论文部分内容阅读
摘要:本文主要论述切削速度对金属切削加工的质量、生产效率、生产成本的影响以及一些常见加工情况的选择。
关键词:切削速度；切削加
切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动方向的速度。与工件（或刀具）选定点的旋转直径（通常取最大直径）和主轴转速成正比，是切削用量三要素之一，在三要素中对切削加工影响最大的参数。对保证金属切削加工的顺利进行、保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本都有非常重要的意义。
首先是影响加工质量。金属切削加工的质量体现在尺寸精度、表面粗糙度和形状位置精度。切削速度对加工质量的影响主要是影响工件的表面粗糙度。因为当用中等切削速度（15~20mm/min）切削塑性金属（特别是钢料）时很容易形成积屑瘤，由于积屑瘤是不稳定的，它时长时灭、时大时小，在这一过程中，一部分被切屑带走，另一部分会嵌入工件的已加工表面，使表面产生硬点和毛刺，增大了工件的表面粗糙度。由于它时长时灭、时大时小，所以也会影响尺寸精度。
其次是影响生产效率。衡量生产效率高低的指标之一是基本时间。如车外圆时的基本时间计算公式是tm=πAdl/1000vfap。由切削功率Pm＝Fzv，机床电机功率PE＝Pm/ηm，Fz＝2000fap，得tm=2πAdl/PEηm。因此可得当总切削量一定时，切削时间与电机功率成反比，当总切削量、电机功率、切削深度和进给量一定时，切削时间与切削速度成反比且有最大值。所以如果没有掌握切削速度与切削时间的关系，就会影响生产效率。
三是影响生产成本。零件的生产成本就切削加工环节而言主要是人工费、电费、厂地机床折旧费、刀具消耗等因素。其中人工费、电费相对固定。厂地机床折旧费与生产效率成反比，也就是生产效率越高成本越低（因为切削速度会影响生产效率）。刀具消耗的多少是受刀具耐用度的影响。刀具耐用度越高刀具消耗就越少，成本就越低。而在切削用量中，对刀具耐用度影响最大的是切削速度。切削速度对刀具耐用度的影响比较复杂，不是说切削速度越高或越低刀具耐用度就越好，而是要根据工件材料、刀具材料选择合理的切削速度才能提高刀具耐用度，降低生产成本。
四是安全生产。当切削速度选择不合理时会形成带状切屑或粒状切屑。带状切屑不易折断，容易缠绕工件或刀具，缠绕工件时会形成切屑飞溅，影响操作安全。缠绕刀具则会刀具散热条件，增大进给阻力，损坏刀具，影响生产。（同时也会加大表面粗糙度）。粒状切屑会产生飞溅，可能烫伤操作者，影响安全操作。
五、工件都有自振频率，工件转速与自振频率相近时，会加剧工件振动，影响生产。切削速度也会影响切削力。
由此可见，切削速度对切削加工的影响是广泛而深远的。而目前的情况是：大多数操作者对切削速度对加工的影响是有所了解，但不够全面和系统，没有把合理选择切削速度作为提高操作技术的重要突破口。本人就自己所掌握的知识谈谈自己的看法。
合理选择切削速度要根据工件材料、刀具材料、加工性质、切削液等方面综合考虑。常用的工件材料有45钢、灰铸铁、难加工材料（如不锈钢）；常用的刀具材料有高速钢、硬质合金（K类或钨钴类或YG类、P类或钨钛钴类或YT类、M类或钨钛钽(铌)钴类YW类）；加工性质分粗加工、半精加工、精加工；有无切削液。
下面就常见的加工情况的切削速度进行分析。
YT5粗加工45钢：以效率为主，兼顾经济性和加工成本，在确定切削深度和进给量之后，在保证合理刀具耐用度的前提下进行选择。粗车时的合理切削速度应在30~60 m/min。切削速度太高，刀具磨损加剧，刀具耐用度下降；切削速度太低，容易闷车，造成崩刀。若计算所得切削速度太高（如＞60 m/min），则要加切削液，以降低切削区域的温度，提高刀具耐用度，最高不能大于90 m/min；若计算所得切削速度太低（如＜30 m/min），则说明切削深度和进给量给的太大，要适当减小切削深度和进给量。
