切削用量的选择.docx
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切削用量的选择
课题:
切削用量的选择
授课班级:
12高13班12高19
教学目的及要求:
掌握背吃刀量ap、进给量f的确定
教学重点:
背吃刀量ap、进给量f的确定
难点:
背吃刀量ap、进给量f的确定
教学课时4
教学方法:
讲授项目教学
教具准备:
多媒体
教学过程:
课程引入
情景创造:
不要轻易按刀具样本的推荐值确定切削速度,那样刀具寿命很低。
一般情况下,硬质合金刀片可按刀具样本推荐值的0.64~0.71倍选择切削速度。
确定精加工和半精加工的进给量着眼于工件的表面粗糙度。
它还和刀尖半径有关。
文中列表表明三者对应关系,供选择进给量参考。
条件允许时希望粗加工吃刀深尽量大。
一方面有效提高生产率;一方面也为了消除表面硬皮.切除砂眼等缺陷,从而保护刀尖不与毛坯接触。
精加工时也不希望吃刀深太小,以免产生刮擦对粗糙度不利。
在售前服务编制加工工序卡以及调装设计中,都需要确定切削用量及计算节拍时间。
本文就卧式数控车床如何合理选择切削用量进行探讨。
一.原始资料:
无论编制加工工序卡-即制定工艺方案还是调装设计都需要掌握以下资
料,做为刀具选择.卡具设计以及选择切削用量的依据。
.
1工件图:
包括形状.尺寸.公差.形位公差.粗糙度和其他技术要求。
特别强调的是本序加工的部位必须明确,用于及可能影响装卡部位的形状要表示清楚。
2.毛坯图:
毛坯形状.尺寸,加工余量,材料.硬度等。
3.生产纲领:
即年产量或单件时间,这对招标项目尤为重要。
4.验收要求:
机床验收时对工件考核什麽项目,有无Cp值和其它要求。
5.用户对工件定位基准.卡紧面.辅助支承等要求,或指定参考的卡具样式。
6.对刀具选择要求:
用国产刀具或国外指定厂家的刀具,特殊刀具是否自备等。
7.用户单位,件名.件号等也应标明,以便管理。
二选择切削用量的原则:
1.总的要求:
保证安全,不致发生人身事故或设备事故;保证加工质量。
在上述
两项要求的前提下充分发挥机床的潜力和刀具的切削性能,选用较大的切削用量以提高生产率;不应超负荷工作,不能产生过大的变形和震动。
2.一般原则:
切削用量选择的原则是提高生产率,即切削时间缩短。
切削时间可按下式计算:
.
………
(1)
式中:
L-每次走刀的行程长度(mm)
-工件单边总余量(mm)n-主轴转数(r/min)
D-工件直径(mm)
αp-吃刀深(mm)
f-进给量(mm/r)V-切削速度(m/min)
从
(1)式中可知要使切削时间最短,必须使V,f,αp的乘积为最大。
提高V,f,αp都能提高生产率,且影响程度都是一样的。
但是对刀具耐用度的影响三者是不相同的。
切削用量与刀具耐用度的一般关系式为:
T=
(min)……………
(2)
式中:
CR-刀具耐用度系数,与刀具.工件材料和切削条件有关。
X.Y.Z-指数,分别表示各切削用量对刀具耐用度的影响程度。
用YT5硬质合金车刀切削σb=0.637GPα的低碳钢(f>0.7mm/r)切削用量与刀具耐用度的关
系为:
T=
………………………(3)
从(3)式中可以看出,切削速度V对刀具耐用度的影响最大,进给量f次之,吃刀深αp影响最小。
这与三者对切削温度的影响完全一致。
反映出切削温度对刀具耐用度有着很重要的影响。
在优选切削用量以提高生产率时,其选择顺序应为:
首先尽量选用最大吃刀深αp然后根据加工条件选用最大的进给量f,最后才在刀具耐用度或机床功率所允许的情况下选取最大切削速度V。
三.吃刀深αp:
一般情况下,机床工艺系统刚度允许时,粗车吃刀深在保留半精车.精车余量后,尽量将粗车余量一次切除。
如果总加工余量太大,一次切去所有加工余量会产生明显的振动,甚至刀具强度不允许.机床功率不够,则可分成两次或几次粗车。
但第一刀吃刀深应尽量大,以消除表面硬皮.切除沙眼气孔等缺陷,从而保护刀尖不与毛坯接触。
半精车和精车加工,其吃刀深是根据加工精度和表面粗糙度要求,由粗车后留下余量确定的。
最后一刀吃刀深不宜太小,否则会产生刮擦.对粗糙度不利。
四.进给量f:
粗车时的进给量主要考虑进给伺服电机功率.刀杆尺寸.刀片厚度.工件的直径和长度等因素。
在工艺系统刚度和强度允许的情况下,可选用较大进给量.反之适当减少。
