浅析加工中心影响切削因素与改良措施

胡萍

摘 要：随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率也提出了越来越高的要求.数控加工中心是一种新型的加工设备。文章从刀具材料、刀具类型，切削用量的选择，工件材料以及加工工艺对零件加工的影响，对生产效率和生产成本对企业的影响。在下面的论文中将会提出一些方法来探讨这些问题。

关键词：工件材料；刀具材料；进给量；切削速度切削效率

随着技术的更新与发展，为了提高工厂生产效率适应工厂的需要，在加工产品时，一定要想到影响加工中心切削的各种因素，合理的选择切削因素，可有效地提高产品的生产效率和产品的质量，为加工生产带来最大的经济效益和社会效益。

1 影响因素

（1）刀具材料。根据刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。高速钢刀具耐高温切削速度不到50mm/min，碳化物刀具耐高温切削速度可达100mm/min以上，陶瓷刀具的耐高温切削速度可高达1000mm/min。

（2）工件材料。根据工件材料不同，所选择的刀具、进给速度、切削速度不同，所以要认真的分析工件的材料，合理的选择切削因素。

（3）刀具寿命。在加工的过程中，在确保工件的精度和粗糙度时，最大的保证刀具的使用寿命，合理选择切削用量。

（4）切削深度、进给量和切削速度。切削深度与进给量大，切削阻力也大，切削热量也会增加，因此机床切削速度应降低。

（5）刀具的形状。刀具的刃口锋利程度和刀具的角度大小都会影响机床的切削参数。

（6）冷却方式。合理的选用冷却方式可以减慢刀具的磨损量、提高表面加工质量和清洗零件的作用。

2 改良措施

2.1 合理选择刀具

加工中心常用刀具的类型有很多，为了适应加工中心高速度、高效率和自动化程度较高的特点，所使用刀具正朝着标准化、通用化和模块化的方向发展，主要包括铣削刀具和深孔刀具两大类。为了提高工件生产效率和特殊的工件铣削要求，又形成了各种特殊用途的专用刀具。数控加工中心刀具的分类有很多方法，根据刀具结构分为：①整体式；②镶嵌式；③特殊型式。根据制造刀具所选用的结构材料可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③金刚石刀具；④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从加工中心铣削的工艺上可分为：平头立铣刀、圆角立铣刀、球头铣刀和锥度铣刀等。

合理的安排刀具一般应该遵循以下原则：①尽量减少换刀数量；②一把刀具尽可能加工所有的切削区域；③粗铣精铣加工的刀具应该分开使用，即使是相同规格尺寸的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面的精加工，而后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能的利用加工中心的自动换刀系统，以提高工件生产效率等。

2.2 改善工件的可加工性

（1）合理选择材料

在不影响使用的前提下，尽量选择便于铣削加工的材料，材料的硬度和强度越高，切削力越大，刀具磨损越严重，摩擦越大，不利于提高工件加工效率。材料的塑性，韧性越好，不利于断屑，也不利于加工。

（2）改善材料的化学成分

如果在钢中适当的添加一些元素，如硫，铅，磷等，这些元素能够降低钢的强度，塑性，可以使钢的切削加工性得到显著的改善。加入铅使材料组织结构不连接，有利于断屑，还能形成润滑膜减小摩擦系数。

（3）进行热处理

热处理可以改变材料的金相组织，从而改善材料的切削加工性。高碳钢，工具钢的硬度较高，有较多的网状，片状渗碳体组织，经过球化退火可以降低硬度，得到球状渗碳体。低碳钢塑性太高，可以通过正火提高硬度。

2.3 制定合理的加工工艺

（1）为了提高数控加工中心的生产效率，首先应该认真分析零件图，弄清加工零件的材料、结构特点和加工精度、粗糙度等方面的技术要求，然后选择合理的铣削加工方式。

（2）合理的安装工件，提升装夹速度

数控加工中心主要用于加工形状复杂和异型的零件，但所使用夹具结构往往并不复杂，数控加工中心夹具的选用可根据生产零件的数量来确定。对于单件、小批量、大批量的模具加工来说，一般可直接在加工台面上通过调整来实现定位夹紧，尽量减少装夹的次数，尽量在一次定位装夹后，加工出全部需要加工表面；减少人工调整的时间，可以充分的发挥数控加工中心的功效，然后通过加工坐标系的定位来确定零件的位置。

