普通金屬切削機床數控化加工工藝研究

張 倩

（甘肅有色冶金職業(yè)技術學院，甘肅 金昌 737100）

通過相關研究發(fā)現(xiàn)，如果切割厚度很小，在一定程度上降低進給速度會增加粗糙度。此現(xiàn)象的產生，由于存在最小切削厚度，導致加工過程中切削不穩(wěn)定造成。使用傳統(tǒng)切削技術進行切削時，由于殘留區(qū)域會導致表面粗糙。因此，微細切削中最優(yōu)進給量具有重要意義。一些學者研究了微細銑削鋁和銅時產生的毛刺，并研究由于最小切削厚度導致的切削厚度堆積行為。研究表明，在加工過程中，工件的切削部分逐漸增大，如果超過最小切削厚度，則切削工件材料、刀具會重新在工作面上工作。然后，利用雙元法，分析了切削參數變化對金屬表面粗糙度的影響。發(fā)現(xiàn)在懸伸量大時，則粗糙值也會加大，在每齒進給量減小到一定情況，則粗糙值反而加大。傳統(tǒng)的切削技術認為材料是各向同性的，但是在微銑削時，實際過程表現(xiàn)為刀具對工件晶粒的切削。在精密切削過程中，如果瞬時切削厚度小于一定值，則不會形成切屑，因此，犁形切割發(fā)生直到切割的瞬時厚度大于最小切割厚度。

1 普通金屬切削機床數控化加工工藝

1.1 設置機床最小切割厚度

由于工件尺寸小，頂板不能用于設置和定位，設置的剛性不足。高速運轉時會產生振動，這在一定程度上會影響加工質量和精度。在滿足多晶體條件下，當上位錯傾斜到更接近原子距離時，就會形成一個大的位錯，為了釋放應力，位錯增加了粘附厚度并形成了裂紋。而形成裂紋所需要的切應力，如下公式：

公式1中：a表示在多晶體裂開時需要的能量；C表示裂紋剪切彈性參數；h表示切應力比值；L表示滑移線的平均長度系數。則開始形成裂紋需要的足夠位錯數參數，如下公式所示：

公式2中：k表示錯圈的數值；d表示多晶體原子的間距。通過計算最后得到裂紋的形成條件，因為尺寸效應，導致了切削過程中的半徑效應出現(xiàn)，便會產生負前角效應，以及臨界切削厚度的改變。基于傳統(tǒng)金屬切削工藝的本質，刀具由于擠壓摩擦使材料變形，精密切削技術的結構也是如此。但采用精密精細切割，切割過程中的去除量非常小。根據材料的最大剪應力理論，被加工材料的表面，在形成擠壓過程時沒有切屑產生。因此，求出對應的切入深度與對應的角度，如下公式3所示：

因此，對應的最小切入厚度可表示為：

公式3、公式4中：π表示切削運動方向；?表示零件塑性變形。由公式4、公式5可見切割方向上毛刺形成的性質可簡述[1]。

1.2 控制切削機床熱度

在控制切削機床熱度過程中，先研究切削熱量的產生的原因，發(fā)現(xiàn)其熱度大小直接受到切削力的影響。與此同時也會對刀具造成一定的磨損，導致被加工零件的精度和被加工面的范圍加大。用較大直徑的立銑刀在較低的主軸轉速下粗加工平面和凹槽，這可以延長工具的使用壽命并降低使用成本。并使用較小直徑的立銑刀在高主軸轉速下進行精密加工，可以減少切削變形，保證最終加工精度。對于旋轉面為平面的微小型異形軸，需要車削或銑削加工技術來完成旋轉面的加工。為了減小工件的徑向刀具公差，這些零件可以采用反向進給方式旋轉。刀具從床頭進給到尾以創(chuàng)建工件可以承受拉力。因此，為了保證核心工藝的能力裕度，需要通過工藝前測試來確定核心工藝所使用的工藝參數。導致切削熱的產生原因是，在進行切削時，大部分的能量發(fā)生了轉換，對三個工作區(qū)域進行摩擦導致切削熱。摩擦消耗的功還包括兩部分，切割面摩擦，與工件表面摩擦產生的熱量。在切削過程中，大量的切削熱通過工件、刀具傳遞。零件的傳熱率取決于切削量，以及刀具形狀角的加工條件。一般情況下切屑傳遞的熱量比較多，剩下的余熱量在進行依次傳遞時。采用數控機床加工時，熱變形引起加工誤差，用百分比表示，在37%到67%之間。這個數據說明在CNC加工過程中必須嚴格控制工件的溫升，以及加工環(huán)境溫度的升高或者降低。如若對溫度控制不當，將無法達到數控金屬加工所需的技術要求。如果切削熱在加工過程中直接傳遞到工件上，工件的溫度就會升高。對此，提出使用冷卻傳遞的方式來降低冷卻液的溫度，以此控制切削熱的高溫，降低工件的溫度[2]。

1.3 點位控制金屬微細切削

微切削的最小切削厚度是指切削過程中的切削深度，必須大于切削過程正常運行的臨界值。刀口的最小切削厚度，則是取決于工件材料的特性，但是要直接測量最小切削厚度，則還是非常難以實現(xiàn)。微細切削方式，如圖1所示。

圖1 微細切削展示

分析刀具幾何參數對毛刺切削方向的影響表明，如果刀具變鋒利，切削力減小，刀具與切屑之間的突出量就會減少，隨著刀具傾斜角的增大，變形量變小，切削量也隨之減小，毛刺的厚度和高度減小，增大角度后毛刺的尺寸也減小。隨著倒圓半徑的增大，工件與刀具之間的壓縮變強，在一定程度上增大切削力，工件端部塑性變形增大，毛刺尺寸增大。在切削過程中，部分金屬未被完全切削，導致其殘留在加工工件上，這一現(xiàn)象的產生是因為，刀具幾何形狀與刀具與工件的相對運動導致，也稱為殘留區(qū)[3]。其殘留面積高度，可由下公式5表示：

公式中：j表示刀具的進給量；s表示刀具的刀尖圓弧半徑；U表示殘留面積；Gmax表示求解的殘留面積高度。通過公式計算結果得出，最大粗糙度往往高于理論計算的剩余面積高度更多。微觀結構加工過程必須置于微切削裝置中，每次去除材料，減少切削力引起的加工變形，確保刀具可靠性。當微觀結構被夾緊時，工件的狀態(tài)直接決定了去除材料的總量。車銑復合用于精加工，能夠克服徑向切削力過大而引起工件彈性變形情況[4]。

2 結語

本文研究的普通金屬切削機床數控化加工工藝，采用點位控制金屬微細切削技術，屬于精密與超精密的加工技術范疇。

雖然該技術在國外發(fā)達國家發(fā)展較為成熟，但我國對該技術的研究還處于逆向階段。因此，本文的研究為精密微切削技術提供了有效的指導。