数控车床加工铝合金零件的刀具研究

摘 要 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，目前铝合金是应用最多的合金。数控机床是装有程序控制系统的自动化机床。在数控系统中使用指令和程序自动加工各种零件。采用数控机床加工铝合金工件有加工精度高、加工质量稳定、生产效率高、利于管理等优点。

关键词 铝合金 数控机床 数控加工

中图分类号：TG659 文献标识码：A

1铝合金的种类和特性

铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类：

（1）形变铝合金能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。

（2）铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有过共晶硅铝合金，共晶硅铝合金，单共晶硅铝合金，铸造铝合金在铸态下使用。

（3）铝合金的强度、硬度与纯铝相比提高很多，与钢材相比强度与硬度低，切削力小，导热性好。铸铝合金塑性低，伸长率一般在4%以下，不宜压力加工，大多数切削加工性较好。各种状态下的变形铝合金，质软，其强度和硬度都不高，切削加工的难度在于有较高的塑性，切削时易粘刀，形成积屑瘤，难以获得良好的表面质量；在高速切削时刀刃可能产生熔焊现象，使刀具丧失切削能力，影响加工精度和表面粗糙度。此外，铝合金的热胀系数大，切削时容易引起工件热变形，降低加工精度。因此，在铝合金加工中，刀具也呈现高水平、多样化的发展趋势。

2数控车床

数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多得加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特别适宜复杂形状的回转体零件的加工。

2.1数控车床的组成

数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、冷却润滑系统及数控系统组成。

2.2数控车床的机械构成

从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架进给系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。

3切削铝合金的刀具材料

铝用加工的刀具材料一般选用细晶粒的YG类硬质合金（ISOK10--K20）、聚晶复合金刚石（PCD，也称金刚石烧结体）以及天然金刚石等，这些均是适宜切削铝合金的刀具材料，都可以保证刀具刃口锋利且耐磨。

近年来市面上也出现了不少用于铝材加工的涂层硬质合金，就涂层技术而言，不易采用含Al或者Al2O3的涂层，因为氧化了的氧化铝切屑与涂层材料Al氧化后相同，按照相似相溶理论，切削时会因化学亲和力而产生粘结与积屑瘤，造成摩擦阻力增大而使刀具磨损加快。加工铝合金不宜采用Al2O3基陶瓷刀具也是同样的道理。

4铝合金车削加工

从铝合金的切削加工性可知，无论是车（镗）削、铣削、钻削中的哪种切削加工类型，都要求刀具耐磨，切削刃锋锐，具有前角大、后角大、主偏角大、副偏角小、刃倾角为正角度、刃面光洁等设计特点。

前角：在保持刀刃强度的条件下，选择大前角，一方面可以磨出锋利的刃口，另一方面可以减少切削變形，使排屑顺畅，进而降低切削力和切削温度。切忌使用负前角刀具。

后角：后角大小对后刀面磨损及加工表面质量有直接的影响。切削厚度是选择后角的重要条件。粗铣时，由于进给量大，切削负荷重，发热量大，要求刀具散热条件好，后角应选择小一些。精铣时，要求刃口锋利，减轻后刀面与加工表面的摩擦，减小弹性变形，后角应选择大一些。

主偏角：适当减小主偏角可以改善散热条件，使加工区的平均温度下降。

5结论

选择开放型大前角和后角的设计使刃口更加锋利，切削更轻快，切削速度可以更高；选择刀片前刀面抛光表面处理，可以减小加工过程中切屑与前刀面的摩擦，降低粘结的可能性，使排屑更加顺畅，获得更高的表面质量和寿命；选择强度更高的刀体和质量更佳刀片，使加工中重复定位精度高，抑制切削过程中产生的振动。另外，需注意在切削加工时要充分考虑铝合金材料的各种物理、机械性能，需采用小切削力进行切削加工，同时控制温度给加工中尺寸测量造成的影响，特别是在有较高尺寸精度和表面粗糙度要求时需采用多次精车。

作者简介：李阳（1983一），男，辽宁，沈阳，工程师

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