1.問題提出

試制時(shí)規(guī)劃制作了圖2所示的小端鉆模，在搖臂鉆床Z35上加工噴油器體的3mm×φ2.5mm斜油孔。先用小端鉆模引鉆出3mm×φ2.5mm孔點(diǎn)位，再將全能分度頭傾斜一定視點(diǎn)，裝夾噴油器體大端法蘭，別離將待鉆孔位旋轉(zhuǎn)到低點(diǎn)，順次鉆出3mm×φ2.5mm斜油孔與已鉆3mm×φ3mm長(zhǎng)油孔貫穿。

圖2  小端鉆模

試制時(shí)按此辦法加工的3mm×φ2.5mm斜油孔與φ3mm孔接通狀況不好。工藝上要求用φ1.5mm鋼絲檢測(cè)貫穿油孔，φ1.5mm鋼絲應(yīng)能穿過銜接油孔。咱們對(duì)試制的這批噴油器體斜油孔貫穿狀況進(jìn)行全數(shù)檢查，φ1.5mm鋼絲不能穿過的孔位超越50%。

咱們剖析了斜油孔接通狀況不好的主要原因：用全能分度頭裝夾，旋轉(zhuǎn)方向定位靠劃線對(duì)正，定位誤差較大；用中心鉆對(duì)正預(yù)制孔有誤差，中心孔偏移影響對(duì)中精度；搖臂鉆床Z35主軸鎖定精度差，鉆小孔時(shí)簡(jiǎn)略走偏，不適宜加工細(xì)長(zhǎng)孔。因此規(guī)劃制作了噴油器體鉆斜孔輔具，將鉆3mm×φ2.5mm斜油孔工序安排到臺(tái)鉆Z512上進(jìn)行。

2.利用鉆斜孔輔具在臺(tái)鉆上加工斜油孔

臺(tái)鉆主軸固定，可挑選較高轉(zhuǎn)速范圍大，手輪進(jìn)給使鉆削更平穩(wěn)，排屑冷卻更方便快捷，有利于細(xì)長(zhǎng)孔的加工。由于噴油器體的3mm×φ2.5mm孔是斜油孔，并且有較高的對(duì)接精度要求，因此規(guī)劃制作了噴油器體鉆斜油孔輔具。鉆孔輔具的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3  噴油器體鉆斜油孔輔具

1.定位斜塊 2.菱形銷 3.聯(lián)接螺栓 4.放錯(cuò)銷 5.銜接盤

如圖3中，噴油器體經(jīng)過大端面、中間螺紋孔M16×1和法蘭孔φ18mm與銜接盤完結(jié)徹底定位，防錯(cuò)銷確保噴油器體法蘭定位孔挑選正確，不然無法安裝到位。銜接盤上銑了3個(gè)定位旁邊面，別離與3mm×φ2.5mm斜油孔方位對(duì)應(yīng)。這樣噴油器體與銜接盤裝配后，就可經(jīng)過銜接盤上的定位旁邊面與定位斜塊上的定位旁邊面靠齊，完結(jié)裝夾定位，鉆一個(gè)φ2.5mm斜油孔與φ3mm長(zhǎng)油孔接通后，轉(zhuǎn)動(dòng)銜接盤，使其他定位旁邊面別離與定位斜塊的定位旁邊面靠齊，鉆出其他2個(gè)φ2.5mm斜油孔。

   定位斜塊和銜接盤的結(jié)構(gòu)如圖4所示，經(jīng)過銜接盤上的中間定位孔、菱形銷孔和端面定位銜接，完結(jié)了噴油器體與銜接盤的徹底對(duì)定，再經(jīng)過銜接盤上距離中心68mm的三個(gè)旁邊面與定位斜塊靠齊，別離對(duì)應(yīng)到3mm×φ2.5mm斜油孔的筆直狀態(tài)。這樣完結(jié)了定位快速、經(jīng)確牢靠。

