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(duì)金屬加工發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是衡量加工產(chǎn)品質(zhì)量的金標(biāo)準(zhǔn)，因此，切削加工技術(shù)是加工過(guò)程中的關(guān)鍵。本文首先對(duì)金屬切削加工精度的工藝方法進(jìn)行論述，提出目前機(jī)械加工相關(guān)的影響因素，并據(jù)此提出相應(yīng)的解決策略，希望可以通過(guò)提高切削加工技術(shù)的工藝與方法，進(jìn)而提高加工質(zhì)量和精度。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;金屬切割;工藝方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TG506 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）07-0109-02

0 ?引言

近幾年，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，制造業(yè)也獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，制造業(yè)體現(xiàn)在諸多行業(yè)中，比如機(jī)械制造以及航天航空等，目前這些行業(yè)一般將結(jié)構(gòu)部件中的一些大中型部件，尤其是主要部件設(shè)計(jì)成整體化結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@樣不僅可以減輕結(jié)構(gòu)本身的重量，而且可以穩(wěn)固整個(gè)結(jié)構(gòu)。而完成整體化結(jié)構(gòu)部件的構(gòu)造則離不開(kāi)金屬切削技術(shù)，金屬切削技術(shù)不僅可以保證整體結(jié)構(gòu)部件的高品質(zhì)，而且還可以保證高精度、高效率。金屬切削技術(shù)是影響零件最終呈現(xiàn)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，因此，如果在操作過(guò)程中，由于金屬切削技術(shù)不精湛，不僅僅影響的是部件的質(zhì)量問(wèn)題，甚至?xí)绊懳覈?guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，影響我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的上市。由此可見(jiàn)金屬切削工藝對(duì)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。但是目前我國(guó)在這方面存在許多的問(wèn)題，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在許多不足，因此，單位在實(shí)施金屬加工過(guò)程中，必須注重金屬切削相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)，重視金屬切削技術(shù)的學(xué)習(xí)，提高我國(guó)金屬切削技術(shù)水平。

1 ?機(jī)械加工表面質(zhì)量和精度的影響因素

1.1 機(jī)床的自身誤差及磨損對(duì)加工質(zhì)量和精度的影響

機(jī)械加工機(jī)床的幾何誤差是衡量機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量和精度的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，機(jī)械加工質(zhì)量和精度還受到機(jī)床主軸的導(dǎo)軌誤差、回轉(zhuǎn)誤差以及傳動(dòng)誤差密切相關(guān)。這其中的回轉(zhuǎn)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(dòng)、軸向方向的竄動(dòng)及角度方向的擺動(dòng)，但是機(jī)床主軸的影響也與工件的類(lèi)別相關(guān)，如果是直徑都相等的車(chē)削加工軸類(lèi)件受到的影響比較小。由于機(jī)床主軸與導(dǎo)軌和加工端面成一個(gè)立體空間狀態(tài)，與導(dǎo)軌處于平衡狀態(tài)，而與加工端面則處于垂直狀態(tài)，因此，在加工過(guò)程中機(jī)床主軸會(huì)與垂直狀態(tài)的加工端面產(chǎn)生垂直誤差。在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，沿軸方向會(huì)出現(xiàn)竄動(dòng)，且傳動(dòng)的頻率與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率相一致，主軸在向前或者向后傳動(dòng)行成誤差時(shí)，就會(huì)對(duì)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(chē)削外圓時(shí)形成的椎體是由于主軸的角度擺動(dòng)形成的;在車(chē)削端面過(guò)程中，會(huì)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(jī)床導(dǎo)軌在機(jī)床運(yùn)作過(guò)程中主要有兩個(gè)作用，一方面是為零部件的相對(duì)位置提供安裝基準(zhǔn)，另一方面是作為部分水平或垂直運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。導(dǎo)軌誤差直接影響到加工的精度，導(dǎo)軌誤差在水平面以及垂直面內(nèi)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(huì)影響工件的精密度;除此之外，當(dāng)料導(dǎo)軌產(chǎn)生的平行度誤差使刀架運(yùn)動(dòng)發(fā)生錯(cuò)位時(shí)，則會(huì)對(duì)工件的形成產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。傳動(dòng)元件在相互運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也會(huì)形成一定的誤差，此稱(chēng)之為傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)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(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)形成的摩擦等都屬于傳動(dòng)誤差。

