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1、第3章 切削基本理论的应用,本章提要,本章运用金属切削过程基本规律的理论,从解决控制切屑、改善材料加工性能,合理选用切削液,刀具几何参数和切削用量等方面问题,来达到保证加工质量、降低生产成本、提高生产效率的目的。介绍这些知识,也是为分析、使用与设计刀具以及分析解决生产中有关的工艺技术问题打下必要的基础。,3.2 切削液,3.4 刀具几何参数的合理选择,3.5 切削用量的合理选择,3.1 工件材料的切削加工性,本章内容,3.3 已加工表面质量,(1)刀具使用寿命指标 在切削普通金属材料时,用刀具耐用度达到60min时允许的切削速度v60的高低来评定材料的加工性。难加工材料用v20来评定。表3-1
2、 此外,经常使用相对加工性指标,即以45号钢(HB170229,b0.637GPa)的v60为基准,记作vO60。其它材料的v60与vO60之比值称为相对加工性,即 Kv (3-1),工件材料的切削加工性是指在一定切削条件下,对工件材料进行切削加工的难易程度。,3.1.1 评定工件材料加工性的主要指标,3.1 工件材料的切削加工性,3.1 工件材料的切削加工性,表3-1 工件材料切削加工性等级,返回,(2)加工表面粗糙度指标,在相同加工条件下,比较加工后表面粗糙度等级。粗糙度值低,加工性好;反之,加工性差。 此外,材料加工的难易程度主要决定于材料的物理、力学和机械性能,其中包括材料的硬度HB、
3、抗拉强度b、延伸率、冲击值ak和导热系数k,故通常还可按它们的大小来划分加工性等级,见表3-2。 确定了材料加工性能,对于改善材料加工性,合理选择刀具材料、刀具几何参数和切削用量提供了重要的依据。,3.1 工件材料的切削加工性,3.1 工件材料的切削加工性,表3-2 加工材料的性能指标,(3)单位切削力指标 在机床动力不足,或加工系统刚性不足时,采用这种衡量指标。 (4)断屑性能指标 在对工件材料断屑性能要求很高的机床,如自动机床、组合机床及自动线上进行切削加工时,或者对断屑性能要求很高的工序,如深孔钻削、盲孔镗削等工序,应采用这种衡量指标。,3.1 工件材料的切削加工性,1. 影响因素,3.
4、1.2 影响材料切削加工性因素及改善措施,3.1 工件材料的切削加工性,(1)工件材料的硬度对切削加工性的影响 工件材料常温硬度的影响 工件材料高温硬度的影响 工件材料中硬质点的影响 工件材料加工硬化性能的影响 (2)工件材料的强度对切削加工性的影响 包括常温强度和高温强度。 通常强度越高,切削加工性越低。,3.1 工件材料的切削加工性,(3)工件材料的塑性与韧性对切削加工性的影响 工件材料的塑性以伸长率表示,韧性以冲击韧度ak表示。工件材料的塑性和韧性越大,切削加工性越低。 (4)工件材料的导热系数对切削加工性的影响 与导热系数对切削温度的影响相同,通常材料的导热系数越高,切削加工性越高。
5、(5)切削条件对切削加工性的影响 切削条件特别是切削速度对材料加工性有一定的影响。,3.1 工件材料的切削加工性,(7)工件材料的金相组织对切削加工性的影响 金属的成分相同,但组织不同时,其力学物理性能也不同,因此,切削加工性也不同。表3-3,(6)工件材料的化学成分对切削加工性的影响 钢中加入少量的硫、硒、铅、鉍、磷等元素可提高切 削加工性。 铸铁中加入硅、铝、镍、铜、钛等可提高切削加工性。,表 3-3 几种常用结构钢车削时的相对加工性,(3)其它措施,(1)调整化学成分及热处理,(2)合理选用刀具材料,3.1 工件材料的切削加工性,合理选择刀具几何参数 提高加工系统刚度 切削液 采用新的切
