提高金属切削加工精度的工艺与方法探究

苏圆圆

摘要：切削加工对金属加工发挥着至关重要的作用，是衡量加工产品质量的金标准，因此，切削加工技术是加工过程中的关键。本文首先对金属切削加工精度的工艺方法进行论述，提出目前机械加工相关的影响因素，并据此提出相应的解决策略，希望可以通过提高切削加工技术的工艺与方法，进而提高加工质量和精度。

关键词：机械加工;金属切割;工艺方法

中图分类号：TG506                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）07-0109-02

0  引言

近几年，随着社会的不断发展进步，制造业也获得了突飞猛进的发展，制造业体现在诸多行业中，比如机械制造以及航天航空等，目前这些行业一般将结构部件中的一些大中型部件，尤其是主要部件设计成整体化结构，因为这样不仅可以减轻结构本身的重量，而且可以稳固整个结构。而完成整体化结构部件的构造则离不开金属切削技术，金属切削技术不仅可以保证整体结构部件的高品质，而且还可以保证高精度、高效率。金属切削技术是影响零件最终呈现质量好坏的关键，因此，如果在操作过程中，由于金属切削技术不精湛，不仅仅影响的是部件的质量问题，甚至会影响我国机械制造业的发展，影响我国机械制造业的上市。由此可见金属切削工艺对我国机械制造业的发展发挥着关键的作用。但是目前我国在这方面存在许多的问题，与发达国家相比还存在许多不足，因此，单位在实施金属加工过程中，必须注重金属切削相关技术的培训，重视金属切削技术的学习，提高我国金属切削技术水平。

1  机械加工表面质量和精度的影响因素

1.1 机床的自身误差及磨损对加工质量和精度的影响

机械加工机床的几何误差是衡量机械加工产品质量和精度的关键标准，除此之外，机械加工质量和精度还受到机床主轴的导轨误差、回转误差以及传动误差密切相关。这其中的回转误差受加工零件的形状以及位置误差的影响，可分为主轴直径方向的跳动、轴向方向的窜动及角度方向的摆动，但是机床主轴的影响也与工件的类别相关，如果是直径都相等的车削加工轴类件受到的影响比较小。由于机床主轴与导轨和加工端面成一个立体空间状态，与导轨处于平衡状态，而与加工端面则处于垂直状态，因此，在加工过程中机床主轴会与垂直状态的加工端面产生垂直误差。在主轴转动过程中，沿轴方向会出现窜动，且传动的频率与主轴转动的频率相一致，主轴在向前或者向后传动行成误差时，就会对加工螺旋形成螺旋面，向前的是左螺旋面，向后的是右螺旋面。车削外圆时形成的椎体是由于主轴的角度摆动形成的;在车削端面过程中，会形成平面度误差，这由端面的中间位和边缘之间的差距形成。机床导轨在机床运作过程中主要有两个作用，一方面是为零部件的相对位置提供安装基准，另一方面是作为部分水平或垂直运动的基准。导轨误差直接影响到加工的精度，导轨误差在水平面以及垂直面内形成的直线度误差的影响存在很大的差距，其中垂直面形成的误差影响较少，几乎不会影响工件的精密度;除此之外，当料导轨产生的平行度误差使刀架运动发生错位时，则会对工件的形成产生严重的影响。传动元件在相互运动过程中也会形成一定的误差，此称之为传动误差，传动误差形成的原因比较多，比如带与带轮之间由于摩擦形成的误差，齿轮与轮时间转动形成的摩擦等都属于传动误差。

1.2 切削加工运动对加工质量和精度的影响

切削加工运动对加工质量和精度也具有重要的影响，其中最主要的两种运动是切削用量以及刀具运动，刀具在切削运动过程中，会因為与工件之间的摩擦而产生磨损，比如由于刀具与工件之间相互运动时由于摩擦产生大量的热，这时会使刀具表面温度升高，从而使刀具的硬度降低，加速了刀具的磨损程度，这样会影响加工的质量。除此之外，刀具所使用的材料以及选择的种类不同所带来的加工质量也存在一定的差异。切削用量中影响加工质量和精度的因素主要是切削速度以及被吃刀量。因此在加工过程中，不仅要注重切削技术，还要注意切削工具的选择以及对切削工具的保养。

1.3 工件的定位误差对加工质量和精度的影响

工件的定位误差对加工质量和精度也存在一定的影响。比如由于工件的定位基准与设计的标准不符合则会产生定位误差。定位误差会出现过定位或者欠定位的情况，严重时会造成工件的损坏，除此之外，还会产生定位夹具自身制造及装配误差。

2  提高金属切削加工精度策略

2.1 提高金属切削加工精度的工艺选择

其实在金属切削加工过程中，可通过推测刀具与加工工件之间相互的作用力来推测其中的规律，这些规律可作为机床以及刀具、部件等设计的标准。金属加工的工艺对加工精度发挥着重要的作用。通过调查研究发现，新兴的高速切削速度要高出传统速度的6～15倍，具有突出优势。

一方面，高速的切削加工可以降低零件加工过程的变形率。因为切削速度的加快，从而缩短了切削的深度以及宽度，大大降低了切削力，所以可以降低零件加工过程中变形的几率，保证零件的加工精度。

另一方面，在高速切削过程中可以减少热变形情况的发生率。因为在加工过程中，由于机器是高速运转的，所以工件的表面会有许多不均匀的应力，这就会产生大量的热，但是目前许多热处理工艺参数依然存在许多不足，它会导致金属部件因为残余应力的变化而出现变形的情况，这极大降低了部件的加工精度。但是，目前新兴的高速切割会将切屑表面接近90%的切削热散发出去，迅速降低部件表面的温度，从而降低了部件热变形的几率，提高了加工精度。

