數(shù)控車削加工工藝優(yōu)化研究論文

　　摘要：本文將結(jié)合純鎳材料的性能，探究純鎳的車削加工工藝優(yōu)化技術(shù)，進(jìn)而推動(dòng)數(shù)控車削加工工藝的創(chuàng)新和發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;純鎳;數(shù)控車削;加工工藝

　　1純鎳材料的性能

　　金屬加工技術(shù)是數(shù)控車削加工工藝的重要內(nèi)容。在確定加工方案前，要充分了解金屬的性能，結(jié)合金屬的特性制定可行的加工工藝方案。純鎳是一種耐腐蝕性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度大、塑性良好的金屬，用于機(jī)械制造等多個(gè)方面。其中，工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是耐堿性、耐腐蝕性、機(jī)械性能好的N6材料。純鎳N6的機(jī)械性能，如表1所示。由表1可知，純鎳材料的機(jī)械強(qiáng)度大，加工性能較差，被列為難加工的材料之一。在對(duì)純鎳材料進(jìn)行車削時(shí)，刀具會(huì)因純鎳的機(jī)械性能等原因產(chǎn)生較大的磨損。車削時(shí)，切削熱主要集中在刀刃附近，后刀面易出現(xiàn)溝槽，影響純鎳材料的車削加工。因此，深入探討解決上述問題的方法，對(duì)優(yōu)化純鎳材料的數(shù)控車削加工工藝十分重要。

　　2數(shù)控車削加工工藝簡介

　　數(shù)控車削加工的主要目的是對(duì)工件進(jìn)行精密加工，主要方法是通過操縱控制系統(tǒng)控制數(shù)控機(jī)床刀具的軌跡，以完成工件的車削過程。進(jìn)行加工前，確定刀具和工件處于同一個(gè)坐標(biāo)系中是極為關(guān)鍵的一點(diǎn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，編程語言的規(guī)范化、控制系統(tǒng)的智能化使得數(shù)控機(jī)床的加工工藝逐漸標(biāo)準(zhǔn)化、成熟化。數(shù)控車削加工工藝主要包括八個(gè)過程：加工工藝分析；程序的編程；加工過程中的裝刀；裝刀組；加工前的對(duì)刀；粗加工工藝；半精加工工藝；精加工。這八個(gè)主要的加工過程能夠保證加工過程的順利進(jìn)行。同時(shí)，加工技術(shù)和加工方法的協(xié)調(diào)合作，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精密加工。下面簡單介紹數(shù)控車削的主要加工工藝。

　　2.1加工機(jī)床的選擇

　　選擇加工機(jī)床時(shí)，要考慮工件的因素和數(shù)控機(jī)床參數(shù)等因素。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床都有一定的使用范圍，因而在選擇時(shí)要做出相應(yīng)判斷。選擇機(jī)床時(shí)，要根據(jù)工件的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、加工要求等進(jìn)行挑選。同時(shí)，機(jī)床自身的性能、參數(shù)等也會(huì)對(duì)工件的加工產(chǎn)生一定限制，如主軸轉(zhuǎn)速、最大回轉(zhuǎn)半徑等，都是挑選機(jī)床時(shí)需要考慮的因素。

　　2.2車削刀具的選擇及切削用量

　　刀具是對(duì)工件切削的重要工具。選擇刀具時(shí)，要綜合考慮工件、刀具以及機(jī)床三方面的因素。只有這三個(gè)方面相互適應(yīng)、相互協(xié)調(diào)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。對(duì)于刀具的挑選，要重點(diǎn)考慮以下兩個(gè)因素。刀具的材質(zhì)和性能。刀具的性能直接影響加工精度，而刀具的材質(zhì)制約著刀具的性能。一般情況下，刀具的材質(zhì)越好，性能也相對(duì)越好。選擇刀具時(shí)，不但要考慮刀具的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、硬度等物理特性，還要考慮經(jīng)濟(jì)適用性，做到刀具的材質(zhì)、性能以及經(jīng)濟(jì)適用性三者平衡。刀具的形狀和尺寸。刀具的外形需要根據(jù)要加工的工件進(jìn)行具體選擇，最優(yōu)的選擇是能滿足更多的工件完成加工工作。同時(shí)，在各種條件都允許的情況下，可以適當(dāng)選擇直徑較大的刀具，這有利于提高切削效率，延長使用壽命。切削用量控制著各個(gè)工序的運(yùn)行，每道工序的參數(shù)指標(biāo)都和切削用量息息相關(guān)。編程過程中，要重點(diǎn)考慮切削用量。切削用量會(huì)對(duì)切削深度、進(jìn)給速度、切削速度產(chǎn)生影響，因此合理確定的切削用量可以加快工作效率，保證加工工藝快速高效完成。

