數(shù)控刀片

金屬切削加工中，刀片僅為生產(chǎn)中的一個(gè)載體，對(duì)刀片使用性能影響最為顯著的是加工中的切削參數(shù)，一組合適的加工參數(shù)，可使刀片性能發(fā)揮的更加出色，同時(shí)避免對(duì)刀片質(zhì)量形成片面判斷。只有針對(duì)不同刀片槽型特點(diǎn)，匹配合適的加工參數(shù)，生產(chǎn)中才能達(dá)到事半功倍的效果。

1.切削速度

切削速度考驗(yàn)刀片耐磨性，切削速度的高低影響刀片使用壽命，且與刀片使用壽命呈線性趨勢(shì)，這與切削三要素中進(jìn)給量、背吃刀量的選用一樣，但影響效果更為顯著。后兩者切削要素，更多的需要依靠生產(chǎn)中調(diào)節(jié)不同的取值來(lái)影響切屑形態(tài)使達(dá)到一個(gè)合理的范圍，而幾組不同的切削速度直觀來(lái)分析，可以參考為幾組不同的刀尖在比較硬的加工對(duì)象上做直線刻劃，其中相同時(shí)間內(nèi)滑動(dòng)最遠(yuǎn)的刀尖呈現(xiàn)出的磨損最大，這與同種刀片在相同的線速度下使用時(shí)間長(zhǎng)短意義一樣，切削時(shí)間越長(zhǎng)、線速度越大，所參與切削的路徑越長(zhǎng)，即刀尖滑行越遠(yuǎn)。如圖1所示切削磨損狀態(tài)圖中，加工70件比加工30件的磨損部位要大得多。

生產(chǎn)中要求較大加工效率，提高切削速度是一個(gè)直接可行的方向，但切削速度提高，對(duì)刀片的耐磨性要求將更高。如果刀片耐磨性未做調(diào)整，只加大切削速度，反而會(huì)為操作者帶來(lái)更多的換刀及換刀后輔助作業(yè)時(shí)間，不僅沒有提高加工效率，還使得操作者本來(lái)在較為穩(wěn)定的大批量生產(chǎn)中忙于換刀調(diào)機(jī)中。

試驗(yàn)表面，在一次不銹鋼閥桿內(nèi)螺紋（見圖2）的加工過程中，該工件所使用螺紋刀片型號(hào)為16NR14W，閥桿加工部位內(nèi)螺紋D=19mm,螺紋深度H=14mm，產(chǎn)品規(guī)格較小，工件為較難加工的不銹鋼材料201，如表1所示，在n=500r/min、vc=30m/min時(shí)，切削狀態(tài)較為穩(wěn)定，單件加工總工藝時(shí)長(zhǎng)為1min，一天理論作業(yè)加工件數(shù)為480（8h）件，一天只需換刀1次；將切削速度調(diào)整至vc=47.7m/min(n=800r/min),單件加工時(shí)長(zhǎng)縮短至0.63min，由于切削速度的提高，刀片磨損加劇，中途換刀達(dá)8次，其中換刀尖后也需要多次修改調(diào)整刀補(bǔ)，換一次刀尖整體需要增加20min的輔助檢測(cè)及其他作業(yè)時(shí)間，理論作業(yè)加工件數(shù)為508（8h）件。相同時(shí)間內(nèi)加工數(shù)量?jī)H僅只比切削速度為30 m/min多出28件，效率上優(yōu)勢(shì)并不明顯，不但與通過提高切削速度提升效率的初衷相違背，反而因加工速度的提高導(dǎo)致頻繁換刀，加大了操作工的作業(yè)難度，增大了生產(chǎn)中不穩(wěn)定因素，刀具材料消耗多，經(jīng)濟(jì)不合理。在這種情況下，想要達(dá)到更高的加工效率，只能從刀片本身的耐磨性上考慮。