圖4  銜接盤和定位斜塊

   噴油器體鉆斜油孔輔具一次裝夾，二次轉(zhuǎn)位，完結(jié)了在臺(tái)鉆上加工3mm×φ2.5mm斜油孔與φ3mm長(zhǎng)油孔對(duì)接。對(duì)接方位精度偏差小于0.5mm，才干確保φ1.5mm鋼絲能經(jīng)過相貫處。加工好的噴油器體油孔用φ1.5mm鋼絲檢查，均能正常穿過，產(chǎn)品質(zhì)量得到了確保。此工裝裝夾簡(jiǎn)略，操作方便，定位經(jīng)確牢靠，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.結(jié)語

噴油器體鉆斜油孔輔具完結(jié)了在臺(tái)鉆上加工3mm×φ2.5mm斜油孔，不僅出產(chǎn)效率得到進(jìn)步，并且產(chǎn)品質(zhì)量得到確保，大大降低了廢品率。此次工藝改善獲得成功，油孔對(duì)接方位精度合格率到達(dá)95%以上，解決了困擾噴油器體加工的質(zhì)量問題。我公司已完結(jié)船用噴油器批量出產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到用戶信任。此工藝辦法也為相似件的加工提供了一個(gè)新的思路。

切削加工是包括機(jī)床、刀具、零件、夾具、工藝的多變量雜亂時(shí)變體系，切削參數(shù)對(duì)應(yīng)的切削狀況，以及獲取的加工作用遭到切削體系各個(gè)環(huán)節(jié)、眾多參數(shù)的影響，難以樹立標(biāo)準(zhǔn)一致的切削工藝體系模型來描繪和優(yōu)化工藝參數(shù)。作為刀具的首要供給方，刀具廠商往往選用折衷計(jì)劃，針對(duì)所供給的刀具和被加工目標(biāo)，為工藝人員引薦可用的切削參數(shù)或近似加工事例，不供給刀具壽數(shù)和加工作用猜測(cè)，多依靠實(shí)踐加工成果進(jìn)行粗略點(diǎn)評(píng)。

選用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行金屬切削加工，不只是航空航天制作業(yè)的首要金屬切削辦法，也在整個(gè)工業(yè)出產(chǎn)中占據(jù)干流。在數(shù)控切削辦法的革新中，出產(chǎn)質(zhì)量辦理也發(fā)生了很大的革新。傳統(tǒng)手工機(jī)床加工零件，獨(dú)自工序的加工質(zhì)量多依靠工人的技能，而在數(shù)控加工中，工藝人員不只需求負(fù)責(zé)工藝擬定，還要進(jìn)行數(shù)控加工程序編制、數(shù)控刀具挑選與工藝參數(shù)擬定。因而數(shù)控加工功率與加工質(zhì)量遭到數(shù)控刀具的影響顯著。

航空航天制作業(yè)的加工辦法以小批量、多種類混線加工為主，相關(guān)于大批量出產(chǎn)的轎車制作行業(yè)，在零件切削加工出產(chǎn)中，因?yàn)榱慵Y料的難加工和零件結(jié)構(gòu)的難加工特性，不只對(duì)高功用數(shù)控刀具有火急的需求，并且適宜的刀具辦理技能對(duì)數(shù)控出產(chǎn)質(zhì)量的進(jìn)步具有重要的含義和使用價(jià)值。

狹義上的刀具辦理技能只涉及刀具的物流辦理。在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)等批量化出產(chǎn)中使用的刀具辦理技能不只包括刀具的物流辦理，還包括刀具定義、切削參數(shù)、切削數(shù)據(jù)、刀具調(diào)整與刀具修磨、CAM接口、刀具用量猜測(cè)等。經(jīng)過刀具辦理技能的使用，能夠把量產(chǎn)中的刀具獨(dú)立出來，由專業(yè)化的刀具辦理服務(wù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行辦理，在出產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完成刀具配送，下降出產(chǎn)本錢。針對(duì)航空航天制作業(yè)的特殊出產(chǎn)辦法，這種刀具辦理技能存在許多問題?，F(xiàn)在的航空航天企業(yè)都建有較為完善的CAPP、ERP和PDM等信息辦理體系，刀具相關(guān)的物流辦理功用現(xiàn)已具備?？墒堑毒呔哂衅涮厥庑?，在工藝擬定實(shí)施中，不只需求知道刀具的形狀、尺寸，還要知道刀具適宜加工的資料和切削參數(shù)的挑選。

