智能切削参数选择仪

1 引言

在切削加工中，切削速度v、切削深度ap、进给量f等切削参数的合理选择对于保证加工质量、降低加工成本、提高生产效率具有重要意义。在机床、刀具、工件等工艺条件一定的情况下，切削参数的选择具有一定的灵活性和能动性，如切削参数选择适当，则可最大限度地发挥生产潜力。数控机床、柔性制造系统、计算机集成制造系统等先进制造技术的发展对切削参数选择的科学性、合理性、准确性提出了更高要求。但目前不少工厂在切削加工中仍采用凭经验选择切削参数的粗放方式，不能适应现代切削加工的要求。为此，我们研制了一种可对常用金属切削加工方法的切削参数进行自动计算和选择的智能切削参数选择仪。

2 切削参数选择原理

常用的金属切削加工方法主要包括车削、钻削、端面铣削、立式铣削等。主要切削参数包括切削速度v、转速n、切削深度ap、进给量f、切削功率Pm、加工工时等。下面以车削加工为例，介绍各切削参数的选择原理。

表1 镗孔时L/H值对应的进给量修正系数Kt

进给量f

粗车进给量的选择主要受刀杆强度、机床进给机构强度以及工艺系统(机床—刀具—工件)刚性的制约。智能切削参数选择仪可根据刀杆尺寸、工件直径和切削深度计算出用硬质合金车刀粗车、半精车碳素钢、合金钢、不锈钢时的合理进给量。

表2 已加工表面粗糙度Ra值对应的进给量修正系数Ka

镗孔进给量按粗镗和半精镗选取，但应根据刀头伸出长度L 与刀杆高度H 的比值对进给量乘以相应的修正系数Kt(见表1)。

精车进给量的主要选择依据是已加工表面粗糙度Ra值。但是，根据Ra值和刀尖圆弧半径r计算得出的理论进给量与实际加工差异较大，这是因为实际决定精车加工表面粗糙度的工艺因素很多，目前很难对其进行精确计算。设计切削参数选择仪时，精车进给量的选择方法是根据要求的表面粗糙度Ra值，对进给量下限值乘以相应的修正系数Ka。

切削速度v

选用硬质合金车刀车削时，计算切削速度v(m/min)的典型数学模型为

v = Cv/TmfbapcHBd

式中：T——刀具寿命，刀具经济寿命取T=60min，刀具最大生产率寿命取T = 30min

HB——工件材料的布氏硬度

该数学模型中的系数值Cv和指数值m，b，c，d可根据工艺系统切削试验并经过生产验证获得。

切削力和切削功率

车削钢件时，计算主切削力Fz(N)的数学模型为

Fz=Cfapxfy(HB/200)0.35

车削铸铁件时，计算主切削力Fz(N)的数学模型为

Fz=Cfapxfy(HB/190)0.40

数学模型中的系数值Cf和指数值x，y 可通过工艺系统切削试验及生产验证获得。

车削工件时，计算切削功率Pm(kW)的数学模型为

Pm=Fzv/60×103

3 软、硬件设计与使用功能

智能切削参数选择仪的软件采用C语言编制，然后用C51语言固化到选择仪上。图1所示为用于车削加工参数选择的软件流程图。硬件系统的设计采用以8031芯片为核心的单片机系统，具有使用简单、编程方便的特点。

智能切削参数选择仪工作时，接通电源后按清零键对屏幕清零，然后按不同的键选择车削、钻削、面铣、立铣等不同加工方式，从而选择不同的切削参数。屏幕上共有8位“8”字显示数码管，计算结果可精确到小数点后3位。

选择仪对不同的工件材料及刀具材料进行了分类编号，使用时只需输入相应编号即可。

各类加工方式的输入数据为(以车削为例)：工件材料(wm)，工件硬度(HB)，工件长度(len)，工件直径(diam)，表面粗糙度(Ra)，刀具材料(tm)，刀具耐用度(T)，切削深度(ap)，刀杆刚度(BH)。各类加工方式的输出数据为：切削速度(v-m/s)，进给量(f-mm/r)，转速(r/min)，切削功率(pm-w)，工时(time-hour)。

4 结语

智能切削参数选择仪的应用可使确定切削参数时摆脱查阅手册、经验估计等传统方式，保证了切削参数选择的科学性和合理性，对于提高切削效率、保证切削质量、降低切削成本具有实用价值。