數控機床切削加工注意事項分析

安付行 張文靜

摘 要：在當今社會，數控機床的產生和應用，可以加工出許多高精尖的零件和產品。數控加工專業在許多技工學校開設了專業課程，在切削加工中存在許多物理現象，諸如積屑瘤、受力變形、切削振動和熱變形等，這些物理現象給我們在切削加工中帶來許多不便，我們只有認識了這些現象產生的本質，才能揚長避短。本文作者結合自己在技校數控一體化教學中的實踐經驗，對數控機床在切削加工中的注意事項進行了分析，希望能起到借鑒意義。

關鍵詞：數控機床；切削加工；注意事項

引言

數控加工作為現代制造業先進生產力的代表，在機械、航空航天和模具等行業發揮著極為重要的作用。據調查，許多數控機床的實際切削時間不到工作時間的55%。因此，如何提高加工效率，降低廢品率成了眾多企業共同探討的問題。在由機床、刀具、工件組成的系統上進行切削加工是一個動態過程，有許多因素和參數（如工件毛坯裕量不勻、材料硬度不一、刀具磨損、刀刃積屑瘤、受力變形、切削振動和熱變形等）將使切削過程不能處于最佳狀態，從而影響切削過程的生產效率、加工質量和經濟效益，甚至還會影響切削過程的正常進行。研究金屬切削加工過程中刀具與工件之間相互作用和各自的變化規律的一門學科。在設計機床和刀具、制訂機器零件的切削工藝及其定額、合理地使用刀具和機床以及控制切削過程時，都要利用金屬切削原理的研究成果，使機器零件的加工達到經濟、優質和高效率的目的。

金屬切削加工是用刀具從工件表面切除多余的金屬材料，從而獲得在幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度及表面層質量等方面均符合要求的零件的一種加工方法。其核心問題是刀具切削部分與工件表層的相互作用，即刀具的切削作用和工件的反切削作用。這是切削加工中的主要矛盾，而刀具的切削作用則是矛盾的主要方面。 采用新型刀具實現高效、優質、低成本生產是現代企業提高經濟效益的重要途徑。數控機床切削過程實質是被切金屬層受擠壓產生滑移變形的過程，在這個過程中會伴隨著金屬變形、切削力、切削熱、刀具磨損等物理現象。而生產過程中出現的許多問題，如果一方面考慮不到，都可能產生加工零件不合格，如鱗積屑瘤、振動、卷屑與斷屑等都是應該注意的事項。

1.數控機床在切削加工過程中的切屑

切削時，在刀具切削刃的切割和前刀面的推擠作用下，使被切削的金屬層產生剪切滑移，最后脫離工件變為切屑，這個過程稱為切削過程。在金屬切削時，由于工件材料、刀具幾何形狀和切削用量等加工條件的不同，切屑的變形程度也會隨之改變，所形成的切屑形狀也各有差異，一般有以上四種基本形態。

1.1帶狀切屑：一般在加工塑性金屬材料時，因切屑厚度較小，切削速度較高，刀具前角較大而形成這類切屑。形成帶狀切屑的切削過程較平穩，切削力變化小，因此工件表面粗糙度較小。如果產生連綿不斷的帶狀切屑就會妨礙工作，容易發生事故，必須采取斷屑措施。

1.2擠裂切屑：這類切屑大都是在切屑速度較低，切屑厚度較大，刀具前角較小時，由于切屑剪切滑移量較大，在局部地方達到了破裂而形成的。

1.3崩碎切屑：切屑脆性金屬材料時，由于材料的塑性很小，抗拉強度較低，刀具切入后，靠近切削刃和前刀面的局部金屬未經塑性變形就被擠裂或脆斷，形成不規則的崩碎切屑。工件材料越硬越脆，刀具前角越小，切屑厚度越大，越容易產生這類切屑。

1.4粒狀切屑。切削塑性很大的材料強度，切屑容易在前刀面上形成粘結，而不易流出，產生很大變形，超過材料強度極限，使切屑不能連續而呈分離的顆粒狀，這就形成粒狀切屑。在產生粒狀切屑的過程中，切削力有較大的波動，在形成過程中會產生振動而使加工表面粗糙。

2.數控機床在切削過程中的積屑瘤

以中等切削速度切削塑性材料時，帶狀切屑受到前刀面的擠壓與摩擦作用，產生了平行于前刀面的切應力，使切削屑底層的流略低于上層的流速，即形成了滯流層。當滯流的部分材料所受到的切就力大于其強度極限時，再加上適當的溫度和壓力影響，這部分金屬材料便會停滯不前，而牢固地粘附在刀具上，成為硬度高于工件的積屑瘤。它可以逐漸地堆積在靠近刀刃和刀尖的地方，甚至會把它們覆蓋起來，并代替刀刃進行切削。積屑瘤形成過程中，積屑瘤不斷長高，當它長到一定高度后，因不能承受切削阻力而破碎脫落，隨后又不斷長高。因此，積屑瘤的形成是一個時生、時滅，周而復始的動態過程。

