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单元4数控机床加工的切削用量教学目的1、了解数控机床的运动（主运动、进给运动）；2、了解数控机床加工刀具的角度及其作用；3、了解数控机床加工中有关切削层的参数及其作用；4、了解数控机床加工中的切削用量及其选用原则。
5、掌握常用不同材料零件在粗加工、半精加工和精加工时的切削用量选用；教学重点1、数控机床加工刀具的角度及其作用；2、数控加工中粗加工、半精加工和精加工时的切削用量选择；教学难点1、刀具的角度及其作用；2、切削用量选用教学方法讲练结合教学内容一、车削加工与刀具1. 车削加工原理在普通车床和一般数控车床上，可以进行工件的外表面、端面、内表面以及内外螺纹的加工。
对于车削中心，除上述各种加工外，还可进行铳削、钻削等加工。
从上述介绍可以看出：在切削过程中，刀具和工件之间必须具有相对运动，这种相对运动称为切削运动。
根据切削运动在切削过程中的作用不同可以分为主运动、和进给运动。
各种机床的主运动和进给运动参见下表。
主运动是指机床提供的主要运动。
主运动使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具的前刀面接近工件并对工件进行切削。
在车床上，主运动是机床上主轴的回转运动，即车削加工时工件的旋转运动。
2）进给运动进给运动是指由机床提供的使刀具与工件之间产生的附加相对运动。
进给运动与主运动相配合，可以形成完整的切削加工。
在普通车床上，进给运动是机床刀架（溜板）的直线移动。
它可以是纵向的移动（与机床主轴轴线平行），也可以是横向的移功（与机床主轴轴线垂直），但只能是一亇方向的移动。
在数控车床上，数控车床可以同时实现两亇方向的进给，从而加工出各种具有复杂母线的回转体工件。
在数控车床中，主运动和进给运动是由不同的电机来驱动的，分别称为主轴电机和坐标轴伺服电机。
它们由机床的控制系统进行控制，自动完成切削加工。
2. 切削用量切削用量是指机床在切削加工时的状态参数。
不同类型的机床对切削用量参数的表述也略有不同，但其基本的含义都是一致的，如下图所示。
数控加工中切削用量的合理选择【摘要】文章介绍了切削用量的三要素，并对数控机床加工时切削用量的合理选择进行了详细阐述，为数控机床编程与操作人员提供参考。
关键词】切削用量；加工质量；刀具耐用度；选择原则前言：数控加工中切削用量的原则是，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。
切削用量是表示机床主运动和进给运动大小的重要参数。
切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，切削用量的大小对加工效率、加工质量、刀具磨损和加工成本均有显著影响一、切削用量的选择原则数控加工中选择切削用量，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。
（一）加工质量：加工质量分为加工精度和加工表面质量。
1•加工精度是指零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符的程度。
符合程度愈高，加工精度愈高。
实际值与理想值之差称为加工误差，所谓保证加工精度，即指控制加工误差。
⑴尺寸精度：加工表面的实际尺寸与设计尺寸的尺寸误差不超过一定的尺寸公差范围。
在国标中尺寸公差分20级（IT01、ITO、IT1〜IT18 ）。
尺寸精度的获得方法：①试切法：试切一一测量一一调整一一再试切。
用于单件小批生产。
②调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。
用于成批大量生产。
③尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。
生产率高，但刀具制造复杂。
④自动控制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。
切削测量补偿调整。
⑵几何形状精度：加工表面的实际几何要素对理想几何要素的变动量不超过一定公差范围。
在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。
几何形状精度的获得方法：成形运动法①轨迹法：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。
数控机床加工的切削用量包括切削速度V c (或主轴转速n)、切削深度a p 和进给量f ，其选用原则与普通机床基本相似，合理选择切削用量的原则是：粗加工时，以提高劳动生产率为主，选用较大的切削量；半精加工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。
1. 数控车床切削用量 1）切削深度a p在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少进给次数。
当工件的精度要求较高时，则应考虑留有精加工余量，一般为0.1～0.5mm 。
切削深度ap计算公式：a p =式中： d w —待加工表面外圆直径，单位mm d m —已加工表面外圆直径，单位mm. 2）切削速度Vc① 车削光轴切削速度V c 光车切削速度由工件材料、刀具的材料及加工性质等因素所确定，表1为硬质合金外圆车刀切削速度参考表。
切削速度Vc 计算公式： Vc=式中： d —工件或刀尖的回转直径，单位mm n —工件或刀具的转速，单位r/min表1 硬质合金外圆车刀切削速度参考表2mw d d注：表中刀具材料切削钢及灰铸铁时耐用度约为60min。
②车削螺纹主轴转速n切削螺纹时，车床的主轴转速受加工工件的螺距（或导程）大小、驱动电动机升降特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，因此对于不同的数控系统，选择车削螺纹主轴转速n存在一定的差异。
下列为一般数控车床车螺纹时主轴转速计算公式：n≤–k式中：p—工件螺纹的螺距或导程,单位mm。
k—保险系数，一般为80。
3）进给速度进给速度是指单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/min，也可表示为主轴旋转一周刀具的进给量，单位为mm/r。
⑴确定进给速度的原则①当工件的加工质量能得到保证时，为提高生产率可选择较高的进给速度。
②切断、车削深孔或精车时，选择较低的进给速度。
③刀具空行程尽量选用高的进给速度。
