陳禮敏

貴州省機(jī)械職業(yè)技術(shù)學(xué)校，貴州六盤水，553400

0 引言

隨著制造行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于機(jī)械部件的制作精度要求越來越高。在零部件制作過程當(dāng)中，金屬切削屬于核心工藝，用切削工具或者刀具，按照設(shè)計(jì)圖紙將金屬材料多余的部分進(jìn)行切除，重新打磨以后，制作出符合機(jī)械生產(chǎn)的工件。切削工藝運(yùn)用階段，金屬、刀具之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在切削過程中也會(huì)產(chǎn)生大量切屑，若要保證切屑順利脫落，需要在切削環(huán)節(jié)注意刀具角度、力度方面的控制，選擇合適角度才能將切削效率提高，得到精準(zhǔn)的加工產(chǎn)品。不同的切削工藝優(yōu)勢(shì)不同，適用的切削范圍也各不相同，在金屬切削階段，可能由于刀具使用方面存在問題，導(dǎo)致切削精度和實(shí)際要求不符，影響制造行業(yè)發(fā)展。因此，在運(yùn)用切削工藝的時(shí)候，控制切削精度十分重要[1]。

1 影響金屬切削精度的主要因素

1.1 定位誤差的影響

在金屬切削工藝運(yùn)用階段，如果工件存在定位誤差，可能影響加工精度。例如：工件定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不一致的時(shí)候，定位誤差存在會(huì)導(dǎo)致過定位、欠定位等問題出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞工件，甚至影響裝配精度。

1.2 切削運(yùn)動(dòng)的影響

在金屬切削加工階段，工件和刀具之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件加工精度和質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生重要影響。切削用量、刀具運(yùn)動(dòng)是主要影響因素，因?yàn)榈毒咔邢鳝h(huán)節(jié)會(huì)與工件產(chǎn)生劇烈摩擦，刀具與工件之間的相互運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致摩擦生熱，刀具表面溫度快速升高，使刀具本身硬度受到影響，降低其耐磨性能，進(jìn)而對(duì)加工質(zhì)量造成影響。同時(shí)，刀具制造階段選材不同，產(chǎn)生的質(zhì)量差異也各有不同。切削加工質(zhì)量、精度會(huì)對(duì)切削速度、背吃刀量等造成影響，所以在切削加工過程中，技術(shù)人員要關(guān)注切削技術(shù)的選擇，還要注意保養(yǎng)切削工具，防止因切削運(yùn)動(dòng)方面因素對(duì)工件質(zhì)量造成影響。

1.3 機(jī)床精度的影響

在金屬切削工藝運(yùn)用過程當(dāng)中，由于機(jī)床制造時(shí)本身存在精度誤差，加上切削過程切削力的存在，內(nèi)外部溫度變化，以及振動(dòng)和磨損等，導(dǎo)致金屬切削精度和質(zhì)量等受到影響，因此機(jī)械加工質(zhì)量與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌平行度、傳動(dòng)系統(tǒng)精度以及各部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度等有關(guān)。

在加工過程中，機(jī)床主軸、加工端面以及導(dǎo)軌三者可形成立體空間，使導(dǎo)軌達(dá)到平衡狀態(tài)，同時(shí)導(dǎo)軌和加工端面相垂直。機(jī)械加工期間，機(jī)床主軸、加工端面二者之間為垂直狀態(tài)，此時(shí)還會(huì)產(chǎn)生垂直誤差。如果加工過程主軸傳動(dòng)會(huì)沿著軸向進(jìn)行，當(dāng)主軸向前傳動(dòng)或者向后傳動(dòng)的時(shí)候，隨著誤差傳遞，誤差在加工末端產(chǎn)生累積。端面車削工藝運(yùn)用階段，可能存在平整度誤差，原因是端面中間、邊緣兩處存在差距。導(dǎo)軌處于機(jī)床上運(yùn)動(dòng)，可以為零件位置確定提供安裝基準(zhǔn)，同時(shí)，還能作為垂直運(yùn)動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)。由于導(dǎo)軌誤差對(duì)于加工精度可以產(chǎn)生直接影響，所以，導(dǎo)軌誤差的存在就會(huì)影響金屬切割零件精度。對(duì)比而言，導(dǎo)軌誤差垂直面產(chǎn)生的影響較小，不會(huì)對(duì)工件精度造成過高影響，水平面產(chǎn)生的直線誤差比較大。如果導(dǎo)軌平行度存在誤差，就會(huì)對(duì)工件精密度產(chǎn)生影響。此外，導(dǎo)軌平行度誤差還會(huì)引發(fā)刀架的運(yùn)動(dòng)誤差，影響工件制作。