6、削加工技术:如加热切削、振动切削、低温切削等。,2. 改善切削加工性的措施,3.2.1 切削液的作用,3.2 切削液,切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液,对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。,(1) 冷却作用 将热量从切削区迅速带走的能力。 切削液冷却性能的优劣,取决于热导率、质量热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等因素。 采用乳化液比干切削时平均可降低切削温度6090。,(2)润滑作用 金属切削时,刀具、工件、切屑之间的摩擦可分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。使用切削液后,摩擦系数降低。切削液的润滑作用就是指减小刀具、工件、切屑界面的
7、摩擦能力。 一般来说,水溶液的润滑作用不如矿物油,但加入油性添加剂后润滑性能将提高。,3.2 切削液,(3)清洗与防锈作用 清洗作用是减少细小切屑及粉末的粘结,并将切屑与粉末冲走。切削液的清洗作用与其渗透性、流动性、粘度、使用压力等因素有关。 切削液的防锈性也非常重要,且应无腐蚀性。通常,防锈作用与切削液的自身成分有关。,3.2 切削液,3.2.2 常用切削液及其选用,(1)水溶液 水溶液主要起冷却作用。 (2)乳化液 乳化液是由水和油混合而成的液体,常用它代替动植物油。生产中使用的乳化液是由乳化剂加水配制而成。浓度低的乳化液主要起冷却作用,适用于粗加工和磨削,浓度高的乳化液,主要起润滑作用,
8、适于精加工。,3.2 切削液,(3)切削油 切削油主要起润滑作用。如矿物油。 (4)极压切削油和极压乳化液 添加氯、硫、磷等极压添加剂配制而成,它在高温高压下不破坏润滑膜并具有良好润滑效果,尤其应用于难加工材料的切削加工。,3.2 切削液,3.2.3 切削液的使用方法 (1)浇注法,3.2 切削液,(2)高压冷却法 常用于深孔加工刀具的冷却,如套料钻、深孔钻、喷吸钻等。,3.2 切削液,(3)喷雾冷却法 常用于切削难加工材料和高速切削等场合。,3.2 切削液,按工件材料选用 加工钢等塑性材料时,需要切削液;加工铸铁等脆性材料时,不用切削液。 按刀具材料选用 高速钢刀具耐热性差,粗加工时应选用冷
9、却为主的切削液;精加工时应使用润滑性能好的极压切削油或高浓度极压乳化液,以提高加工表面质量。硬质合金刀具由于耐热性好,一般不用切削液。 按加工方法选用 对半封闭、封闭加工,选用极压乳化液或极压切削油,以对切削区进行冷却、润滑和对切屑冲洗。磨削加工时,由于磨削区温度很高,磨屑会破坏已磨削表面质量,要求切削液具有良好的冷却、清洗、排屑和防锈性能,一般选用乳化液。,3.2 切削液,3.3 已加工表面质量,3.3.1 已加工表面质量简介,一、基本概念 1.表面几何特征 (1)表面粗糙度:微观几何形状不平度。L/H40 (2)波度:宏观和微观之间的几何不平度。40 L/H1000 (3)几何形状误差:宏
10、观几何不平度,属于加工精度范畴。 2.表面物理力学性能 (1)冷作硬化:强烈塑变后,硬、强度有所提高 (2)残余应力:切削变形和切削热,使表层产生残余应力 (3)金相组织改变:因切削热使表层金相组织结构产生改变,L,已加工表面几何形状特征,3.3 已加工表面质量,3.3 已加工表面质量,3.3 已加工表面质量,(1) 对零件耐磨性的影响 粗糙度大,凸峰间挤裂、破碎加剧,磨损明显; 粗糙度小,紧密接触面间不储油,干摩擦加剧磨损。最佳Ra值大致为0.31.2um; 表层的冷作硬化可提高零件的耐磨性,但过渡硬化则脆而易剥落。 (2) 对疲劳强度的影响 粗糙度小,产生应力集中的可能性小,抗疲劳强度得以
