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數(shù)控加工中心切削過(guò)程


日期:2009年12月11 來(lái)源:沈陽(yáng)第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字:加工中心

    切削時(shí),在刀具切削刃切割和刀面推擠的作用下,使被切削的金屬層產(chǎn)生剪切滑移,最后脫離工件變?yōu)榍行迹@個(gè)過(guò)程稱為切削過(guò)程。
    (一)切削運(yùn)動(dòng)
    切削運(yùn)動(dòng)是指在切削過(guò)程中刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng),即在切削過(guò)程中刀具和工件應(yīng)具備形成零件表面的基本運(yùn)動(dòng)。按其在切削過(guò)程中所起的作用,可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
    (1)主運(yùn)動(dòng)。直接切除工件上的切削層,加工中心使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行,以形成工件新表面的主要運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。如車削時(shí)工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、銑削時(shí)銑刀的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、鉆削時(shí)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
    (2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。使新的切削層不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)又可分為橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),如車削端面時(shí)車刀的運(yùn)動(dòng)為橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),車削外圓時(shí)車刀的運(yùn)動(dòng)為縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
    (3)合成切削運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行時(shí),這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)。搖臂鉆床刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的瞬時(shí)合成運(yùn)動(dòng)方向稱為合成切削運(yùn)動(dòng)方向,加工中心其速度稱為合成切削速度2/+該速度的方向與過(guò)渡表面相切。
    (二)切削加工時(shí)工件上形成的表面
    工件在切削過(guò)程中形成了三個(gè)不斷變化著的表面。
    (1)待加工表面,即將被切去金屬層的表面。
    (2)過(guò)渡表面,即刀刃正在切削的表面。
    (3)已加工表面,即工件上經(jīng)切削后產(chǎn)生的新表面。
    (三)切屑•
    1.切屑形成過(guò)程加工中心
    切削塑性金屬時(shí),當(dāng)工件受到刀具的擠壓后,搖臂鉆床切削層金屬在OA始滑移面以左發(fā)生彈性變形,在AOM區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生塑性變形,在OM終滑移面上應(yīng)力和塑性變形達(dá)到最大值,切削層金屬被擠裂而破壞。越過(guò)OM面,切削層金屬要沿前刀面方向排出,在前刀面的擠壓、摩擦過(guò)程中進(jìn)一步變形,使切削層金屬的底部擠壓伸長(zhǎng),造成切削層金屬的卷曲,繼而終因剪應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限,便沿剪切面與工件母體分離成為切屑沿前刀面排出。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,隨著刀具不斷向前運(yùn)動(dòng),AOM區(qū)域也不斷前移,切屑源源不斷流出,切屑層各點(diǎn)金屬均要經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、擠裂和切離這四個(gè)階段。
    2.切屑類型
    金屬切削時(shí),由于工件材料、刀具幾何形狀和切削用量等加工條件的不同,切屑的變形程度也會(huì)隨之改變,所形成的切削形狀也各異,一般有四種基本形態(tài)。