如加工小孔.因刀杆直径小,应降低进给量。
孔深.刀杆悬伸长,则需进一步降低进给量。
由于钻头横刃钻孔进给力较大,进给量往往受到Z向伺服电机力矩制约。
半精加工和精加工的进给量受到工件加工精度和粗糙度限制,由于加工精度和粗糙度往往形成对应关系。
半精加工和精加工进给量大小的确定着眼于表面粗糙度。
表1为加工精度和粗糙度对照表,当用户图纸标注不全时可以参考。
与配合精度相适应的表面粗糙度表1
配和精度等级
孔
轴
公称尺寸
表面粗糙度Ra
公称尺寸
表面粗糙度Ra
IT6
1~1010~120
120~500
>0.16~0.32>0.32~1.6
>0.63~1.6
1~3
3~30
30~180
180~500
>0.16~0.8>0.32~1.6>0.63~1.6>1.25~1.6
IT7
1~1010~180
180~500
>0.32~1.6
>0.63~2.5
>1.25~2.5
1~1010~8080~260260~500
>0.32~1.6
>0.63~1.6>0.63~2.5>1.25~2.5
IT8
1~3030~260260~500
>0.63~2.5>1.25~5>1.25~5
1~1818~120120~500
>0.32~1.6>0.63~2.5>1.25~2.5
IT9
1~1818~120120~500
>0.63~2.5>1.25~2.5>1.25~5
1~80
80~260
260~500
>0.63~2.5>1.25~2.5>1.25~5
IT10
1~1818~120120~500
>1.25~5>2.5~5>5~10
1~80
80~260
260~500
>1.25~2.5>2.5~5>5~10
IT11
1~120120~500
>2.5~5>5~10
1~30
30~500
>1.25~2.5>2.5~5
IT12
1~18
18~500
>2.5~5>5~10
1~8080~500
>2.5~5>5~10
表面粗糙度理论值R
计算公式:
R
=
(
)…………(4)
式中:
R
-残留表面高度见图1re-刀尖半径(mm)
图1
SANDVIK公司提供车削黑色金属外圆时标准刀尖半径与表面粗糙度关系(表2),KENNAMETAL提供同样的内容(表3),可做选择进给量时参考。
SANDVIK推荐值表2
表面粗糙度Ra
刀尖半径(mm)
0.2
0.4
0.8
1.2
1.6
进给量f(mm/r)
0.6
0.05
0.07
0.10
0.12
0.14
1.0
0.08
0.11
0.15
0.19
0.22
3.2
0.10
0.17
0.24
0.29
0.34
6.3
0.13
0.22
0.30
0.37
0.43
KENNAMETAL推荐值表3
表面粗糙度
刀尖半径(mm)
0.4
0.8
1.2
1.6
进给量f(mm/r)
精加工▽▽▽
0.1
0.16
0.25
-
半精加工▽▽
0.16
0.25
0.4
0.63
粗加工▽
-
0.4
0.63
0.75
如果采用修光刃刀片(Wiper),获得同样粗糙度时,进给量大体可提高一倍。
加工铝合金.黄铜等材料时,进给量也可提高,而加工细长孔时,进给量则需适度降低。
五.切削速度V:
切削速度对刀具耐用度的影响最大,应该说要求刀具耐用度达到多长时间是确定切削速度的前提。
切削速度与刀具耐用度的关系式为:
VTm=Co………(5)式中:
T—刀具耐用度(min)
m—指数,表示V对T的影响程度
Co—系数,与刀具.工件材料和切削条件有关
上式为重要的刀具耐用度方程式,指数m表示V对T的影响程度,耐热性愈差的刀具材料其m值愈小.则切削速度V对刀具耐用度T的影响就愈大。
对高速钢刀具m=0.1~0.125;硬质合金刀具m=0.2~0.4;陶瓷刀具m约为0.4。
在常用的切削速度范围内公式(5)完全可以适用,但在较宽的切削速度范围内实验就不完全适用了。
刀具耐用度优化指标有三种:
一是经济耐用度(最低成本耐用度),采用此种耐用度成本低有利于市场竞争,在产品初创阶段.不太畅销阶段最为适宜。
二是最大利润耐用度,宜用于产品销路畅通.供不应求时以获最大利润。
三是最大生产率耐用度,是在产品急需情况下如战时.救灾等不计成本时采用。