11、提高。 表层的加工硬化可以阻碍表面层疲劳裂纹的出现,提高零件的疲劳强度。但过度硬化反而易产生裂纹甚至剥落。 表层的残余应力为拉应力时,易产生并引发裂纹;为压应力可以延缓疲劳裂纹的扩展,从而提高零件的疲劳强度。,二、已加工表面质量与使用性能,3.3 已加工表面质量,3.3 已加工表面质量,(3) 对耐腐蚀性能的影响 粗糙度大,易积存污垢引起腐蚀 粗糙度小,不易积存污垢,耐腐蚀性好。 表层硬化和相变易引起残余应力,压应力抗腐蚀,拉应力降低抗腐蚀能力。 (4) 对配合性的影响 粗糙的配合表面使用中凸峰磨平,将加大间隙,改变配合性质。 有配合要求的表面,要有较小的表面粗糙度。,3.3 已加工表面质量,
12、三、已加工表面质量的影响因素及改善,(1)工件材料 韧性好的塑性材料加工后表面粗糙度大,韧性差的塑性材料加工后表面粗糙度小。塑性越好越易产生加工硬化。 调质正火可细化金相组织,使加工后的粗糙度减小。 (2)切削用量 低速和较高切削速度可避免积屑瘤产生,得到较小粗糙度。 进给量和切深太小而刀刃不锋利时,易产生挤压塑变,材料流动而使得粗糙度不好控制。 提高切削速度可使塑变过程短,同时温升也可减小硬化。 (3)切削液 切削液能抑制积屑瘤的产生,可有效减小工件表面粗糙度。 切削液能降低温升,避免烧伤引起表层金相组织的改变。,3.3 已加工表面质量,(4)刀具材料和几何参数 和工件材料亲和力大的刀具材料
13、,易产生积屑瘤和鳞刺。金刚石、硬质合金比高速钢刀具加工的表面粗糙度小。 增大刀尖圆角半径、减小主副偏角,可减小工件表面粗糙度。 前后刀面光洁可减小工件表面粗糙度。 增大前后角可减小挤压变形的产生,使加工硬化得到抑制。 (5)工艺系统的刚性 振动容易使加工表面产生振纹,使表面粗糙度恶化。 减小塑变过程可有效抑制表层残余应力的产生,采用表面强化工艺(喷丸、滚压)可使表层产生压缩应力,提高强度。,3.3 已加工表面质量,3.3.2 表面粗糙度,1.理论粗糙度 如图所示,在已加工表面上形成的理论表面粗糙度值是未被切除的金属残留面积的高度。,残留面积 a)r=0 b)r0,3.3 已加工表面质量,平行四
14、边形为切削层理论横截面 三角形为残留面积 H为理论粗糙度, f为进给量 r为主偏角,r为副偏角 则: f=Hcotr+ Hcotr 得:H=f/(cotr+ cotr ),3.3 已加工表面质量,2、刀尖半径较大时理论粗糙度的计算,3.3 已加工表面质量,2.实际粗糙度 实际粗糙度是理论粗糙度与实际加工中的其它因素共同决定的粗糙度。这些因素包括:积屑瘤、鳞刺、刀具磨损和切削振纹等。 (1)积屑瘤和磷刺的影响 (2)刀具磨损的影响 (3)切削用量 (4)工艺系统刚度(振动的影响) (5)刀具几何参数、刀具材料和切削液等因素,3.3 已加工表面质量,积屑瘤影响表面粗糙度 a)无积屑瘤 b) 积屑瘤
15、切入加工表面 c)积屑瘤对粗糙度的影响,3.3 已加工表面质量,鳞刺 a)鳞刺分布 b)鳞刺突出的形态 加工条件:工件材料45钢、切削速度vc32m/min,3.3 已加工表面质量,刀具后面磨损和刀刃微崩对粗糙度的影响 a)刀具后面磨损影响 b)崩刃复映影响,3.3 已加工表面质量,已加工表面上的振纹 a)切削力波动图形 b)纵向振纹,3.3 已加工表面质量,3.影响粗糙度的具体因素 (1)切削用量的影响 低速切削变形大,常伴随有积屑瘤和鳞刺,中速时积屑瘤的高度最大,所以中、低速切削不易获得很小的表面粗糙度。 中、低速切削时,可选用较大前角、小进给量、提高刀具刃磨质量并选用切削液等,来抑制积屑
