刃及刀尖塑性變形的重要原因。在半精加工或精加工時(shí)，要按表面粗糙度的要求，根據(jù)刀尖圓弧半徑或過(guò)渡刃的形狀及副偏角的大小來(lái)選取。
. {* l7 P3 N* w! {3 u% e 此外，在車(chē)削時(shí)切深和進(jìn)給量的大小還會(huì)影響斷屑的效果，在必須斷屑時(shí)，可通過(guò)調(diào)整切深和進(jìn)給量改變切屑的寬度與厚度的比例和變形的程度，從而達(dá)到改善斷屑效果的目的。
/ A5 y* d5 U" E3 x( B& Y5 l7 f! S/ j6 i; e* r9 ?5 z" U$ B
切削速度Vc的選擇; R; }; U8 w8 m0 O$ B3 _+ L
& i; W. G5 l5 `8 I/ _3 X
在根據(jù)具體的加工條件選定了切削深度和進(jìn)給量以后，切削速度的選擇將最終決定金屬切削率的大小和刀具壽命的長(zhǎng)短，并關(guān)系到切削加工的效果的好壞——切削加工效率和成本的高低。 p# X1 @5 L, a
在選定了切削深度和進(jìn)給量以后，由刀具的壽命試驗(yàn)可以得出切削速度與刀具壽命的關(guān)系為:
+ i! Z" P H$ Z% b5 b7 `
% f4 M9 H7 v% a/ E: P% H+ D$ s* M/ E, { k% v0 {
# v2 R& e7 L- j1 |0 ~
圖2顯示切削速度與刀具壽命的關(guān)系式在雙對(duì)數(shù)座標(biāo)系里為一條直線，這說(shuō)明切削速度與刀具壽命是相互制約的關(guān)系，它們對(duì)切削效率和加工成本有著不同的影響，需要對(duì)兩者作綜合的考慮。% n3 z W3 E/ g% P+ C0 [
- C2 Y& F: G# l: D
: X! H4 k) ~% S3 E1 L
% J- |3 a, t. {9 k4 w7 v圖2% U2 @7 E6 [' r) e& [9 ^7 Z
0 C: s- w& R a: A
從切削加工的效率考慮，提高切削速度可使金屬切除率加大，有利于切削加工效率的提高，但刀具壽命縮短，換刀次數(shù)增加，停機(jī)時(shí)間增加，卻使切削加工效率降低。另一方面，從加工成本考慮，提高切削速度可降低機(jī)床折舊、人員工資及管理費(fèi)在單件成本中的比例，有利于加工成本的降低，但刀具壽命的縮短會(huì)增加刀具采購(gòu)的費(fèi)用、換刀的停機(jī)費(fèi)用及刀具重磨所發(fā)生的設(shè)備、人工、管理等費(fèi)用，又會(huì)使單件成本增加。因此，較合理的切削速度需要在掌握詳細(xì)的工時(shí)和費(fèi)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)單件工時(shí)的計(jì)算及單件成本的計(jì)算而得到，其值將隨具體的機(jī)床和刀具而變化。從以上的分析及相關(guān)的計(jì)算實(shí)例中可以得出選擇切削速度的以下的指導(dǎo)性意見(jiàn)5 j9 \$ B, p! N6 i: V
如果機(jī)床很貴重，分?jǐn)偨o零件的每分鐘費(fèi)用就高，在單件成本中所占比例大，則在加工時(shí)宜采用較高的切削速度。0 d7 s, Z& C6 O3 g1 i
相對(duì)而言，如果刀具很貴重，或重磨的費(fèi)用很高，或每次換刀調(diào)試時(shí)間比較長(zhǎng)，則宜采用較低的切削速度，延長(zhǎng)刀具的壽命。; F! h/ V; A% A& R* @- Z6 T2 u6 w1 _
一般情況下，應(yīng)用可轉(zhuǎn)位刀具比焊接刀具可采用較高的切削速度，并且加工成本也較低。5 ^7 M6 V+ n9 X/ `3 o6 ?) S; q: v
根據(jù)刀具失效的主要原因?qū)η邢魉俣燃右哉{(diào)整。在出現(xiàn)打刀的情況下，需要降低切削深度和進(jìn)給量，與此同時(shí)可適當(dāng)提高切削速度，當(dāng)以月牙洼、后刀面磨損或塑性變形為刀具失效的主因時(shí)，應(yīng)降低切削速度。
6 C5 u. Q1 S7 l0 M/ P; ^ 當(dāng)通過(guò)增加切削深度或進(jìn)給量改善斷屑時(shí)，要降低切削速度。
: _* J2 ^6 v; Z0 e4 u* [, ~' R: v6 s# y% W4 B, b
改進(jìn)切削加工的基本途徑
! p+ \- P* w2 ^5 d' s7 O. \7 z, P% H) N; r1 X& `3 U- t% M0 H3 C
根據(jù)切削用量選擇與生產(chǎn)率和加工成本的關(guān)系，為分析和改進(jìn)切削加工指出了方向和途徑，包括：9 E7 y' c0 w1 ~# j0 A$ O
提高機(jī)加工設(shè)備中數(shù)控機(jī)床的比例。數(shù)控機(jī)床切削效率高，自動(dòng)化程度高，減少了換刀時(shí)間和輔助時(shí)間。8 S5 w# }" n V& T. `/ L7 v
加快采用高性能刀具材料和涂層刀具的步伐。這對(duì)提高切削速度和加工效率及降低制造成本有顯著的效果。5 P' {$ k/ l% y/ e; d7 E! r8 R
提高可轉(zhuǎn)位刀具的應(yīng)用比例。計(jì)算證明，應(yīng)用可轉(zhuǎn)位刀具可提高加工效率，降低刀具費(fèi)用，從而降低單件成本。
' B- |, R G; u 批量生產(chǎn)的企業(yè)，在設(shè)計(jì)零件的流水線工藝時(shí)，應(yīng)盡量采用專(zhuān)用刀具和復(fù)合刀具，從而減少工序，提高效率和加工質(zhì)量，并減少投資。
6 P4 ? g# s0 f; F 單件小批生產(chǎn)的企業(yè)，應(yīng)盡可能采用多功能刀具，減少換刀時(shí)間，以提高加工效率降低成本。
6 R( ?3 A, H: Z+ ?- }1 k 總之，在制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越劇烈的時(shí)代，積極采用新的切削技術(shù)和先進(jìn)刀具是提高加工效率和降低加工成本的有效舉措。 |
發(fā)表于 2010-4-6 09:33:35
QQ好友和群
QQ空間
我也正在查找這方面的資料，先頂一下！！！！！！！！