在确定切削深度和进给量之后，根据机床功率，切削速度有最大值为v＝PEηm /2000apf。若切削速度低于该值则不能充分发挥机床性能，使生产效率最大化，若切削速度高于该值则可能机床、电机超负荷，损坏机床。以CA6140车床为例，已知车床电动机功率为7.5kW。传动效率为0.8，切削60mm的钢轴时选择的切削深度为5mm，进给量为0.6mm/r时。经计算其最大切削速度v＝1m/s＝60m/min。其转速为n＝318r/min。车床主轴转速有250、320、400（r/min）档。合理的切削速度60m/min（或主轴转速320 r/min）,若选250 r/min则效率降低20%；若选400r/min则机床、电机超负荷，损坏机床。
YT30精加工45钢：以质量为主，兼顾生产效率和必要的刀具耐用度。精车时切削速度主要受刀具耐用度和已加工表面质量的限制。在保证刀具耐用度的前提下，切削速度通常应选用较高的切削速度（＞70 m/min），以避免积屑瘤的产生，保证表面粗糙度。例如CA6140车床的最高转速为1400 r/min。按70 m/min的切削速度，转速为1400 r/min时工件直径为15.9mm。也就是说在CA6140上如果要避免积屑瘤产生，保证表面粗糙度的最小直径为16mm。
YG8粗加工灰铸铁：以效率和刀具耐用度为主，兼顾经济性和加工成本。因为铸铁的强度和硬度低，其切削力只有45钢的1/2。如果用前面的切削速度计算公式进行计算，其值必然很大（按上述示例，结果v＝120 m/min）。但铸铁材料对刀具材料的磨粒磨损较明显，加上表面不规整和有硬皮，冲击力较明显，因此不能按切削速度计算公式进行计算，一般取中等偏低的切削速度（20~40 m/min）。
YG3精加工灰铸铁：以质量和刀具耐用度为主。由于精车时表面规整和没有硬皮，冲击力较小，因此切削速度要比粗车时高，一般取中等偏高的切削速度（40~70 m/min）。
YW1加工不锈钢：保证合理的刀具耐用度为主。由于不锈钢的韧性大，造成加工硬化现象严重、刀具磨损利害，刀具耐用度下降。切削速度一般为45钢的1/2，即粗车20~30 m/min，精车40~50 m/min。
高速钢粗加工45钢：主要用于低速车削螺纹粗车、钻孔等，以效率为主。因为高速钢的耐热性较差，因而切削速度较低，一般小于30 m/min，难以达到外圆粗车时所要求的切削速度，而低速车削螺纹要求的切削速度不高，可以满足其要求。所以多用于低速车削螺纹粗车。切削速度15~30 m/min，无切削液取下限，有切削液取上限。
高速钢精加工45钢：主要用于加工直径较小而精度要求较高工件包括精车螺纹。以质量为主。对于直径较小的工件的精车，为保证工件表面粗糙度必须避免积屑瘤的形成，若用硬质合金车刀，要求切削速度大于70 m/min，设直径为15mm，则主轴转速是1480r/min，超过CA6140车床转速的上限，不能满足要求，只能用高速钢车刀进行低速车削。切削速度小于5 m/min。
高速钢加工灰铸铁：主要用于钻孔、铰孔，钻孔考虑刀具耐用度，铰孔考虑表面粗糙度。虽然钻孔加工是粗加工，且铸铁材料强度、硬度都比45钢低，但铸铁材料对刀具材料的磨粒磨损较明显，因此切削速度比45钢要低，一般取10~20 m/min。由于铸铁材料不会形成积屑瘤，因此铰孔的切削速度取与钻孔相同。
若产生带状切屑，就切削速度因素而言一般是由于速度过高产生的，因此只能降低切削速度。
若产生振动，则要根据具体情况进行分析，如果已是较高的速度，则要降低；如果速度不高，则要提高速度。
值得注意的是有相当部分的操作者没有完全掌握切削速度与主轴转速之间的关系。总是把主轴转速当切削速度，这种习惯必须给予纠正，否则会对加工造成严重后果。
总之，金属切削加工机床操作者应对切削速度有足够的重视，以保证金属切削加工过程的顺利进行、保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本。
