数控机床切削加工注意事项分析

安付行 张文静

摘 要：在当今社会，数控机床的产生和应用，可以加工出许多高精尖的零件和产品。数控加工专业在许多技工学校开设了专业课程，在切削加工中存在许多物理现象，诸如积屑瘤、受力变形、切削振动和热变形等，这些物理现象给我们在切削加工中带来许多不便，我们只有认识了这些现象产生的本质，才能扬长避短。本文作者结合自己在技校数控一体化教学中的实践经验，对数控机床在切削加工中的注意事项进行了分析，希望能起到借鉴意义。

关键词：数控机床；切削加工；注意事项

引言

数控加工作为现代制造业先进生产力的代表，在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用。据调查，许多数控机床的实际切削时间不到工作时间的55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。在由机床、刀具、工件组成的系统上进行切削加工是一个动态过程，有许多因素和参数（如工件毛坯裕量不匀、材料硬度不一、刀具磨损、刀刃积屑瘤、受力变形、切削振动和热变形等）将使切削过程不能处于最佳状态，从而影响切削过程的生产效率、加工质量和经济效益，甚至还会影响切削过程的正常进行。研究金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律的一门学科。在设计机床和刀具、制订机器零件的切削工艺及其定额、合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时，都要利用金属切削原理的研究成果，使机器零件的加工达到经济、优质和高效率的目的。

金属切削加工是用刀具从工件表面切除多余的金属材料，从而获得在几何形状、尺寸精度、表面粗糙度及表面层质量等方面均符合要求的零件的一种加工方法。其核心问题是刀具切削部分与工件表层的相互作用，即刀具的切削作用和工件的反切削作用。这是切削加工中的主要矛盾，而刀具的切削作用则是矛盾的主要方面。 采用新型刀具实现高效、优质、低成本生产是现代企业提高经济效益的重要途径。数控机床切削过程实质是被切金属层受挤压产生滑移变形的过程，在这个过程中会伴随着金属变形、切削力、切削热、刀具磨损等物理现象。而生产过程中出现的许多问题，如果一方面考虑不到，都可能产生加工零件不合格，如鳞积屑瘤、振动、卷屑与断屑等都是应该注意的事项。

1.数控机床在切削加工过程中的切屑

切削时，在刀具切削刃的切割和前刀面的推挤作用下，使被切削的金属层产生剪切滑移，最后脱离工件变为切屑，这个过程称为切削过程。在金属切削时，由于工件材料、刀具几何形状和切削用量等加工条件的不同，切屑的变形程度也会随之改变，所形成的切屑形状也各有差异，一般有以上四种基本形态。

1.1带状切屑：一般在加工塑性金属材料时，因切屑厚度较小，切削速度较高，刀具前角较大而形成这类切屑。形成带状切屑的切削过程较平稳，切削力变化小，因此工件表面粗糙度较小。如果产生连绵不断的带状切屑就会妨碍工作，容易发生事故，必须采取断屑措施。

1.2挤裂切屑：这类切屑大都是在切屑速度较低，切屑厚度较大，刀具前角较小时，由于切屑剪切滑移量较大，在局部地方达到了破裂而形成的。

1.3崩碎切屑：切屑脆性金属材料时，由于材料的塑性很小，抗拉强度较低，刀具切入后，靠近切削刃和前刀面的局部金属未经塑性变形就被挤裂或脆断，形成不规则的崩碎切屑。工件材料越硬越脆，刀具前角越小，切屑厚度越大，越容易产生这类切屑。

1.4粒状切屑。切削塑性很大的材料强度，切屑容易在前刀面上形成粘结，而不易流出，产生很大变形，超过材料强度极限，使切屑不能连续而呈分离的颗粒状，这就形成粒状切屑。在产生粒状切屑的过程中，切削力有较大的波动，在形成过程中会产生振动而使加工表面粗糙。

2.数控机床在切削过程中的积屑瘤

以中等切削速度切削塑性材料时，带状切屑受到前刀面的挤压与摩擦作用，产生了平行于前刀面的切应力，使切削屑底层的流略低于上层的流速，即形成了滞流层。当滞流的部分材料所受到的切就力大于其强度极限时，再加上适当的温度和压力影响，这部分金属材料便会停滞不前，而牢固地粘附在刀具上，成为硬度高于工件的积屑瘤。它可以逐渐地堆积在靠近刀刃和刀尖的地方，甚至会把它们覆盖起来，并代替刀刃进行切削。积屑瘤形成过程中，积屑瘤不断长高，当它长到一定高度后，因不能承受切削阻力而破碎脱落，随后又不断长高。因此，积屑瘤的形成是一个时生、时灭，周而复始的动态过程。