常规生产理应采用最大利润耐用度,但在实际应用中生产厂家往往没有明确的刀具耐用度优化指标,按班次.或观察磨损情况换刀。
一般对制造刃磨都比较简单.成本不高的刀具耐用度可低一些,反之则高一些。
在通用机床上,资料推荐以及从用户使用情况分析,硬质合金车刀耐用度大致为60~90min,钻头耐用度大致为80~120min,硬质合金端铣刀耐用度大致为90~180min。
对于装卡调正比较复杂的刀具其耐用度要高,如组合机床刀具其耐用度常为通用机床的3~9倍。
加工大型工件时,如车削很长的轴.为避免中途换刀,刀具耐用度也要高一些,可相当于中小件加工刀具其耐用度的2~3倍。
知名刀具厂商的样本对每种刀具及加工相应材料都推荐了切削速度,实用中我们根本达不到其推荐值,这是因为其所取刀具耐用度较低。
刀具厂商所取刀具耐用度大体属最大生产率耐用度,而正常生产取耐用度时间要高得多,以SANDVIK硬质合金刀片为例,该公司是以刀具耐用度15min为准给定的切削速度,(ISCAR,株州刀具公司也是15min,其它公司未明确)其指数m按样本数据推算该公司取m=0.25,故公式(5)表达为:
V×150.25=C0………(6)
刀具耐用度在不是15min情况下使用,切削速度就要乘上修正系数如表4:
SANDVIK硬质合金刀片切削速度修正系数表4
刀具耐用度T(min)
Tm
切削速度修正系数
10
100.25=1.778
1.968/1.778=1.11
15
150.25=1.968
1.968/1.968=1
30
300.25=2.34
1.968/2.34=0.84
45
450.25=2.59
1.968/2.59=0.75
60
600.25=2.783
1.968/2.783=0.71
75
750.25=2.94
1.968/2.94=0.67
90
900.25=3.08
1.968/3.08=0.64
120
1200.25=3.31
1.968/3.31=0.59
150
1500.25=3.50
1.968/3.50=0.56
180
1800.25=3.66
1.968/3.66=0.53
例如车削45#钢:
刀片材料GC4025,进给量f=0.4mm/r,SANDVIK样本推荐切削速度为290m/min。
为一般用户做工艺方案时,选定刀具耐用度90min,则
V90=290×0.64=185m/min
对大量生产.用户要求较高生产率的,选定刀具耐用度60min,则
V60=290×0.71=205m/min
一般情况下先确定切削速度.再根据工件直径计算机床转数。
某些情况下切削速度反过来是根据机床转数确定的。
如受到机床最高转数.最低转数.分档转数限制;卡具.中心架允许最高转数限制;以及由于工件刚度不足.尺寸过大限制了转数等。
另需强调一点,精加工和半精加工为了抑制积屑瘤的产生.提高表面加工质量,黑色金属应采用较高的切削速度(>80~100m/min)。
精车时车刀的磨损往往是影响加工精度的重要因素,因此除选用耐磨性较好的刀片外,还应尽可能使车刀在最佳切削速度范围工作。
六.切削用量推荐值:
前述像SANDVIK等著名刀具厂商.对应各种材料,各种加工方式的刀片种类齐全,样本中有条件列出各种情况的切削用量推荐值,可参考选用或按确定的刀具耐用度折算选用。
但有的刀具厂商刀具品种不全,针对性不强,也没有完整的切削用量推荐值。
可参考下列各表选用。
硬质合金涂层刀片车削外圆端面切削用量推荐值表5
工件材料
切深mm
进给量mm/r
切削液
切削速度m/min
软钢.碳素钢.合金钢
HB<180
精加工
≤1
≤0.3
干式
200(100~250)
粗.半精加工
1~6
0.4(0.2~0.6)
干式
250(200~300)
重切
4~9
0.6(0.5~0.8)
干式
200(150~250)
HB180~280
精加工
≤1
≤0.3
干式
150(100~200)
粗.半精加工
1~6
0.4(0.2~0.6)
干式
200(150~250)
重切
4~9
0.6(0.5~0.8)
干式
150(100~200)
HB280~350
精加工
≤1
≤0.3
水溶液
100(50~150)
粗.半精加工
1~4
0.3(0.2~0.4)
水溶液
80(40~120)
奥氏体不锈钢
HB<200
精加工
≤1
≤0.2
干式
100(80~120)
