【文章內(nèi)容簡介】 切削力可使剛性較差的機(jī)床產(chǎn)生振顫。這種振顫會(huì)導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀片的崩刃，從而縮短刀具壽命。選用粗齒銑刀可以降低對(duì)機(jī)床功率的要求所以，當(dāng)主軸孔規(guī)格較小時(shí)(如R8, 30, 40錐孔)，可以用粗齒銑刀有效地進(jìn)行銑削加工。 粗齒銑刀多用于粗加工，因?yàn)樗休^大的容屑槽。如果容屑槽不夠大，將會(huì)造成卷屑、排屑困難或切屑與刀體、工件的摩擦加劇。在同樣進(jìn)給速度下，粗齒銑刀每齒切削負(fù)荷較密齒銑刀要大。 精銑時(shí)切削深度較淺，～，每齒的切削負(fù)荷小，所需功率不大，可以選擇密齒銑刀，而且可以選用比較大的進(jìn)給量。由于精銑中金屬切除率總是有限，密齒銑刀容屑槽小些也無妨。對(duì)于錐孔規(guī)格較大、剛性較好的主軸，也可以用密齒銑刀進(jìn)行粗銑。由于密齒銑刀同時(shí)有較多的齒參與切削，當(dāng)用較大切削深度(～5mm)時(shí)，要注意機(jī)床功率和剛性是否足夠，銑刀容屑槽是否夠大。排屑情況需要試驗(yàn)來驗(yàn)證，如果排屑有問題，應(yīng)及時(shí)調(diào)整切削用量。 切削時(shí)冷卻和涂層的選擇 平面銑削是否要冷卻，存在爭議。當(dāng)用一個(gè)大直徑面銑刀銑削時(shí)，冷卻液難以噴到整個(gè)銑刀。特別是銑削屬于斷續(xù)加工，刀片在頻繁地切入、切出，實(shí)際上冷卻液達(dá)不到刀尖，而是刀尖切入時(shí)被加熱，切出時(shí)被冷卻。這種很快地加熱、冷卻，極易引起熱裂紋。如果刀片出現(xiàn)裂紋，并且在切削時(shí)從刀片座中落下，刀體還將會(huì)受到嚴(yán)重的損壞。 現(xiàn)代的刀具涂層能使溫度裂紋產(chǎn)生的概率大大降低，更加促進(jìn)了干式切削的發(fā)展，特別是TiAlN涂層刀具很適合于干式切削。因?yàn)楫?dāng)切入金屬時(shí)，切削的熱量使TiAlN表面發(fā)生化學(xué)變化，使表明硬度更高。 干式切削的優(yōu)點(diǎn)是操作者可以看清切屑實(shí)際的形狀和顏色，為操作者提供了評(píng)定切削過程的信息，由于工件的化學(xué)成分不同，發(fā)出的信息也不一樣:當(dāng)加工碳鋼時(shí)，形成暗褐色切屑，說明采用切削速度適當(dāng)。當(dāng)速度進(jìn)一步提高，褐色切屑將變成藍(lán)色。如果切屑變黑，表明切削溫度過高，此時(shí)應(yīng)降低切削速度。 不銹鋼的導(dǎo)熱率較低，其熱量不能很好地傳至切屑，所以加工不銹鋼應(yīng)選用適當(dāng)?shù)那邢魉俣?，使切屑帶有淡淡的棕褐色。如果切屑變成深褐色，表明其切削速度己達(dá)最高限度。有時(shí)，為避免刀瘤，加工不銹鋼的切削熱又是需要的。 另外，冷卻液會(huì)使切屑冷卻太快而熔合在刀片上，導(dǎo)致刀具壽命降低。過高的進(jìn)給量會(huì)引起材料的堆積，而進(jìn)給量過低又會(huì)使刀具與工件發(fā)生摩擦，也會(huì)導(dǎo)致過熱。 干切的目標(biāo)是要調(diào)整切削速度與進(jìn)給量，使切削產(chǎn)生的熱量傳到切屑上而不是工件或銑刀上。因此，應(yīng)避免使用冷卻液，以便觀察飛濺的切屑，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整切削速度和進(jìn)給量。熱切屑意味著熱量沒有傳到零件和刀具上，不會(huì)發(fā)生熱裂紋，從而延長了刀具壽命。但當(dāng)加工易燃性的材料(如鎂和欽)時(shí)，應(yīng)注意冷卻并備好滅火設(shè)施。