掌握数控加工中的切削深度：精确计算和控制

如果您确定 CNC 加工操作是完成工件所需的方法，那么您需要知道切削深度 (DOC) 是影响加工产品质量的 3 个最重要参数之一。

本文将帮助您了解加工中切削深度的含义、为什么需要控制它、切屑厚度和切削深度有什么区别以及如何计算。

在加工过程中，切削深度就是切削刀具进入工件并切穿工件以产生切屑的深度。在理想的切削过程中，当 CNC 切削刀具向左移动到工件表面内一定深度时，就会产生切屑。该深度称为切削深度或 DOC。如果您需要类似且简单的应用程序，您可以了解如何切割巧克力卷或巧克力刨花。

切削深度值以英寸或毫米为单位测量，通常在 0.1 到 1 毫米之间变化。

为什么需要控制加工中的切削深度？

切削深度对加工工艺有直接影响，例如：

• 工具尖端处热量上升；
• 刀具磨损率；
• 加工产品的强度；
• 加工表面的质量。

例如，在切削过程中，退火金属比冷加工金属更容易形成积屑瘤 (BUE)。 BUE 切屑类型由堆积在刀尖处的切屑层组成。因此，如果切削深度太深，未控制的积屑瘤也会对表面光洁度产生不利影响。

切削深度如何与其他加工因素相互作用？

切削深度是影响加工过程的独立因素之一，这意味着它是由操作者控制的。然而，切削深度与其他因素相互作用，影响工件的最终表面及其性能。

切削深度和冷却液

随着切削深度的减小，切屑曲率减小并且切屑变得卷曲。在这种情况下，当工具尖端热量上升时，您可能会认为添加冷却液会冷却该过程。

然而，添加数控冷却液会使切屑更加卷曲，减少刀具与切屑之间的接触，并将热量集中在刀具上，从而显着增加刀具磨损。在这种情况下，断屑器可能会很方便。

切削深度、前角和切削速度

另一个例子是加工热塑性塑料。热塑性塑料通常具有低导热率和低弹性模量。这意味着它们在加工过程中受到刀尖热波动的影响很大。切削深度、前角和切削速度都必须相互调整，以避免温度升高以及在刀尖处形成粘性切屑。

还值得注意的是，切削深度与切削速度和进给一起是影响刀具寿命的三大参数之一。

如何计算切割深度？

当需要计算切削深度时，不同变量之间存在定量关系的重要性是显而易见的，为什么刀具温度会很高？为什么表面光洁度差？刀具为何磨损快？还有更多。

为了计算切削深度，您需要指定以下参数：

• 加工工艺是什么（铣削、车削等）
• 工件材质
• 工具提示属性
• 机器功能
• 所需的表面光洁度和公差

车削过程中的切削深度

在数控车削中，工件旋转，同时刀具沿着工件的长度移动，去除一层材料。切削深度可以与进给量或进给率相同，进给量就是刀具每转一圈沿工件沿时间移动的距离，单位为毫米/分钟。

因此，切削深度可以简单地通过去除材料的厚度来定义，并可以通过以下公式计算：

铣削过程中的切削深度

在数控铣削过程中，刀具旋转，工件静止。切削深度简单地说就是刀具一转切入工件的深度。通常，对于20mm以上的大直径，切削深度为刀具直径的4倍；对于较小的刀具直径，切削深度为刀具直径的10倍。

比较切屑厚度值与切削深度值

区分切屑厚度和切削深度很重要，因为它们不一样并且不具有相同的值。

为了解释它，我们需要更深入地了解图 1 的理想切割过程。切深值（用to表示）与切屑厚度（tc）不同。

图1：理想的切割工艺

排屑过程是通过在明确的剪切平面和定义的剪切角 ψ 上进行剪切来完成的，如下图 2 所示。这使得切屑厚度值始终大于切削深度值。

图2：切屑形成的基本机制

切削比与切屑压缩比

切削深度与切屑厚度to/tc之比称为切削比或切屑厚度比，用(r)表示，计算公式如下：

也可以根据剪切角 和前角 α 计算，如图 1 所示：

地点：

ψ:剪切角
α：前角

该值的倒数称为切屑压缩比或切屑压缩系数，表示切屑厚度与切削深度相比的多少。

奖励：切削深度与切削力和功率

了解切削力和功率对于计算 DOC 至关重要。他们可以提供重要参数，例如：

• 具有所需强度的工具，以避免快速磨损并提供最佳效率和表面光洁度。
• 能够承受这些力且变形最小的工件支架和固定装置。

所需功率就是切削力乘以速度的乘积，计算公式如下：

其中Fc是“切削力”，定义为刀具切削工件所施加的力，其作用方向与刀具速度V相同。

总比能是执行切割表面所需的剪切力所需的总能量（us），此外还有摩擦比能，即克服工具与表面之间的摩擦力所需的能量（uf）。

剪切比能和摩擦比能与切削深度有关，计算公式如下：

切屑速度与切削速度的关系如下：

因此，值得一提的是，如果您有特定的机床参数，则可以反之亦然地使用这些公式来计算切削深度。

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结论

切削深度是一个非常重要的参数，在开始加工过程之前应考虑。如前所述，切削深度值直接影响相关加工参数，例如加工力和特定能量。计算这些值不仅会影响工件的强度和表面光洁度，还会影响刀具材料、固定类型以及使用冷却剂的可能性。