16、瘤和鳞刺的产生。 高速时,如果加工工艺系统刚度足够,刀具材料性能良好,可获得较小粗糙度。,3.3 已加工表面质量,切削速度对表面粗糙度的影响 a)切削速度对粗糙度影响 b)不同速度时的表面粗糙度波形,3.3 已加工表面质量,(2)刀具几何参数的影响 前角 增大前角使切削变形减小,刀-屑面间摩擦小,故对积屑瘤、鳞刺、冷硬影响较小。,前角对表面粗糙度的影响,3.3 已加工表面质量,后角 增大刀具后角,可减小刀具后面与已加工表面间的摩擦,并减小对硬化和鳞刺等影响,此外,增大后角使切削刃钝圆半径减小,刀刃锋利,减小了对已加工表面的挤压作用。因此,精加工刀具的后角适当加大。 生产中也利用负后角的刀具对切
17、削表面产生挤压作用以达到光整加工的目的。,3.3 已加工表面质量,主偏角、负偏角和刀尖圆弧半径 减小主偏角使残留高度减小,粗糙度降低,但背向力加大,要求系统刚性好。生产中常减小负偏角而加大刀尖圆弧半径来减小残留高度。,前角-主偏角-副偏角的不同组合,副偏角等对表面粗糙度的影响,3.3 已加工表面质量,(3)刀具材料的影响 刀具材料对加工表面质量的影响主要取决于它们与工件材料间摩擦系数、亲和程度、材料的耐磨性和可刃磨性。 高速钢刀具锋利,粗糙度低; 硬质合金切削变形小,且不出现粘屑; 陶瓷刀具高速,摩擦小,不粘屑,刀具不易磨损; CBN更高速; 金刚石刃口非常锋利,达到非常高的表面质量。,3.3
18、 已加工表面质量,(4)切削液的影响 低速切削时,切削液影响明显。高速切削时,由于切削液难于渗入切削区,故对粗糙度影响不明显。,干切削和使用切削液对粗糙度影响,3.3 已加工表面质量,3.3.3 残余应力,残余应力概念,未施加任何外力作用情况下,材料内部保持平衡而存在的应力。, 残余张(拉)应力 易使加工表面产生裂纹,降低零件疲劳强度。 残余压应力 有利于提高零件疲劳强度。,3.3 已加工表面质量,残余拉应力会降低零件的疲劳强度;残余压应力有时却能提高零件的疲劳强度。各部分的残余应力分布不均会使工件发生变形,影响工件的形状和尺寸精度。, 热塑变形效应:加工后表层收缩多,里层收缩少,表层张应力,
19、里层压应力。 里层金属弹性恢复:若里层金属产生压缩变形,则弹性恢复后表层得到压应力,里层为张应力。 表层金属相变:影响复杂,若切削区温度超过相变温度,则珠光体受热转变成奥氏体,冷却后又转变成马氏体,体积膨胀,表层产生压应力。 实际应力状态是上述各因素影响的综合结果。,残余应力产生原因, 控制切削过程:尽可能减小残余应力。 时效处理:最大限度减小残余应力。 残余压应力的利用:采用滚压、喷丸等方法。,3.3 已加工表面质量,3.3.4 加工硬化,加工硬化概念及原因,已加工表面表层金属硬度高于里层金属硬度的现象。加工硬化是在第变形区内产生的物理现象。,切削刃不可能绝对锋利,当用钝圆弧切削刃或很小后角
20、的刀具切削时,在挤压和摩擦作用下,使已加工表面内金属晶粒产生扭曲、破碎,经过严重塑性变形而使表面层硬度升高。, 硬化程度,式中 H 硬化层显微硬度(HV); H0 基体层显微硬度(HV)。, 硬化层深度,指硬化层深入基体的距离hi(m),3.3 已加工表面质量, 减小切削变形:提高切速,加大前角,减小刃口半径等 减小摩擦:如加大后角,提高刀具刃磨质量等 进行适当的热处理,距表面深度,HV,H,0,hi,H0,图3-6 加工硬化与表面深度的关系,3.3 已加工表面质量,刀具几何参数:包括刃形、刃区形式、刀面形式及参数、几何角度等内容。,3.4 刀具几何参数的合理选择,3.4.1 前角的功用和选择