值得一提的是，當(dāng)干切時(shí)，在螺釘與銑刀體的結(jié)合面應(yīng)涂少量防止“咬死”(難以拆卸)的化合物也很重要，但要注意不要帶進(jìn)污物，否則會(huì)影響銑刀的安裝精度。 順銑和逆銑的選擇 在進(jìn)行逆銑時(shí)，刀片從零切削厚度處開始切削，這會(huì)產(chǎn)生很高的切削力，從而推動(dòng)銑刀和工件彼此遠(yuǎn)離。刀片被強(qiáng)行推入切口后，通常會(huì)與由正在切削的刀片所導(dǎo)致的加工淬硬表面接觸，同時(shí)在摩擦力和高溫的作用下產(chǎn)生摩擦和拋光效果。切削力也更容易將工件從工作臺(tái)上抬起。 在進(jìn)行順銑時(shí)，刀片從最大切屑厚度處開始切削。此舉可通過降低熱量和減弱加工淬硬趨勢來避免拋光效果。應(yīng)用最大切屑厚度非常有利，并且切削力更容易將工件推入銑刀，以使刀片進(jìn)行切削作用。 在進(jìn)行銑削時(shí)，斷屑有時(shí)會(huì)粘接或焊接到切削刃上，并且會(huì)聚集到下一刃切削的起始周圍。進(jìn)行逆銑時(shí)，斷屑比較容易被截留或楔入到刀片和工件之間，從而會(huì)導(dǎo)致刀片破裂。而進(jìn)行順銑時(shí)，同樣的斷屑會(huì)一分為二，從而不會(huì)損壞切削刃。無論機(jī)床、夾具和工件的要求如何，順銑都是首選方法，這樣會(huì)取得更好的加工效果。因?yàn)槟驺姇r(shí)，刀片切入前產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，造成加工表面硬化，使下一個(gè)刀齒難以切入。當(dāng)順銑時(shí)應(yīng)使銑削寬度大約等于2/3銑刀直徑，這可保證刀刃一開始就能立即切入工件，幾乎沒有摩擦。如果小于1/2銑刀直徑，則刀片又開始“摩擦”工件，因?yàn)榍腥霑r(shí)切削厚度變小，每齒進(jìn)給量也將因徑向切削寬度的變窄而減小?！澳Σ痢钡慕Y(jié)果使刀具壽命縮短，對(duì)于硬質(zhì)合金刀具，增加每齒進(jìn)給量和減小切削深度是比較有利的。所以粗銑時(shí)，若徑向切削寬度小于銑刀半徑時(shí)，增加走刀量，其刀具壽命將會(huì)提高，加工時(shí)間隨之縮短。當(dāng)然，精銑需要工件表面光潔，所以應(yīng)限制走刀量。試調(diào)整徑向銑削寬度，確定銑刀直徑與徑向銑削寬度之比的工作，最好在高精度機(jī)床上進(jìn)行，以便在調(diào)整比率的同時(shí)，觀察其工件表面粗糙度的變化。 數(shù)控車削刀具優(yōu)選 數(shù)控車床是目前應(yīng)用較廣的數(shù)控機(jī)床，主要用于旋轉(zhuǎn)體零件的車、鏜、鉆、鉸、攻絲等加工，一般能自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、球面、端面等工序的切削加工。數(shù)控車床能兼作粗、精車削，粗車時(shí)切削用量較大，要求粗車刀強(qiáng)度高、耐用度好。精車時(shí)直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而為了保證加工精度，要求刀具的精度高、耐用度好。數(shù)控車床使用的刀具有焊接式和機(jī)夾式之分，為減少換刀時(shí)間和方便對(duì)刀，應(yīng)盡可能采用機(jī)夾刀(目前數(shù)控機(jī)床除經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床外，其他的己廣泛地使用機(jī)夾式刀具)。機(jī)夾刀主要由刀體、刀片和刀片緊固系統(tǒng)三部分組成，機(jī)夾車刀按刀片緊固方式的不同又可分為杠桿式、楔塊式、螺釘式、上壓式，采用何種刀夾系統(tǒng)則根據(jù)不同用途來定。如外車削時(shí)則可考慮選用杠桿式或楔塊式。用于內(nèi)孔加工則可考慮選擇螺釘式。