蔣毅

(四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，四川 遂寧 629000)

0 前言

近年來(lái)全球制造業(yè)快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)制造業(yè)要求也不斷提高，德國(guó)作為世界制造業(yè)強(qiáng)國(guó)率先提出了“工業(yè)4.0”，我國(guó)也提出了《中國(guó)制造2025》的十年行動(dòng)綱領(lǐng)。伴隨著制造業(yè)的發(fā)展同時(shí)，數(shù)控加工已經(jīng)成為了機(jī)械制造行業(yè)中最重要的技術(shù)之一，而高職院校作為培養(yǎng)數(shù)控人才的重要場(chǎng)所，應(yīng)緊密結(jié)合社會(huì)對(duì)數(shù)控人才提出的新要求,不斷改善自身的教學(xué)方式，提高自身的教學(xué)水平，培養(yǎng)出更加合符社會(huì)需要的人才。對(duì)于制造業(yè)而言，如何保證零件的加工質(zhì)量是制造業(yè)的生存之本；對(duì)于職業(yè)教育而言，如何提高學(xué)員的技術(shù)水平是學(xué)校的立足之本，這給職業(yè)教育的教學(xué)者帶來(lái)了新的考驗(yàn)。

在制造業(yè)中，零件的加工質(zhì)量直接影響機(jī)械產(chǎn)品的工作性能和使用壽命，加工質(zhì)量包括加工加工精度和表面質(zhì)量，加工精度包括尺寸精度、幾何形狀精度和位置精度。影響加工精度的主要因素有加工原理誤差、調(diào)整誤差、機(jī)床誤差、夾具誤差和刀具誤差；影響表面質(zhì)量的主要因素有工件材料、切削用量、刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削液及工藝系統(tǒng)的振動(dòng)。保證加工質(zhì)量是對(duì)操作者的基本要求，對(duì)操作者而言只能從減小調(diào)整誤差和刀具誤差方面來(lái)保證加工精度，以及從合理確定切削用量、刀具幾何參數(shù)、合理使用切削液及減小工藝系統(tǒng)振動(dòng)方面保證表面質(zhì)量的要求。

回轉(zhuǎn)體表面是構(gòu)成回轉(zhuǎn)體零件的主要表面，其主要的加工方式是車削加工。隨著制造技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控車床已作為車削加工的主要設(shè)備，如何保證數(shù)控車床加工工件質(zhì)量是數(shù)控機(jī)床操作人員必備的技能。影響數(shù)控車床加工工件質(zhì)量的因素較多，包括對(duì)刀精度、切削用量、刀具幾何形狀、工件和刀具材質(zhì)、工藝系統(tǒng)剛性等。在數(shù)控車削的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，教學(xué)者可以從提高對(duì)刀精度、合理確定切削用量及提高工藝系統(tǒng)剛性等方面提高學(xué)員的技術(shù)水平。

1 保證刀具正確位置

刀具的位置誤差是產(chǎn)生加工誤差的主要因素之一。對(duì)于數(shù)控車床而言，刀具的位置包括X、Y、Z三個(gè)方向，Y方向通過安裝刀具保證，X、Z的位置通過對(duì)刀確定。

1.1 正確安裝刀具

安裝刀具時(shí)，首先應(yīng)保證刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心等高或略低于中心，否則會(huì)出現(xiàn)尺寸偏差，如圖1所示，高度偏差（a）越大，最終的尺寸偏差也就越大。對(duì)于實(shí)心工件可采用試切端面的辦法調(diào)整刀具刀尖高度，該辦法簡(jiǎn)單快捷，但存在刀具種類受限的弊端。比如切槽刀和螺紋刀不適合試切端面和切削外圓，故可先用外圓車刀試切端面，根據(jù)試切結(jié)果調(diào)整刀尖至回轉(zhuǎn)中心高度，測(cè)量此時(shí)刀尖距離刀臺(tái)底部的高度，在使用其他刀具時(shí)可直接將刀具刀尖調(diào)整至此高度。

圖1 刀尖高度的影響

其次應(yīng)使切削刃的對(duì)稱中心平面與工件回轉(zhuǎn)軸線垂直，這對(duì)螺紋刀和切槽刀十分重要，否則會(huì)出現(xiàn)形狀誤差。