通常而言，機(jī)床存在的幾何誤差是判斷其加工產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵所在，幾何誤差主要由機(jī)床主要部件的幾何形狀、相互位置以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡決定。機(jī)床傳動(dòng)精度在于傳動(dòng)元件兩末端之間處于運(yùn)動(dòng)條件下，相對(duì)運(yùn)動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)誤差，比如：齒輪之間傳動(dòng)副傳遞出現(xiàn)的誤差、帶輪之間摩擦產(chǎn)生的誤差，都屬傳動(dòng)誤差。機(jī)床運(yùn)動(dòng)工作精度在于工作狀態(tài)時(shí)的精度，如精車外圓的圓柱度和圓度、精車端面的平面度以及精車螺紋的螺距等誤差。影響金屬切削精度的因素還有很多，比如：切削時(shí)的切削力和夾緊力、機(jī)床零部件受熱產(chǎn)生的變形，以及機(jī)床系統(tǒng)剛度等。

2 常用的金屬切削工藝方法

2.1 車削加工

在機(jī)械零件制作過程中，回轉(zhuǎn)面屬于常用的表面形式，回轉(zhuǎn)面的加工是車削工藝運(yùn)用的主要實(shí)施方面。車削在各類加工工藝當(dāng)中的應(yīng)用最為廣泛。在工藝運(yùn)用階段，機(jī)床零件裝夾各有不同，一般車床常用定位夾緊元件有三爪定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、頂尖、心軸和滑盤等。

安裝三爪卡盤的時(shí)候，定位精度在0.01～0.1mm即可，適合應(yīng)用在短軸或者套盤零件上；四爪卡盤安裝需要找正，安裝精度在0.005mm即可，適合應(yīng)用在方形或者不規(guī)則工件上；沙盤安裝需要注意平衡鐵的配置，預(yù)防加工過程出現(xiàn)振動(dòng)，適合復(fù)雜工件安裝；頂尖安裝需要在工件兩側(cè)鉆中心孔，中心孔會(huì)對(duì)工件加工精度造成影響，適合長(zhǎng)軸類工件的車削加工；心軸安裝需要借助內(nèi)孔定位，使工件能夠緊貼心軸上，對(duì)于定位精度要求相對(duì)較高，難以承受過高的切削力。利用車削工藝加工工件，能夠保證工作面間位置精度，切削流程平穩(wěn)，加上生產(chǎn)效率高，因此應(yīng)用廣泛[2]。

2.2 鉆削加工

鉆削工藝的運(yùn)用，在刃磨鉆頭階段，要注意主切削刃之間相互對(duì)稱，以抵消徑向的切削力。在鉆削階段可以選擇大直徑的鉆頭，頂角度數(shù)設(shè)置在90°～100°，能夠在預(yù)鉆過程形成錐形坑，達(dá)到鉆孔定心效果，預(yù)防鉆削階段出現(xiàn)偏移問題。鉆削屬于粗加工工藝，適合對(duì)表面質(zhì)量或精度要求不高的鉆孔鉆削，比如：油孔或者螺栓連接孔。在擴(kuò)孔時(shí)，切削刀刃不必延伸到中心，無須設(shè)置橫刃，防止其存在影響切削過程。擴(kuò)孔鉆的刀齒數(shù)量在3～4個(gè)，擁有良好的導(dǎo)向性，因此切削平穩(wěn)。

2.3 銑削加工

銑削加工不但生產(chǎn)效率高，而且可以實(shí)現(xiàn)多刀齒參與切削過程，提高金屬切削效率。同時(shí)，在切削加工過程中，各個(gè)刀齒可以依次向工件內(nèi)切入，便于斷續(xù)切削，但在切入或者切除環(huán)節(jié)產(chǎn)生振動(dòng)，可能影響工件表面粗糙度。經(jīng)過高速銑削，刀齒經(jīng)受周期性溫度變化，對(duì)于刀具耐用度產(chǎn)生影響，所以銑削加工也適合對(duì)金屬粗加工或者半精細(xì)加工[3]。

