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如何优化铣削加工中的进给速度

  进给速度除直接影响加工效率之外,也是影响刀具寿命的关键因素之一。进给速度的计算公式如下:

  vf=n×zn×fz

  vf=工作台进给(mm/min)

  n=主轴转速(r/min)

  zn=齿数

  fz=每齿进给量(mm/tooth)

  从公式可以看出,对于给定的铣刀来说,齿数与主轴转速一定的情况下,每齿进给量fz就直接决定了进给速度的高低。

  如何给每齿进给量fz分配一个合理的数值?我们必须考虑最大切屑厚度hex和fz的关系,因为对于给定的铣刀来说,必定有一个合理的hex与其搭配,而hex与fz并不是简单的一一对应关系。

  下面我们以方肩立铣刀为例,从每齿进给量fz与hex的关系出发,来探讨延长刀具寿命,提高加工效率的途径。

  前一期我们已经提过:铣削是切削刃不断切入和切出工件的循环过程,铣刀采用通用(径向)进给时,所形成的切屑厚度是不断变化的(插铣/轴向进给形成恒定的切屑厚度),而切屑最厚处的厚度即hex。

  对于铣削来说,两个因素会影响hex与fz的关系。一个是切削(铣削)宽度ae与铣刀直径Dc的比值ae/Dc(切宽因子);另一个是铣刀的主偏角Kr。

  我们先来讨论ae/Dc对fz的影响。针对不同的ae/Dc,可以大致分为下列三种情况:

  (1)满槽铣削:切削到中心处时,切屑厚度和每齿进给量相等,此时,hex=fz,大多数可转位刀片的最小hex值应为0.1mm。

  (2)ae/Dc>50%:ae/Dc=70%是面铣刀的推荐切削状态。刀片切入时,切屑厚度接近每齿进给量(0.9×fz),刀片直接切入工件,避免了摩擦的产生。不仅能够保证刀片的寿命,而且可以兼顾效率。

  (3)ae/Dc<50%:此时,最大切屑厚度(hex)在切入的位置,最大切屑厚度hex小于每齿进给量fz,刀具中心的进给是fz=0.1mm,真正的最大切屑厚度小于0.1mm。

  比较(2)和(3)可见,因为ae/Dc的不同,相同的每齿进给量fz并不能带来相同的最大切屑厚度hex。针对ae/Dc远小于50%的情况,必须相应的增大fz,才能获得合理的hex值。

  我们希望hex达到0.1mm,而在ae/Dc远小于50%时,如果进给量还是fz=0.1mm,此时的hex将肯定离0.1mm相差较远。通过提高刀具的每齿进给量fz可以解决此问题。

  因此,我们在本文开头提到的进给速度计算公式就应该做相应的修改,以获得合理的效率和刀具寿命:

  vf=n×zn×(hex×修正系数1)

  ae/Dc小于25%时,应该修正进给来获得最佳切屑厚度。

  当采用三面刃铣刀铣槽,或者立铣刀精铣侧壁时,因为ae/Dc较小,此时必须调整fz,才能获得合理的hex。

  另一影响因素是铣刀的主偏角Kr,当主偏角小于90°时,最大切屑厚度hex就会小于每齿进给量fz,为了获得合理的hex值,必须相应地提高fz。因此进给公式需要再乘以另一个修正系数2才能获得正确的fz:

  vf=n×zn×(hex×修正系数2)

  本文开头提到的进给速度计算公式经过两次修正,最终公式如下

  vf=n×zn×(hex×修正系数1×修正系数2)

  优化加工过程,既包括切削路径的优化,也包括切削参数的优化,优化切削参数的目的就是获得合理的最大切屑厚度hex,这也是铣刀能否正常工作的关键。

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