一般根據(jù)加工零件的加工精度、加工材料的軟硬程度、加工的間斷、連續(xù)、振動(dòng)傾向等進(jìn)行選擇，刀片的材料種類有硬質(zhì)合金、涂層刀片、陶瓷、氮化硼等，一般采用涂層硬質(zhì)合金刀片(涂層可增加刀片的耐用度，因?yàn)橐话銛?shù)控加工的切削速度較高，而涂層在較高切削速度時(shí)能體現(xiàn)其優(yōu)越性，這也是普通車床使用硬質(zhì)合金刀片一般不涂層的原因。涂層的材料有碳化欽、氮化欽和氧化鋁等)。刀片的形狀有三角形、正方形、六邊形等，它們根據(jù)相應(yīng)的刀夾系統(tǒng)而定。 車刀的選用步驟 (a)確定工序類型:外圓/內(nèi)孔； (b)確定加工類型:外圓車削/端面車削/仿型車削/插入車削； (c)確定刀具夾緊系統(tǒng):M類夾緊/S類夾緊/P類夾緊； (d)確定刀具形式； (e)確定刀具中心高:16/20/25/32/40； (f)選擇刀片:形狀、型號(hào)、槽型、刀尖半徑、牌號(hào)； (g)推薦切削參數(shù):切削速度、切削深度、進(jìn)給量。 刀片材料和切削線速度 (a)高速鋼車刀:20～30m/min車削HB260普通鋼材； (b)硬質(zhì)合金:70～90m/min車削HB260普通鋼材； (c)TiN涂層硬質(zhì)合金:100～120m/min車削HB260普通鋼材； (d)氧化鋁涂層硬質(zhì)合金:200～400m/min車削HB260普通鋼材； (e)金屬陶瓷:200～350m/min車削HB260奧氏體不銹鋼； (f)陶瓷刀片:200～400m/min車削HB300灰口鑄鐵； (g)CBN刀片:400～800m/min車削灰口鑄鐵和淬硬鋼及耐熱合金； (h)金剛石刀片:1000～3000m/min車削鋁合金。 內(nèi)孔車刀桿的選擇基本原則 (a)選擇盡可能大的直徑。 (b)選擇盡可能小的刀桿懸伸。普通鋼刀桿表面處理HRC42左右，刀桿夾持的最小長度為2倍刀桿直徑，最佳長度為3}4倍刀桿直徑。普通鋼刀桿作內(nèi)孔車削刀桿最大懸伸為4倍桿徑，做內(nèi)螺紋車削刀桿為3倍桿徑，做內(nèi)槽與仿形加工為2倍桿徑，超出會(huì)有振動(dòng)發(fā)生。刀桿懸伸在4倍到7倍桿徑時(shí)，可以使用重金屬刀桿或者整體硬質(zhì)合金刀桿。 (c)選擇剛性盡可能大的夾緊，以減少振動(dòng)的危險(xiǎn)。 (d)冷卻液(或壓縮空氣)可提高排屑能力和表面質(zhì)量，特別是在深孔加工中。 數(shù)控膛削刀具優(yōu)選 包含旋轉(zhuǎn)刀具的鐘削工序主要用于加工那些己經(jīng)過預(yù)加工、鑄造、鍛造、擠壓以及氣割的孔。通常粗加工可以應(yīng)用在公差要求范圍大的擴(kuò)孔工序，并可為精加工做準(zhǔn)備，從而使加工出的孔具有小公差和高表面質(zhì)量。 在加工中心上進(jìn)行鐘削加工通常是采用懸臂式的加工。因而對(duì)鐘刀剛性與精度要求較高。目前常用的精鐘孔鐘刀有精鐘微調(diào)刀頭，這種鐘刀的徑向尺寸可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，通用性好。近幾年來廣泛使用雙刃機(jī)夾鐘刀，這種刀具系統(tǒng)不僅更換刀片方便，不需重磨，且尺寸可調(diào)，剛性好，切削精度也較高。通常，推薦鐘削最大孔深為四倍刀桿直徑，對(duì)于較深孔地粗鐘和精鐘，應(yīng)選用具有防振鐘削地刀具?？准庸さ毒甙ㄣ@頭、擴(kuò)孔鉆、鐘刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等。和其它機(jī)械加工相比，鐘孔加工是相對(duì)較難的一種加工方法。它只靠調(diào)節(jié)一枚刀片(或刀片座)要加工出象H7, H6這樣的微米級(jí)的孔。隨著加工中心的普及，現(xiàn)在的鐘孔加工只需要進(jìn)行編程和簡單的按扭操作就可完成。