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如何提高数控车削加工质量
[摘 要]数控车削加工质量包括加工精度和表面质量.要提高加工质量,首先必须加工程序正确,其次数控车床本身精度要满足要求,最后就是要合理选择工艺参数.浅谈如何提高数控车削加工质量一文,从车刀的选择、切削用量的确定和切削液的选用三个方面入手,谈谈如何进一步提高数控车削加工质量.
[关键词]刀具：切削用量：切削液
随着工业现代化的日益发展,数控车床的应用越来越广泛,无论是加工效率,还是加工质量,都大大提高.本文从车刀的选择、切削用量的确定和切削液的选用三个方面,谈谈如何有效提高数控车削加工质量.
一、车刀的选择
对数控车削加工来讲,刀具的选择起到至关重要的作用.数控车床主轴转速要比普通车床主轴转速高出1-2倍,这就要求刀具应有高强度、高耐用度和合理的结构.采用新型高速钢、超细粒度硬质合金等优质材料制造数控车削刀具,并对刀具表面进行涂镀处理,能有效满足高速切削对刀具的高要求.
1、车刀的类型
数控车削加工常用刀具的分类有多种方法.一是根据刀具形状分：可以分为尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀.尖形车刀是数控车削加工中最常用的刀具,以直线切削刃为特征.数控加工中,总希望能按照轮廓- 7J连续车削出所需要的外形,这就要对刀具进给路线及加工过程中可能出现的刀具干涉等进行全面考虑,以决定尖形车刀的几何角度.圆弧形车)9是较为特殊的数控车刀,其特征是主切削刃为一段圆弧.利用数控车床的圆弧半径补偿功能,可方便地进行零件圆弧轮廓的编程,并保证圆弧面的高质量.成形车刀也称样板刀,零件的轮廓形状完全由车刀刃口的形状和尺寸决定.二是根据刀具结构分：可分为整体式车刀、焊接式车刀和机械夹固式车刀.整体式车刀主要是整体式高速钢车刀,通常用于螺纹车刀和形状复杂的成形刀.焊接式车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上,经刃磨而成.机械夹固式车刀是数控车床上用得最多的刀具,刀片为多边形,有多条切削刃,当某条切削刃磨损后,只需松开夹固元件,将刀片转一个角度便可继续使用.最大优点是车刀几何角度完全由刀片保证,)9杆和刀片已经标准化,切削性能稳定,如工质量好.不足之处是,当切削刃损坏后,无法再刃磨修复,只能直接更换刀片,成本费用高.
2、车刀的性能要求
数控车床加工时,能根据程序指令实现自动换刀,缩短了辅助时间,提高了加工效率.切削金属时,刀具切削部分直接与工件、切屑相接触,承受着很大的切削压力,并产生剧烈摩擦,加工温度极高.由于刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作,因此刀具必须具备以下基本性能：
(1)高硬度.刀具材料的硬度必须高于工件的硬度.
(2)足够的强度和韧性.刀具材料要能承受高切削力、振动和冲击.
(3)高耐磨性.刀具材料要具有足够抵抗磨损的能力.
(4)高耐热性.刀具材料要具有在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力.
(5)良好的导热性.刀具材料要具有良好的导热性,能够将切削时产生的热及时传导出去.
3、车刀的选择原则
车刀的选择应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用.总的选择原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高.一是在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高车削加工时)9具的刚性.二是要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适盧.比如,在选择切刀时,既要求刀刃宽度要小于或等于槽宽,又要保证刀具要有足够的切削深度,否则会出现刀具与工件发生相撞.三是在进行曲面加工时,应优先选用球头刀具,并且球头刀具半径应小于曲面的最小曲率半径.
4、车刀的安排原则
在中等职业学校数控车削加工实训中,由于刀具的刃磨和更换多为人工手动进行,为减少辅助时间,必须合理安排)9具.一般应遵循以下原则：一是尽量减少刀具数量,在满足加工要求的前提下,应使用较少的刀具完成较多的加工.二是一把车刀装夹后,应完成所有能加工的部位,以减少换刀时间.三是粗、精加工的刀具应分开使用,以减少刀具磨损,同时保证表面质量.四是按照先面后孔,先内后外的原则,以保证装夹及形位公差要求.
5、车刀几何参数的合理选择？
在实际数控车削加工中,由于车刀刀尖圆弧半径、主偏角、车刀刀尖距离零件中心高的偏差等几何参数的影响,必定引起被加工零件的轴向尺寸误差和径向尺寸误差.对于圆锥面和圆弧面的加工,由于车刀刀尖圆弧半径与车刀主偏角的存在,使得被加工零件的轴向尺寸发生变化,且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大,随主偏角的增大而减小.力此,必须有效使用CAI或CA2功能刀尖圆弧半径补偿,以保证加工精度.
