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数控加工工艺参数探析
摘要：针对目前数控加工工艺参数选择的不确定性，以实验室现有的数控加工设备，研究铣削加工过程中主要参数变化对加工质量的影响，为数控加工工艺参数的合理、有效选择提供有益的指导。
关键词：工艺参数；加工质量；合理选择
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1672—545X（2007）02— —
Abstract: Cause the indetermination of selective Numerical Control processing technological parameter currently, in order to research the influence that the change of the milling processing mainly parameter upon the processing quality by the ready-made CNC of laboratory and direct the Numerical Control processing technological parameter reasonable effective selection.
Keywords: Numerical Control processing, technological parameter, processing quality, reasonable selection
一、前言
我国数控技术的发展已日趋成熟，但数控加工工艺参数选择的不确定性，使加工工艺参数的选择成为困扰数控加工的一个大问题。在实际的数控加工过程中切削工艺参数的严重缺乏，一方面极大的制约了数控铣床性能的充分发挥；另一方面，由于工艺参数使用不当等原因，导致机床精度的降低和刀具、机床结构等的严重损坏。由于数控机床识别和处理切削过程中不可预知的、模糊和不确定性情况的能力较低，为避免或减少可能出现的异常，在实际加工时一般都选用较保守的切削工艺参数，这不利于充分发挥数控机床的加工潜力和提高切削效率，因此，切削工艺参数的合理选择对加工效率的提高和加工成本的降低具有实际意义。
二、实验研究
加工工艺参数主要指的是：进给速度、主轴转速及切削深度（背吃刀量）等切削用量。
工艺人员在选择工艺参数时必须根据不同的加工要求和加工方法，确定每道工序的切削用量，以保证零件加工精度和表面粗糙度达到加工要求；保证零件加工精度和表面粗糙度；充分发挥刀具切削性能, 保证合理的刀具耐用度；充分发挥机床的性能；最大限度提高生产率、降低成本。然而，目前大多数工厂在生产中只能凭借经验或参考切削用量手册来选择切削用量，这往往达不到切削参数的最优化。对于没有经验的新手来说，更是困难重重。现在利用实验的方法，研究铣削加工过程中主要参数变化对加工质量的影响，运用现代切削理论分析、寻求切削参数的最优组合，为数控加工工艺参数的合理、有效选择提供有益的指导。
笔者通过大量的试验和工作经验的积累，对数控铣削过程所牵涉到的主要参数：主轴转速、进给量及进给速度进行了较深入的研究，结合国内外的最新研究成果，得出了以下结果：（设备：XK5020立式铣床、工件材料45、Φ12立铣刀、铣削深度2mm、铣削宽度10mm）
表1
主轴转速(r/min) 进给速度
（mm/min） 表面粗糙度
（µm） 进给速度
（mm/min） 表面粗糙度
（µm）
620 10 2.1 100 5.0
20 2.5 110 5.1
30 3.2 120 5.3
40 3.5 150 5.7
50 3.7 180 6.0
60 4.0 210 6.4
70 4.2 240 6.8
80 4.6 270 7.2
90 4.7 300 7.5
1250 20 2.3 140 3.7
40 2.5 160 4.0
60 2.7 180 4.4
80 3.0 200 4.7
100 3.1 250 5.1
120 3.3 300 5.7
表2
进给速度
(r/min) 主轴转速(mm) 表面粗糙度
（µm） 主轴转速(mm) 表面粗糙度
（µm）
50 55 8.2 440 3.3
50 78 7.4 620 3.4
50 110 6.2 880 3.8
50 155 5.2 1250 4.0
50 220 4.3 1750 4.1
50 315 3.9
表3
进给速度（mm/min） 每齿进给量(mm) 表面粗糙度（µm）
50 0.01 2.5
50 0.02 2.7
50 0.03 2.8
50 0.04 3.1
50 0.05 3.2
50 0.06 3.5
50 0.07 3.6
由实验结果可以看出：
(1)表面粗糙度随进给速度的增加而降低。精加工时, 进给速度一般按表面粗糙度的要求选择。表面粗糙度小时, 应选较小的进给速度，一般在40～50mm/min范围内选取；粗加工时，在工件质量要求能够得到保证的情况下，为提高生产率，可选择较高的铣削速度，一般在100～200mm/min范围内选取。
(2) 表面粗糙度随主轴转速的提高而降低。主轴转速应根据允许的切削速度以及刀具直径来选择。主轴转速与切削速度的关系如下: v =πDn/ 1000
