卧式数控车床
切削用量选择
作 者：杨树诚
单 位：沈阳第一机床厂 技术部 日 期：2005年 09月
本文着重提醒读者
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 表5～表12列举了外圆.端面.内孔加工，切槽，车螺纹的切削用量推荐值。供一般情况下采用。
目 录
一. 原始资料………………………………1 二. 选择切削用量的原则…………………1 三. 吃刀深α
p ……………………………2
四. 进给量f ………………………………2 五. 切削速度V……………………………4 六. 切削用量推荐值………………………5
切削用量选择
关键词: 刀具耐用度 切削速度 表面粗糙度 进给量 吃刀深
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： . t
LLD
(min)………（1） nfap1000Vfap
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=
CR
Vfap
X
Y
Z
（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 =
CR
Vf
5
2.25
p
0.75
………………………（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。
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：
V Tm = 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60～90 min，钻头耐用度大致为80～120 min，硬质合金端铣刀耐用度大致为90～180 min。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15 min为准给定的切削速度，（ISCAR,株州刀具公司也是15 min，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 × 15 0.25 = C 0 … … … （6）
刀具耐用度在不是15 min情况下使用，切削速度就要乘上修正系数如表4：
例如车削45钢：刀片材料GC4025，进给量f=0.4 mm/ 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90 min，则
V90 = 290 × 0.64 = 185 m/ min
对大量生产.用户要求较高生产率的，选定刀具耐用度60 min，则
V60 = 290 × 0.71 = 205 m/ 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（>80～100 m/ 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。
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
切削用量选择
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
切削用量选择
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。
钻孔采用硬质合金钻头时，其切削用量推荐值如表8，9。
用内冷却硬质合金钻头时，可提高切削速度其切削用量推荐值如表9。
当采用硬质合金可换刀片钻头其切削速度更高，但进给量有所减小。见各厂商刀具样本。
经镗孔或扩孔后铰孔，其加工余量不能太大：2αp =0.06～0.30mm切削速度要低，进给量要大。加工钢件切削速度V=1.5～5 m/ min，进给量f=0.3～2.0mm；加工铸件切削速度V=8～10 m/ min，进给量f=0.5～1.0mm。
三角形刀片车螺纹.切尖槽时切削用量推荐值见表10。机卡.切槽刀片切宽槽切削用量推荐值见表11。
三角形刀片车螺纹.切尖槽切削用量推荐值 表10
内圆.端面切槽时，切宽槽切削用量要降低15～20%；当采用ISCAR霸王刀纵切时. 切深αp 要相应 增加，轴向切削力作用使刀片倾斜以造成适于切削的刀具偏角。
车螺纹时螺距和牙型角决定了螺纹深度，螺纹刀尖往往比较薄弱.要求切入次数较多。表12列出公制螺纹单刀加工外螺纹时的切入次数。加工内螺纹时. 切入次数要增加2～3次；用陶瓷刀.以及加工不锈钢切入次数也要增加2～3次。
旋角更大还需要自制多把刀具。有的多头蜗杆导程很大必须使用高速钢刀具在极低转数下切削，每次吃刀深应在0.1～0.2 mm范围内递减，最后一刀避免小于0.08 mm。
卧式数控车床
切削用量选择
作 者：杨树诚
单 位：沈阳第一机床厂 技术部 日 期：2005年 09月
本文着重提醒读者
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 表5～表12列举了外圆.端面.内孔加工，切槽，车螺纹的切削用量推荐值。供一般情况下采用。
目 录
一. 原始资料………………………………1 二. 选择切削用量的原则…………………1 三. 吃刀深α
p ……………………………2
四. 进给量f ………………………………2 五. 切削速度V……………………………4 六. 切削用量推荐值………………………5
切削用量选择
关键词: 刀具耐用度 切削速度 表面粗糙度 进给量 吃刀深
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： . t
LLD
(min)………（1） nfap1000Vfap
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=
CR
Vfap
X
Y
Z
（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 =
CR
Vf
5
2.25
p
0.75
………………………（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。
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：
V Tm = 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60～90 min，钻头耐用度大致为80～120 min，硬质合金端铣刀耐用度大致为90～180 min。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15 min为准给定的切削速度，（ISCAR,株州刀具公司也是15 min，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 × 15 0.25 = C 0 … … … （6）
刀具耐用度在不是15 min情况下使用，切削速度就要乘上修正系数如表4：
例如车削45钢：刀片材料GC4025，进给量f=0.4 mm/ 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90 min，则
V90 = 290 × 0.64 = 185 m/ min
对大量生产.用户要求较高生产率的，选定刀具耐用度60 min，则
V60 = 290 × 0.71 = 205 m/ 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（>80～100 m/ 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。
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
切削用量选择
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
切削用量选择
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。
钻孔采用硬质合金钻头时，其切削用量推荐值如表8，9。
用内冷却硬质合金钻头时，可提高切削速度其切削用量推荐值如表9。
当采用硬质合金可换刀片钻头其切削速度更高，但进给量有所减小。见各厂商刀具样本。
经镗孔或扩孔后铰孔，其加工余量不能太大：2αp =0.06～0.30mm切削速度要低，进给量要大。加工钢件切削速度V=1.5～5 m/ min，进给量f=0.3～2.0mm；加工铸件切削速度V=8～10 m/ min，进给量f=0.5～1.0mm。
三角形刀片车螺纹.切尖槽时切削用量推荐值见表10。机卡.切槽刀片切宽槽切削用量推荐值见表11。
三角形刀片车螺纹.切尖槽切削用量推荐值 表10
内圆.端面切槽时，切宽槽切削用量要降低15～20%；当采用ISCAR霸王刀纵切时. 切深αp 要相应 增加，轴向切削力作用使刀片倾斜以造成适于切削的刀具偏角。
车螺纹时螺距和牙型角决定了螺纹深度，螺纹刀尖往往比较薄弱.要求切入次数较多。表12列出公制螺纹单刀加工外螺纹时的切入次数。加工内螺纹时. 切入次数要增加2～3次；用陶瓷刀.以及加工不锈钢切入次数也要增加2～3次。
旋角更大还需要自制多把刀具。有的多头蜗杆导程很大必须使用高速钢刀具在极低转数下切削，每次吃刀深应在0.1～0.2 mm范围内递减，最后一刀避免小于0.08 mm。