切削數(shù)據(jù)庫首要是為工藝人員擬定具體工藝計(jì)劃時(shí)，供給機(jī)床、刀具挑選計(jì)劃和優(yōu)化可行的加工參數(shù)。因?yàn)槲⒓?xì)銑削工藝體系涉及到機(jī)床、刀具、工件、工裝夾具、光滑冷卻等加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，一起因?yàn)榧庸みM(jìn)程的動(dòng)態(tài)時(shí)變特性，蕞優(yōu)工藝參數(shù)往往不易確定。這也是現(xiàn)有金屬切削數(shù)據(jù)庫難以實(shí)用化的首要要素。

針對(duì)航空航天制作業(yè)的特殊性，高功用數(shù)控刀具的辦理技能應(yīng)包括刀具功用點(diǎn)評(píng)、刀具現(xiàn)場(chǎng)使用、刀具物流。

刀具功用點(diǎn)評(píng)辦法

隨著航空結(jié)構(gòu)件雜亂程度的不斷進(jìn)步，包括的難加工特征結(jié)構(gòu)越來越多，以往經(jīng)過根底切削實(shí)驗(yàn)來選取的刀具在針對(duì)不同結(jié)構(gòu)特征時(shí)往往表現(xiàn)出顯著的功用差異。也就是說，同一種刀具在切削加工不同的結(jié)構(gòu)特征時(shí)，往往會(huì)體現(xiàn)出較大差異的切削功用。

為了合理點(diǎn)評(píng)航空鈦合金結(jié)構(gòu)件銑削刀具的功用，和尋求適宜航空鈦合金結(jié)構(gòu)件的銑削刀具，有必要在了解和了解航空鈦合金雜亂結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特色的根底上對(duì)其切削刀具功用進(jìn)行評(píng)判。

為進(jìn)行鈦合金銑削刀具的優(yōu)選和切削參數(shù)優(yōu)化，規(guī)劃了多種結(jié)構(gòu)的鈦合金測(cè)試件。圖1是參閱機(jī)床功用測(cè)試S形件規(guī)劃的一種基準(zhǔn)樣件，經(jīng)過定義一致的切削軌跡，不只能夠比照刀具的切削功用，還能進(jìn)行機(jī)床功用的測(cè)試，為切削參數(shù)的個(gè)性化點(diǎn)評(píng)供給了一種參閱辦法。

圖1 銑削刀具基準(zhǔn)測(cè)試件

如以刀具壽數(shù)、金屬切除率作為粗加工點(diǎn)評(píng)指標(biāo)，構(gòu)建刀具功用綜合評(píng)判模型，經(jīng)過實(shí)踐切削實(shí)驗(yàn)，比照評(píng)測(cè)了WSM35、WSM35S、WSP45和WSP45S 4種PVD氧化鋁涂層的銑刀，依據(jù)加工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的含糊隸屬度評(píng)測(cè)，切削S形區(qū)域時(shí)的功用依次為WSM35S、WSP45、WSP45S、WSM35；而切削不和槽腔時(shí)的功用依次為WSM35S、WSM35、WSP45、WSP45S。

選用基準(zhǔn)件進(jìn)行刀具功用點(diǎn)評(píng)，多項(xiàng)比照實(shí)驗(yàn)表明，可認(rèn)為工藝擬定供給更合理的切削參數(shù)。

刀具現(xiàn)場(chǎng)使用

刀具現(xiàn)場(chǎng)使用是指從工藝規(guī)劃開始的刀具選型、切削參數(shù)、壽數(shù)猜測(cè)、磨損辦理、刀具調(diào)整和刀具替換等環(huán)節(jié)。