式中： v 为切削速度(m/ min)，由刀具的耐用度决定 ；n 为主轴转速(r/ min) ，编程时用S 代码表示；D —刀具直径(mm)。计算的主轴转速n 最后要根据机床说明书选取机床有的转速，一般情况下，主轴转速在200～300 r/ min 之间选择。
(3) 表面粗糙度数值随每齿进给量f 的减少而降低，但刀具容易磨损。f在0.06～0.08之间最佳。铣削深度对粗糙度也有很大的影响，粗加工时在3～5mm之间最好，精加工时在0.3mm为宜。
当工件、刀具、机床参数都确定后,影响生产效率和加工质量的主要因素为切削速度、进给量、切削深度和切削宽度等，在这些要素中影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。
由实验结果分析, 在满足生产率, 又符合表面粗糙度要求(1.6 μm ) 的铣削工艺参数数据在每齿进给量0.04～0.055 mm 、主轴转速1000r/min和铣削速度40～ 45mm/min 之间。
三、数控工艺参数的选择
1.切削速度的选取
切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但不可避免刀具产生高热现象，影响刀具的寿命。若切削速度过小，则切削时间会加长，效率低，刀具无法发挥其功能；决定切削速度的因素很多，概括起来有：
(1)刀具材料。刀具材料是影响切削速度的最主要因素。刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。高碳钢刀具的切削速度约为5m/min，高速钢刀具的切削速度约为20m/min，硬质合金刀具的切削速度约为80m/min，涂层硬质合金刀具的切削速度约为200m/min，陶瓷刀具的切削速度可高达1000m/min。
(2)工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度，同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时，切削速度可以提高。
表4
工件材料 刀具材料 硬度 耐热度（℃） 切削速度（m/mim）
45号钢 高速钢 HRC66～70 600～645 30
硬质合金 HRA90～92 800～1000 100～150
淬火钢 硬质合金 HRA90～92 800～1000 30～50
陶瓷 HRA93～94.5 1200 60～120
PCBN HV8000～9000 1400～1500 100～200
有色金属 高速钢 HRC66～70 600～645 50～80
硬质合金 HRA90～92 800～1000 120～140
PCD HV9000～10000 700～800 500～1000
2.切削深度的选取
切削深度要根据机床、工件和刀具的刚度来决定，主要受机床刚度的制约。在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可
关键词：工艺参数；加工质量；合理选择
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1672—545X（2007）02— —
Abstract: Cause the indetermination of selective Numerical Control processing technological parameter currently, in order to research the influence that the change of the milling processing mainly parameter upon the processing quality by the ready-made CNC of laboratory and direct the Numerical Control processing technological parameter reasonable effective selection.
Keywords: Numerical Control processing, technological parameter, processing quality, reasonable selection
一、前言
我国数控技术的发展已日趋成熟，但数控加工工艺参数选择的不确定性，使加工工艺参数的选择成为困扰数控加工的一个大问题。在实际的数控加工过程中切削工艺参数的严重缺乏，一方面极大的制约了数控铣床性能的充分发挥；另一方面，由于工艺参数使用不当等原因，导致机床精度的降低和刀具、机床结构等的严重损坏。由于数控机床识别和处理切削过程中不可预知的、模糊和不确定性情况的能力较低，为避免或减少可能出现的异常，在实际加工时一般都选用较保守的切削工艺参数，这不利于充分发挥数控机床的加工潜力和提高切削效率，因此，切削工艺参数的合理选择对加工效率的提高和加工成本的降低具有实际意义。
二、实验研究
加工工艺参数主要指的是：进给速度、主轴转速及切削深度（背吃刀量）等切削用量。
工艺人员在选择工艺参数时必须根据不同的加工要求和加工方法，确定每道工序的切削用量，以保证零件加工精度和表面粗糙度达到加工要求；保证零件加工精度和表面粗糙度；充分发挥刀具切削性能, 保证合理的刀具耐用度；充分发挥机床的性能；最大限度提高生产率、降低成本。然而，目前大多数工厂在生产中只能凭借经验或参考切削用量手册来选择切削用量，这往往达不到切削参数的最优化。对于没有经验的新手来说，更是困难重重。现在利用实验的方法，研究铣削加工过程中主要参数变化对加工质量的影响，运用现代切削理论分析、寻求切削参数的最优组合，为数控加工工艺参数的合理、有效选择提供有益的指导。