正因?yàn)檫@樣，就需要有更簡單、更方便、更精密的刀具來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 刀具轉(zhuǎn)動(dòng) 和車床加工不同，加工中心加工時(shí)由于刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，便不可能在加工中及時(shí)掌握刀尖的情況來調(diào)節(jié)進(jìn)刀量等。也不可能像數(shù)控車床那樣可以只調(diào)節(jié)數(shù)控按扭就可以改變加工直徑。這便成了完全自動(dòng)化加工的一個(gè)很大的障礙。也正因?yàn)檫@樣所以就要求鐘刀必須具有微調(diào)機(jī)構(gòu)或自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)能，特別是在精鐘時(shí)根據(jù)公差要求有時(shí)必須在微米級(jí)調(diào)節(jié)。另外，加工中心鐘孔時(shí)由于切屑的流出方向在不斷地改變，所以刀尖、工件的冷卻以及切屑的排出都要比車床加工時(shí)難的多。 刀具的顛振 鐘孔加工時(shí)最常出現(xiàn)的、也是最令人頭疼問題是顛振。在加工中心上發(fā)生顛振的原因主要有以下幾點(diǎn): (a)工具系統(tǒng)的剛性:包括刀柄、鐘桿、以及中間連接部分的剛性。因?yàn)槭菓冶奂庸に蕴貏e是小孔、深孔及硬質(zhì)工件的加工，工具系統(tǒng)的剛性尤為重要。 (b)刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡:相對(duì)于刀具系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，刀具自身如有不平衡情況，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因不平衡的離心力的作用也會(huì)導(dǎo)致顛振的發(fā)生。特別是在高速加工時(shí)刀具的動(dòng)平衡性所產(chǎn)生影響很大。 (c)工件自身或工件的固定剛性:像一些較小、較薄的部件由于其自身的剛性不足，或由于工件形狀等原因無法使用合理的夾具進(jìn)行充分的固定。 (d)刀片的刀尖形狀:刀片的前角、刀尖半徑、斷屑槽形狀的不同所產(chǎn)生的切削抗力也不同。 (e)切削條件:包括切削速度、進(jìn)給量、進(jìn)刀量以及給切削液方式及種類等。 (f)機(jī)器的主軸系統(tǒng):機(jī)器主軸自身的剛性、軸承及齒輪的性能以及主軸和刀柄之間的連接剛性。 刀具的裝夾 在鐘孔時(shí)，最重要的是在加工中心上正確裝夾刀具。在小孔鐘削中，刀具的中心高是導(dǎo)致刀具失效的重要因素。如果刀具安裝低于中心高，將影響刀具的加工性能。主要表現(xiàn)在以下幾方面: (a)切削刃相對(duì)于工件的主后角減小，導(dǎo)致刀具的后刀面與工件接觸，使刀片與工件之間發(fā)生摩擦，當(dāng)?shù)镀D(zhuǎn)時(shí)，這種摩擦進(jìn)一步會(huì)使刀尖發(fā)生偏離，導(dǎo)致刀具更深地切入工件。切削刃的幾何參數(shù)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削熱。但增大前角，同時(shí)會(huì)降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的散熱體積。 (b)當(dāng)?shù)毒吆蠼菧p小時(shí)，刀片相對(duì)于工件的前角也增大，從而引起刀具刮削工件，引起刀具振動(dòng)并損壞刀具。這種情況在鐘削小孔時(shí)更為嚴(yán)重。為此建議刀具安裝應(yīng)略高于中心高(但應(yīng)盡可能接近中心高)。