刀具選型的基本流程是依據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)、資料，經(jīng)過刀具樣本，獲取相關(guān)的刀具、刀柄、以及引薦切削參數(shù)。刀具選型的好壞對(duì)加工質(zhì)量、加工功率和加工本錢具有決定性影響，一起也會(huì)影響數(shù)控加工程序的編制。尤其是航空航天工業(yè)中常用的鈦合金、高溫合金等難加工資料，對(duì)刀具資料、刀片槽型以及切削參數(shù)較為靈敏，任何過錯(cuò)的搭配都會(huì)導(dǎo)致刀具磨損加重或者功率下降。因?yàn)榈毒哌x型多依靠于“知識(shí)”，瓦兒特早供給了TEC-CCS刀具辦理輔助軟件為用戶供給整體銑刀、孔加工的刀具主張；肯納金屬（肯納金屬關(guān)方網(wǎng)站，肯納金屬產(chǎn)品一覽）也推出了NOVOTM刀具辦理軟件，使用多種參數(shù)束縛的辦法為用戶供給刀具主張。上述軟件還能供給切削力和切削扭矩、功率的計(jì)算功用。

充分發(fā)揮高功用切削刀具的功用，不只需求依據(jù)加工目標(biāo)挑選適宜的刀具，并且需求在工藝編制進(jìn)程中為刀具配置合理的切削參數(shù)。因?yàn)榱慵跈C(jī)床上的切削加工是一個(gè)多變量雜亂時(shí)變進(jìn)程，必須要依據(jù)機(jī)床狀況、零件裝夾辦法、加工余量多少對(duì)刀具主張的切削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

因?yàn)殁伜辖鸷透邷睾辖鹨子诩庸び不?，?yīng)選用適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量和切削深度，以堅(jiān)持切削在硬化層之下進(jìn)行。在使用淘瓷刀具切削高溫合金中，在車削時(shí)切削速度一般需求超過80m/min才能充分使用陶瓷和高溫合金的硬度差進(jìn)行切削；而在銑削中，切削線速度需求超過600m/min才能達(dá)到相似的作用；一起因?yàn)樘源傻毒叩拇嘈?，使用冷卻液或者微量光滑時(shí)，會(huì)因液體在刀具表面微裂紋中的脹大加重裂紋擴(kuò)張速度，加快刀具破損，應(yīng)盡量選用風(fēng)冷或者干切削辦法。

在實(shí)踐加工進(jìn)程中，刀具切削作用的反應(yīng)是刀具、切削參數(shù)改善以及刀具本錢操控的重要依據(jù)?，F(xiàn)有的車間出產(chǎn)辦理體系中，關(guān)于實(shí)踐刀具切削壽數(shù)、加工進(jìn)程動(dòng)態(tài)多為現(xiàn)場(chǎng)操作人員的口頭報(bào)告，假如進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算又會(huì)形成現(xiàn)場(chǎng)辦理工作量激增。怎么在出產(chǎn)中、及時(shí)、獲取相關(guān)刀具使用作用的數(shù)據(jù)，仍有待進(jìn)一步討論。

依據(jù)國(guó)內(nèi)航空航天制作業(yè)對(duì)數(shù)控切削零件質(zhì)量問題的調(diào)查，大都質(zhì)量問題是因?yàn)楹?jiǎn)略過錯(cuò)導(dǎo)致。如數(shù)控機(jī)床在加工大型零件的進(jìn)程中，因?yàn)榍邢饕簢娮?、現(xiàn)場(chǎng)噪聲等要素，操作人員忽略導(dǎo)致過錯(cuò)的刀具調(diào)用、刀具長(zhǎng)度過錯(cuò)、刀具過度磨損等問題尤為常見。使用技能手段進(jìn)行此類防錯(cuò)處理具有較好的作用，如在車間樹立刀具配送體系，依據(jù)每臺(tái)機(jī)床當(dāng)天使命，供給刀具清單，由專門人員在刀具預(yù)調(diào)儀上進(jìn)行刀具丈量承認(rèn)后，配送至對(duì)應(yīng)機(jī)床刀庫，在程序中依照估計(jì)的刀具壽數(shù)進(jìn)行換刀提示。

