第14章 切削用量及其计算

《机械加工方法与通用设备》切削用量扬州市职业大学 机械工程学院1、切削过程中工件各个表面的名称；2、切削用量三要素。

熟悉切削用量的概念，认识切削用量在机械加工中的重要意义。

一、切削过程中工件的表面加工中，随刀具与工件的相对运动，工件上切削层金属被切下而形成切屑，工件上的表面在切削运动中不断变化着，形成了待加工表面、过渡表面、已加工表面。

1）待加工表面：加工时即将被切除的工件表面。

2）过渡表面：刀具切削刃正在切除的表面。

该表面在加工过程中不断变化，并且始终处于待加工表面和已加工表面之间。

3）已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面。

切削过程中工件的表面二、切削用量已加工表面是否合格合适的切削用量工件材料、工件结构、加工精度、刀具材料其它技术、经济要求切削用量的大小围绕形成合格加工表面这一核心，所需的切削运动的大小是不同，因此需要选择合理的切削用量。

切削过程中，主运动速度、进给运动速度或进给量、背吃刀量等切削要素称为切削用量。

（1）切削速度Vc: 指主运动的线速度，单位m/min（磨削为m/s）。

①当主运动为回转运动时，切削速度为回转体（刀具或工件）上某一点的线速度。

计算时取刀具（或工件）最外缘点的线速度，即最大切削速度。

②当主运动为直线运动时，切削速度为刀具相对于工件的直线运动速度。

1000n dv w c ⨯⨯=πmin)/(m①进给量 f ：指在主运动的一个循环内，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。

mm/r或mm/行程。

ⅰ、对于车外圆，f 为工件转一圈，刀具沿工件轴向移动的距离，mm/r ； （2）进给速度V f ：指刀具上选定点相对于工件的瞬时进给速度，mm/s。

ⅱ、主运动为直线往复旋转运动时，进给量 f 为每一往复行程，刀具相对工件沿进给方向移动的距离，mm/行程；②每齿进给量 f z ：对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切齿刀)，常用每齿进给量 f z ，单位为mm/z或mm/齿。

切削用量的选择与计算正确的切削用量，对于保证产品质量、提高切削效率和经济效益，具有重要意义。

切削用量的选择主要依据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求，还应考虑刀具合理的耐用度、工艺系统刚性及机床效率等条件。

由于切削速度V c对刀具寿命影响最大，其次为进给量f,影响最小的是背吃刀量a p,因此，选择切削用量的步骤是先确定背吃刀量a p,再选择进给量f,最后再确定切削速度V c,必要时应校验机床功率是否允许。

所以，其基本原则是：首先应选择一个尽可能大的背吃刀量a p，其次选择一个较大的进给量f，最后，在刀具耐用度和机床功率允许的情况下选择一个合理的切削速度V c。

4.1轴外圆的切削用量4.1.1确定粗车时的切削用量ap1）背吃刀量的a p的选择：工件下料为45号钢棒料，大小为62mm×90mm,粗车至Φ60mm,表面有硬化层、氧化皮或硬杂质等，但在加工余量（指半径方向上）不多并比较均匀，且加工工艺系统刚性足够，应使背吃刀量一次性切除余量A，即：a p=A，查《简明机械加工工艺手册》表11-1可知A=(50-46)/2=2mm,单边留1mm做半精车、精车余量，取粗车背吃刀量a p=1mm。

2）确定进给量f：查查《简明机械加工工艺手册》表11-1可知，f=0.4～0.5mm/r,根据机床说明书，初步选定f=0.45mm/r.3)确定切削速度V c：查查《简明机械加工工艺手册》表11-5可知，V c=2.17～2.667m/s，考虑到进给量较大取V c=2m/s。

4)确定主轴转速n,由公式:n=1000v/πd=（1000×2）/(3.14×60)=10.62r/s 根据机床说明书，取n=12.5r/s。

此时切削速度为：V c=πdn/1000=（3.14×60×12.5）/1000=2.36m/s 此速度小于预得切削速度，故可用。

5）校验机床效率：查《简明机械加工工艺手册》表11-6~11-9可求得切削力的公式及相关数据。

切削用量切削用量三要素切削用量是指切削速度v c 、进给量f （或进给速度v f ）、背吃刀量 a p 三者的总称，也称为切削用量三要素。

它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。

它们的定义如下：（一）切削速度v c切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。

计算公式如下v c=( π d w n )/1000 (1-1)式中v c ——切削速度(m/s) ；dw ——工件待加工表面直径（mm ）；n ——工件转速（r/s ）。

在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最高，刀具磨损最快。

（二）进给量f工件或刀具每转一周时，刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。

进给速度v f 是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。

v f=fn （1-2 ）式中v f ——进给速度（mm/s ）；n ——主轴转速（r/s ）；f ——进给量（mm ）。

（三）背吃刀量a p通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。

根据此定义，如在纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：a p = （d w — d m ）/2 （1-3 ）式中 d w ——工件待加工表面直径（mm ）；dm ——工件已加工表面直径（mm ）。