笔者通过大量的试验和工作经验的积累，对数控铣削过程所牵涉到的主要参数：主轴转速、进给量及进给速度进行了较深入的研究，结合国内外的最新研究成果，得出了以下结果：（设备：XK5020立式铣床、工件材料45、Φ12立铣刀、铣削深度2mm、铣削宽度10mm）
表1
主轴转速(r/min) 进给速度
（mm/min） 表面粗糙度
（µm） 进给速度
（mm/min） 表面粗糙度
（µm）
620 10 2.1 100 5.0
20 2.5 110 5.1
30 3.2 120 5.3
40 3.5 150 5.7
50 3.7 180 6.0
60 4.0 210 6.4
70 4.2 240 6.8
80 4.6 270 7.2
90 4.7 300 7.5
1250 20 2.3 140 3.7
40 2.5 160 4.0
60 2.7 180 4.4
80 3.0 200 4.7
100 3.1 250 5.1
120 3.3 300 5.7
表2
进给速度
(r/min) 主轴转速(mm) 表面粗糙度
（µm） 主轴转速(mm) 表面粗糙度
（µm）
50 55 8.2 440 3.3
50 78 7.4 620 3.4
50 110 6.2 880 3.8
50 155 5.2 1250 4.0
50 220 4.3 1750 4.1
50 315 3.9
表3
进给速度（mm/min） 每齿进给量(mm) 表面粗糙度（µm）
50 0.01 2.5
50 0.02 2.7
50 0.03 2.8
50 0.04 3.1
50 0.05 3.2
50 0.06 3.5
50 0.07 3.6
由实验结果可以看出：
(1)表面粗糙度随进给速度的增加而降低。精加工时, 进给速度一般按表面粗糙度的要求选择。表面粗糙度小时, 应选较小的进给速度，一般在40～50mm/min范围内选取；粗加工时，在工件质量要求能够得到保证的情况下，为提高生产率，可选择较高的铣削速度，一般在100～200mm/min范围内选取。
(2) 表面粗糙度随主轴转速的提高而降低。主轴转速应根据允许的切削速度以及刀具直径来选择。主轴转速与切削速度的关系如下: v =πDn/ 1000
式中： v 为切削速度(m/ min)，由刀具的耐用度决定 ；n 为主轴转速(r/ min) ，编程时用S 代码表示；D —刀具直径(mm)。计算的主轴转速n 最后要根据机床说明书选取机床有的转速，一般情况下，主轴转速在200～300 r/ min 之间选择。
(3) 表面粗糙度数值随每齿进给量f 的减少而降低，但刀具容易磨损。f在0.06～0.08之间最佳。铣削深度对粗糙度也有很大的影响，粗加工时在3～5mm之间最好，精加工时在0.3mm为宜。
当工件、刀具、机床参数都确定后,影响生产效率和加工质量的主要因素为切削速度、进给量、切削深度和切削宽度等，在这些要素中影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。
由实验结果分析, 在满足生产率, 又符合表面粗糙度要求(1.6 μm ) 的铣削工艺参数数据在每齿进给量0.04～0.055 mm 、主轴转速1000r/min和铣削速度40～ 45mm/min 之间。
三、数控工艺参数的选择
1.切削速度的选取
切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但不可避免刀具产生高热现象，影响刀具的寿命。若切削速度过小，则切削时间会加长，效率低，刀具无法发挥其功能；决定切削速度的因素很多，概括起来有：
(1)刀具材料。刀具材料是影响切削速度的最主要因素。刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。高碳钢刀具的切削速度约为5m/min，高速钢刀具的切削速度约为20m/min，硬质合金刀具的切削速度约为80m/min，涂层硬质合金刀具的切削速度约为200m/min，陶瓷刀具的切削速度可高达1000m/min。
(2)工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度，同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时，切削速度可以提高。
表4
工件材料 刀具材料 硬度 耐热度（℃） 切削速度（m/mim）
45号钢 高速钢 HRC66～70 600～645 30
硬质合金 HRA90～92 800～1000 100～150
淬火钢 硬质合金 HRA90～92 800～1000 30～50
陶瓷 HRA93～94.5 1200 60～120
PCBN HV8000～9000 1400～1500 100～200
有色金属 高速钢 HRC66～70 600～645 50～80
硬质合金 HRA90～92 800～1000 120～140
PCD HV9000～10000 700～800 500～1000
2.切削深度的选取
切削深度要根据机床、工件和刀具的刚度来决定，主要受机床刚度的制约。在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可