④进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。
⑵进给速度V f的计算 V f = n f式中：n—车床主轴的转速，单位r/min。
数控机床加工的切削用量包括切削速度V c (或主轴转速n)、切削深度a p 和进给量f ，其选用原则与普通机床基本相似，合理选择切削用量的原则是：粗加工时，以提高劳动生产率为主，选用较大的切削量；半精加工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。
1. 数控车床切削用量 1）切削深度a p
在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少进给次数。
当工件的精度要求较高时，则应考虑留有精加工余量，一般为0.1～0.5mm 。
切削深度ap 计算公式：a p =
式中： d w —待加工表面外圆直径，单位mm d m —已加工表面外圆直径，单位mm. 2）切削速度Vc
① 车削光轴切削速度V c 光车切削速度由工件材料、刀具的材料及加工性质等因素所确定，表1为硬质合金外圆车刀切削速度参考表。
切削速度Vc 计算公式： Vc=
式中： d —工件或刀尖的回转直径，单位mm n —工件或刀具的转速，单位r/min
表1 硬质合金外圆车刀切削速度参考表
2
m
w d d
注：表中刀具材料切削钢及灰铸铁时耐用度约为60min。
②车削螺纹主轴转速n切削螺纹时，车床的主轴转速受加工工件的螺距（或导程）大小、驱动电动机升降特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，因此对于不同的数控系统，选择车削螺纹主轴转速n存在一定的差异。
下列为一般数控车床车螺纹时主轴转速计算公式：
n≤–k
式中：p—工件螺纹的螺距或导程,单位mm。
k—保险系数，一般为80。
3）进给速度
进给速度是指单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/min，也可表示为主轴旋转一周刀具的进给量，单位为mm/r。
⑴确定进给速度的原则
①当工件的加工质量能得到保证时，为提高生产率可选择较高的进给速度。
②切断、车削深孔或精车时，选择较低的进给速度。
③刀具空行程尽量选用高的进给速度。
④进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。
⑵进给速度V f的计算V f = n f
式中：n—车床主轴的转速，单位r/min。
f—刀具的进给量，单位mm/r。
表2为硬质合金车刀车粗车外圆和端面进给量参考表，表3为按表面粗糙度选择进给量参考表。
表2 硬质合金车刀粗车外圆及端面进给量参考表
注：1）断续加工和加工有冲击的工件，表内进给量应乘系数k=0.75~0.85；
2）加工无外皮工件，表内进给量应乘系数k=1.1；
3) 加工耐热钢及其合金，进给量不大于1mm/r；
4) 加工淬硬钢，应减少进给量。
当钢的硬度为44~56HRC，应乘系数k=0.8；当钢的
硬度为57~62 HRC时，应乘系数k=0.5。
表3 按表面粗糙度选择进给量参考表
注：rε=0.5mm，一般选择刀杆截面为12X12 mm2；
rε=1mm，一般选择刀杆截面为30X30 mm2；
rε=2mm, 一般选择刀杆截面为30X45 mm2。
2. 数控铣床切削用量选择
数控铣床的切削用量包括切削速度v c 、进给速度v f 、背吃刀量a p和侧吃刀量a c。
切削用量的选择方法是考虑刀具的耐用度，先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。
1)背吃刀量a p（端铣）或侧吃刀量a c（圆周铣）
如下图所示，背吃刀量a p为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时a p为切削层深度，圆周铣削时a p为被加工表面的宽度。
侧吃刀量ac为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时a c为被加工表面宽度，圆周铣削时a c为切削层深度。
端铣背吃刀量和圆周铣侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量要求决定。
①工件表面粗糙度要求为Ra3.2~12.5µm，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.5 ~ 1.0mm。
图铣刀铣削用量
②工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2µm，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。
半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣削侧吃刀量取1.5~2mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm，端铣背吃刀量取0.5~1mm。
2)进给速度v f
进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。
它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量f z(单位为mm/z)有关。
进給速度的计算公式：v f = f z Z n
式中: 每齿进给量f z的选用主要取决于工件材料和刀具材料的机械性能、工件表面粗糙度等因素。
当工件材料的强度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件刚性差或刀具强度低，f z 值取小值。
硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀的选用值，每齿进给量的选用参考表见表4。
表4 铣刀每齿进给量f z参考表
3)切削速度
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，与铣刀直径d成正比。
其原因是fz、ap、ae、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。
如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，相应提高切削速度。
表5列出了铣削切削速度的参考值。
表5 铣削时的切削速度参考表。