刀具辦理體系

高功用切削刀具的首要目標(biāo)是在粗加工階段進(jìn)步金屬切除率，在精加工階段進(jìn)步表面質(zhì)量。在批量出產(chǎn)中，因?yàn)闄C(jī)床-工件的組合、出產(chǎn)率相對(duì)固定，刀具種類和耗費(fèi)數(shù)量易于計(jì)算，適宜于刀具辦理。但在航空航天制作業(yè)，小批量、多種類的混線出產(chǎn)，刀具種類和耗費(fèi)數(shù)量不易準(zhǔn)確計(jì)算，關(guān)于刀具辦理體系的使用具有較大難度。

刀具辦理體系不只要面向制作車間的物流辦理、刀具裝置調(diào)整、機(jī)床刀具配置等進(jìn)程進(jìn)行刀具相關(guān)數(shù)據(jù)辦理，一起還要在工藝編制進(jìn)程中供給刀具幾許數(shù)據(jù)、切削參數(shù)，以及在出產(chǎn)計(jì)劃編制進(jìn)程中的機(jī)床-工件-夾具-刀具匹配，并能進(jìn)行作用猜測(cè)。圖2是TDM刀具辦理體系的數(shù)據(jù)接口環(huán)境示意圖。

刀具經(jīng)過砂輪刃磨后，刃口會(huì)存在不同程度的微觀缺陷，在切削過程中，刀具刃口微觀缺口極易擴(kuò)展，加快刀具的磨損和損壞。刃口鈍化是延常刀具壽命的金屬切削配套技術(shù)，能有效減少或消除刃磨后的刀具刃口微觀缺陷，以達(dá)到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅(jiān)固。

刃口鈍化方式可分為傳統(tǒng)刃口鈍化和特種刃口鈍化。傳統(tǒng)刃口鈍化方式主要包括磨削鈍化、毛刷鈍化、拖曳鈍化和噴砂鈍化等；特種刃口鈍化方式主要包括激光鈍化、電火花電蝕鈍化、電化學(xué)鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的加工。由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會(huì)發(fā)生改變。而微噴砂技術(shù)是以傳統(tǒng)噴砂技術(shù)為基礎(chǔ)，采用微米級(jí)尺寸的磨料顆粒來進(jìn)行待加工表面處理的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于材料的表面處理，包括表面清潔、表面鈍化和表面形貌處理。微噴砂處理的材料去除機(jī)理，包括裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的脆性去除和磨料微切削產(chǎn)生的塑性去除。微噴砂技術(shù)在刀具領(lǐng)域主要應(yīng)用在表面處理方面，如涂層刀具。通過對(duì)刀具基體表面進(jìn)行相應(yīng)的微噴砂處理，來改變基體的表面形貌，以增加涂層與刀具基體之間的粘結(jié)力，提高刀具的切削壽命。研究表明，對(duì)刀具的涂層表面進(jìn)行微噴砂處理可以增加涂層硬度，提高刀具切削壽命。微噴砂技術(shù)在刀具刃口鈍化領(lǐng)域沒有得到廣泛應(yīng)用，理論研究還不充分。

本文通過微噴砂技術(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀片YT15進(jìn)行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑的影響以及微噴砂處理對(duì)刃口質(zhì)量的影響，并分析微噴砂處理的材料去除機(jī)理。

1試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時(shí)間T為因素，其中磨料比重W為磨料占水和磨料總質(zhì)量的比重。每個(gè)因素設(shè)4個(gè)水平，進(jìn)行64組全因素刃口鈍化試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1  微噴砂全因素試驗(yàn)因素水平

采用濕式手動(dòng)噴砂機(jī)，噴砂角度45°，噴砂距離8mm。磨料為320目白剛玉，微噴砂加工如圖1所示。選用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片YT15，其尺寸標(biāo)準(zhǔn)為SNMN120404，相應(yīng)的材料性能見表2。通過激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對(duì)微噴砂處理后的刀片刃口進(jìn)行觀測(cè)，試驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo)為刀片刃口半徑r和刃口線粗糙度Ra，終結(jié)果為三次測(cè)量后的平均值。同時(shí)對(duì)其刃口形貌進(jìn)行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀察，分析刃口材料去除機(jī)理。