涂层刀片为了提高刀具（刀片）表面的硬度和改善其耐磨性、润滑性，通过化学气相沉积和真空溅射等方法，在硬质合金刀片表面喷涂一层厚度5～12μ m以下的TiC、TiN或Al 2O 3等化合物材料。

TiC 涂层刀片，硬度可达3200HV，呈银灰色，耐磨性好，容易扩散到基体内与基体粘结牢固，在低速切削温度下有较高的耐磨性。

TiN 涂层刀片TiN硬度为2000HV，呈金黄色，色泽美观，润滑性能好，有较高的抗月牙洼型的磨损能力，与基体粘结牢固程度较差。

Al 2O 3 涂层刀片硬度可达3000HV，有较高的高温硬度的化学稳定性，适用于高速切削。

除上述单层涂覆外，还可TiC-TiN, TiC+TiN+Al 2O 3等二层、三层的复合涂层，其性能优于单层。

切削用量与切削层截面参数 - 机械制造切削用量包括：切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）和背吃刀量（或切削深度)ap。

1、切削速度vc 主运动速度即为切削速度。

当主运动为旋转运动时，刀具或工件以最大直径处的切削速度来计算，如下式：式中 n -- 主运动转速（r/s）；d -- 刀具或工件的最大直径（mm）。

若主运动为往复运动时，其平均速度为：）式中 nr -- 主运动每秒钟往复次数（str/s）；l -- 往复运动行程长度（mm）。

2、进给量f 进给量f 是指工件或刀具每转一周时（或主运动一循环时）,两者沿进给方向上相对移动的距离，其单位为mm/r。

车削时，工件转速n 、进给速度vf 与进给量 f 间有下式的关系：）3、背吃刀量ap 背吃刀量ap是指主刀刃与工件切削表面接触长度，在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。

在主运动和进给运动作用下，工件上将有一层多余的材料被切除，这层多余的材料称为切削层。

切削层在垂直于主运动方向上的断面称为切削层截面。

图2-17所示为纵车外圆的状况，进给量 f 和背吃刀量ap 是切削层截面上的两个工艺参数。

而另外两个物理参数：切削厚度hD 和切削宽度bD ，称为切削层截面参数。

4、切削厚度hD 切削厚度即切削层的厚度，它是垂直于切削刃的方向上度量的切削层截面的尺寸。

的大小能反映切削刃单位长度上工作负荷的大小。

由图可知：）5、切削宽度bD 切削宽度即切削层的宽度，它是沿切削刃方向度量的切削层截面的尺寸。

的大小影响刀具的散热状况。

由图可得：）公式（2-5）及（2-6）建立了切削层截面的工艺参数与物理参数的换算关系。

式中kr 为车刀主偏角。

当工艺参数进给量 f 与背吃刀量ap 确定后，主偏角kr 越大，则切削厚度hD 也越大，但切削宽度bD却越小。

明显，当 kr = 90°时： hD= f ，bD =ap （图2-17c）。

第14章切削用量及其计算在机械加工中，切削过程是将刀具与工件之间产生相对运动，通过去除工件上的材料来实现零件加工的过程。

而切削用量是指在每刀刃上所去除的金属材料的量，也是衡量切削工具寿命和加工效率的重要指标之一、本章将介绍切削用量及其计算方法。

切削用量的分类：切削用量可以分为直接切削用量和间接切削用量两类。

1. 直接切削用量是指在每单位时间内切削刀具所切削的长度，通常表示为切削速度（vc）。

切削速度是衡量刀具耐用性的指标，也是衡量加工效率的重要因素之一、一般来说，切削速度越大，切削频率越高，刀具磨损越快。

因此，在选择切削速度时，需要考虑刀具耐用性和加工效率的平衡。

2.间接切削用量是指在每单位时间内切削刀具所切削的体积或质量。

常见的间接切削用量有两种，即单位时间内材料的去除率（Q）和单位时间内材料的切削功率（P）。

切削用量的计算方法：1. 切削速度（vc）的计算：切削速度的计算公式为：vc = （π * D * n）/ 1000，其中D为刀具直径，n为主轴转速。

例如，当刀具直径为80mm，主轴转速为1000rpm 时，切削速度为（π * 80 * 1000）/ 1000 = 251.33m/min。

2.单位时间内材料的去除率（Q）的计算：单位时间内材料的去除率是指每分钟切削的体积或质量，通常用mm³/min或g/min表示。

其计算公式为：Q = （vc * fz * ap）/ 1000，其中vc为切削速度，fz为每齿进给量，ap为切削深度。

例如，当切削速度为250m/min，每齿进给量为0.1mm，切削深度为2mm时，单位时间内材料的去除率为（250 * 0.1 * 2）/ 1000 = 0.5mm³/min。

