提高金屬切削加工精度的工藝與方法探究

蘇圓圓

摘要：切削加工對金屬加工發揮著至關重要的作用，是衡量加工產品質量的金標準，因此，切削加工技術是加工過程中的關鍵。本文首先對金屬切削加工精度的工藝方法進行論述，提出目前機械加工相關的影響因素，并據此提出相應的解決策略，希望可以通過提高切削加工技術的工藝與方法，進而提高加工質量和精度。

關鍵詞：機械加工;金屬切割;工藝方法

中圖分類號：TG506 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0109-02

0 ?引言

近幾年，隨著社會的不斷發展進步，制造業也獲得了突飛猛進的發展，制造業體現在諸多行業中，比如機械制造以及航天航空等，目前這些行業一般將結構部件中的一些大中型部件，尤其是主要部件設計成整體化結構，因為這樣不僅可以減輕結構本身的重量，而且可以穩固整個結構。而完成整體化結構部件的構造則離不開金屬切削技術，金屬切削技術不僅可以保證整體結構部件的高品質，而且還可以保證高精度、高效率。金屬切削技術是影響零件最終呈現質量好壞的關鍵，因此，如果在操作過程中，由于金屬切削技術不精湛，不僅僅影響的是部件的質量問題，甚至會影響我國機械制造業的發展，影響我國機械制造業的上市。由此可見金屬切削工藝對我國機械制造業的發展發揮著關鍵的作用。但是目前我國在這方面存在許多的問題，與發達國家相比還存在許多不足，因此，單位在實施金屬加工過程中，必須注重金屬切削相關技術的培訓，重視金屬切削技術的學習，提高我國金屬切削技術水平。

1 ?機械加工表面質量和精度的影響因素

1.1 機床的自身誤差及磨損對加工質量和精度的影響

機械加工機床的幾何誤差是衡量機械加工產品質量和精度的關鍵標準，除此之外，機械加工質量和精度還受到機床主軸的導軌誤差、回轉誤差以及傳動誤差密切相關。這其中的回轉誤差受加工零件的形狀以及位置誤差的影響，可分為主軸直徑方向的跳動、軸向方向的竄動及角度方向的擺動，但是機床主軸的影響也與工件的類別相關，如果是直徑都相等的車削加工軸類件受到的影響比較小。由于機床主軸與導軌和加工端面成一個立體空間狀態，與導軌處于平衡狀態，而與加工端面則處于垂直狀態，因此，在加工過程中機床主軸會與垂直狀態的加工端面產生垂直誤差。在主軸轉動過程中，沿軸方向會出現竄動，且傳動的頻率與主軸轉動的頻率相一致，主軸在向前或者向后傳動行成誤差時，就會對加工螺旋形成螺旋面，向前的是左螺旋面，向后的是右螺旋面。車削外圓時形成的椎體是由于主軸的角度擺動形成的;在車削端面過程中，會形成平面度誤差，這由端面的中間位和邊緣之間的差距形成。機床導軌在機床運作過程中主要有兩個作用，一方面是為零部件的相對位置提供安裝基準，另一方面是作為部分水平或垂直運動的基準。導軌誤差直接影響到加工的精度，導軌誤差在水平面以及垂直面內形成的直線度誤差的影響存在很大的差距，其中垂直面形成的誤差影響較少，幾乎不會影響工件的精密度;除此之外，當料導軌產生的平行度誤差使刀架運動發生錯位時，則會對工件的形成產生嚴重的影響。傳動元件在相互運動過程中也會形成一定的誤差，此稱之為傳動誤差，傳動誤差形成的原因比較多，比如帶與帶輪之間由于摩擦形成的誤差，齒輪與輪時間轉動形成的摩擦等都屬于傳動誤差。

1.2 切削加工運動對加工質量和精度的影響

切削加工運動對加工質量和精度也具有重要的影響，其中最主要的兩種運動是切削用量以及刀具運動，刀具在切削運動過程中，會因為與工件之間的摩擦而產生磨損，比如由于刀具與工件之間相互運動時由于摩擦產生大量的熱，這時會使刀具表面溫度升高，從而使刀具的硬度降低，加速了刀具的磨損程度，這樣會影響加工的質量。除此之外，刀具所使用的材料以及選擇的種類不同所帶來的加工質量也存在一定的差異。切削用量中影響加工質量和精度的因素主要是切削速度以及被吃刀量。因此在加工過程中，不僅要注重切削技術，還要注意切削工具的選擇以及對切削工具的保養。