圖1  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2  硬質(zhì)合金刀具YT15物理力學(xué)性能

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑的影響

圖2為硬質(zhì)合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時(shí)間為20s、30s、40s和50s時(shí)刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時(shí)間的增加，刀具刃口半徑增大，這實(shí)質(zhì)上是材料去除隨著時(shí)間累積的結(jié)果。在相同的噴砂時(shí)間和磨料比重下，隨噴砂壓力的增加，刀具刃口半徑增大。這是因?yàn)殡S著噴砂壓強(qiáng)的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應(yīng)增加。

硬質(zhì)合金可看作是硬脆材料，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型可知，單顆粒磨料的材料去除量與磨料顆粒的速度的指數(shù)成正比，使得單顆粒磨料的材料去除量增加。同時(shí)磨料流速度的增加，使單位時(shí)間內(nèi)有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數(shù)量增加，刃口材料的去除量變大。因此，增加噴砂壓力相當(dāng)于既增加磨料比重又增加噴砂時(shí)間，兩者的共同作用使刃口半徑增大。

由圖2分析磨料比重對(duì)刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑先增大而后減??；而在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢(shì)。同理，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當(dāng)噴砂壓力較小時(shí)，隨著磨料比重的增加，雖然單顆粒磨料速度減小，但是單位體積內(nèi)磨料顆粒的數(shù)量增加，造成單位時(shí)間內(nèi)磨料顆粒對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)增加，所以刃口材料的去除量變大。當(dāng)磨料比重過大時(shí)，根據(jù)能量守恒可知，磨料流的速度減小很多，其中磨料顆粒的速度大幅降低，不僅減少了單顆粒磨料材料的去除量，也使單位時(shí)間內(nèi)磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)減少，進(jìn)一步減少材料去除量，使得刃口半徑隨著磨料比重的增加先增大后減小。當(dāng)噴砂壓力較大時(shí)，隨著磨料比重的增加，在單位時(shí)間內(nèi)增加的磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)所增加的材料去除量要多于單顆粒磨料速度降低而減少的材料去除量。總的來說，單位時(shí)間內(nèi)材料去除量增加，因此在較大噴砂壓力下，刀具的刃口半徑隨著磨料比重的增加而增加。

(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s

圖2  刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢(shì)

(2)微噴砂處理對(duì)刃口線粗糙度的影響

圖3是硬質(zhì)合金刀片YT15經(jīng)過微噴砂刃口鈍化處理前后的切削刃形貌。采用微噴砂工藝參數(shù)：噴砂壓力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，噴砂時(shí)間T=30s。通過測(cè)量得到切削刃的相關(guān)參數(shù)見表3。

圖3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片的切削刃形貌

可以發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口輪廓由原來的r=6μm銳刃變成r=27μm的圓弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口線粗糙度Ra由原來的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時(shí)產(chǎn)生的微觀缺陷，改善了刃口質(zhì)量。

表3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數(shù)對(duì)比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗(yàn)時(shí)硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口線粗糙度的分布情況。可以得出，硬質(zhì)合金YT15刀片的刃口線粗糙度為0.3-0.8μm，滿足刀片的刃口粗糙度要求。

圖4  硬質(zhì)合金刀具YT15刃口線粗糙度分布

(3)微噴砂刃口材料去除機(jī)理研究

刀片的微噴砂過程實(shí)質(zhì)上是高速磨料射流沖擊材料表面，實(shí)現(xiàn)材料的去除。其材料去除機(jī)理主要?dú)w結(jié)為磨料顆粒對(duì)材料的去除方式。對(duì)于脆性材料，其去除機(jī)理往往不只有脆性去除，還包括磨料顆粒的微剪切引起的塑性去除。