3.单位时间内材料的切削功率（P）的计算：以上是切削用量的分类及其计算方法。

在实际加工中，根据工件的材料性质、加工要求和刀具类型等因素，选择合适的切削用量，可以提高加工效率和降低刀具消耗，实现经济高效的加工过程。

切削用量的概念切削用量是机械切削工艺学中的重要因素。

它指的是一次加工实施过程中，金属加工和切削量的总和。

它是工具、机床和材料之间，以及切削条件和切削过程中，确定机械切削效率和加工质量的重要指标。

因此，在实施机械切削加工时，必须控制有效的切削用量，以获得较高的效率和较好的加工质量。

切削用量的定义：在切削过程中，切削用量指的是切削工具和工件之间接触时，工具所施加的力和切削量。

在机械切削加工中，切削用量是指每次进给量和每次切削厚度的乘积。

切削用量可以由以下几个方面来描述：（1）进给量：进给量是一次切削中，工件及其附件与切削刃之间的距离，还可以理解为加工时间。

（2）切削深度：切削深度是工件与切削刀之间的距离，也就是切削的厚度。

（3）切削宽度：切削宽度是工件与切削刀之间的距离，也就是切削的宽度。

（4）切削长度：切削长度是工件与切削刀之间的距离，也就是切削的长度。

切削用量的控制：有效控制切削用量是实现有效切削加工的重要条件。

通常情况下，切削用量可以通过优化切削参数，改变加工参数，优化材料成分，调整刀具几何形状及刃口尺寸，改善工艺条件等多种方法进行。

（1）优化切削参数。

根据工件材料、工件尺寸和加工要求，确定合理的切削参数，以降低切削用量。

（2）改变加工参数。

通过调整机床进给、转速及主轴极限等参数，使切削用量达到最佳。

（3）调整刀具几何形状及刃口尺寸。

合理调整刀具几何形状，使切削量更加均匀，从而减少切削用量。

（4）优化材料成分。

优化材料成分，可以使工件的力学性能更加优良，减少切削过程中的变形，从而减少切削用量。

（5）改善工艺条件。

降低刃尖温度，提高切削液流量，使刀具得到合理的润滑和冷却，从而降低切削用量。

切削用量的影响因素：切削用量受到许多因素的影响，其中包括工件材料性能、切削工具类型、切削参数设置、刀具特性、机床技术特点等。

这些因素的变化会影响切削过程中的摩擦力、热能和动能，从而影响机械切削效率和加工质量。

综上所述，切削用量是决定机械切削加工效率和加工质量的关键因素，因此必须采取有效的措施来控制切削用量。

项目名称：划规制作 模块一 工厂管理计算1.1 切削用量的计算一、切削用量的概念切削用量表示主运动及进给运动参数大小的数量，是 、 和切削深度三要素的总称，用来描述切削加工运动量。

铣削加工的切深分背吃刀量和侧吃刀量。

1、切削速度如图1（a ）（b ）（c ）,切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，单位为m ／min 。

当主运动为旋转运动时，其计算公式为c v =式中:d ——切削刃上选定点所对应的工件或刀具的直径，单位为mm 。

n ——主运动的转速，单位为r ／min 。

选择切削速度时，不可忽视以下几点：① 刀具材料硬度高，耐磨、耐热性好时，可取较 的切削速度。

② 工件材料的切削加工性差时，如强度、硬度高、塑性太大或太小，切削速度应取 些。

③ 工艺系统(机床、夹具、工件、刀具)刚度较差时，应适当降低 以防止振动。

④ 切削速度的选用应与切深、进给量的选择相适应，当切深、进给量增大时，刀刃负荷增加，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高；当切深、进给量均小时，可选择(a)车削用量 (b)周铣切削用量 (C)端铣切削用量图1 切削用量示意图的切削速度。

⑤ 在机床功率较小的机床上，限制切削速度的因素也可能是机床功率。

在一般情况下，可以先按刀具耐用度来求出切削速度，然后再校验机床功率是否超载。

2、进给量(1) 车削时的进给量如图1（a ）,车削刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，可用刀具或工件每转(主运动为旋转运动时)的位移量来表达和测量，单位为mm ／r 。

(2) 铣削时的进给量如图1（b ）、（c ）,铣削加工的进给量f （㎜/r ）是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量；对于多齿刀具(如钻头、铣刀)，每转中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量f Z 。

，单位为mm ／z 。

f Z = （式中，z 为刀齿数）进给速度F （㎜/min ）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。

切削用量：切削速度、进给量、背吃刀量。

1、切削速度：
（1）当主运动是回转运动时：瞬时线速度Vc=πdn/1000 （m/rim）
d---mm；n—r/min
如车（工件的回转运动）、铣、钻（刀具的回转运动）。

（2）当主运动为直线运动时：切削速度是刀具相对工件的直线运动速度，如刨削。

2、进给量：
（1）进给速度Vf：刀具上选定点相对工件进给运动时的瞬时速度，如铣床。

mm/min、mm/s。

（2）进给量f：工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向的相对位移量，如车床。

mm/r。

当主运动为往复运动时，进给量为每一往复行程沿进给方向的相对位移量。

mm/行程。

（3）每齿进给量fz：后一个齿相对与前一个齿的进给量，如铣刀、拉刀。

mm/z。

Vf=n f=n fz z
3、背吃刀量：已加工表面与待加工表面距离，mm。

车外圆：ap=1/2（待加工表面直径-已加工表面直径）
钻孔：ap=1/2孔径。