　　3純鎳的數(shù)控車削加工工藝優(yōu)化

　　3.1純鎳的數(shù)控車削加工工藝存在的問題

　　經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，在對(duì)純鎳材料進(jìn)行加工的過程中，存在刀具磨損嚴(yán)重、使用壽命短、生產(chǎn)效率低下的問題。切削過程中，純鎳材料與刀具的摩擦?xí)�產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和高噪聲（經(jīng)檢測已超過100dB）。由于刀具的磨損非常嚴(yán)重，在切削一個(gè)工件時(shí)就要更換十余次刀具。頻繁更換刀片造成工件的表面光度不夠，只能在加工后期使用銼刀紗布對(duì)工件繼續(xù)打光磨平，浪費(fèi)了大量人力物力。此外，每次更換刀具都要經(jīng)歷編程、對(duì)刀、關(guān)閉啟動(dòng)計(jì)算機(jī)等工序，容易造成計(jì)算機(jī)故障。事實(shí)上，經(jīng)此工藝加工的工件，不能很好地保障質(zhì)量，且生產(chǎn)效率低下。如果造成一件工件成為廢品，將會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失。可見，這樣進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品效率和質(zhì)量均不能保證。因此，探尋優(yōu)化純鎳的車削加工工藝迫在眉睫。此外，選擇采用耐磨性能較好的刀具進(jìn)行切削時(shí)，上述問題仍然存在。因此，還需要尋找新的途徑解決上述問題。

　　3.2純鎳加工時(shí)刀具磨損的特點(diǎn)

　　由試驗(yàn)觀察可知，切削純鎳工件時(shí)，刀具的磨損主要集中在刀刃附近，且刀刃處的切割熱也較高。切削完成后，在副后刀面上會(huì)出現(xiàn)一道清晰的溝槽。在切削速度較低的情況下，會(huì)出現(xiàn)刀面的磨損，切削面也因較高的切割熱而變形，而溝槽的出現(xiàn)會(huì)引起強(qiáng)烈的震動(dòng)和噪聲。上述現(xiàn)象會(huì)使刀具過早失效，造成加工效率低下、工件表面質(zhì)量不高、刀具的壽命縮短。3.3純鎳的數(shù)控車削加工工藝優(yōu)化在經(jīng)歷多次探索和嘗試后，終于找到了可以解決刀具磨損嚴(yán)重、產(chǎn)生明顯溝槽等問題的方法，下面簡述這三種新途徑。

　　3.3.1采用涂層硬質(zhì)合金刀具

　　在分析刀具磨損成因時(shí)，判斷鎳-鈷的親合會(huì)造成刀具的嚴(yán)重磨損。為避免這種狀況的發(fā)生，決定采用TiN（TiC）涂層硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行試驗(yàn)。在按照正常的工序加工工件后，于顯微鏡下觀察刀具的磨損程度。結(jié)果顯示，涂層雖然脫落，但刀具表面無明顯的磨損痕跡，且副刀面無溝槽。涂層的脫落可能是牢固度不夠，在改進(jìn)工藝加固涂層后可以取得更好效果。

　　3.3.2復(fù)合聚晶立方氮化硼車削刀

　　硬質(zhì)合金會(huì)因擴(kuò)散機(jī)理而產(chǎn)生溝槽，采用涂層涂抹合金也增加了刀具成本。經(jīng)驗(yàn)證，采用復(fù)合聚晶立方氮化硼車削刀效果甚佳。復(fù)合聚晶立方氮化硼車削刀的硬度與硬質(zhì)合金刀具相比可以提高20倍，在車削過程中無噪聲、無振動(dòng)，工件表面的光度良好，切屑均勻，無溝槽的產(chǎn)生。分析機(jī)理，主要是因?yàn)閺?fù)合聚晶立方氮化硼車削刀硬度高、熱穩(wěn)定性好，因而適于切削純鎳材料。

　　3.3.3新型陶瓷刀具

　　山東工業(yè)大學(xué)研制的新型陶瓷車刀SG5是一種高強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性、高硬度的新型刀具，主要成分是Al2O3-SiC。該刀具硬度是硬質(zhì)合金刀具的10倍，可以滿足切削要求，且成本只有立方氮化硼刀具的1/10，在適用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)適用性上都滿足條件，可以經(jīng)過進(jìn)一步驗(yàn)證推廣。以上三種新方法尚未成熟，有必要進(jìn)行進(jìn)一步探討。但是，這三種方式都具有一定的實(shí)用價(jià)值，可為數(shù)控車削純鎳材料的工藝改進(jìn)提供一定的借鑒。

　　4結(jié)語

　　純鎳材料的數(shù)控車削加工工藝一直存在刀具磨損嚴(yán)重、噪聲大、震動(dòng)大等問題。解決這些問題，對(duì)推進(jìn)數(shù)控車削工藝的發(fā)展具有重要意義。本文經(jīng)分析產(chǎn)生上述問題的機(jī)理和成因，提出了三種優(yōu)化措施。多次試驗(yàn)顯示，三種方式基本能解決前述問題，且經(jīng)濟(jì)適用性較好，有進(jìn)一步研究推廣的空間。探究純鎳材料的數(shù)控車削加工工藝的優(yōu)化方法有利于推動(dòng)鎳類材料的加工工藝的發(fā)展，進(jìn)而加速數(shù)控車削加工工藝的成熟。

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