圖5是硬質(zhì)合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數(shù)M=320、噴砂時(shí)間T=20s和磨料比重W=0.1時(shí)的刃口形貌。可以看出，經(jīng)過微噴砂處理后，刀具出現(xiàn)了圓弧刃口，對(duì)其圓弧刃口的區(qū)域A進(jìn)行放大，可以觀察刃口材料去除形成的微觀形貌。通過區(qū)域B可以看出，其硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相的去除多為由裂紋擴(kuò)展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對(duì)于硬質(zhì)相的沖擊作用，使之產(chǎn)生徑向裂紋和側(cè)向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進(jìn)而造成側(cè)向裂紋的擴(kuò)張形成網(wǎng)狀裂紋，達(dá)到材料的去除。對(duì)于C區(qū)域的觀察，也可以發(fā)現(xiàn)刃口材料上存在磨料顆粒的刻劃痕跡，這主要是由于具有鋒利刃口的白剛玉磨料顆粒對(duì)工件材料的微切削作用導(dǎo)致。由于刀具材料中除硬質(zhì)相成分外，還包括粘結(jié)相，其微切削作用相對(duì)于粘結(jié)相更為明顯，粘結(jié)相材料先于硬質(zhì)相去除，使得硬質(zhì)相成分顯露出來。因此微噴砂處理硬質(zhì)合金刀具YT15的材料去除機(jī)理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致硬質(zhì)相材料的脆性去除，還包括磨料顆粒的微切削作用引起的材料塑性去除。

圖5  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂刃口形貌SEM圖

小結(jié)

微噴砂處理可以對(duì)硬質(zhì)合金刀具YT15刃口進(jìn)行有效鈍化，形成一定圓弧半徑的刀具刃口。研究表明，刃口圓弧半徑隨著微噴砂時(shí)間和噴砂壓力的增加而增大。對(duì)于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減??；在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢(shì)。微噴砂處理可有效改善硬質(zhì)合金刀具YT15的刃口質(zhì)量，消除微觀缺陷，降低刃口線粗糙度，在結(jié)構(gòu)上對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化。硬質(zhì)合金刀具YT15刃口材料的去除機(jī)理，包含由裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致硬質(zhì)相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。

由于CNC加工中心其是采用軟件進(jìn)行鎖住的，在模仿加工時(shí)，當(dāng)按下主動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕時(shí)在模仿界面并不能直觀地看到機(jī)床是否已鎖住。模仿時(shí)往往又沒有對(duì)刀，假如機(jī)床沒有鎖住運(yùn)轉(zhuǎn)，極易發(fā)生撞刀。所以在模仿加工前應(yīng)到運(yùn)轉(zhuǎn)界面確認(rèn)一下機(jī)床是否鎖住。加工時(shí)忘掉關(guān)閉空運(yùn)轉(zhuǎn)開關(guān)。由于在程序模仿時(shí)，為了節(jié)省時(shí)刻常常將空運(yùn)轉(zhuǎn)開關(guān)打開?？者\(yùn)轉(zhuǎn)指的是機(jī)床一切運(yùn)動(dòng)軸均以G00的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。假如在加工時(shí)空運(yùn)轉(zhuǎn)開關(guān)沒關(guān)的話，機(jī)床疏忽給定的進(jìn)給速度，而以G00的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，形成打刀、撞機(jī)床事端?？者\(yùn)轉(zhuǎn)模仿后沒有再回參考點(diǎn)。在校驗(yàn)程序時(shí)機(jī)床是鎖住不動(dòng)的，而刀具相對(duì)工件加工在模仿運(yùn)轉(zhuǎn)(決對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)在變化)，這時(shí)的坐標(biāo)與實(shí)踐方位不符，須用返回參考點(diǎn)的辦法，確保機(jī)械零點(diǎn)坐標(biāo)與決對(duì)、相對(duì)坐標(biāo)一致。假如在校驗(yàn)程序后沒有發(fā)現(xiàn)問題就進(jìn)行加工操作，將形成刀具的磕碰。超程免除的方向不對(duì)。