1.2 切削加工運(yùn)動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量和精度的影響

切削加工運(yùn)動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量和精度也具有重要的影響，其中最主要的兩種運(yùn)動(dòng)是切削用量以及刀具運(yùn)動(dòng)，刀具在切削運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)因?yàn)榕c工件之間的摩擦而產(chǎn)生磨損，比如由于刀具與工件之間相互運(yùn)動(dòng)時(shí)由于摩擦產(chǎn)生大量的熱，這時(shí)會(huì)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(huì)影響加工的質(zhì)量。除此之外，刀具所使用的材料以及選擇的種類(lèi)不同所帶來(lái)的加工質(zhì)量也存在一定的差異。切削用量中影響加工質(zhì)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(guò)程中，不僅要注重切削技術(shù)，還要注意切削工具的選擇以及對(duì)切削工具的保養(yǎng)。

1.3 工件的定位誤差對(duì)加工質(zhì)量和精度的影響

工件的定位誤差對(duì)加工質(zhì)量和精度也存在一定的影響。比如由于工件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不符合則會(huì)產(chǎn)生定位誤差。定位誤差會(huì)出現(xiàn)過(guò)定位或者欠定位的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成工件的損壞，除此之外，還會(huì)產(chǎn)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(shí)在金屬切削加工過(guò)程中，可通過(guò)推測(cè)刀具與加工工件之間相互的作用力來(lái)推測(cè)其中的規(guī)律，這些規(guī)律可作為機(jī)床以及刀具、部件等設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。金屬加工的工藝對(duì)加工精度發(fā)揮著重要的作用。通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，新興的高速切削速度要高出傳統(tǒng)速度的6～15倍，具有突出優(yōu)勢(shì)。

一方面，高速的切削加工可以降低零件加工過(guò)程的變形率。因?yàn)榍邢魉俣鹊募涌?，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(guò)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(guò)程中可以減少熱變形情況的發(fā)生率。因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中，由于機(jī)器是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的，所以工件的表面會(huì)有許多不均勻的應(yīng)力，這就會(huì)產(chǎn)生大量的熱，但是目前許多熱處理工藝參數(shù)依然存在許多不足，它會(huì)導(dǎo)致金屬部件因?yàn)闅堄鄳?yīng)力的變化而出現(xiàn)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(huì)將切屑表面接近90%的切削熱散發(fā)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(guò)程中所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)是加工零部件的外形以及規(guī)格、精密度等指標(biāo)都要符合國(guó)標(biāo)要求，而完成這些標(biāo)準(zhǔn)的前提是需要選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的刀具。因?yàn)樵谇邢鬟^(guò)程中，刀具對(duì)切削部件的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用，如果未能選擇合適的刀具，會(huì)導(dǎo)致所切削出的金屬部件不符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，或者加工出的金屬部件存在嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，在加工過(guò)程中，一定要注重對(duì)刀具的選擇，否則會(huì)降低機(jī)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(gè)因素：

第一，選用刀具時(shí)，要以節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效益為出發(fā)點(diǎn)，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(zhǎng)刀具的使用年限，同時(shí)也降低了刀具的購(gòu)買(mǎi)成本，大大提高了刀具的使用率。另一方面刀具的選擇不應(yīng)該盲目從眾，而是要根據(jù)具體的切削工藝選擇適當(dāng)?shù)牡毒?，不同的刀具具有不同的性能，因此要選擇合適的規(guī)格，比如做工精細(xì)，硬度比較高的道具都適合用來(lái)打磨一些金屬零部件，選擇此類(lèi)刀具不僅可以有效提高切削的質(zhì)量，而且還可以提高加工的效率，因?yàn)榇祟?lèi)刀具在切削金屬部件過(guò)程中，很少出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題大大節(jié)約了加工的時(shí)間。

第二，刀具的幾何角度的設(shè)定要科學(xué)有效。刀具的幾何角度對(duì)切削環(huán)節(jié)具有重要的影響，比如在加工一些薄壁金屬構(gòu)件時(shí)，由于金屬構(gòu)件質(zhì)薄，所以切削的力度以及軸向等都會(huì)嚴(yán)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(dāng)?shù)毒咔敖墙嵌茸兇髸r(shí)，刀具的鋒利度也會(huì)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(dāng)然，刀具的前角值的增大是有一定限度的，如果前角值超過(guò)了設(shè)定的范圍，則會(huì)使刀具的使用年限下降。例如，對(duì)40Cr金屬工件進(jìn)行切削處理，若選用硬質(zhì)合金刀具，粗車(chē)時(shí)前角取值為5～8°，有助于增強(qiáng)刀具剛性;精車(chē)時(shí)前角取8～12°，這樣可以減少兩者之間的摩擦強(qiáng)度，從而降低由于摩擦而對(duì)工件帶來(lái)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(guān)。后角增大會(huì)降低兩者之間的摩擦力，從而也會(huì)降低由摩擦產(chǎn)生的熱度。但是也不能盲目增大后角值，當(dāng)后角超過(guò)一定限度時(shí)，刀具的強(qiáng)度會(huì)隨之下降，因此后角的設(shè)定有一個(gè)臨界值，此時(shí)摩擦力是最小的，且強(qiáng)度是最大的。若切削對(duì)象為薄壁零件時(shí)，粗車(chē)設(shè)定的后角偏小，精車(chē)后角可以適度提高。除此之外，刀具的主偏角的大小還會(huì)影響切削力的軸向和徑向。伴隨主偏角增加過(guò)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(shí)，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(gòu)件表層粗糙程度，和刀具的強(qiáng)低有直接的聯(lián)系。