1.3 工件的定位誤差對加工質量和精度的影響

工件的定位誤差對加工質量和精度也存在一定的影響。比如由于工件的定位基準與設計的標準不符合則會產生定位誤差。定位誤差會出現過定位或者欠定位的情況，嚴重時會造成工件的損壞，除此之外，還會產生定位夾具自身制造及裝配誤差。

2 ?提高金屬切削加工精度策略

2.1 提高金屬切削加工精度的工藝選擇

其實在金屬切削加工過程中，可通過推測刀具與加工工件之間相互的作用力來推測其中的規律，這些規律可作為機床以及刀具、部件等設計的標準。金屬加工的工藝對加工精度發揮著重要的作用。通過調查研究發現，新興的高速切削速度要高出傳統速度的6～15倍，具有突出優勢。

一方面，高速的切削加工可以降低零件加工過程的變形率。因為切削速度的加快，從而縮短了切削的深度以及寬度，大大降低了切削力，所以可以降低零件加工過程中變形的幾率，保證零件的加工精度。

另一方面，在高速切削過程中可以減少熱變形情況的發生率。因為在加工過程中，由于機器是高速運轉的，所以工件的表面會有許多不均勻的應力，這就會產生大量的熱，但是目前許多熱處理工藝參數依然存在許多不足，它會導致金屬部件因為殘余應力的變化而出現變形的情況，這極大降低了部件的加工精度。但是，目前新興的高速切割會將切屑表面接近90%的切削熱散發出去，迅速降低部件表面的溫度，從而降低了部件熱變形的幾率，提高了加工精度。

2.2 提高金屬切削加工精度的方法

2.2.1 正確選用刀具

金屬切削過程中所要達到的標準是加工零部件的外形以及規格、精密度等指標都要符合國標要求，而完成這些標準的前提是需要選擇符合標準的刀具。因為在切削過程中，刀具對切削部件的質量起著關鍵作用，如果未能選擇合適的刀具，會導致所切削出的金屬部件不符合相應的標準要求，或者加工出的金屬部件存在嚴重的質量問題，在加工過程中，一定要注重對刀具的選擇，否則會降低機器的加工效率。要選擇適合切削部件的刀具，則需要充分考慮以下兩個因素：

第一，選用刀具時，要以節約成本，提高生產效益為出發點，選擇耐熱性能以及具有耐摩擦性的刀具，這樣可以有效延長刀具的使用年限，同時也降低了刀具的購買成本，大大提高了刀具的使用率。另一方面刀具的選擇不應該盲目從眾，而是要根據具體的切削工藝選擇適當的刀具，不同的刀具具有不同的性能，因此要選擇合適的規格，比如做工精細，硬度比較高的道具都適合用來打磨一些金屬零部件，選擇此類刀具不僅可以有效提高切削的質量，而且還可以提高加工的效率，因為此類刀具在切削金屬部件過程中，很少出現質量問題大大節約了加工的時間。

第二，刀具的幾何角度的設定要科學有效。刀具的幾何角度對切削環節具有重要的影響，比如在加工一些薄壁金屬構件時，由于金屬構件質薄，所以切削的力度以及軸向等都會嚴重影響切削的效果。一方面刀具前角大小影響著刀具的鋒利程度，當刀具前角角度變大時，刀具的鋒利度也會逐漸變大;而刀具的切削力大小與刀具以及零部件之間的摩擦力和熱變形量成正比，當然，刀具的前角值的增大是有一定限度的，如果前角值超過了設定的范圍，則會使刀具的使用年限下降。例如，對40Cr金屬工件進行切削處理，若選用硬質合金刀具，粗車時前角取值為5～8°，有助于增強刀具剛性;精車時前角取8～12°，這樣可以減少兩者之間的摩擦強度，從而降低由于摩擦而對工件帶來的損壞程度。其次，刀具的后角與加工部件表面的摩擦程度以及刀具背面都密切相關。后角增大會降低兩者之間的摩擦力，從而也會降低由摩擦產生的熱度。但是也不能盲目增大后角值，當后角超過一定限度時，刀具的強度會隨之下降，因此后角的設定有一個臨界值，此時摩擦力是最小的，且強度是最大的。若切削對象為薄壁零件時，粗車設定的后角偏小，精車后角可以適度提高。除此之外，刀具的主偏角的大小還會影響切削力的軸向和徑向。伴隨主偏角增加過程，徑向切削力隨之降低，軸向切削力不減反增。在切削薄壁零件時，推薦盡量選用主偏角偏大的刀具。最后，刀具副偏角大小影響被加工金屬構件表層粗糙程度，和刀具的強低有直接的聯系。

