丁巖， 崔成， 姜斌

（1.齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾161005；2.哈爾濱理工大學(xué)，哈爾濱150080）

0 引言

機(jī)床箱體作為機(jī)床加工生產(chǎn)中的核心零件,箱體的質(zhì)量是影響機(jī)床整體精度的因素之一，而箱體的精度和質(zhì)量在一定程度上取決于刀具能否穩(wěn)定運(yùn)行。如果刀具在切削過程中產(chǎn)生磨損, 不但會(huì)影響箱體的加工質(zhì)量和精度, 還可能引起加工機(jī)床損壞，造成無(wú)法挽回的損失[1]。

根據(jù)機(jī)床箱體的裝配需求，通?？砂呀Y(jié)合面分為靜結(jié)合面和動(dòng)結(jié)合面。靜結(jié)合面主要起固定聯(lián)接和支承的作用。機(jī)床部件中的滑座與變速箱的聯(lián)接面、軸承座與立柱的聯(lián)接面等，都屬于靜結(jié)合面。動(dòng)結(jié)合面是指相互聯(lián)接的兩個(gè)零部件之間在工作狀態(tài)時(shí)存在宏觀相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合面[2]。對(duì)其使用要求進(jìn)行分析，大多數(shù)情況，靜接合面更加側(cè)重于微觀形貌，如表面粗糙度等尺寸要求；動(dòng)結(jié)合面則側(cè)重于宏觀的誤差分布，如平面度等尺寸要求。而刀片在加工機(jī)床關(guān)鍵箱體過程中的磨損，使刀刃表面和刀具前刀面及后刀面的表面粗糙度變大[3]，使工件表面形成毛刺或亮斑。而加工零件的表面粗糙度是重要的質(zhì)量控制要素[4]，直接影響工件結(jié)合面的加工質(zhì)量。為探尋影響刀片磨損原因并進(jìn)一步控制影響因素，以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)加工中降低成本、提高質(zhì)量的目的，本文針對(duì)2種常用刀具進(jìn)行工藝試驗(yàn)并得出切削參數(shù)優(yōu)化方向。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與方案

1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)材料為機(jī)床常用材料HT300，試驗(yàn)件長(zhǎng)為200 mm，寬為150 mm，高為100 mm；刀具采用兩種相同直徑不同齒數(shù)可轉(zhuǎn)位面銑刀，一種是φ63 mm五齒等齒距面銑刀；另一種是φ63 mm 六齒等齒距面銑刀；兩種面銑刀采用相同材質(zhì)、相同參數(shù)的刀片；試驗(yàn)機(jī)床使用同一臺(tái)立式加工中心進(jìn)行切削；刀具磨損測(cè)量?jī)x器為KEYENCEVHX600型超景深顯微鏡可以保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性；工件表面粗糙度測(cè)量裝置為便攜式表面粗糙度儀。

圖1 φ63 mm五齒等齒距面銑刀

圖2 φ63 mm六齒等齒距面銑刀

1.2 試驗(yàn)方案

從刀具不同齒數(shù)及切削參數(shù)變化兩方面，進(jìn)行切削試驗(yàn)，切削方式采用無(wú)冷卻的順銑切削，在同一臺(tái)機(jī)床上采用不同的刀具及相同刀具，采用不同切削參數(shù)切削同一試驗(yàn)材料。切削相同長(zhǎng)度后取下刀具，放在顯微鏡下觀察刀具磨損情況，同時(shí)用儀器測(cè)量工件表面粗糙度。

試驗(yàn)分兩步進(jìn)行：首先，分別采用五齒和六齒的等齒距面銑刀具，在相同的每齒進(jìn)給量和切削線速度情況下進(jìn)行切削，觀察刀片磨損情況；然后，采用相同齒數(shù)的刀具，分別改變每齒進(jìn)給量和切削線速度情況下進(jìn)行切削，觀察刀片磨損情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 刀具齒數(shù)對(duì)刀具磨損的影響

控制變量為刀具的齒數(shù)，試驗(yàn)切削參數(shù)如表2所示。為控制變量刀具結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)毒啐X數(shù)Z變化時(shí)，保證每齒進(jìn)給量、切削線速度不變，則進(jìn)給量發(fā)生相應(yīng)變化。以此參數(shù)在切深相同的情況下對(duì)HT300試件進(jìn)行銑削加工。

表2 試驗(yàn)變量參數(shù)

如圖3所示，通過超景深顯微鏡的觀測(cè)，六齒刀具的磨損情況較好，無(wú)明顯崩刃情況，從圖4可知，五齒刀具磨損較嚴(yán)重，刀刃已崩口，后刀面磨損寬度和后刀面磨損深度都比六齒刀具磨損嚴(yán)重，特別是磨損長(zhǎng)度尤其明顯。