2.2.2 科學(xué)裝夾工件

壁薄是薄壁金屬零部件的一個(gè)關(guān)鍵。正是由于壁薄，所以在加工過(guò)程中極易發(fā)生變形。而新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)裝夾操作，則可以有效改善這一現(xiàn)狀。因此目前在加工過(guò)程中，多使用科學(xué)裝夾工件來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三爪卡盤(pán)直接裝夾薄壁零件，因?yàn)槿ūP(pán)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(gòu)件承受均勻的擠壓力，大大降低金屬變形的幾率。結(jié)合物理學(xué)的壓強(qiáng)原理，可以了解到當(dāng)壓力一定時(shí)，要想降低壓強(qiáng)則需要擴(kuò)大物體的受力面積，也就是要金屬構(gòu)件表面的受力面加大。目前可選擇開(kāi)縫夾套、扇形等器具來(lái)實(shí)現(xiàn)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(yōu)先選擇。依賴(lài)彈性心軸在薄壁套上制造孔定位，夾具體完成端側(cè)面定位任務(wù)，拉桿和數(shù)控車(chē)床主軸的回轉(zhuǎn)油缸銜接，回轉(zhuǎn)油缸對(duì)拉桿運(yùn)作過(guò)程起到驅(qū)動(dòng)作用，達(dá)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(duì)加工精度也具有重要的影響，因?yàn)樵谇邢鬟^(guò)程中，會(huì)因?yàn)楣ぜc切削之間的摩擦而引起加工部件的變形，而且在切削過(guò)程中會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生大量的熱，這不僅會(huì)影響刀具的使用年限，而且對(duì)加工部件也會(huì)帶來(lái)不同程度的損傷，會(huì)使加工的部件達(dá)不到設(shè)計(jì)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(shù)水平

除了切削刀具以及各種工具的影響，操作人員的技術(shù)水平對(duì)切削的精度也具有重要的影響。在切削過(guò)程中要想保證加工精度符合國(guó)際要求，首先要對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，并且為他們制定相關(guān)的規(guī)章制度。在培訓(xùn)過(guò)程中，不僅僅是讓他們聽(tīng)課學(xué)習(xí)，還需要設(shè)置相關(guān)的考核制度來(lái)對(duì)人員進(jìn)行篩選，保證上崗人員是符合技術(shù)要求的。并且在選擇技術(shù)人員之后，對(duì)他們的工作要進(jìn)行定期的考核和檢查，如果在操作過(guò)程中出現(xiàn)不規(guī)范的操作，要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的處罰，并且要讓他們重新進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，以保障待崗的操作人員都是具有高技術(shù)的，只有這樣才能保證加工的精密度。

3 ?結(jié)語(yǔ)

目前隨著機(jī)械制造的不斷發(fā)展進(jìn)步，對(duì)機(jī)械加工工藝的要求也越來(lái)越高。通過(guò)一段時(shí)間的提升進(jìn)步，目前我國(guó)的零件加工技術(shù)有顯著的變化。機(jī)械零件加工精度對(duì)質(zhì)量具有重要的影響，在目前科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展過(guò)程中，零件加工工藝的優(yōu)化與零件的質(zhì)量密切相關(guān)。因此要想提高零件加工的質(zhì)量必須確保加工工藝的優(yōu)化，本文首先對(duì)金屬切削加工精度的相關(guān)工藝與方法進(jìn)行現(xiàn)狀分析，并找出目前的相關(guān)影響因素，針對(duì)現(xiàn)狀提出相關(guān)的提升策略。希望本文的研究能夠?yàn)檎撌鼋饘偾邢骷庸ぞ鹊墓に嚺c方法的實(shí)踐提供理論支持。

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