关键词:切削速度；切削加
切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动方向的速度。与工件（或刀具）选定点的旋转直径（通常取最大直径）和主轴转速成正比，是切削用量三要素之一，在三要素中对切削加工影响最大的参数。对保证金属切削加工的顺利进行、保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本都有非常重要的意义。
首先是影响加工质量。金属切削加工的质量体现在尺寸精度、表面粗糙度和形状位置精度。切削速度对加工质量的影响主要是影响工件的表面粗糙度。因为当用中等切削速度（15~20mm/min）切削塑性金属（特别是钢料）时很容易形成积屑瘤，由于积屑瘤是不稳定的，它时长时灭、时大时小，在这一过程中，一部分被切屑带走，另一部分会嵌入工件的已加工表面，使表面产生硬点和毛刺，增大了工件的表面粗糙度。由于它时长时灭、时大时小，所以也会影响尺寸精度。
其次是影响生产效率。衡量生产效率高低的指标之一是基本时间。如车外圆时的基本时间计算公式是tm=πAdl/1000vfap。由切削功率Pm＝Fzv，机床电机功率PE＝Pm/ηm，Fz＝2000fap，得tm=2πAdl/PEηm。因此可得当总切削量一定时，切削时间与电机功率成反比，当总切削量、电机功率、切削深度和进给量一定时，切削时间与切削速度成反比且有最大值。所以如果没有掌握切削速度与切削时间的关系，就会影响生产效率。
三是影响生产成本。零件的生产成本就切削加工环节而言主要是人工费、电费、厂地机床折旧费、刀具消耗等因素。其中人工费、电费相对固定。厂地机床折旧费与生产效率成反比，也就是生产效率越高成本越低（因为切削速度会影响生产效率）。刀具消耗的多少是受刀具耐用度的影响。刀具耐用度越高刀具消耗就越少，成本就越低。而在切削用量中，对刀具耐用度影响最大的是切削速度。切削速度对刀具耐用度的影响比较复杂，不是说切削速度越高或越低刀具耐用度就越好，而是要根据工件材料、刀具材料选择合理的切削速度才能提高刀具耐用度，降低生产成本。
四是安全生产。当切削速度选择不合理时会形成带状切屑或粒状切屑。带状切屑不易折断，容易缠绕工件或刀具，缠绕工件时会形成切屑飞溅，影响操作安全。缠绕刀具则会刀具散热条件，增大进给阻力，损坏刀具，影响生产。（同时也会加大表面粗糙度）。粒状切屑会产生飞溅，可能烫伤操作者，影响安全操作。
五、工件都有自振频率，工件转速与自振频率相近时，会加剧工件振动，影响生产。切削速度也会影响切削力。
由此可见，切削速度对切削加工的影响是广泛而深远的。而目前的情况是：大多数操作者对切削速度对加工的影响是有所了解，但不够全面和系统，没有把合理选择切削速度作为提高操作技术的重要突破口。本人就自己所掌握的知识谈谈自己的看法。
合理选择切削速度要根据工件材料、刀具材料、加工性质、切削液等方面综合考虑。常用的工件材料有45钢、灰铸铁、难加工材料（如不锈钢）；常用的刀具材料有高速钢、硬质合金（K类或钨钴类或YG类、P类或钨钛钴类或YT类、M类或钨钛钽(铌)钴类YW类）；加工性质分粗加工、半精加工、精加工；有无切削液。
下面就常见的加工情况的切削速度进行分析。
YT5粗加工45钢：以效率为主，兼顾经济性和加工成本，在确定切削深度和进给量之后，在保证合理刀具耐用度的前提下进行选择。粗车时的合理切削速度应在30~60 m/min。切削速度太高，刀具磨损加剧，刀具耐用度下降；切削速度太低，容易闷车，造成崩刀。若计算所得切削速度太高（如＞60 m/min），则要加切削液，以降低切削区域的温度，提高刀具耐用度，最高不能大于90 m/min；若计算所得切削速度太低（如＜30 m/min），则说明切削深度和进给量给的太大，要适当减小切削深度和进给量。