    (1)帶狀切屑。切屑呈連綿不斷的帶狀或螺旋狀,加工中心與前刀面接觸的內(nèi)表面光滑,外搖臂鉆床表面呈毛茸狀,且在放大鏡下可觀察到剪切面條紋。一般在加工塑性材料(軟鋼、鋁等),采用較大的前角,較小的背吃刀量,較高的切削速度時(shí),會(huì)形成帶狀切屑。由于切削力變化小,切削過(guò)程穩(wěn)定,因而已加工表面的表面粗糙度值較小。但帶狀切屑過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響機(jī)床正常工作和工人人身安全,因而要采取斷屑措施。
    (2)節(jié)狀切屑。切屑是連續(xù)的,它和帶狀切屑不同之處在于其外表呈鋸齒形,內(nèi)表面有時(shí)有裂紋。由于切削層變形和加工硬化大,在OM終滑移面上靠近切屑外表面處的應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限而形成節(jié)狀切屑。當(dāng)采用小的前角、大的背吃刀量和低的切削速度加工塑性較差的材料時(shí),加工中心會(huì)形成擠裂狀切屑又叫節(jié)狀切屑。
    (3)粒狀切屑。切削塑性很大的材料(如鉛、紫銅)時(shí),搖臂鉆床切屑容易在前刀面上形成粘結(jié),而不易流出,產(chǎn)生很大變形,超過(guò)材料強(qiáng)度極限,使切屑不能連續(xù)而呈分離的顆粒狀,這就形成粒狀切屑。在產(chǎn)生節(jié)狀和粒狀切屑的過(guò)程中,切削力有較大的波動(dòng),尤其是粒狀切屑,在形成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)而使加工表面粗糙。粒狀切屑較少見(jiàn)。
    (4)崩碎狀切屑。切削脆性材料(如鑄鐵、黃銅)時(shí),形成不規(guī)則的片狀或粒狀切屑。搖臂鉆床由于這類材料塑性很差,強(qiáng)度極限較低。切削時(shí),在切削刃和前刀面附近的金屬還未經(jīng)過(guò)明顯塑性變形,就被擠裂斷或脆斷,而形成不規(guī)則的崩碎切屑。因而已加工表面的表面粗糙度值變大。工件材料越脆、加工中心硬,刀具前角愈小,切削深度越大,越容易形成此類切屑。
    3.切屑的收縮現(xiàn)象
    被切金屬經(jīng)過(guò)塑性變形后,形成的切屑長(zhǎng)度比切削層長(zhǎng)度短,厚度比切削層厚,這種現(xiàn)象稱為切屑的收縮現(xiàn)象。切屑收縮得越嚴(yán)重,表明切削過(guò)程中金屬的變形大,尤其塑性變形越劇烈,切削時(shí)消耗的能量也越多。
    二、積屑瘤與鱗刺
    (一)積屑瘤
    1.積屑瘤的形成
    切削塑性金屬時(shí),往往會(huì)在刀具切削刃口附近粘結(jié)著一塊剖面呈三角狀或鼻狀的金屬塊,它包圍著切削刃且覆蓋部分前刀面,這種堆積物叫做積屑瘤。
    2.積屑瘤對(duì)加工的影響
    (1)保護(hù)刀具。積屑瘤包圍著切削刃,加工中心同時(shí)覆蓋著一部分前刀面,由于積屑瘤是材料劇烈變形強(qiáng)化后的產(chǎn)物,其硬度高達(dá)金屬母體的2—3倍,故能代替切削刃和前刀面進(jìn)行切削,所以切削刃和前刀面都得到了積屑瘤的保護(hù),減少了刀具的磨損。
    (2)增大實(shí)際前角。有積屑瘤的車刀,實(shí)際前角YI可增大至30‘—35‘,因而減少了切屑的變形,降低了切削力。
    (3)影響工件表面質(zhì)量和尺寸精度。由于積屑瘤總是極不穩(wěn)定的,時(shí)生時(shí)滅,時(shí)大時(shí)小,在切削過(guò)程中,搖臂鉆床一部分積屑瘤被切屑帶走,一部分嵌入工件已加工表面,加工中心使工件表面形成硬點(diǎn)和毛刺,表面粗糙度值變大。
當(dāng)積屑瘤大到切削刃之外時(shí),使刀尖的實(shí)際位置發(fā)生了變化,改變了背吃刀量,影響了工件的尺寸精度。因此,在精加工時(shí),應(yīng)設(shè)法避免積屑瘤的產(chǎn)生。
    3.影響積屑瘤的主要因素
    影響積屑瘤的主要因素是工件材料、切削速度、進(jìn)給量、前角和切削液等,其中切削速度對(duì)產(chǎn)生積屑瘤的影響最大。這里重點(diǎn)分析切削速度的影響。
    在中等切削速度(15—30m/min)時(shí),切削溫度約為300~C,切屑底層金屬塑性變形增大,切屑與前刀面接觸增大,因•而這時(shí)的摩擦因數(shù)最大,最易產(chǎn)生積屑瘤。加工中心高速(70m/min以上)或低速(5m/min以下)切削時(shí),會(huì)使切削溫度高于或低于300~C,摩擦因數(shù)降低,從而使積屑瘤減小。由此可知,將切削速度控制在小于5m/min或大于70m/rain的范圍內(nèi)是減小積屑瘤的重要措施。
    此外,增大前角,減小進(jìn)給量,減小前刀面表面粗糙度值和注入充分的切削液冷卻,都可減少積屑瘤的產(chǎn)生。


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