1.2 合理設(shè)定工件坐標(biāo)系

圖2 螺紋加工的工件坐標(biāo)系

工件在加工過程中采用的坐標(biāo)是工件坐標(biāo)系，數(shù)控車床的工件坐標(biāo)系一般設(shè)在工件的右端面與軸心線的交點(diǎn)處，以避免減少測(cè)量誤差影響Z方向的對(duì)刀精度；在一些特殊場(chǎng)合也可以設(shè)在外圓輪廓與端面的交點(diǎn)處，以減少編程計(jì)算工作量和計(jì)算失誤出錯(cuò)，比如在加工螺紋時(shí)，如圖2所示，如果仍然將加工原點(diǎn)設(shè)置在工件右端面與軸心線的交點(diǎn)處，那么在計(jì)算切削深度時(shí)就需通過螺紋大徑減去刀具當(dāng)前位置計(jì)算，在加大了計(jì)算量的同時(shí)也增加了出錯(cuò)的可能性；如果將加工原點(diǎn)設(shè)置外圓輪廓與端面的交點(diǎn)處，在加工過程中的切削深度便可直接通過X坐標(biāo)直觀顯示，從而更好的掌握螺紋加工時(shí)的螺紋深度，有利于保證螺紋的牙型高度尺寸。

1.3 保證對(duì)刀精度

圖3 對(duì)刀誤差

對(duì)刀就是建立工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的正確位置關(guān)系。因?qū)Φ墩`差的影響將導(dǎo)致工件原點(diǎn)與編程原點(diǎn)不重合，從而產(chǎn)生加工誤差，如圖3所示。因此，操作者在對(duì)刀時(shí)應(yīng)盡可能提高對(duì)刀精度，以減小對(duì)刀誤差對(duì)加工精度的影響。

圖4 塞尺對(duì)刀

普通數(shù)控車床一般采用試切法對(duì)刀，需對(duì)工件表面切削一次，測(cè)量其尺寸，測(cè)量值即為其在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，測(cè)量誤差會(huì)影響對(duì)刀精度。當(dāng)某些對(duì)刀表面不允許切削時(shí)，可以采用塞尺對(duì)刀，如圖4所示，此時(shí)人為因素會(huì)影響對(duì)刀精度。

為了避免對(duì)刀誤差對(duì)加工精度的影響，首先，對(duì)刀測(cè)量的量具應(yīng)選用精度較高的，如千分尺。其次合理使用數(shù)控系統(tǒng)的刀補(bǔ)功能校正刀具的位置。批量加工時(shí)，應(yīng)首件試切后，測(cè)量尺寸→確定刀補(bǔ)值→設(shè)置刀補(bǔ)，提高刀具位置精度。單件加工時(shí)，采用一把刀具完成粗精加工時(shí)，粗加工結(jié)束后，暫停程序測(cè)量工件設(shè)置刀補(bǔ)，再啟動(dòng)程序進(jìn)行精加工；采用兩把刀具完成粗精加工時(shí)，應(yīng)安排半精加工工序，換刀后進(jìn)行半精加工，半精加工結(jié)束后暫停程序測(cè)量工件修正刀補(bǔ)，再進(jìn)行精加工。

2 合理使用切削用量和切削液

切削過程中的切削力、切削熱、積屑瘤、刀具磨損等因素均會(huì)對(duì)零件的加工質(zhì)量產(chǎn)生影響，而切削用量與這些因素之間存在密不可分的聯(lián)系，合理使用切削用量和切削液，有利于減小其對(duì)加工質(zhì)量的影響。

2.1 切削用量的合理確定

粗加工時(shí)的切削用量以提高加工效率、降低加工成本為目的，精加工時(shí)以保證加工質(zhì)量為目的。精加工的切削用量應(yīng)根據(jù)參考資料、加工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際情況確定。