積屑瘤對切削的影響是很大的，積屑瘤對加工有兩重性，根據表現在以下幾個方面：

2.1保護刀具。積屑瘤的硬度約為工件材料硬度的2～4倍，好像一個刃口圓弧半徑較大的楔塊，能代替切削刃進行切削，且保護了切削刃和前刀面，減少了刀具的磨損，因此在粗加工時積屑瘤是有積極作用的。

2.2增大實際前角。有積屑瘤的車刀，實際前角查增大至300～350，因而減小了切屑的變形，降低了切削力。

2.3影響工件表面質量和尺寸精度。由于積屑瘤總是極不穩定，時生時滅，時大時小。在切削過程中，一部分積屑瘤被切屑帶走，一部分嵌入工件已加工表面，使工件表面形成硬點和毛刺，表面粗糙度值變大。所以積屑瘤必要的時候是要抑制的，影響積屑瘤的主要如上圖所示（a）因素是材料、切削速度、走刀量、前角和切削液等，其中切削速度對產生積悄的影響最大，在切削溫度約為（15～30m/min）時，切削溫度約為3000C左右，切屑底層金屬塑性變形增大，切屑與前刀面接觸增大因而這時的摩擦系數最大，最容易產生積屑瘤。所以我們盡量避免在中等切削速度（15～30m/min）時的切削加工，以盡量減小積屑瘤對切削加工的影響。此外，增大前角，減小走刀量，減小前刀面表面粗糙度值和注入充分的切削液冷卻，都可減少積屑瘤的產生。

3.數控機床在切削加工過程的加工硬化

切削塑性金屬時，工件已加工表面層的硬度明顯提高而塑性下降的現象稱為表面加工硬化。在數控機床切削加工塑性金屬時，由于刀具的刃口不可能絕對鋒利，總存一段半徑的刀尖圓弧，導致切削層與工件母體的分離點不在刃口圓弧的最低點，因而有一層大都市市區的金屬層留下來，并在車刀刃口圓弧面擠壓變形后成為已加工表面。金屬塑性變形部分不能恢復，恢復的只是彈性變形部分。塑性變形愈大，表面變形硬化愈嚴重，硬化層的硬度可達工件硬度的1.2～2倍，硬化層深度可達0.07～0.5mm。切削加工造成的已加工表面硬化層常常伴隨有表面裂紋，使表面粗糙度值增大，疲勞強度下降，當以較小的切削深度再次切削時，則刀具不易切入，并且使刀具容易磨損，因此增加刀具的刀刃鋒利，可有效地降低加工硬化

的產生。

4.數控機床在切削加工過程中的切削力

切削時，切削刀具對工件的作用稱為切削力，它作用在工件上。切削時，工件材料抵抗刀具切削所產生的阻力稱為切削陰力，它作用在刀具上。切削力在切削過程中，對刀具的壽命，機床功率的消耗和工件的加工質量都有很大的影響。切削阻力是切削過程中不可避免的一種抗力，它對切削會產生不利的影響，因此應盡量減小切削阻力。影響切削阻力的因素很多，凡是影響變形與摩擦的因素都會影響切削阻力。減小切削阻力的主要措施是刃磨合適的刀具角度和減小切削深度。

5.數控機床切削加工過程中的切削熱和切削溫度

切削熱是切削過程中因金屬變形和摩擦而產生的熱量。切削熱和它產生的切削溫度，直接影響刀具的磨損和使用壽命，并影響工件的加工精度和表面質量，尤其在高速切削時更為明顯。切削溫度對加工有兩重性，一方面它會加速刀具磨損，降低刀具壽命，影響加工精度，會造成工件表面燒傷和退火現象。一方面它會使工件材料軟化，易于切削。此外，較高的切削溫度也不利于積屑瘤的生成，可減輕刀具的粘結磨損及改善工件表面質量。

以上幾點是數控機床在切削加工過程中的常見的事項，它們之間是相互聯系，相互制約的，在數控車床加工中還要綜合考慮車床、夾具、工件和刀具等因素的影響，只要我們認真總結經驗，提高操作加工的熟練程度，就會盡量避免不合格零件的產生。

參考文獻：

[1]彭德蔭主編.《車工工藝與技能訓練》[M]（.北京：中國勞動和社會保障部教材辦公室，2001.

[2]韓鴻鸞主編.《數控加工工藝學》[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005.

作者簡介：

安付行（1976-），男，本科，鄭州煤礦機械制造技工學校講師，研究方向：職業教育、機械加工。

張文靜（1980-），女，本科， 鄭州煤礦機械制造技工學校助理講師，研究方向：職業教育、機械。