這樣可使刀具相對(duì)于工件的法向后角增大，切削條件得到改善，如果加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，刀尖會(huì)向下和向中心偏斜，從而接近理想的中心高。刀具也可輕微地退出，減小削傷工件的可能性。此外，刀具前角也將減小，這樣可穩(wěn)定工作壓力。如果前角減小到，就會(huì)產(chǎn)生太大的工作壓力，導(dǎo)致刀具失效。所以在鐘孔時(shí)，應(yīng)選取正前角的鐘刀，在鐘lmm的小孔時(shí)，鐘桿的直徑只有0. 75mm左右，使刀具承受的切削力減小。 切屑的排出在鐘孔時(shí)，切屑的有效排出至關(guān)重要。加工時(shí)，由于刀具在孔內(nèi)，切削液很難到達(dá)切削刃，造成切屑排出困難，影響刀具壽命。為解決這一難題，一些刀具制造商開發(fā)出一種沿切削刃帶冷卻槽的刀片，使切削液直接流向切削刃，防止切屑堵塞和刀具損壞。 數(shù)控鉆削刀具優(yōu)選 鉆頭的設(shè)計(jì)歷史經(jīng)歷了1800年單刃鉆頭→1820年麻花鉆頭→1900年高速鋼麻花鉆頭→1930年硬質(zhì)合金鉆頭→1970年可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鑲片鉆頭→今天高性能硬質(zhì)合金鉆頭。在金屬切削中，鉆頭的消耗量約占刀具總消耗量的23。在加工中心上大約有20～30%的工時(shí)用來進(jìn)行鉆削加工?？梢娿@削刀具在切削加工中的重要性。一般使用刀具樣本上有的通用刀具，如中心鉆、麻花鉆、絲錐等，刀具的尺寸規(guī)格按零件圖及加工余量來選定。以麻花鉆為例，它的柄部有錐柄與直柄之分，較大規(guī)格的麻花鉆多為錐柄，小直徑的麻花鉆多為直柄。同時(shí)，麻花鉆又有標(biāo)準(zhǔn)型與加長型兩種為了提高鉆頭剛性，應(yīng)盡可能選用較短的鉆頭。在加工中心上鉆孔都是無鉆模直接鉆孔，因而對(duì)鉆頭的要求較高，鉆頭的兩主切削刃必須有較高的對(duì)稱度，在鉆孔前最好先用中心鉆鉆一中心孔，以保證位置精度。鉆大孔時(shí)，可采用剛度較好的硬質(zhì)合金扁鉆。當(dāng)孔的形位精度要求不是太高時(shí)，一般采用擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔。擴(kuò)孔鉆的刀體強(qiáng)度高、剛性好，能采用較大的進(jìn)給量和切削速度，其導(dǎo)向性好，切削平穩(wěn)，但不能很好地糾正鉆孔留下的加工誤差。當(dāng)孔的形位精度要求較高時(shí)，如果孔的深度不是太深可用鍵槽銑刀來進(jìn)行鉸孔前的擴(kuò)孔加工。 刀具幾何參數(shù)的合理選擇 刀具合理幾何參數(shù)所謂合理的刀具幾何參數(shù)，是指在一定的切削條件下能保證刀具磨損最慢、刀具耐用度最高，保證被加工工件的表面質(zhì)量，并能滿足提高生產(chǎn)率、降低成本的刀具幾何參數(shù)。刀具的幾何參數(shù)包含以下的內(nèi)容: (a)切削刃的形狀:如直線刃、折線刃、圓弧刃、刀尖的形狀等。 (b)切削刃區(qū)的剖面型式(簡稱為刃區(qū)型式):常用的是鋒刃，也可以在切削刃區(qū)磨出負(fù)倒棱，消振棱等。 (c)刀面型式:如前刃面上磨出斷屑槽等。 (d)刀具的切削角度。 刀具合理幾何參數(shù)選擇的一般原則在選擇刀具合理幾何參數(shù)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題: (a)注意各個(gè)幾何參數(shù)之間的聯(lián)系:刀具的刃形、刃區(qū)、刃面和角度之間是相互聯(lián)系的，應(yīng)該綜合起來考慮它們之間的作用與影響，分別確定其合理的數(shù)值。不能不考慮它們之間的內(nèi)在聯(lián)系而孤立地選擇某一參數(shù)。 (b)要考慮具體的加工條件:要考慮機(jī)床、夾具、系統(tǒng)剛度及功率大小