3 金屬切削過程中提高加工精度的幾點(diǎn)措施

3.1 運(yùn)用切削液

在金屬切削加工過程中，因?yàn)榍邢鳟a(chǎn)生熱量會(huì)對(duì)刀具材質(zhì)造成影響，最終對(duì)產(chǎn)品加工精度造成影響，針對(duì)此問題，可以選擇切削液降溫。在金屬切削階段，切削力會(huì)阻礙切削進(jìn)程，也會(huì)導(dǎo)致刀具出現(xiàn)彈性、塑性等變形。在切削區(qū)域形成大量熱，對(duì)刀具造成損傷，使得工件表面粗糙程度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，甚至出現(xiàn)受熱變形問題。所以，針對(duì)薄壁零件的制作，在切削階段，相關(guān)人員要合理使用切削液，保證從金屬上切削下來的碎屑能夠被快速去除，降低工件表面和刀具表面之間的溫度，減少熱影響區(qū)的變形。

在切削加工過程中，從工件脫落下來的一些細(xì)小碎屑或磨粉，可能黏附在工件或刀具上，也會(huì)影響工件已加工表面質(zhì)量，以及刀具的耐用度和機(jī)床精度，因此，在使用切削液時(shí)，加入大量的表面活性劑和少量礦物油，稀釋成乳化液，增加切削液的流動(dòng)性和滲透性，同時(shí)，在澆注時(shí)給予一定壓力，會(huì)大大提高沖刷能力。

3.2 恰當(dāng)使用裝夾工件

在金屬切削工藝運(yùn)用時(shí)，若加工薄壁零件，要根據(jù)零件特點(diǎn)選擇裝夾工件。因?yàn)楸”诹慵艿角邢髁τ绊懀菀壮霈F(xiàn)變形問題。使用合適的工裝，能夠?qū)a(chǎn)品的加工精度有效提升。所以，在金屬切削過程中，盡可能規(guī)避三爪卡盤的使用，避免使用此類夾具直接對(duì)薄壁零件進(jìn)行裝夾，由于此類工裝的使用特性，會(huì)將夾緊力匯聚在三個(gè)抓點(diǎn)位置，使工件變形風(fēng)險(xiǎn)增加。如果能夠?qū)⒈”诹慵b夾接觸面增加，讓夾緊力能夠均勻分布，就會(huì)改變金屬受力情況，進(jìn)而控制工件的變形率。根據(jù)壓強(qiáng)和受力面積之間的關(guān)系，當(dāng)物體受力面積增加的時(shí)候，所受到的壓強(qiáng)會(huì)降低。利用該原理將薄壁零件生產(chǎn)過程中夾持面積增加，可以選擇扇形爪或者開縫夾套作為輔助生產(chǎn)器具。實(shí)踐表明，以上方法的運(yùn)用能夠控制切削成本，提高切削工藝運(yùn)用的有效性。

除此之外，在金屬切削工藝運(yùn)用快速發(fā)展環(huán)境之下，切削加工也步入現(xiàn)代化進(jìn)程。在金屬切削領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用越來越廣泛，要求切削過程精準(zhǔn)定位，使用智能夾緊工藝，利用彈性心軸，將其定位在薄壁套上，完成側(cè)面定位，將數(shù)控車床油缸和拉桿之間有效銜接，發(fā)揮油缸的驅(qū)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)智能夾緊，科學(xué)使用裝夾工件，輔助金屬切削過程順利進(jìn)行[4]。

3.3 合理使用刀具

3.3.1 刀具選擇

刀具選擇要考慮切削部件本身性能，結(jié)合企業(yè)加工成本，選擇耐摩擦、耐高溫材質(zhì)刀具，延長(zhǎng)其使用年限，與此同時(shí)，還能縮短金屬加工成本，確保刀具使用有效性。在刀具選擇過程中，還要考慮金屬材料本身屬性和加工方法方面的差異，合理進(jìn)行刀具選擇。在金屬零件打磨階段，要選磨粒大小適宜、做工精細(xì)和高硬度刀具。

3.3.2 幾何角度控制

（1）前角角度設(shè)置

刀具前角角度的大小設(shè)置決定其鋒利程度，當(dāng)前角角度設(shè)置越大的時(shí)候，切削金屬時(shí)刀具就越鋒利；相反，刀具前角角度越小，在工件與刀具之間的摩擦也相對(duì)較小，產(chǎn)生熱變形程度越小。