21、,1. 前角的作用 前角增大使切削刃锋利,切屑流出阻力小、摩擦力小,切削变形小,因此,切削力和切削功率小,切削温度低,刀具磨损小,加工表面质量高。但前角过大,使刀具的刚度和强度变差,散热体积小,刀具寿命低。故应根据加工条件选择合理前角。,2. 前角选择原则 (1)根据被加工材料选择 加工塑性材料、软材料时前角大些;加工脆性材料、硬材料时前角小些。 (2)根据加工要求选择 精加工的前角较大;粗加工和断续切削的前角较小。 (3)根据刀具材料选择 高速钢刀具选取较大前角;硬质合金刀具则取较小前角;陶瓷刀具前角更小。,3.4 刀具几何参数的合理选择,3.4.2 后角的功用和选择,1. 后角的功用 后角
22、主要影响刀具后面与已加工表面的摩擦。增大后角,摩擦减小,故已加工表面质量高;过大后角使切削刃强度降低。散热条件差,刀具寿命低。如图所示,在相同磨钝标准VB下,大的后角对加工精度影响大,应进行切深补偿。,3.4 刀具几何参数的合理选择,刀具后角与磨损量的关系,后角重磨后对加工精度的影响,2. 后角的选择原则 选择后角的原则是:在摩擦不严重的情况下,选取较小后角,具体考虑加工条件为: (1)根据加工精度选择 在精加工时以保证加工表面质量为主,一般o8 12 ;在粗加工以确保刀具强度为主,可在6 8 范围内选取。 (2)根据加工材料选择 加工塑性材料、软材料时,后角取较大值;加工脆性材料、硬材料时,
23、后角取较小值。 负后角的选择原则与后角相同。,3.4 刀具几何参数的合理选择,1. 主偏角kr的功用与选择 (1)主偏角的功用 减小kr可提高刀具强度,散热条件好,粗糙度小。由图可知,减小主偏角可提高刀具寿命。 增大主偏角,使背向力减小,切削平稳。大的主偏角使切削厚度增大,断屑性能好,是控制断屑的一个重要措施。,3.4.3 主偏角、副偏角的功用与选择,主偏角与刀具寿命的关系,3.4 刀具几何参数的合理选择,(2)选择原则 根据工件材料选择 在加工强度高、硬度高的材料时,为提高刀具寿命,选取较小主偏角。 根据加工工艺系统刚度选择 在工艺系统刚性不足的情况下,为减小切削力,选取较大的主偏角。 根据
24、加工表面形状要求选择 根据加工表面形状选取,如车台阶轴取kr90,车外圆又车端面取kr45、镗盲孔取kr90。,3.4 刀具几何参数的合理选择,主偏角kr、副偏角kr选用值,2.负偏角kr的选择 副偏角影响加工表面粗糙度和刀具强度。通常在不产生摩擦和振动条件下应选取较小的副偏角。下表为不同加工条件时的主、副偏角值。,3.4 刀具几何参数的合理选择,刃倾角s主要影响切屑的流向、切削刃锋利程度和刀具强度。 刃倾角s的选择原则:主要根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。 精加工s 0+5;粗车时,s0-5 刃倾角的具体数值可参考下表选择。,刃倾角s数值的选用表,3.4.4 刃倾角功用与选择,3.4
25、刀具几何参数的合理选择,刀尖的修磨形式有3种:修圆刀尖、倒角刀尖和倒角带修光刃刀尖。,3.4.5 过渡刃(刀尖形状)的功用与选择,刀尖修磨形式 a)修圆刀尖 b)倒角刀尖 c)倒角带修光刃,3.4 刀具几何参数的合理选择,过渡刃的选择原则:普通切削刀具常磨出较小圆弧过渡刃,以增加刀尖强度和提高寿命。随着工件强度和硬度提高,切削用量增大,则过渡刃尺寸可相应加大,一般可取过渡刃偏角kr1/2 kr,宽度b0.52mm或取圆弧半径r0.53mm。,刀尖圆弧半径对刀具寿命的影响 a)刀尖圆弧半径与刀尖寿命的关系 b)圆弧半径与刀尖磨损的关系,3.4 刀具几何参数的合理选择,刃口修磨形式如图所示。,3.