在数控加工中心上加工零件时，工件的定位安装应该与设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一；加工中心切削加工时，在对零件进行合理定位、夹紧设计以及夹具和刀具的选用等问题上要作全面的考虑。在设计选择夹具时，首先保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定。然后要协调零件与机床坐标系尺寸之间的关系。同时还应该考虑以下几方面：

1）当小批量生产时，应当尽量采用通用夹具、可调式夹具和组合夹具，以缩短加工时准备的时间，提高生产效率节省生产成本；

2）在批量生产零件时考虑采用专用夹具；

3）装卸零件时要迅速、安全、方便；

4）夹具上的零部件不能妨碍机床对零件表面的加工；

5）在选择装夹时应利于刀具之间的交换，避免发生碰撞；

6）在大批量生产中还可以采用多件夹具，以便提高加工的效率

（3）制定正确的加工路线

制定正确的加工路线应遵循以下原则：必须保证零件的加工精度和表面粗糙度符合图纸的要求，应尽量使用加工路线最短，切削量最优化，这样既可以减少加工程序段，又可以减少刀具空行程的走刀时间；应使计算数值简单，加工程序段数量较少，以减少编程时的工作量。此外，确定零件加工路线时，还要考虑到工件的加工余量、工件的结构类型和刀具的刚度等情况，确定是一次走刀可以完成，还是多次走刀可以完成。同时，应该尽量做到一次装夹、多方位加工，一次加工成形。正确的加工路线流程，是保证工件加工质量和提高生产效率的基础，这样，既能有效地提高生产效率又能很好地保证零件的精度要求。

2.4 选择合理的切削要素

（1）切削深度ap的选择；

切削深度，通常是根据工序类型、余量大小及工艺系统的刚性等因素，来确定具体的走刀次数和每次走刀的切削深度。选择较大的切削深度，超过刀具或刀杆的强度甚至机床的刚度，尤其是在粗加工、切削量过大，往往是造成刀具断刀的主要原因。在系统刚性不足的情况下，过大的切削深度产生的切削力会引床身的振动，也会造成刀具的断刀或崩刃，会降低加工精度以及表面质量。通常切削深度最大不能超过刀具直径的60%。然而，片面地减小每次走刀的深度，会增加工件走刀的次数，降低加工的生产效率，也增加加工的时间，从而增加生产的成本。

（2）进给量f的选择

主要根据零件的类型而定。粗加工时应该选择较大的进给量，可提高加工的效率，但随着进给量的增加，切削力增加，从而受到机床刚度、进给机构的刚度，零件形状、刀具刚性和强度等因素的制约。过大的进给量是造成刀具断刀、崩刃以及刀尖塑性变形的重要原因，从而影响工件的正常加工。在半精加工或精加工中，要按工件表面粗糙度的要求，根据刀具的刚度及切削用量来确定进给量。

此外，在切削时的深度和进给量的大小还会影响刀具断屑效果。

（3）切削速度Vc的选择

铣削的切削速度Vc与刀具的耐用度 、每齿进给量、背吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。根据具体的加工工件选定了切削深度和进给量，切削速度的选定将最终确定金属切削率的大小和刀具寿命的长短，并关系到切削加工时效果的好坏与切削加工效率和成本的高低。

4 结束语

上所述，在数控加工中心的实际应用中，只要我们能充分了解加工中心以及所加工的零件的结构特点和在实习中掌握一些基本原则就能有效的提高数控加工中心的切削效率，只有选择合适的刀具、切削用量，在最短的时间里加工出精度要求高、表面质量好的产品，为企业创造出良好的经济效益和社会效益。

参考文献

1.数控编程与工艺 主编 侯培红

2.数控铣削编程与操作 主编 张瑜胜 刘欣欣 2009.07