數(shù)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(shù)控機床的產(chǎn)生和應(yīng)用，可以加工出許多高精尖的零件和產(chǎn)品。數(shù)控加工專業(yè)在許多技工學(xué)校開設(shè)了專業(yè)課程，在切削加工中存在許多物理現(xiàn)象，諸如積屑瘤、受力變形、切削振動和熱變形等，這些物理現(xiàn)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(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)，才能揚長避短。本文作者結(jié)合自己在技校數(shù)控一體化教學(xué)中的實踐經(jīng)驗，對數(shù)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(guān)鍵詞：數(shù)控機床；切削加工；注意事項

引言

數(shù)控加工作為現(xiàn)代制造業(yè)先進生產(chǎn)力的代表，在機械、航空航天和模具等行業(yè)發(fā)揮著極為重要的作用。據(jù)調(diào)查，許多數(shù)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(yè)共同探討的問題。在由機床、刀具、工件組成的系統(tǒng)上進行切削加工是一個動態(tài)過程，有許多因素和參數(shù)（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(tài)，從而影響切削過程的生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和經(jīng)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(guī)律的一門學(xué)科。在設(shè)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(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)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(zhì)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(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)是現(xiàn)代企業(yè)提高經(jīng)濟效益的重要途徑。數(shù)控機床切削過程實質(zhì)是被切金屬層受擠壓產(chǎn)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(xiàn)象。而生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的許多問題，如果一方面考慮不到，都可能產(chǎn)生加工零件不合格，如鱗積屑瘤、振動、卷屑與斷屑等都是應(yīng)該注意的事項。

1.數(shù)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(chǎn)生剪切滑移，最后脫離工件變?yōu)榍行?，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(tài)。

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(wěn)，切削力變化小，因此工件表面粗糙度較小。如果產(chǎn)生連綿不斷的帶狀切屑就會妨礙工作，容易發(fā)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(jīng)塑性變形就被擠裂或脆斷，形成不規(guī)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(chǎn)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(jié)，而不易流出，產(chǎn)生很大變形，超過材料強度極限，使切屑不能連續(xù)而呈分離的顆粒狀，這就形成粒狀切屑。在產(chǎn)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(chǎn)生振動而使加工表面粗糙。

2.數(shù)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(chǎn)生了平行于前刀面的切應(yīng)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?shù)臏囟群蛪毫τ绊懀@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?xí)阉鼈兏采w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(fù)始的動態(tài)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(jù)表現(xiàn)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(zhì)量和尺寸精度。由于積屑瘤總是極不穩(wěn)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(chǎn)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(shù)最大，最容易產(chǎn)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(chǎn)生。

3.數(shù)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(xiàn)象稱為表面加工硬化。在數(shù)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(dǎo)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(qū)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(fù)，恢復(fù)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(chǎn)生。

4.數(shù)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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)生不利的影響，因此應(yīng)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(shù)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(chǎn)生的熱量。切削熱和它產(chǎn)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(zhì)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(xiàn)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(jié)磨損及改善工件表面質(zhì)量。

以上幾點是數(shù)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(lián)系，相互制約的，在數(shù)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(jié)經(jīng)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(chǎn)生。

參考文獻：

[1]彭德蔭主編.《車工工藝與技能訓(xùn)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(shù)控加工工藝學(xué)》[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(xué)校講師，研究方向：職業(yè)教育、機械加工。

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