26、4.6 刃口(刃区形式)的功用与选择,刃口修磨形式 a) 锋刃 b)修圆 c)负倒棱 d)平棱 e)负后角倒棱,3.4 刀具几何参数的合理选择,下图为刃口修磨对刀具寿命的影响曲线,修磨量越大,刀具允许冲击次数越多,即刀具疲劳寿命越长。但过大的刃口修磨量使切削力增加而容易引起振动。,刃口修磨对刀尖寿命影响,3.4 刀具几何参数的合理选择,3.5.1 切削用量选择原则,3.5 切削用量的合理选择,切削用量的选择,对生产率、加工成本和加工质量均有重要影响。约束切削用量选择的主要条件有:工件的加工要求,包括加工质量要求和生产效率要求;刀具材料的切削性能;机床性能,包括动力特性(功率、扭矩)和运动特性;
27、刀具使用寿命要求。,3.5 切削用量的合理选择,选择切削用量的基本原则:首先选取尽可能大的背吃刀量;其次根据机床进给机构强度、刀杆刚度等限制条件(粗加工时),已加工表面粗糙度要求(精加工时),选取尽可能大的进给量f;最后根据“切削用量手册”查取或根据车削速度公式: 计算确定切削速度。,3.5 切削用量的合理选择,根据不同的加工条件和加工要求,又考虑到切削用量各参数对切削过程规律的不同影响,故切削用量参数 ap、 f 和vc增大的次序和程度应有所区别。可以从以下几个主要方面分析:,(1)生产效率 (2)机床功率 (3)刀具寿命 (4)表面粗糙度,(1) 生产效率,(2) 机床功率,切削用量ap、
28、f和vc增大,切削时间减小。一般情况下尽量优先增大ap ,以求一次进刀全部切除加工余量。,当背吃刀量ap和切削速度vc增大时,均使切削功率成正比增加。此外,增大背吃刀量ap 、使切削力增加多,而增大进给量f使切削力增加较少、消耗功率也较少。所以,在粗加工时,应尽量增大进给量f是合理的。,3.5 切削用量的合理选择,3.5 切削用量的合理选择,(3) 刀具使用寿命,在切削用量参数中,对刀具耐用度影响最大的是切削速度vc,其次是进给量f,影响最小的是背吃刀量ap,优先增大背吃刀量ap不只是达到高的生产率,相对vc与f来说对发挥刀具切削性能、降低加工成本也是有利的。,综上所述,合理选择切削用量,应该
29、首先选择一个尽量大的背吃刀量ap,其次选择一个大的进给量f,最后根据已确定的ap和f,并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度vc。,这是在半精加工、精加工时确定切削用量应考虑的主要原则。在较理想的条件下,提高切削速度vc,能降低表面粗糙度值。而在一般的条件下,提高背吃刀量ap对切削过程产生的积屑瘤、鳞刺、冷硬和残余应力的影响并不显著,故提高背吃刀量对表面粗糙度影响较小。所以,加工表面粗糙度主要限制的是进给量f的提高。,(4)表面粗糙度,3.5 切削用量的合理选择,3.5.2 切削用量选择方法,(1) 粗车时切削用量的选择 背吃刀量ap 根据加工余量多少而定。除留给下道工序的余
