切削技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

李雪濤

摘要：機(jī)械加工是對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件進(jìn)行再加工，加工工藝復(fù)雜，設(shè)計(jì)到模具、光學(xué)元件、集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個領(lǐng)域。金屬切削加工是機(jī)械加工必不可少的手段，在機(jī)械加工過程中選擇合理的切削刀具及切削用量是提高機(jī)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(diǎn)，對于提高加工工件精度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：切削技術(shù)；機(jī)械加工；數(shù)控機(jī)床

隨著現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)在整個國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位， 金屬切削加工是機(jī)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(jī)床的加工精度已由10μm進(jìn)步到5μm，精密級加工中心則從3～5μm進(jìn)步到1～1.5μm，（高速加工中心）并且超精密加工精度已開端進(jìn)入納米級（0.01μm）。刀具材料和涂層技術(shù)使用范圍不斷擴(kuò)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(jī)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(jī)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(jī)械性能，從而大幅度提高機(jī)械加工效率。

目前先進(jìn)國度的車削和銑削的切削速度已抵達(dá)5000～8000m/min以上；機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min（有的高達(dá)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(dāng)于國外的1/12～1/15，即國內(nèi)干12～15個小時的活相當(dāng)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)，為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床高速、高效和自動化程度高的特點(diǎn)，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(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(jī)）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(jìn)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(jìn)給量，提高消費(fèi)率及刀具壽命。當(dāng)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(jìn)步加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)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(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)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(dāng)降低進(jìn)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(jìn)給速度的原則：1）當(dāng)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(jìn)給速度。當(dāng)線速度為165m/min，每齒進(jìn)給為0.04mm時，進(jìn)給速度為341m/min，刀具壽命為30件。假設(shè)將切削速度進(jìn)步到350m/min，每齒進(jìn)給為0.18mm（高速加工中心），進(jìn)給速度則抵達(dá)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(jìn)給速度，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。3）當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時，進(jìn)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(jìn)刀具是不夠的，應(yīng)該掌握和運(yùn)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(jī)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(yùn)動面的摩擦系數(shù)小，傳動部件的間隙小，運(yùn)動慣量小，并有恰當(dāng)?shù)淖枘岜?，因此可以采用順銑的方式加工，以進(jìn)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(jìn)步1倍多，采用不對稱的立銑方法，刀具壽命可進(jìn)步2～3倍。

3. 結(jié)束語

金屬切削加工將機(jī)械加工與電、化學(xué)、超聲波等不合事理加工方法進(jìn)行復(fù)合，在機(jī)械、電機(jī)、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。

參考文獻(xiàn)：

[1]席俊杰.高速切削的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].潤滑與密封，2006（05）.

[2]霍文國，徐九華，傅玉燦，戚厚軍.綠色磨削加工技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].工具技術(shù)，2011（09）.

[3]侯亞麗，商珊珊，顧禮鐸，李長河.綠色切削加工技術(shù)[J].精密制造與自動化，2007（04）.

[4]王玉.模具高速銑削的工藝參數(shù)研究[D].吉林大學(xué)，2007.