积屑瘤对切削的影响是很大的，积屑瘤对加工有两重性，根据表现在以下几个方面：

2.1保护刀具。积屑瘤的硬度约为工件材料硬度的2～4倍，好像一个刃口圆弧半径较大的楔块，能代替切削刃进行切削，且保护了切削刃和前刀面，减少了刀具的磨损，因此在粗加工时积屑瘤是有积极作用的。

2.2增大实际前角。有积屑瘤的车刀，实际前角查增大至300～350，因而减小了切屑的变形，降低了切削力。

2.3影响工件表面质量和尺寸精度。由于积屑瘤总是极不稳定，时生时灭，时大时小。在切削过程中，一部分积屑瘤被切屑带走，一部分嵌入工件已加工表面，使工件表面形成硬点和毛刺，表面粗糙度值变大。所以积屑瘤必要的时候是要抑制的，影响积屑瘤的主要如上图所示（a）因素是材料、切削速度、走刀量、前角和切削液等，其中切削速度对产生积悄的影响最大，在切削温度约为（15～30m/min）时，切削温度约为3000C左右，切屑底层金属塑性变形增大，切屑与前刀面接触增大因而这时的摩擦系数最大，最容易产生积屑瘤。所以我们尽量避免在中等切削速度（15～30m/min）时的切削加工，以尽量减小积屑瘤对切削加工的影响。此外，增大前角，减小走刀量，减小前刀面表面粗糙度值和注入充分的切削液冷却，都可减少积屑瘤的产生。

3.数控机床在切削加工过程的加工硬化

切削塑性金属时，工件已加工表面层的硬度明显提高而塑性下降的现象称为表面加工硬化。在数控机床切削加工塑性金属时，由于刀具的刃口不可能绝对锋利，总存一段半径的刀尖圆弧，导致切削层与工件母体的分离点不在刃口圆弧的最低点，因而有一层大都市市区的金属层留下来，并在车刀刃口圆弧面挤压变形后成为已加工表面。金属塑性变形部分不能恢复，恢复的只是弹性变形部分。塑性变形愈大，表面变形硬化愈严重，硬化层的硬度可达工件硬度的1.2～2倍，硬化层深度可达0.07～0.5mm。切削加工造成的已加工表面硬化层常常伴随有表面裂纹，使表面粗糙度值增大，疲劳强度下降，当以较小的切削深度再次切削时，则刀具不易切入，并且使刀具容易磨损，因此增加刀具的刀刃锋利，可有效地降低加工硬化

的产生。

4.数控机床在切削加工过程中的切削力

切削时，切削刀具对工件的作用称为切削力，它作用在工件上。切削时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力称为切削阴力，它作用在刀具上。切削力在切削过程中，对刀具的寿命，机床功率的消耗和工件的加工质量都有很大的影响。切削阻力是切削过程中不可避免的一种抗力，它对切削会产生不利的影响，因此应尽量减小切削阻力。影响切削阻力的因素很多，凡是影响变形与摩擦的因素都会影响切削阻力。减小切削阻力的主要措施是刃磨合适的刀具角度和减小切削深度。

5.数控机床切削加工过程中的切削热和切削温度

切削热是切削过程中因金属变形和摩擦而产生的热量。切削热和它产生的切削温度，直接影响刀具的磨损和使用寿命，并影响工件的加工精度和表面质量，尤其在高速切削时更为明显。切削温度对加工有两重性，一方面它会加速刀具磨损，降低刀具寿命，影响加工精度，会造成工件表面烧伤和退火现象。一方面它会使工件材料软化，易于切削。此外，较高的切削温度也不利于积屑瘤的生成，可减轻刀具的粘结磨损及改善工件表面质量。

以上几点是数控机床在切削加工过程中的常见的事项，它们之间是相互联系，相互制约的，在数控车床加工中还要综合考虑车床、夹具、工件和刀具等因素的影响，只要我们认真总结经验，提高操作加工的熟练程度，就会尽量避免不合格零件的产生。

参考文献：

[1]彭德荫主编.《车工工艺与技能训练》[M]（.北京：中国劳动和社会保障部教材办公室，2001.

[2]韩鸿鸾主编.《数控加工工艺学》[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

作者简介：

安付行（1976-），男，本科，郑州煤矿机械制造技工学校讲师，研究方向：职业教育、机械加工。

张文静（1980-），女，本科， 郑州煤矿机械制造技工学校助理讲师，研究方向：职业教育、机械。