切削技術在機械加工中的應用

李雪濤

摘要：機械加工是對結構復雜的零件進行再加工，加工工藝復雜，設計到模具、光學元件、集成電路、計算機技術等多個領域。金屬切削加工是機械加工必不可少的手段，在機械加工過程中選擇合理的切削刀具及切削用量是提高機械加工工件質量的保障，研究數控切削加工技術特點，對于提高加工工件精度具有重要的現實意義。

關鍵詞：切削技術；機械加工；數控機床

隨著現代工業經濟的快速發展，機械制造業在整個國民經濟中占有十分重要的地位， 金屬切削加工是機械加工過程中必不可少的手段。隨著數控技術及刀具技術共同發展的同時，切削刀具及切削速度都得到了高速發展，在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm進步到5μm，精密級加工中心則從3～5μm進步到1～1.5μm，（高速加工中心）并且超精密加工精度已開端進入納米級（0.01μm）。刀具材料和涂層技術使用范圍不斷擴大，涂層硬質合金刀具的切削性能得到大幅提高。新一代高速數控機床特別是高速加工中心的開發應用與超高速切削緊密相關，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.國內外切削技術現狀分析

為滿足現代機械加工對高效率、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，使刀具獲得優良的綜合機械性能，從而大幅度提高機械加工效率。

目前先進國度的車削和銑削的切削速度已抵達5000～8000m/min以上；機床主軸轉數在30000r/min（有的高達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，而國內只相當于國外的1/12～1/15，即國內干12～15個小時的活相當于國外干1個小時。據調查，許多加工中心的理論切削時間不到工作時間的55%。因此，如何進步加工效率，降低廢品率成了眾多企業共同討論的問題。為滿足現代機械加工對高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各國制造業對涂層技術的發展及其在刀具制造中的應用日益重視。對國內數控加工中心切削效率部分調查發現，普遍存在如刀具精度低、刀片跳動量大、加工光亮度低、工藝設備不配套等諸多問題。我國的刀具涂層技術經過多年發展，目前正處于關鍵時期，即原有技術已不能滿足切削加工日益提高的要求，國內各大工具廠的涂層設備也到了必須更新換代的時期。

2.提高切削效率的技術分析

2.1. 選擇合理的切削刀具

在數控機床切削加工中，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明的蒸氣機，為了適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點，制造刀具的材料必需具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處置等），并不易變形。所用刀具正朝著標準化、通用化和模塊化的方向發展，主要包括銑削刀具和孔加工刀具兩大類。先進刀具有三大技術特征：材料、涂層和結構創新。高速切削刀具主要依賴的是刀具材料和涂層技術的進步。高速切削可提高切削效率但不是惟一的手段。刀具的結構創新也是提高切削效率的有效手段。當前前國內外性能好的刀具材料主要有：金屬陶瓷、硬質合金涂層刀具、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對切削效率的上下和加工質量有很大影響，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、副切削刃銜接處應采用修圓刀尖或倒角刀尖，（cnc雕銑機）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≥3），增加每齒進給量，提高消費率及刀具壽命。當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進步加工效率和質量、降低成本的主要途徑。進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。在輪廓加工中，在接近拐角處應適當降低進給量，以克服由于慣性或工藝系統變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現象。確定進給速度的原則：1）當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。當線速度為165m/min，每齒進給為0.04mm時，進給速度為341m/min，刀具壽命為30件。假設將切削速度進步到350m/min，每齒進給為0.18mm（高速加工中心），進給速度則抵達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，宜選擇較低的進給速度，一般在20～50mm/min范圍內選取。3）當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20～50mm/min范圍內選取。

2.3.加工方式的選擇

注重刀具的結構創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刀具是不夠的，應該掌握和運用與切削過程相關的技術，全面提高生產效率。通過對加工工藝方式的創新是提高生產效率的有效手段。加工方式可分為順銑與逆銑兩種。而加工中心的機械傳動系統和結構本身就有較高的精度和剛度，相對運動面的摩擦系數小，傳動部件的間隙小，運動慣量小，并有恰當的阻尼比，因此可以采用順銑的方式加工，以進步加工效率。此外，根據加工閱歷，順銑比逆銑時刀具壽命要進步1倍多，采用不對稱的立銑方法，刀具壽命可進步2～3倍。

3. 結束語

金屬切削加工將機械加工與電、化學、超聲波等不合事理加工方法進行復合，在機械、電機、電子等各種現代產業部門中都起著重要的作用。刀具選擇、加工路徑規劃 、切削用量設定，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量基礎手段。

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