30、量外,其余的粗车余量尽可能一次切除,例如在纵车外圆时: 当粗车余量太大或加工的工艺系统刚性较差时,则加工余量分两次或数次走刀后切除。通常使: 第一次走刀的背吃刀量apl为: 第二次走刀的背吃刀量ap2为:,3.5 切削用量的合理选择,进给量f,当背吃刀量ap确定后,再选出进给量f就能计算切削力。该力作用在工件、机床和刀具上,也就是说,应该在不损坏刀具的刀片和刀杆,不超出机床进给机构强度,不顶弯工件和不产生振动等条件下,选取一个最大的进给量f值。或者利用确定的ap和f求出主切削力Fz来校验刀片和刀杆的强度;根据计算出的切深抗力Fy来校验工件的刚性;根据计算的进给抗力Fx来校验机床进给机构薄弱环节
31、的强度等。 按上述原则可利用计算的方法或查手册资料来确定进给量f 的值。下表为硬质合金车刀和高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量f 值。,3.5 切削用量的合理选择,注:有冲击时,进给量应减小20。,硬质合金车刀及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量,3.5 切削用量的合理选择,在背吃刀量ap和进给量f选定后,再根据规定达到的合理耐用度值,就可确定切削速度vc。刀具耐用度T所允许的切削速度vT应为: 除了用计算方法外,生产中经常按实际经验和有关手册资料选取切削速度。,3.5 切削用量的合理选择,在粗车时切削用量还受机床功率的限制。因此,选定了切削用量后,尚需校验机床功率是否足够,应满足: 机床功率
32、允许的切削速度为: 上式 PE机床电动机功率; Fz主切削力; 机床传动效率。,校验机床功率,3.5 切削用量的合理选择,背吃刀量ap 半精车的余量较小,约12mm左右。精车余量更小。 ap原则上取一次切除的余量数。但当使用硬质合金时,考虑到刀尖圆弧半径与刃口圆弧半径的挤压和摩擦作用,背吃刀量不宜过小,一般大于0.5mm。,(2)半精车、精车切削用量选择,切削速度vc 半精车、精车的背吃刀量和进给量较小,切削力对工艺系统强度和刚性影响较小,消耗功率较少,故切削速度主要受刀具耐用度限制。切削速度可利用公式或资料确定。,进给量f 半精车和精车的背吃刀量较小,产生的切削力不大,增大进给量对加工工艺系
33、统的强度和刚性影响较小,所以,进给量主要受到表面粗糙度的限制。已知切削速度(预先假设)和刀尖圆弧半径时,根据加工要求达到的表面粗糙度可以利用计算的方法或手册资料确定进给量。,3.5 切削用量的合理选择,(4-3),(4-4),1)以最小生产成本为优化目标使工序成本为最小,2)以最大利润为优化目标使单位成本金属去除率最大,3.6 切削用量优化,CprMtm+MtlMtc Ct, 约束条件:指设计变量的取值范围,(4-5),1)机床结构参数限制,2)加工表面粗糙度限制,(4-6),式中 Ra 表面粗糙度(m); r 刀尖圆弧半径(mm)。,3)机床功率的限制,(4-7),式中各符号含义同前。,3.6 切削用量优化,即函数求极值的方法。不能考虑约束条件,只适于处理简单问题。,(4-8),可利用设置惩罚函数,将约束优化问题转化为无约束优化问题处理。惩罚函数的表达式:,式中 P 惩罚函数; f(x) 原目标函数; Mp 惩罚因子(一个很大的数);, 惩罚项;,3.6 切削用量优化, 寻优过程示意图(采用田川法 + 局部寻优),fmin,fmax,vmin,vmax,PPmax,3.5 切削用量优化,
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