對(duì)金屬工件（40Cr）進(jìn)行切削的時(shí)候，如果選擇刀具材質(zhì)為硬質(zhì)合金，在粗車削階段，前角角度可以設(shè)置在5°～8°，這樣能夠增強(qiáng)刀具剛度；精車削階段，角度設(shè)置在8°～12°，能夠減少金屬工件、刀具之間的摩擦力，提高加工工件的表層質(zhì)量。

前角的大小設(shè)置對(duì)加工精度的影響還體現(xiàn)在加工材料、刀具材料、工藝系統(tǒng)的剛性以及加工階段等，如加工塑性材料，應(yīng)設(shè)置較大前角，加工脆性材料，應(yīng)取較小前角，如硬質(zhì)合金加工鋼料時(shí)，前角可選10°～12°；加工鑄鐵時(shí)，前角可選5°～15°，工件材料強(qiáng)度、硬度低時(shí)，可以取較大的前角；反之取較小前角。對(duì)于加工階段而言，粗加工為了提高效率，應(yīng)該設(shè)置較小的前角；精加工階段，為了達(dá)到質(zhì)量要求，需要取大前角，此外，工藝系統(tǒng)的剛性不足時(shí)，應(yīng)該設(shè)置較大的前角，以提高工藝系統(tǒng)的剛度。

（2）后角角度設(shè)置

對(duì)于刀具后角設(shè)置進(jìn)行分析，考慮到工件加工階段，彈性恢復(fù)層與刀具背面之間產(chǎn)生摩擦，后角是導(dǎo)致切削刃及后面磨損的直接原因，后角設(shè)置和摩擦程度息息相關(guān)。當(dāng)后角角度增加的時(shí)候，工件和刀具之間的摩擦力會(huì)降低，進(jìn)而將切削熱量減少；然而，若后角角度設(shè)置過大，就會(huì)降低刀具強(qiáng)度。比如：對(duì)薄壁零件進(jìn)行切削，可以將粗車削過程后角設(shè)置減小，在精車削時(shí)，將后角角度增加，則減小摩擦，可提高車削時(shí)工件表面質(zhì)量和刀具耐用度。因此，后角設(shè)置需要選擇一個(gè)合理的角度以獲得要求的加工精度。

（3）主偏角角度設(shè)置

金屬切削階段，由于刀具主偏角角度存在差異，因此導(dǎo)致切削力徑向和軸向大小存在差異。當(dāng)主偏角角度逐漸增加的時(shí)候，產(chǎn)生的徑向切削力逐漸下降，而軸向切削力會(huì)逐漸增高。因此，在薄壁零件加工以及細(xì)長(zhǎng)軸的加工中，為提高工件剛度，減少變形，通常選擇大的主偏角角度的刀具。

（4）負(fù)偏角角度設(shè)置

由于刀具的負(fù)偏角角度設(shè)置會(huì)對(duì)工件外表粗糙度造成影響，還會(huì)影響刀具強(qiáng)度。當(dāng)負(fù)偏角角度過小的時(shí)候，可能會(huì)使加工工件表面摩擦增加，車削加工階段有振動(dòng)情況出現(xiàn)。對(duì)此，對(duì)薄壁零件的切削處理，可以將負(fù)偏角角度設(shè)置在8°～15°。當(dāng)金屬零件處于粗車削階段的時(shí)候，將負(fù)偏角適當(dāng)提高，延長(zhǎng)刀具的使用時(shí)間，以保證金屬工件表面的粗糙度合乎設(shè)計(jì)要求[5]。

4 結(jié)語

綜上分析，在制造行業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中，如果切削階段技術(shù)應(yīng)用存在問題，必然會(huì)導(dǎo)致部件出現(xiàn)質(zhì)量問題，最終影響制造行業(yè)發(fā)展。對(duì)此，行業(yè)人員要對(duì)常規(guī)的切削工藝優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際需求，靈活選擇切削工藝。與此同時(shí)，在切削工藝運(yùn)用階段，刀具的合理選擇和使用、切削液的使用、工件的裝夾以及現(xiàn)代仿真技術(shù)的應(yīng)用變得十分重要，合理控制切削工藝運(yùn)用流程，才能提高切削精度，保證金屬加工質(zhì)量，促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展。