2.2 提高金属切削加工精度的方法

2.2.1 正确选用刀具

金属切削过程中所要达到的标准是加工零部件的外形以及规格、精密度等指标都要符合国标要求，而完成这些标准的前提是需要选择符合标准的刀具。因为在切削过程中，刀具对切削部件的质量起着关键作用，如果未能选择合适的刀具，会导致所切削出的金属部件不符合相应的标准要求，或者加工出的金属部件存在严重的质量问题，在加工过程中，一定要注重对刀具的选择，否则会降低机器的加工效率。要选择适合切削部件的刀具，则需要充分考虑以下两个因素：

第一，选用刀具时，要以节约成本，提高生产效益为出发点，选择耐热性能以及具有耐摩擦性的刀具，这样可以有效延长刀具的使用年限，同时也降低了刀具的购买成本，大大提高了刀具的使用率。另一方面刀具的选择不应该盲目从众，而是要根据具体的切削工艺选择适当的刀具，不同的刀具具有不同的性能，因此要选择合适的规格，比如做工精细，硬度比较高的道具都适合用来打磨一些金属零部件，选择此类刀具不仅可以有效提高切削的质量，而且还可以提高加工的效率，因为此类刀具在切削金属部件过程中，很少出现质量问题大大节约了加工的时间。

第二，刀具的几何角度的设定要科学有效。刀具的几何角度对切削环节具有重要的影响，比如在加工一些薄壁金属构件时，由于金属构件质薄，所以切削的力度以及轴向等都会严重影响切削的效果。一方面刀具前角大小影响着刀具的锋利程度，当刀具前角角度变大时，刀具的锋利度也会逐渐变大;而刀具的切削力大小与刀具以及零部件之间的摩擦力和热变形量成正比，当然，刀具的前角值的增大是有一定限度的，如果前角值超过了设定的范围，则会使刀具的使用年限下降。例如，对40Cr金属工件进行切削处理，若选用硬质合金刀具，粗车时前角取值为5～8°，有助于增强刀具刚性;精车时前角取8～12°，这样可以减少两者之间的摩擦强度，从而降低由于摩擦而对工件带来的损坏程度。其次，刀具的后角与加工部件表面的摩擦程度以及刀具背面都密切相关。后角增大会降低两者之间的摩擦力，从而也会降低由摩擦产生的热度。但是也不能盲目增大后角值，当后角超过一定限度时，刀具的强度会随之下降，因此后角的设定有一个临界值，此时摩擦力是最小的，且强度是最大的。若切削对象为薄壁零件时，粗车设定的后角偏小，精车后角可以适度提高。除此之外，刀具的主偏角的大小还会影响切削力的轴向和径向。伴随主偏角增加过程，径向切削力随之降低，轴向切削力不减反增。在切削薄壁零件时，推荐尽量选用主偏角偏大的刀具。最后，刀具副偏角大小影响被加工金属构件表层粗糙程度，和刀具的强低有直接的联系。

2.2.2 科学装夹工件

壁薄是薄壁金属零部件的一个关键。正是由于壁薄，所以在加工过程中极易发生变形。而新发现的科学装夹操作，则可以有效改善这一现状。因此目前在加工过程中，多使用科学装夹工件来代替传统的三爪卡盘直接装夹薄壁零件，因为三爪卡盘极易将工件挤压变形。而如果可以使装夹接触面的受力尽量均匀，则可以让金属构件承受均匀的挤压力，大大降低金属变形的几率。结合物理学的压强原理，可以了解到当压力一定时，要想降低压强则需要扩大物体的受力面积，也就是要金属构件表面的受力面加大。目前可选择开缝夹套、扇形等器具来实现这一目的，而且这些器具不仅高效率，成本也比较低，是目前装夹操作的优先选择。依赖弹性心轴在薄壁套上制造孔定位，夹具体完成端侧面定位任务，拉杆和数控车床主轴的回转油缸衔接，回转油缸对拉杆运作过程起到驱动作用，达成智能化夹紧目的。

2.2.3 合理使用切削液

切削液的合理使用对加工精度也具有重要的影响，因为在切削过程中，会因为工件与切削之间的摩擦而引起加工部件的变形，而且在切削过程中会因为摩擦产生大量的热，这不仅会影响刀具的使用年限，而且对加工部件也会带来不同程度的损傷，会使加工的部件达不到设计的要求，而目前切削液的合理使用则可以改善这一状况，可以有效提高切削的工作效率。

2.2.4 提升操作人员技术水平

除了切削刀具以及各种工具的影响，操作人员的技术水平对切削的精度也具有重要的影响。在切削过程中要想保证加工精度符合国际要求，首先要对相关操作人员进行技术培训，并且为他们制定相关的规章制度。在培训过程中，不仅仅是让他们听课学习，还需要设置相关的考核制度来对人员进行筛选，保证上岗人员是符合技术要求的。并且在选择技术人员之后，对他们的工作要进行定期的考核和检查，如果在操作过程中出现不规范的操作，要对其进行相关的处罚，并且要让他们重新进行培训学习，以保障待岗的操作人员都是具有高技术的，只有这样才能保证加工的精密度。

3  结语

目前随着机械制造的不断发展进步，对机械加工工艺的要求也越来越高。通过一段时间的提升进步，目前我国的零件加工技术有显著的变化。机械零件加工精度对质量具有重要的影响，在目前科学技术突飞猛进发展过程中，零件加工工艺的优化与零件的质量密切相关。因此要想提高零件加工的质量必须确保加工工艺的优化，本文首先对金属切削加工精度的相关工艺与方法进行现状分析，并找出目前的相关影响因素，针对现状提出相关的提升策略。希望本文的研究能够为论述金属切削加工精度的工艺与方法的实践提供理论支持。

参考文献：

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