在确定切削深度和进给量之后，根据机床功率，切削速度有最大值为v＝PEηm /2000apf。若切削速度低于该值则不能充分发挥机床性能，使生产效率最大化，若切削速度高于该值则可能机床、电机超负荷，损坏机床。以CA6140车床为例，已知车床电动机功率为7.5kW。传动效率为0.8，切削60mm的钢轴时选择的切削深度为5mm，进给量为0.6mm/r时。经计算其最大切削速度v＝1m/s＝60m/min。其转速为n＝318r/min。车床主轴转速有250、320、400（r/min）档。合理的切削速度60m/min（或主轴转速320 r/min）,若选250 r/min则效率降低20%；若选400r/min则机床、电机超负荷，损坏机床。
YT30精加工45钢：以质量为主，兼顾生产效率和必要的刀具耐用度。精车时切削速度主要受刀具耐用度和已加工表面质量的限制。在保证刀具耐用度的前提下，切削速度通常应选用较高的切削速度（＞70 m/min），以避免积屑瘤的产生，保证表面粗糙度。例如CA6140车床的最高转速为1400 r/min。按70 m/min的切削速度，转速为1400 r/min时工件直径为15.9mm。也就是说在CA6140上如果要避免积屑瘤产生，保证表面粗糙度的最小直径为16mm。
YG8粗加工灰铸铁：以效率和刀具耐用度为主，兼顾经济性和加工成本。因为铸铁的强度和硬度低，其切削力只有45钢的1/2。如果用前面的切削速度计算公式进行计算，其值必然很大（按上述示例，结果v＝120 m/min）。但铸铁材料对刀具材料的磨粒磨损较明显，加上表面不规整和有硬皮，冲击力较明显，因此不能按切削速度计算公式进行计算，一般取中等偏低的切削速度（20~40 m/min）。
YG3精加工灰铸铁：以质量和刀具耐用度为主。由于精车时表面规整和没有硬皮，冲击力较小，因此切削速度要比粗车时高，一般取中等偏高的切削速度（40~70 m/min）。
YW1加工不锈钢：保证合理的刀具耐用度为主。由于不锈钢的韧性大，造成加工硬化现象严重、刀具磨损利害，刀具耐用度下降。切削速度一般为45钢的1/2，即粗车20~30 m/min，精车40~50 m/min。
高速钢粗加工45钢：主要用于低速车削螺纹粗车、钻孔等，以效率为主。因为高速钢的耐热性较差，因而切削速度较低，一般小于30 m/min，难以达到外圆粗车时所要求的切削速度，而低速车削螺纹要求的切削速度不高，可以满足其要求。所以多用于低速车削螺纹粗车。切削速度15~30 m/min，无切削液取下限，有切削液取上限。
高速钢精加工45钢：主要用于加工直径较小而精度要求较高工件包括精车螺纹。以质量为主。对于直径较小的工件的精车，为保证工件表面粗糙度必须避免积屑瘤的形成，若用硬质合金车刀，要求切削速度大于70 m/min，设直径为15mm，则主轴转速是1480r/min，超过CA6140车床转速的上限，不能满足要求，只能用高速钢车刀进行低速车削。切削速度小于5 m/min。
高速钢加工灰铸铁：主要用于钻孔、铰孔，钻孔考虑刀具耐用度，铰孔考虑表面粗糙度。虽然钻孔加工是粗加工，且铸铁材料强度、硬度都比45钢低，但铸铁材料对刀具材料的磨粒磨损较明显，因此切削速度比45钢要低，一般取10~20 m/min。由于铸铁材料不会形成积屑瘤，因此铰孔的切削速度取与钻孔相同。
若产生带状切屑，就切削速度因素而言一般是由于速度过高产生的，因此只能降低切削速度。
若产生振动，则要根据具体情况进行分析，如果已是较高的速度，则要降低；如果速度不高，则要提高速度。
值得注意的是有相当部分的操作者没有完全掌握切削速度与主轴转速之间的关系。总是把主轴转速当切削速度，这种习惯必须给予纠正，否则会对加工造成严重后果。
总之，金属切削加工机床操作者应对切削速度有足够的重视，以保证金属切削加工过程的顺利进行、保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本。