普通金属切削机床数控化加工工艺研究

张 倩

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

通过相关研究发现，如果切割厚度很小，在一定程度上降低进给速度会增加粗糙度。此现象的产生，由于存在最小切削厚度，导致加工过程中切削不稳定造成。使用传统切削技术进行切削时，由于残留区域会导致表面粗糙。因此，微细切削中最优进给量具有重要意义。一些学者研究了微细铣削铝和铜时产生的毛刺，并研究由于最小切削厚度导致的切削厚度堆积行为。研究表明，在加工过程中，工件的切削部分逐渐增大，如果超过最小切削厚度，则切削工件材料、刀具会重新在工作面上工作。然后，利用双元法，分析了切削参数变化对金属表面粗糙度的影响。发现在悬伸量大时，则粗糙值也会加大，在每齿进给量减小到一定情况，则粗糙值反而加大。传统的切削技术认为材料是各向同性的，但是在微铣削时，实际过程表现为刀具对工件晶粒的切削。在精密切削过程中，如果瞬时切削厚度小于一定值，则不会形成切屑，因此，犁形切割发生直到切割的瞬时厚度大于最小切割厚度。

1 普通金属切削机床数控化加工工艺

1.1 设置机床最小切割厚度

由于工件尺寸小，顶板不能用于设置和定位，设置的刚性不足。高速运转时会产生振动，这在一定程度上会影响加工质量和精度。在满足多晶体条件下，当上位错倾斜到更接近原子距离时，就会形成一个大的位错，为了释放应力，位错增加了粘附厚度并形成了裂纹。而形成裂纹所需要的切应力，如下公式：

公式1中：a表示在多晶体裂开时需要的能量；C表示裂纹剪切弹性参数；h表示切应力比值；L表示滑移线的平均长度系数。则开始形成裂纹需要的足够位错数参数，如下公式所示：

公式2中：k表示错圈的数值；d表示多晶体原子的间距。通过计算最后得到裂纹的形成条件，因为尺寸效应，导致了切削过程中的半径效应出现，便会产生负前角效应，以及临界切削厚度的改变。基于传统金属切削工艺的本质，刀具由于挤压摩擦使材料变形，精密切削技术的结构也是如此。但采用精密精细切割，切割过程中的去除量非常小。根据材料的最大剪应力理论，被加工材料的表面，在形成挤压过程时没有切屑产生。因此，求出对应的切入深度与对应的角度，如下公式3所示：

因此，对应的最小切入厚度可表示为：

公式3、公式4中：π表示切削运动方向；ϕ表示零件塑性变形。由公式4、公式5可见切割方向上毛刺形成的性质可简述[1]。

1.2 控制切削机床热度

在控制切削机床热度过程中，先研究切削热量的产生的原因，发现其热度大小直接受到切削力的影响。与此同时也会对刀具造成一定的磨损，导致被加工零件的精度和被加工面的范围加大。用较大直径的立铣刀在较低的主轴转速下粗加工平面和凹槽，这可以延长工具的使用寿命并降低使用成本。并使用较小直径的立铣刀在高主轴转速下进行精密加工，可以减少切削变形，保证最终加工精度。对于旋转面为平面的微小型异形轴，需要车削或铣削加工技术来完成旋转面的加工。为了减小工件的径向刀具公差，这些零件可以采用反向进给方式旋转。刀具从床头进给到尾以创建工件可以承受拉力。因此，为了保证核心工艺的能力裕度，需要通过工艺前测试来确定核心工艺所使用的工艺参数。导致切削热的产生原因是，在进行切削时，大部分的能量发生了转换，对三个工作区域进行摩擦导致切削热。摩擦消耗的功还包括两部分，切割面摩擦，与工件表面摩擦产生的热量。在切削过程中，大量的切削热通过工件、刀具传递。零件的传热率取决于切削量，以及刀具形状角的加工条件。一般情况下切屑传递的热量比较多，剩下的余热量在进行依次传递时。采用数控机床加工时，热变形引起加工误差，用百分比表示，在37%到67%之间。这个数据说明在CNC加工过程中必须严格控制工件的温升，以及加工环境温度的升高或者降低。如若对温度控制不当，将无法达到数控金属加工所需的技术要求。如果切削热在加工过程中直接传递到工件上，工件的温度就会升高。对此，提出使用冷却传递的方式来降低冷却液的温度，以此控制切削热的高温，降低工件的温度[2]。

1.3 点位控制金属微细切削

微切削的最小切削厚度是指切削过程中的切削深度，必须大于切削过程正常运行的临界值。刀口的最小切削厚度，则是取决于工件材料的特性，但是要直接测量最小切削厚度，则还是非常难以实现。微细切削方式，如图1所示。

图1 微细切削展示

分析刀具几何参数对毛刺切削方向的影响表明，如果刀具变锋利，切削力减小，刀具与切屑之间的突出量就会减少，随着刀具倾斜角的增大，变形量变小，切削量也随之减小，毛刺的厚度和高度减小，增大角度后毛刺的尺寸也减小。随着倒圆半径的增大，工件与刀具之间的压缩变强，在一定程度上增大切削力，工件端部塑性变形增大，毛刺尺寸增大。在切削过程中，部分金属未被完全切削，导致其残留在加工工件上，这一现象的产生是因为，刀具几何形状与刀具与工件的相对运动导致，也称为残留区[3]。其残留面积高度，可由下公式5表示：

公式中：j表示刀具的进给量；s表示刀具的刀尖圆弧半径；U表示残留面积；Gmax表示求解的残留面积高度。通过公式计算结果得出，最大粗糙度往往高于理论计算的剩余面积高度更多。微观结构加工过程必须置于微切削装置中，每次去除材料，减少切削力引起的加工变形，确保刀具可靠性。当微观结构被夹紧时，工件的状态直接决定了去除材料的总量。车铣复合用于精加工，能够克服径向切削力过大而引起工件弹性变形情况[4]。

2 结语

本文研究的普通金属切削机床数控化加工工艺，采用点位控制金属微细切削技术，属于精密与超精密的加工技术范畴。

虽然该技术在国外发达国家发展较为成熟，但我国对该技术的研究还处于逆向阶段。因此，本文的研究为精密微切削技术提供了有效的指导。