切削技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用

李雪濤

摘要：機械加工是對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件進行再加工，加工工藝復(fù)雜，設(shè)計到模具、光學元件、集成電路、計算機技術(shù)等多個領(lǐng)域。金屬切削加工是機械加工必不可少的手段，在機械加工過程中選擇合理的切削刀具及切削用量是提高機械加工工件質(zhì)量的保障，研究數(shù)控切削加工技術(shù)特點，對于提高加工工件精度具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：切削技術(shù)；機械加工；數(shù)控機床

隨著現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，機械制造業(yè)在整個國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位， 金屬切削加工是機械加工過程中必不可少的手段。隨著數(shù)控技術(shù)及刀具技術(shù)共同發(fā)展的同時，切削刀具及切削速度都得到了高速發(fā)展，在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm進步到5μm，精密級加工中心則從3～5μm進步到1～1.5μm，（高速加工中心）并且超精密加工精度已開端進入納米級（0.01μm）。刀具材料和涂層技術(shù)使用范圍不斷擴大，涂層硬質(zhì)合金刀具的切削性能得到大幅提高。新一代高速數(shù)控機床特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用與超高速切削緊密相關(guān)，高速切削還適用于硬切削、干切削和重切削，是提高切削效率的有效手段。

1.國內(nèi)外切削技術(shù)現(xiàn)狀分析

為滿足現(xiàn)代機械加工對高效率、高精度、高可靠性的要求，切削刀具表面涂層可有效提高切削刀具使用壽命，使刀具獲得優(yōu)良的綜合機械性能，從而大幅度提高機械加工效率。

目前先進國度的車削和銑削的切削速度已抵達5000～8000m/min以上；機床主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min（有的高達10萬r/min）以上。例如：在銑削平面時，國外的切削速度普通大于1000～2000m/min，而國內(nèi)只相當于國外的1/12～1/15，即國內(nèi)干12～15個小時的活相當于國外干1個小時。據(jù)調(diào)查，許多加工中心的理論切削時間不到工作時間的55%。因此，如何進步加工效率，降低廢品率成了眾多企業(yè)共同討論的問題。為滿足現(xiàn)代機械加工對高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各國制造業(yè)對涂層技術(shù)的發(fā)展及其在刀具制造中的應(yīng)用日益重視。對國內(nèi)數(shù)控加工中心切削效率部分調(diào)查發(fā)現(xiàn)，普遍存在如刀具精度低、刀片跳動量大、加工光亮度低、工藝設(shè)備不配套等諸多問題。我國的刀具涂層技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，目前正處于關(guān)鍵時期，即原有技術(shù)已不能滿足切削加工日益提高的要求，國內(nèi)各大工具廠的涂層設(shè)備也到了必須更新?lián)Q代的時期。

2.提高切削效率的技術(shù)分析

2.1. 選擇合理的切削刀具

在數(shù)控機床切削加工中，切削加工刀具種類很多，金屬切削刀具的作用不亞于瓦特發(fā)明的蒸氣機，為了適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，制造刀具的材料必需具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處置等），并不易變形。所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發(fā)展，主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。先進刀具有三大技術(shù)特征：材料、涂層和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。高速切削刀具主要依賴的是刀具材料和涂層技術(shù)的進步。高速切削可提高切削效率但不是惟一的手段。刀具的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新也是提高切削效率的有效手段。當前前國內(nèi)外性能好的刀具材料主要有：金屬陶瓷、硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石（PCD）和立方氮化硼（CBN）刀具等。刀具切削部分的幾何參數(shù)對切削效率的上下和加工質(zhì)量有很大影響，高速切削時的刀具前角普通比普通切削時小10°，后角大5°～8°。為防止刀尖處的熱磨損，主、副切削刃銜接處應(yīng)采用修圓刀尖或倒角刀尖，（cnc雕銑機）以增大局部刀尖角，增大刀尖左近切削刃的長度和刀具材料體積，以進步刀具剛性和減少刀具破損率。

2.2.選擇合理的切削速度。

在選擇合理切削用量的同時，盡量選擇密齒刀（在刀具每英寸直徑上的刀齒數(shù)≥3），增加每齒進給量，提高消費率及刀具壽命。當前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削工藝成為制造技術(shù)進步加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制。在輪廓加工中，在接近拐角處應(yīng)適當降低進給量，以克服由于慣性或工藝系統(tǒng)變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現(xiàn)象。確定進給速度的原則：1）當工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。當線速度為165m/min，每齒進給為0.04mm時，進給速度為341m/min，刀具壽命為30件。假設(shè)將切削速度進步到350m/min，每齒進給為0.18mm（高速加工中心），進給速度則抵達2785m/min，是原來加工效率的817%，而刀具壽命增加到了117件。2）在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。3）當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應(yīng)選小些，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。

2.3.加工方式的選擇

注重刀具的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新往往是提高切削效率的更有效和更可行的手段，但提高切削效率僅靠先進刀具是不夠的，應(yīng)該掌握和運用與切削過程相關(guān)的技術(shù)，全面提高生產(chǎn)效率。通過對加工工藝方式的創(chuàng)新是提高生產(chǎn)效率的有效手段。加工方式可分為順銑與逆銑兩種。而加工中心的機械傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)本身就有較高的精度和剛度，相對運動面的摩擦系數(shù)小，傳動部件的間隙小，運動慣量小，并有恰當?shù)淖枘岜龋虼丝梢圆捎庙樸姷姆绞郊庸ぃ赃M步加工效率。此外，根據(jù)加工閱歷，順銑比逆銑時刀具壽命要進步1倍多，采用不對稱的立銑方法，刀具壽命可進步2～3倍。

3. 結(jié)束語

金屬切削加工將機械加工與電、化學、超聲波等不合事理加工方法進行復(fù)合，在機械、電機、電子等各種現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)部門中都起著重要的作用。刀具選擇、加工路徑規(guī)劃 、切削用量設(shè)定，切削加工工藝方式選擇都是提高了加工精度和表面加工質(zhì)量基礎(chǔ)手段。

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