6、车刀的安装？
在保证车刀切削部分的几何参数后,车刀的安装也非常重要.一是要等高,即车工刀尖的几何中心与主轴回转中心要等高,否则会引起尺寸变化.二是要垂直,即刀杆轴线与主轴回转中心要垂直,否则会改变车刀的几何参数.三是悬伸要短,即刀杆超出刀架要短,否则会产生振动,影响表面质量.
二、切削用量的确定
数控车削加工中的切削用量,包括背吃刀量ap,主轴转速n和进给量f.切削用量的大小,对切削能力、切削速度和刀具寿命等都有最直接的影响.切削用量的确定,就是要确保)9具的寿命和加工效果的同时,让切削效果达到最好.
1、切削用量的选择原则
粗加工时,以提高生产率为主,需要在较短时间内完成零件轮廓的加工,应从零件的加工经济性、加工成本方面考虑,来选择切削用量.精加工时,以保证尺寸精度和表面质量为主,应从车削加工质量方面考虑,来选择车削用量.切削用量总的选择原则是：粗车时,首先要选择尽可能大的背吃刀量,其次选择较大的进给量,最后确定相对较低的主轴转速.精车时,首先要根据精车余量确定较小的背吃刀量和进给量,然后尽可能提高主轴转速,以保证加工质量.
2、切削用量的选择方法
(1)确定背吃刀量ap.在数控车床、工件和刀具等工艺系统的刚度允许的情况下,应尽可能选取较大的背吃刀量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率.切削表层有硬皮的铸锻件或氧化层时,背吃刀量应超过硬皮或氧化层的厚度,以预防刀尖过早磨损.在中等功率数控机床上,粗车时背吃刀量可以达到6mm,半精车时背吃刀量可以取为0.5 -2mm.精车时,为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般留0.20. 5mm.
(2)确定进给量f.在背吃刀量选定之后,进给量直接决定了切削面积,因而决定了切削力的大小.粗车时,对于工件表面没有很严的要求,只需考虑机床的能力和刚性、工件的材质和粗细、刀具硬度和规格,来选取进给量.精车时,根据工件材质、刀尖圆弧半径、切削速度来确定进给量,一般取0.1-0. 2mm/r.
在数控车削加工过程中,进给量f也可通过机床控制面板上的进给倍率开关进行人工调整,但是受到设备刚度和进给系统性能等的限制.要注意的是,在螺纹加工过程中,不能调整进给倍率开关,否则会出现乱牙现象,造成螺纹报废.
(3)确定主轴转速n.根据已选定的背吃刀量和进给量,最后确定主轴转速.粗车时,主轴转速要低.精车时,主轴转速要低.要注意的是,在加工大件、细长轴、薄壁件和带外皮的工件时,应选用较低的主轴转速.
三、切削液的选用
进行金属切削加工时,选用合适的切削液,能够改善刀具与工件间的良,降低温度、减少摩擦,有效提高加工的效率和表面质量.
1、切削液的作用
(1)切削液的冷却作用.切削液具有降低切削温度,提高)9具耐用度的作用,能保证切削顺利进行.
(2)切削液的润滑作用.切削液减能在刀具与工件的接触区域,形成润滑层,从而提升工件表面质量.
(3)切削液的清洗作用.切削液能够冲走切削时出现的碎屑和污垢,达到清理刀具以及工件表面的目的.
(4)切削液的防锈作用.由于空气中的水分和氧,与金属接触会氧化导致其生锈,切削液具有防止加工工件生锈的能力.
2、切削液的种类
(1)水溶液.水溶液主要成分是水,导热性强、冷却快.但没有润滑作用,容易使工件生锈.
(2)乳化液.乳化液是最常见的切削液,由乳化油稀释而成,呈乳白色.具有良好的冷却作用,但润滑、防锈性能不如切削油.
(3)切削油.切削油含有大量油性物质,润滑能力强,防锈能力好,但冷却性能差.
3、切削液的选用
(1)粗车时切削液的选用.粗车的目的是在较短时间内完成零件轮廓加工,会产生大量的热.此时选用切削液,最主要的目的是降温,保护刀具,要优选乳化液.
(2)精加工时切削液的选用.精加工的目的是在保证尺寸精度的同时,减小表面粗糙度,提高工件表面质量.此时选用切削液,最主要的目的是润滑,要优选切削油.
要注意的是,使用高速钢车刀加工金属材料时,需要充分浇注切削液来降温,否则刀具硬度会快速下降,加剧磨损.使用硬质合金车刀加工金属材料时,一般不需要加冷却液,若使用必须充足而且连续浇注,否则会使刀片受热开裂.另外,也要视工件材料确定是否需要切削液,在车削铸铁、黄铜等脆性材料时,不能使用切削液,以免崩碎切屑附在切削部件上,加剧摩擦,损坏工件表面质量.
参考文献：
[1] 陆剑中,金属切削原理与刀具[M]．北京：机械工业出版社,2007．
[2] 唐应谦,数控加工工艺学[M]．北京：中国劳动社会保障出版社,2000．
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