粗加工時(shí)，應(yīng)盡量在一次的走刀中切除全部加工余量。半精加工時(shí)，取ap=0.5～2mm。精加工過程中，如果背吃刀量在不小于最小切削厚度時(shí)，精車背吃刀量越小越有利于提高表面質(zhì)量，因?yàn)榍邢骱穸仍叫?，工件材料抵抗塑性變形的能力越?qiáng)，刀具和材料原子之間的相互作用力越弱，加工表面質(zhì)量就越好。最小切削厚度是一個(gè)變量，隨著刀具的幾何形狀、刀具材料、加工材料等切削條件的不同而變化。在加工常見材料時(shí)最小切削厚度通常與刀尖圓弧半徑R有關(guān)，但當(dāng)精加工背吃刀量小于最小切削厚度時(shí)，反而會(huì)降低工件表面質(zhì)量，因?yàn)樵谲囅骷庸r(shí)工件與刀具之間主要是切削關(guān)系，當(dāng)背吃刀量過小時(shí)，工件與刀具都會(huì)有一定的彈性變形，導(dǎo)致工件與刀具之間除了切削關(guān)系外還加大了兩者間的磨擦，而磨擦的存在則會(huì)直接降低工件的表面質(zhì)量。所以設(shè)置適當(dāng)?shù)木囉嗔繉?duì)于提高工件的表面質(zhì)量就顯得尤為重要，一般取ap=0.1～0.4mm，采用圓弧刀尖時(shí)，ap=0.3R-0.7R。

進(jìn)給速度是影響表面質(zhì)量的主要因素，確定時(shí)應(yīng)以減小刀具與已加工表面的接觸時(shí)間從而減小已加工表面塑性變形為準(zhǔn)。精加工時(shí)，一般取 f=0.05～0.1mm/r，采用修光刃時(shí)，f≈0.8b(b 為修光刃的長(zhǎng)度）。

提高切削速度有利于提高表面質(zhì)量，當(dāng)切削速度達(dá)到一定值后，表面質(zhì)量反而會(huì)降低，同時(shí)切削熱會(huì)大幅增加，熱變形會(huì)加大，尺寸精度難于控制，應(yīng)合理使用切削液。精加工的切削速度應(yīng)參考切削用量手冊(cè)結(jié)合加工經(jīng)驗(yàn)確定。

2.2 切削液的合理使用

合理使用切削液可以改善切屑、工件與刀具之間的摩擦情況，抑制積屑瘤的形成，從而降低切削力和切削溫度，減小工件的熱變形和刀具磨損，提高刀具的耐用度、加工精度，改善已加工表面的質(zhì)量。切削液通常分為油基切削液和水基切削液，油基切削液潤(rùn)滑性能較好，冷卻效果較差，潤(rùn)滑性能相對(duì)較差，冷卻效果較好。

不同的材質(zhì)刀具其耐熱溫度不同，選用的切削液也有所不同，常用的刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等。高速鋼允許的最高溫度為600℃，在低中速切削時(shí)發(fā)熱量不大，可采用油基切削液或乳化液冷卻，高速切削時(shí)，由于發(fā)熱量大，為避免油基切削液會(huì)產(chǎn)生較多油霧，故采用水基切削液；硬質(zhì)合金其硬度高且耐高溫，允許工作溫度可達(dá)1000℃，具有優(yōu)良的耐磨性能，但在使用硬質(zhì)合金合金刀具時(shí)應(yīng)注意均勻地冷卻刀具，以免造成刀具受熱不均勻而產(chǎn)生崩刃，油基切削液的熱傳導(dǎo)性能較差，使刀具產(chǎn)生驟冷的危險(xiǎn)性要比水基切削液小，故硬質(zhì)合金一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液；陶瓷、金剛石都具有很高的硬度和高溫耐磨性，一般采用干切削或采用水基切削液，特別適合加工一些高強(qiáng)度或不宜污染的材料，如碳纖維。

粗加工進(jìn)給量較大，切削力大，發(fā)熱大，應(yīng)選擇冷卻性較好的切削液，一般半合成水基切削液；精加工進(jìn)給量較小，相對(duì)發(fā)熱量較小，對(duì)工件表面精度要求較高，一般選用潤(rùn)滑性較好、濃度較高的半合成切削液。

3 結(jié)束語(yǔ)

影響車削加工尺寸精度和表面質(zhì)量的因素很多，除了上述因素還包括 刀具幾何形狀、機(jī)床剛性、工件和刀具材質(zhì)等多方面影響，操作者要十分熟悉數(shù)控車床的性能和功能以及加工過程中影響加工質(zhì)量的主要因素，不斷提升自身的理論水平和數(shù)控機(jī)床的操作能力，從而提高自己分析問題和解決問題的能力，掌握更多的保證數(shù)控車床加工質(zhì)量的方法和措施，充分利用現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施為零件的加工服務(wù)。