圖3 銑削后五齒刀具（上）與六齒刀具（下）磨損程度對(duì)比

圖4 相同切削參數(shù)下刀具磨損對(duì)比

2.2 切削參數(shù)對(duì)刀具磨損影響

控制變量為切削線速度，試驗(yàn)切削參數(shù)如表3所示。為控制變量切削線速度，當(dāng)切削線速度變化時(shí)，保證每齒進(jìn)給量、刀具結(jié)構(gòu)不變，則進(jìn)給量發(fā)生相應(yīng)變化。以此參數(shù)在相同切削深度情況下對(duì)HT300試件進(jìn)行銑削加工。

表3 試驗(yàn)變量參數(shù)

由圖5與圖6對(duì)比可知，當(dāng)五齒刀具在每齒進(jìn)給量從第1組0.08 mm/z變到第2組0.015 mm/z時(shí)，每齒進(jìn)給量小的第一組的刀具磨損明顯小于每齒進(jìn)給量大的第2組，說(shuō)明每齒進(jìn)給量與刀具的磨損成正比。

每齒進(jìn)給量不變，當(dāng)切削線速度發(fā)生變化時(shí)，在刀具直徑和刀具齒數(shù)相同時(shí)，進(jìn)給量隨著線速度的增加而變快。通過對(duì)比圖7 與 圖8 可知，切削線速度低的第3組六齒刀具比切削線速度高的第4組六齒刀具的前刀面磨損長(zhǎng)度和磨損寬度小，也就是說(shuō)，隨著切削線速度變大，刀具的磨損也變大；通過對(duì)圖6、圖7進(jìn)行對(duì)比，切削線速度相同的第3組六齒刀具比第2組五齒刀具磨損小，隨著刀具齒數(shù)的增多，刀具磨損逐漸變小。

圖5 第1組五齒刀具磨損

圖6 第2組五齒刀具磨損

圖7 第3組六齒刀具磨損

圖8 第4組六齒刀具磨損

3 銑刀磨損對(duì)結(jié)合面加工質(zhì)量的影響

若要得出刀具磨損程度與結(jié)合面加工質(zhì)量間的關(guān)系，我們選用刀具磨損最為明顯的參數(shù)，即刀具結(jié)構(gòu)，故控制變量為刀具結(jié)構(gòu)，選用五齒面銑刀、六齒面銑刀兩種刀具（刀具直徑D均為63 mm）進(jìn)行研究，試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。連續(xù)加工20件，對(duì)加工結(jié)束后的工件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目為結(jié)合面Z向誤差值（可反映平面度的好壞），結(jié)果如圖9所示。

由圖9所示檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，六齒刀具加工后的結(jié)合面Z向誤差值明顯小于五齒刀具加工的表面Z向誤差值，即六齒刀具加工后的結(jié)合面平面度明顯小于五齒刀具加工后的結(jié)合面平面度。

圖9 不同磨損程度的刀具加工表面的精度對(duì)比

對(duì)工件表面加工質(zhì)量進(jìn)行觀測(cè)，六齒刀具與五齒刀具加工后表面形貌的測(cè)量結(jié)果如圖10所示，六齒刀具加工后的表面高度的極差為8.50 μm，五齒刀具加工后的表面高度的極差為15.62 μm，說(shuō)明六齒刀具加工的表面質(zhì)量好于五齒刀具，即六齒刀具加工后的結(jié)合面粗糙度明顯小于五齒刀具加工后的結(jié)合面粗糙度。

圖10 不同磨損程度的刀具加工表面的質(zhì)量對(duì)比

圖10 （續(xù)）

由于采用的切削參數(shù)及被加工工件均一致，唯一變化點(diǎn)便是刀具的磨損程度，由此前試驗(yàn)得出結(jié)論可知，在加工過程中六齒刀具的磨損程度明顯好于五齒刀具，故可得出結(jié)論：隨著刀具的磨損程度越大，加工出的表面高低變化越大，被加工表面的加工質(zhì)量越低。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)刀具的齒數(shù)、刀具切削參數(shù)兩個(gè)變量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以看出，兩者對(duì)銑刀磨損都會(huì)產(chǎn)生一定影響，在相同刀具結(jié)構(gòu)前提下，我們可以通過調(diào)整切削參數(shù)來(lái)抑制或者減小切削振動(dòng)，減少刀具的磨損；刀具切削參數(shù)影響刀具磨損程度，隨切削線速度與每齒進(jìn)給量的增加而增加；工件表面加工質(zhì)量受刀具磨損程度影響，刀具磨損越嚴(yán)重，工件表面加工質(zhì)量越差。

在切削過程中，產(chǎn)生刀具磨損的因素還有很多，刀具結(jié)構(gòu)、刀片材料、被加工材料等都會(huì)影響刀具磨損程度，因此，在實(shí)際加工中具體問題具體分析，才能得到正確結(jié)果。