2.2.2 科學裝夾工件

壁薄是薄壁金屬零部件的一個關鍵。正是由于壁薄，所以在加工過程中極易發生變形。而新發現的科學裝夾操作，則可以有效改善這一現狀。因此目前在加工過程中，多使用科學裝夾工件來代替傳統的三爪卡盤直接裝夾薄壁零件，因為三爪卡盤極易將工件擠壓變形。而如果可以使裝夾接觸面的受力盡量均勻，則可以讓金屬構件承受均勻的擠壓力，大大降低金屬變形的幾率。結合物理學的壓強原理，可以了解到當壓力一定時，要想降低壓強則需要擴大物體的受力面積，也就是要金屬構件表面的受力面加大。目前可選擇開縫夾套、扇形等器具來實現這一目的，而且這些器具不僅高效率，成本也比較低，是目前裝夾操作的優先選擇。依賴彈性心軸在薄壁套上制造孔定位，夾具體完成端側面定位任務，拉桿和數控車床主軸的回轉油缸銜接，回轉油缸對拉桿運作過程起到驅動作用，達成智能化夾緊目的。

2.2.3 合理使用切削液

切削液的合理使用對加工精度也具有重要的影響，因為在切削過程中，會因為工件與切削之間的摩擦而引起加工部件的變形，而且在切削過程中會因為摩擦產生大量的熱，這不僅會影響刀具的使用年限，而且對加工部件也會帶來不同程度的損傷，會使加工的部件達不到設計的要求，而目前切削液的合理使用則可以改善這一狀況，可以有效提高切削的工作效率。

2.2.4 提升操作人員技術水平

除了切削刀具以及各種工具的影響，操作人員的技術水平對切削的精度也具有重要的影響。在切削過程中要想保證加工精度符合國際要求，首先要對相關操作人員進行技術培訓，并且為他們制定相關的規章制度。在培訓過程中，不僅僅是讓他們聽課學習，還需要設置相關的考核制度來對人員進行篩選，保證上崗人員是符合技術要求的。并且在選擇技術人員之后，對他們的工作要進行定期的考核和檢查，如果在操作過程中出現不規范的操作，要對其進行相關的處罰，并且要讓他們重新進行培訓學習，以保障待崗的操作人員都是具有高技術的，只有這樣才能保證加工的精密度。

3 ?結語

目前隨著機械制造的不斷發展進步，對機械加工工藝的要求也越來越高。通過一段時間的提升進步，目前我國的零件加工技術有顯著的變化。機械零件加工精度對質量具有重要的影響，在目前科學技術突飛猛進發展過程中，零件加工工藝的優化與零件的質量密切相關。因此要想提高零件加工的質量必須確保加工工藝的優化，本文首先對金屬切削加工精度的相關工藝與方法進行現狀分析，并找出目前的相關影響因素，針對現狀提出相關的提升策略。希望本文的研究能夠為論述金屬切削加工精度的工藝與方法的實踐提供理論支持。

參考文獻：

[1]趙傳生.提高金屬切削加工精度的工藝與方法研究[J].設備管理與維修，2020（24）：132-134.

[2]關云超.關于齒輪加工精度提升措施探析[J].科技創新與應用，2020（31）：98-99.

[3]崔娜.提高渦殼加工精度的工藝方案探討[J].內燃機與配件，2020（17）：109-110.