粗.半精加工
1~4
0.3(0.2~0.4)
干式
80(40~120)
高锰钢
HB<200
1~4
0.2(0.1~0.4)
干式
80(60~100)
钛合金
HB<350
1~5
0.2(0.1~0.3)
水溶液
40(20~60)
灰铸铁
<350N/mm2
1~6
0.4(0.2~0.6)
水溶液
250(150~300)
高强铸铁
<450N/mm2
1~6
0.4(0.2~0.6)
水溶液
200(150~250)
500~800N/mm2
1~6
0.4(0.2~0.6)
水溶液
150(100~200)
可锻铸铁
1~6
0.4(0.2~0.6)
水溶液
150(100~200)
铝合金
1~6
0.4(0.2~0.6)
水溶液
600(400~800)
铜合金
1~6
0.4(0.2~0.6)
水溶液
230(150~300)
铝合金加工为避免积屑瘤,切削速度应大于400m/min;含硅量大于10%时应用金刚石车刀。
对于孔加工.由于刀杆刚度薄弱,切削用量随刀杆的长径比增加而减少。
长径比L/D>4时,要用硬质合金刀杆代替钢制刀杆。
L/D>6时则应用防振刀杆。
硬质合金涂层刀片车削内孔内端面切削用量推荐值表6
工件材料
硬度
加工种类
L/D<3
L/D=3~4
L/D=4~5
L/D=6~7
吃刀深
进给量
切削速度
吃刀深
进给量
切削速度
吃刀深
进给量
切削速度
吃刀深
进给量
切削速度
mm
mm/r
m/min
mm
mm/r
m/min
mm
mm/r
m/min
mm
mm/r
m/min
碳素钢合金钢
HB180~280
精加工
0.2
0.1(0.05~0.15)
130(90~160)
0.2
0.1(0.05~0.15)
120(80~150)
0.2
0.1(0.05~0.15)
90(60~120)
0.2
0.1(0.05~0.15)
140(100~180)
中切削
~3
0.25(0.15~0.35)
90(60~120)
~2
0.2(0.15~0.25)
80(50~110)
~1.5
0.2(0.15~0.25)
60(40~90)
~2
0.25(0.15~0.35)
110(80~140)
不锈钢
HB<200
精加工
0.2
0.1(0.05~0.15)
140(100~180)
0.2
0.1(0.05~0.15)
140(100~180)
0.2
0.1(0.05~0.15)
120(80~150)
0.2
0.1(0.05~0.15)
140(100~180)
中切削
~2
0.2(0.15~0.35)
70(50~90)
~1.5
0.2(0.15~0.25)
60(40~80)
~1.0
0.2(0.15~0.25)
60(40~80)
~1.5
0.2(0.15~0.25)
100(70~130)
铝合金
精加工
0.2
0.1(0.05~0.15)
300(200~400)
0.2
0.1(0.05~0.15)
300(200~400)
0.2
0.1(0.05~0.15)
250(200~300)
0.2
0.1(0.05~0.15)
300(200~400)
中切削
~2
0.1(0.05~0.15)
200(150~250)
~1.5
0.1(0.05~0.15)
200(150~250)
~1
0.1(0.05~0.15)
200(150~250)
~1.5
0.1(0.05~0.15)
200(150~250)
钻孔采用高速钢钻头时,一般用外部冷却。
其切削用量与钻头直径有关.与长径比L/D有关。
在L/D≤3,外部冷却时,推荐值如表7。
高速钢钻头L/D≤3钻孔切削用量推荐值表7
工件材料
硬度
钻头直径φ2~5
钻头直径φ5~10
钻头直径φ10~15
钻头直径φ15~20
切削速度m/min
进给量mm/r
切削速度m/min
进给量mm/r
切削速度m/min
进给量mm/r
切削速度m/min
进给量mm/r
软钢
HB<180
35(15~50)
0.15(0.1~0.2)
50(25~60)
0.25(0.15~0.30)
60(35~70)
0.30(0.2~0.35)
65(40~75)
0.35(0.20~0.40)
碳素钢
HB=180~280
30(15~40)
0.15(0.1~0.2)