當(dāng)機(jī)床超程時(shí)，應(yīng)該按住超程免除按鈕，用手動(dòng)或手搖辦法朝相反方向移動(dòng)，即能夠消除?？墒羌偃缑獬姆较蚺戳?，則會(huì)對(duì)機(jī)床產(chǎn)生傷害。由于當(dāng)按下超程免除時(shí)，機(jī)床的超程維護(hù)將不起作用，超程維護(hù)的行程開關(guān)已經(jīng)在行程的盡頭。此刻有或許導(dǎo)致工作臺(tái)繼續(xù)向超程方向移動(dòng)，終拉壞絲杠，形成機(jī)床損壞。制定行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)光標(biāo)方位不妥。制定行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，往往是從光標(biāo)所在方位開始向下執(zhí)行。對(duì)車床而言，需要調(diào)用所用刀具的刀偏值，假如沒有調(diào)用刀具，運(yùn)轉(zhuǎn)程序段的刀具或許不是所要的刀具，極有或許因刀具不同而形成撞刀事端。當(dāng)然在加工中心、數(shù)控銑床上一定要先調(diào)用坐標(biāo)系如G54和該刀的長(zhǎng)度補(bǔ)償值。由于每把刀的長(zhǎng)度補(bǔ)償值不一樣，假如沒調(diào)用也有或許形成撞刀。

CNC加工中心數(shù)控機(jī)床作為的機(jī)床，防撞是非常必要的，要求操作者養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)心慎重的習(xí)氣，按正確的辦法操作機(jī)床，減少機(jī)床撞刀現(xiàn)象發(fā)生。跟著技術(shù)的開展呈現(xiàn)了加工過程中刀具損壞檢測(cè)、機(jī)床防撞擊檢測(cè)、機(jī)床自適應(yīng)加工等先進(jìn)技術(shù)，這些能夠更好地維護(hù)數(shù)控機(jī)床。

歸納起來9點(diǎn)原因：

(1)程序編寫過錯(cuò)

工藝安排過錯(cuò)，工序承接聯(lián)系考慮不周詳，參數(shù)設(shè)定過錯(cuò)。

例:A.坐標(biāo)設(shè)定為底為零，而實(shí)踐中卻以頂為0；

B.安全高度過低，導(dǎo)致刀具不能徹底抬出工件；

C.二次開粗余量比前一把刀少；

D.程序?qū)懲曛髴?yīng)對(duì)程序之途徑進(jìn)行剖析檢查；

(2)程序單補(bǔ)白過錯(cuò)

例：A.單邊碰數(shù)寫成四邊分中；

B.臺(tái)鉗夾持間隔或工件凸出間隔標(biāo)示過錯(cuò)；

C.刀具伸出長(zhǎng)度補(bǔ)白不詳或過錯(cuò)時(shí)導(dǎo)致撞刀；

D.程序單應(yīng)盡量詳細(xì)；

E.程序單設(shè)變時(shí)應(yīng)采用以新?lián)Q舊之準(zhǔn)則：將舊的程序單消毀。

(3)刀具丈量過錯(cuò)

例： A.對(duì)刀數(shù)據(jù)輸入未考慮對(duì)刀桿；

B.刀具裝刀過短；

C.刀具丈量要運(yùn)用科學(xué)的辦法，盡或許用較經(jīng)確的儀器；

D.裝刀長(zhǎng)度要比實(shí)踐深度長(zhǎng)出2-5mm。

(4)程序傳輸過錯(cuò)

程序號(hào)呼叫過錯(cuò)或程序有修改，但仍然用舊的程序進(jìn)行加工；

現(xiàn)場(chǎng)加工者必須在加工前檢查程序的詳細(xì)數(shù)據(jù)；

例如程序編寫的時(shí)刻和日期，并用熊族模仿。

(5)選刀過錯(cuò)

(6)毛坯超出預(yù)期，毛坯過大與程序設(shè)定之毛坯不相符

(7)工件資料本身有缺點(diǎn)或硬度過高

(8)裝夾要素，墊塊干與而程序中未考慮

(9)機(jī)床故障，俄然斷電，雷擊導(dǎo)致撞刀等