1 引言

     在切削加工中，切削速度v、切削深度ap、進給量f等切削參數的合理選擇對于保證加工質量、降低加工成本、提高生產效率具有重要意義。在機床、刀具、工件等工藝條件一定的情況下，切削參數的選擇具有一定的靈活性和能動性，如切削參數選擇適當，則可最大限度地發揮生產潛力。數控機床、柔性制造系統、計算機集成制造系統等先進制造技術的發展對切削參數選擇的科學性、合理性、準確性提出了更高要求。但目前不少工廠在切削加工中仍采用憑經驗選擇切削參數的粗放方式，不能適應現代切削加工的要求。為此，我們研制了一種可對常用金屬切削加工方法的切削參數進行自動計算和選擇的智能切削參數選擇儀。 

2 切削參數選擇原理

     常用的金屬切削加工方法主要包括車削、鉆削、端面銑削、立式銑削等。主要切削參數包括切削速度v、轉速n、切削深度ap、進給量f、切削功率Pm、加工工時等。下面以車削加工為例，介紹各切削參數的選擇原理。 

表1 鏜孔時L/H值對應的進給量修正系數Kt L/H值 <1 1.5 2 2.5 3 
修正系數Kt 0.7 0.6 0.4 0.3 0.24  

 
表2 已加工表面粗糙度Ra值對應的進給量修正系數Ka Ra值（?m） >6.3 3.2 1.6 
修正系數Ka  1 0.8 0.6  

 
      進給量f 

      粗車進給量的選擇主要受刀桿強度、機床進給機構強度以及工藝系統（機床—刀具—工件）剛性的制約。智能切削參數選擇儀可根據刀桿尺寸、工件直徑和切削深度計算出用硬質合金車刀粗車、半精車碳素鋼、合金鋼、不銹鋼時的合理進給量。 

      鏜孔進給量按粗鏜和半精鏜選取，但應根據刀頭伸出長度L 與刀桿高度H 的比值對進給量乘以相應的修正系數Kt。 

      精車進給量的主要選擇依據是已加工表面粗糙度Ra值。但是，根據Ra值和刀尖圓弧半徑r計算得出的理論進給量與實際加工差異較大，這是因為實際決定精車加工表面粗糙度的工藝因素很多，目前很難對其進行精確計算。設計切削參數選擇儀時，精車進給量的選擇方法是根據要求的表面粗糙度Ra值，對進給量下限值乘以相應的修正系數Ka。 

     切削速度v  

     選用硬質合金車刀車削時，計算切削速度v（m/min）的典型數學模型為  

     v = Cv/TmfbapcHBd

     式中：T——刀具壽命，刀具經濟壽命取T=60min，刀具最大生產率壽命取T = 30min 

     HB——工件材料的布氏硬度 

     該數學模型中的系數值Cv和指數值m，b，c，d可根據工藝系統切削試驗并經過生產驗證獲得。 

  
     切削力和切削功率 

     車削鋼件時，計算主切削力Fz（N）的數學模型為 

Fz=Cfapxfy（HB/200）0.35

     車削鑄鐵件時，計算主切削力Fz（N）的數學模型為 

Fz=Cfapxfy（HB/190）0.40

     數學模型中的系數值Cf和指數值x，y 可通過工藝系統切削試驗及生產驗證獲得。 

     車削工件時，計算切削功率Pm（kW）的數學模型為 

Pm=Fzv/60×103

3 軟、硬件設計與使用功能

     智能切削參數選擇儀的軟件采用C語言編制，然后用C51語言固化到選擇儀上。圖1所示為用于車削加工參數選擇的軟件流程圖。硬件系統的設計采用以8031芯片為核心的單片機系統，具有使用簡單、編程方便的特點。 

      智能切削參數選擇儀工作時，接通電源后按清零鍵對屏幕清零，然后按不同的鍵選擇車削、鉆削、面銑、立銑等不同加工方式，從而選擇不同的切削參數。屏幕上共有8位“8”字顯示數碼管，計算結果可精確到小數點后3位。 

     選擇儀對不同的工件材料及刀具材料進行了分類編號，使用時只需輸入相應編號即可。 

      各類加工方式的輸入數據為（以車削為例）：工件材料（wm），工件硬度（HB），工件長度（len），工件直徑（diam），表面粗糙度（Ra），刀具材料（tm），刀具耐用度（T），切削深度（ap），刀桿剛度（BH）。各類加工方式的輸出數據為：切削速度（v-m/s），進給量（f-mm/r），轉速（r/min），切削功率（pm-w），工時（time-hour）。 

4 結語

      智能切削參數選擇儀的應用可使確定切削參數時擺脫查閱手冊、經驗估計等傳統方式，保證了切削參數選擇的科學性和合理性，對于提高切削效率、保證切削質量、降低切削成本具有實用價值。