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1、3.7 切削条件的合理选择,一、刀具几何参数的合理选择,刀具几何参数包含四方面内容： 几何角度、刃形、刃面、刃口型式及参数,对于不同的刀具材料和工件材料， T 随0 的变化趋势为驼峰形。 高速钢的合理前角比Y合金的大。 加工塑材的合理前角比脆材的大,2.合理前角的选择原则 粗加工、断续切削、刀材强度韧性低 工材强度硬度高，选较小的前角； 工材塑韧性大、系统刚性差，易振动 或机床功率不足，选较大的前角； 成形刀具、自动线刀具取小前角； A磨损增大前角， A磨损减小前角,（二）后角的选择 1.后角的作用 0rn锋利、 l摩擦F 质量 VB 一定，磨损体积T但NB 刀头强度散热体积重磨体积 在一定的
2、条件下，存在一个合理值,2.合理后角的选择原则 粗加工、断续切削、工材强度硬度高， 选较小后角, 已用大负前角应0 ； 精加工取较大后角，保证表面质量； 成形、复杂、尺寸刀具取小后角； 系统刚性差，易振动，取较小后角； 工材塑性大取较大后角，脆材0,（三）主偏角的选择 1.主偏角的作用 racaw单位刃长负荷 T 刀尖强度散热体积，Ra Fp变形加工精度，易振动Ra，T 在一定的条件下，存在一个合理值,2.合理主偏角的选择原则 主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，r取较 小值；若刚性差（细长轴），r取较大值（90）； 考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取 90 ；镗盲孔90
3、；r小切屑成长螺旋屑不易断； 较小r，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击。,（五）刃倾角的选择 1.刃倾角的作用 影响刀刃锋利性.s0e 、rn 锋利性 负刃倾角刀头强度散热体积 负刃倾角 Fp变形，易振动Ra 正s切屑流向待加工表面，负s切屑流向已加工表面,在一定条件下， 存在一合理值,2.刃倾角的选择原则 粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，s取负值； 精加工、系统刚性差（细长轴），s取正值； 微量极薄切削，取大正刃倾角。,二、刀具使用寿命的合理选择 生产目标：加工质量、加工效率、经济性 优化指标：单件生产时间、单件加工成本、利润率 切削参数：切削用量、刀具材料、几何参数、机床等 常用
4、T 作中间控制因素把优化指标和切削参数联系起来。,1. 最大生产率刀具使用寿命Tp 根据单件工时最短的原则确定的刀具使用寿命。 单件工时 tw= tm+tct tm/T+ta tm为切削时间； tct为换一次刀时间；ta为辅助时间 tm=l./(n f ap)= l.d/(1000v f ap) = l.d Tm/(1000C0 f ap)=K Tm,tw= K Tm+ tctK Tm-1+tot 取d tw/dT = 0 T=(1-m) tct/m=Tp （2-2） 与此 相应的速度为 vp =C0 / Tp m,分析式（2-2）知： tct Tp，即换刀时间长， Tp应取大值，切削 速度应
5、取 较小值； m Tp，即刀材性能较好，速度变化对刀具 使用寿命影响小， Tp应取小值，切削速度取 较大值,2. 最低成本使用寿命Tc 根据单件成本最低的原则确定的刀具使用寿命。 单件成本 C= tmM+tct (tm/T)M+ (tm/T) Ct+totM M 为工时费用率； Ct为刀具每用一次分摊的成本，刀具总成本/刃磨次数； 将tm=K Tm代入上式， 令d C /dT = 0 得 T=(1-m)( tct+ Ct /M)/m=Tc （2-3） 与此 相应的速度为 vc= C0 / Tc m,分析式（2-2）知： tct Tc； m Tc； M Tc；即Tc应取小值，vc取大值以降低成本
6、； Ct Tc；即刀具成本高，Tc应取大值， vc取小值,3. 最大利润使用寿命Tpr 根据单件利润最高的原则确定的刀具使用寿命。 单件利润率 pr= (S C) / tw S 为单件创造的产值,将C 、tw代入上式， 令d pr /dT = 0 得 Tpr=(1-m)( tct+ta Ct /S)/m+ Ct K Tpr m/mS （2-4） 与此 相应的速度为 vpr= C0 / Tpr m,当销售价生产成本时， 有如下关系： Tc Tpr Tp 通常根据优化指标来 选择刀具使用寿命：,1.产品销路不畅或产品初创阶段，宜采用经济使用寿命Tc； 2.产品销路通畅甚至供不应求情况下，宜采用最大