45(20~55)
0.25(0.15~0.30)
55(25~65)
0.25(0.15~0.30)
60(25~70)
0.30(0.2~0.35)
合金钢
HB=280~350
30(15~40)
0.12(0.1~0.15)
40(20~60)
0.2(0.1~0.25)
50(20~60)
0.25(0.15~0.30)
55(25~65)
0.30(0.2~0.35)
不锈钢
HB<200
15(10~30)
0.08(0.05~0.15)
20(15~30)
0.12(0.05~0.15)
25(15~30)
0.15(0.1~0.2)
25(15~30)
0.2(0.1~0.25)
高硬度钢
HRC=40~60
15(10~25)
0.05(0.03~0.12)
20(15~30)
0.12(0.05~0.15)
25(15~30)
0.15(0.1~0.2)
25(15~30)
0.2(0.1~0.25)
普通铸铁
抗拉强度<350N/mm2
40(15~55)
0.2(0.1~0.25)
55(25~65)
0.30(0.2~0.35)
60(30~70)
0.35(0.2~0.4)
65(35~75)
0.4(0.3~0.45)
高强度铸铁
抗拉强度<450N/mm2
25(15~40)
0.15(0.1~0.2)
35(25~45)
0.25(0.15~0.3)
35(25~45)
0.30(0.2~0.35)
40(30~50)
0.35(0.2~0.4)
钻孔采用硬质合金钻头时,其切削用量推荐值如表8,9。
硬质合金钻头L/D≤3钻孔(外部冷却)切削用量推荐值表8
工件材料
硬度
钻头直径φ3~6
钻头直径φ6~10
钻头直径φ10~14
钻头直径φ14~20
切削速度m/min
进给量mm/r
切削速度m/min
进给量mm/r
切削速度m/min
进给量mm/r
切削速度m/min
进给量mm/r
软钢
HB<180
85(35~100)
0.20(0.15~0.30)
85(45~120)
0.25(0.15~0.30)
90(55~120)
0.30(0.20~0.35)
100(60~130)
0.35(0.2~0.4)
碳素钢
HB=180~280
80(40~95)
0.20(0.15~0.30)
90(50~120)
0.25(0.15~0.30)
90(60~130)
0.30(0.15~0.35)
90(60~130)
0.35(0.2~0.4)
合金钢
HB=280~350
75(35~80)
0.15(0.15~0.2)
80(45~115)
0.15(0.15~0.25)
85(55~115)
0.25(0.15~0.30)
85(55~115)
0.30(0.20~0.35)
高硬度钢
HRC=40~60
20(15~25)
0.10(0.05~0.15)
25(15~30)
0.12(0.05~0.15)
25(15~30)
0.15(0.10~0.20)
25(15~30)
0.20(0.10~0.25)
不锈钢
HB<200
20(15~30)
0.10(0.05~0.15)
25(15~30)
0.12(0.05~0.15)
25(15~30)
0.15(0.10~0.20)
25(15~30)
0.20(0.10~0.25)
普通铸铁
抗拉强度<350N/mm2
70(40~85)
0.25(0.15~0.30)
75(50~90)
0.30(0.20~0.35)
80(50~95)
0.35(0.2~0.4)
85(50~95)
0.40(0.30~0.45)
高强度铸铁
抗拉强度<450N/mm2
65(35~80)
0.20(0.15~0.25)
70(45~85)
0.25(0.15~0.30)
75(45~90)
0.30(0.20~0.35)
80(50~90)
0.35(0.2~0.4)
铝合金
80(70~90)
0.20(0.15~0.25)
90(80~100)
0.25(0.15~0.30)
100(90~110)
0.30(0.20~0.35)
110(100~120)
0.35(0.2~
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