切削速度對(duì)刀具磨損的影響存在一定范圍，加工中需盡量避免這些區(qū)域，比如在低速加工中，切削速度低，刀片一般不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，刀片磨損的最大原因應(yīng)是磨粒磨損，由上面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看出，在不更換其他材質(zhì)刀片的情況下，操作者將選擇切削速度低的參數(shù)組來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定的加工；在高速加工中，將出現(xiàn)擴(kuò)散及相變磨損，切削速度不同，對(duì)刀片的磨損機(jī)理也發(fā)生了本質(zhì)變化。因此，加工中需根據(jù)加工工件工藝狀態(tài)來(lái)針對(duì)性的調(diào)整切削速度，盡量避開能形成積屑瘤等的速度區(qū)域。例如在一些比較嚴(yán)重的斷續(xù)加工、工藝系統(tǒng)剛性較差的場(chǎng)合中，一般選擇較低的切削速度；而對(duì)工件要求得到較低表面粗糙度時(shí)，則需提高切削速度來(lái)避開容易產(chǎn)生積屑瘤的速度區(qū)域，這樣才能使刀片使用性能得到更好的發(fā)揮。

2.進(jìn)給量

進(jìn)給量作為影響刀具磨損的一個(gè)因素（見圖3），雖然不及切削速度影響效果明顯，但也不容忽視。加工中限制進(jìn)給量的主要因素有機(jī)床自身強(qiáng)度與剛性、刀桿刀片剛性等。根據(jù)刀片槽型特點(diǎn)，調(diào)整進(jìn)給量以得到滿意的斷屑狀態(tài)。

如表2所示，當(dāng)1號(hào)刀尖進(jìn)給量f=0.15mm/r時(shí)，刀片切屑內(nèi)部應(yīng)力達(dá)不到使鐵屑折斷時(shí)所需要的力，造成加工中排屑困難，加快刀片磨損，1號(hào)刀尖能加工的工件數(shù)量減少，與2號(hào)刀尖（f=0.2mm/r）、3號(hào)刀尖（f=0.25mm/r）相比，由于進(jìn)給量加大，使加工過程中的鐵屑能夠及時(shí)排出，切削條件得到改善，刀片使用壽命延長(zhǎng)。試驗(yàn)中可以看出，2號(hào)刀尖與3號(hào)刀尖加工數(shù)量一樣，證明在合理的進(jìn)給條件下，調(diào)整進(jìn)給量對(duì)刀片的使用壽命影響程度不及切削速度。但3號(hào)刀尖比2號(hào)刀尖在效率上提升了1.25倍，因此在該種產(chǎn)品的加工情況下，進(jìn)給量可以按照3號(hào)刀尖的值來(lái)設(shè)定。

3.背吃刀量

背吃刀量應(yīng)根據(jù)工件工藝質(zhì)量要求及設(shè)備等外部條件來(lái)綜合選擇，相對(duì)粗加工與精加工來(lái)說，粗加工應(yīng)選較大背吃刀量，表面有黑皮的工件應(yīng)盡量使第一刀切深大于黑皮厚度，以避免表層黑皮里的硬質(zhì)向?qū)Φ镀a(chǎn)生瞬間破壞。為了達(dá)到高工件質(zhì)量與精度，需選用相對(duì)較小的背吃刀量，這樣會(huì)使得切削更加輕快與穩(wěn)定。背吃刀量的選用對(duì)刀片影響：①背吃刀量增加，會(huì)導(dǎo)致切削力的增加，在刀片韌性不足的條件下，可能增加刀片破損的幾率。②背吃刀量的增加，導(dǎo)致刀片切削溫度上升，加快刀片磨損。對(duì)于背吃刀量，更多的還是要根據(jù)加工件工藝要求來(lái)進(jìn)行選擇與定值。

4.結(jié)語(yǔ)

本文通過在車削加工中的實(shí)際切削試驗(yàn)，分析了切削參數(shù)對(duì)刀片的影響，總結(jié)了加工中切削參數(shù)選用的初步思路，希望能與金屬切削從業(yè)者產(chǎn)生共鳴，有效降低刀片使用成本。