7、利润率使 用寿命Tpr ； 3.产品急需的情况下（如战时或救灾），宜采用最大生产率 使用寿命Tp 。,刀具使用寿命 T,选择刀具使用寿命应从以下几方面考虑：,1. 制造和刃磨较简单、成本不高的刀具，使用寿命选得低 些，反之高些。 硬合金车刀T为6090min，钻头T为80120min，硬质 合金端铣刀T为90180min，齿轮刀具为200300min。,2. 装卡调整复杂的刀具，使用寿命选得高些，仿形车床、组 合钻床上刀具为通用机床上的200400%。,3. 切削大型工件为避免中途换刀，使用寿命选得高些，一般 为中小件加工时的200300%。,三、切削用量的合理选择 1.切削用量的选择原则 粗
8、加工时，应在保证必要的刀具使用寿命的前提下，以 尽可能提高生产率和降低成本为目的。根据刀具使用寿 命与切削用量的关系式，切削用量， T ，其中速度 v 对T 影响最大，进给量f 次之，背吃刀量ap影响最小。,粗加工中选择切削用量时，应首先选择尽可能大的背吃刀 量ap，其次在工艺条件允许下选择较大的进给量f ，最后 根据合理的刀具使用寿命，用计算法或查表法确定切削速 度v 。这样使v、f 、ap 的乘积最大，以获得最大的生产率,精加工时则主要按表面粗糙度和加工精度要求确定切削用量。,2.切削用量制订的步骤（以车削为例） （1）背吃刀量ap的选择 粗加工时， ap由加工余量和工艺系统的刚度决定，尽
9、可 能一次走刀切除全部加工余量。 半精加工时， ap可取0.52 mm。 精加工时， ap取为0.10.4 mm。,在加工余量过大或系统刚性不足情况下，粗加工可分几次 走刀。若分两次走刀，第一次走刀的ap取大些，可占全部 余量的2/33/4，而第二次走刀的ap取小些，以使精加工 工序具有较高的刀具寿命和加工质量。,切削有硬皮的铸、锻件或不锈钢等加工硬化严重的材料时， 应尽量使ap超过硬皮或冷硬层厚度，以避免刀尖过早磨损。,（2）进给量f 的选择 粗加工时，f 的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度 与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。 精加工时，f 的大小主要受加工精度和表面粗糙度的限制。,
10、生产实际中常根据经验或查表法确定f 。 粗加工时根据工件材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及以确定的背吃刀量按表3-6来选择f 。 在半精加工和精加工时，则按加工表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度按表3-7来选择f 。,（3）切削速度的确定 根据已经选定的背吃刀量ap 、进给量f及刀具使用寿命T， 切削速度v可按下式计算求得 (3-36) 式中各系数和指数可查阅切削用量手册。 切削速度值也可查表3-8来选定。,生产中选择切削速度的一般原则是： 1）粗车时， ap和f 均较大，故选择较低的切削速度v ； 精车时， ap和f 均较小，故选择较高的切削速度v 。 2）工件材料强度、硬度高
11、时，应选较低的切削速度v ； 反之，选较高的切削速度v 。 3）刀具材料性能越好，切削速度v选得越高。,4）精加工时应尽量避免积屑瘤和鳞刺产生的区域； 5）断续切削时为减小冲击和热应力，宜适当降低v ； 6）在易发生振动的情况下，v应避开自激振动的临界速度； 7）加工大件、细长件和薄壁件或加工带外皮的工件时，应 适当较低v 。 切削用量三要素选定之后，还应校核机床功率。,四、切削液的合理选用 1.切削液的分类 水溶液 水添加剂 冷却 粗加工 乳化液 乳化油水 切削油 矿物油添加剂 润滑 精加工,2. 切削液的作用机理 冷却 摩擦热的产生；将热量带走。本身导热系数、 比热、汽化热及流量、流速、冷却方式等。 润滑 切削液的渗透性、形成润滑膜能力、润滑膜强度 排屑、清洗 防锈 防锈添加剂,3. 切削液的合理选用 （1）从加工要求考虑 粗加工，选用水溶液或低浓度乳化液； 精加工，选用极压切削油或高浓度乳化液； （2）从刀具材料考虑 高速钢，需用切削液；Y合金等,可不用或充分连续用；,（3）从工件材料考虑 钢等塑性材料，需用切削液；铸铁等脆材，可不用； 高强度钢等难加工材料，宜用极压切削油或乳化液 （4）从加工方法考虑 钻孔铰孔、攻螺纹和拉削等，宜用极压乳化液或切削油； 成形刀具齿轮刀具等用极压切削油；磨削宜用乳化液。,
