1、高級車工技師論文提高車床加工工效的幾個途徑【摘要】車床加工中，“三分技術七分刀”的說法，充分說明了刀具在加工中的重要地位但即使使用同樣的機床和刀具, 不同操作者所完成的加工過程和結果，也是有所差異的, 這便是技術水平上的差異。這種差異主要表現在對加工參數的選擇與應用, 以及現實施行的加工方法上面。也就是說，只有加強學習，鉆研和尋找理論知識與實踐經驗的有效結合點，靈活運用了知識，那么在實際應用中將會發揮出意想不到的作用?！娟P鍵詞】優化工藝方法合理性 硬質合金打刀 主偏角 四爪單動卡盤半精加工 螺距 鈍圓 撞車 前角 群鉆 分屑槽 磨合現象消振棱 倒棱 鏜孔 刀尖角強力切削鐵屑 過渡刃 排屑槽在金

2、屬切削加工中, 我們追求的理想狀態一般是減少單件機加工工時, 并盡可能使刀具耐用度提高, 以達到降本增效的目的。但在實際生產中, 要根據零件的材料和數量的多少, 以及加工特點, 進行科學合理地分析, 選擇優化工藝方法, 才能達預期的理想狀況。一 . 刀具的合理選用是提高工效的最基本保障加工材料通常分為脆性材料和塑性材料，例如碳鋼類和鑄鐵類工件，在車削前對刀具的選擇：1）刀具材料的選擇：碳鋼毛坯通常選用YT類硬質合金加工；鑄鐵類工件選用YG類硬質合金加工。但是在加工氣割毛坯工件或間斷切削的工件時，由于工件存在表面硬點和斷續沖擊的影響，有時要考慮選用韌性更好的YW類硬質合金或高速鋼刀具荒車表面，以

3、免出現“打刀”現象的發生；2）主偏角的選擇：常用車刀的主偏角分45 度，75 度， 90 度等幾種（以外圓刀為例），每種刀都有自己的特點，粗加工中一般采用主偏角較小的刀具，因為其刀頭散熱條件較好，刀尖角相對較大，刀頭強度高，適合強力切削；而較大的主偏角適合臺階軸車削，其較小的徑向分力，在加工剛性較差的細長工件中效果較好。但在實際加工中也有時采用各種刀具的優點混合使用，比如較大尺寸的臺階軸工件粗加工時，可用45 度刀粗車（ 因為在批量較大的情況下45 度車刀能承受更大的切削用量和切削速度，刀具壽命明顯高于90 度車刀 ） ， 90 度刀清根的方法加工，能取得較高的效率；3）車刀刃磨角度的選擇：

4、這一點特別重要。對于同一個狀況而言，幾何角度的合理與否直接影響到刀具的使用壽命和加工表面質量，這要求必須遵循一個原則：合理性。 我們很難將車刀刃磨得適合任何材料，或任何加工類型（指粗加或半精加工等）。通常只針對一種類型而言，如粗車45#鋼棒料，為使切削輕快，增大前角可明顯降低切削力，在一定范圍內切削力的減小與前角的增大成正比。但過大將會事得其反，其強度的降低也和前角成正比。所以應恰當把握尺度，這便是所需要的“合理性”。 刀具的各個角度之間有著密切的聯系，刃磨時應綜合考慮，不可片面追求刀“快”，而使事與愿違。二 創新的思路會給工作帶來展新的一面。生產過程中，各個行業均會出現問題與難點， 對此我們

5、應以積極的心態去嘗試著來解決它，這樣往往在某個方面想出一些巧妙的辦法。包括一些常用的方法，我們都應抱有創新的心態。比如 QJS180鋸機防護絲母的加工中，以往都是在四爪卡盤上，每個工件在加工前必須進行找正， 經過分析與嘗試后，筆者采用三爪卡盤加墊片的方法替代前者，略去了找正時間，簡化了整個加工過程，工作效率大大提高： 防護絲母是我公司QJS180W式鋸機絲杠部件中的一個零件，材料為 HT20Q其 外形如圖所示，由于該機的產銷量大，所以零件加工工序多為中小 批量加工。以往對于T48*7-7H 的梯形內螺紋，一般是在普通車床上采用四爪卡盤裝夾加工，加工前毛坯要逐個找正，費工費時。7mm勺螺距，使內

6、螺紋在車削時刀具相對工件運動速度較快，而且需要頻繁進退車刀，所以使加工過程變得緊張、繁瑣。稍有不慎也易進錯刀，甚至會發生“撞車”現象， 損壞刀具或者工件報廢，因而對操作者的技術水平有相當高的要求。另者鉆底孔（40mm過程勞動強度較大，操作者易于疲勞，因此對加工效率的提高帶來一定困難。針對上述不利因素，筆者在實際加工中（2003年期間）利用德州產CKD6140g濟型數控車床，發揮數控加工的優勢，配合自制工裝進行車削，實現了加工過程的自動化，取得了理想的效果，具體改進方式如下：1） 用加墊塊的方法用三爪自定心卡盤替代四爪單動卡盤裝夾，簡化了找正過程，節約了裝夾時間。墊片厚度的計算方法可用CAE圖法

7、，測量出理論數值后，再在實際裝夾中進行驗證調整。需要注意的是未加墊片的兩爪，夾緊位置應處于工件毛坯棱邊邊線的中間位置。用目測法校對裝夾后，鉆孔位置誤差一般能控制在1mn& 右。2） 由于工件鉆通前、后鉆頭的走刀路線總長度是包含兩個鉆心高度的，所以說兩種鉆頭的走刀路線差值，實際上是兩者的鉆心高度差的兩倍，而不是兩者鉆心高度之差。這對于批量加工來說，走刀路線的縮短就意味著工作效率的提高。3） 用專用鉆孔工裝，象裝夾車刀一樣固定在車床刀臺上（如下圖所示裝配使用，本工裝已發表在原機械工人2005年第九期上）替代人工用尾座鉆孔，完全實現了自動切削的過程，把勞動強度降到最低。上圖工裝的使用方法：可

8、將一坯料裝夾在卡盤上，用車床尾座鉆出 40mm勺孔,然后把上圖中的工裝體象裝夾車刀一樣裝夾在刀臺上。鉆頭找正時，要先把鉆頭穿過事先鉆好的孔內，再去調正工裝體，最終使孔、鉆頭、鉆套、工裝體內孔統一在同一軸線上來。需要說明的是，鉆套的外圓是圓柱面，與工裝體的內孔是過渡配合（可用標準鉆套改裝成型，這樣設計的目的是重磨鉆頭時，換裝極為方便，只需折下定位螺釘，便可抽出鉆頭和鉆套來）， 而工裝體的制作中，先加出除內孔和銷孔的其它位置后，最后鏜孔。為使內孔處于理想位置，最好采用配作的方法加工：1. 即把工裝體安放在刀臺的壓刀位置上，調正、壓緊；2. 把鉆頭裝夾在車床的三爪卡盤上，預留1-2mm青加工量，移動

9、大拖板進給，鉆出底孔；3.卸下鉆頭，換上鏈孔刀， 仍舊裝夾在車床的卡盤上，用同樣的方法精鏜出內孔。并刻劃出位置標記，以便在下次使用時，工裝的位置仍然同制作時的位置相吻合。以上所述加工方法，已通過多年的實踐驗證，是一種實用性很強的典型范例，為此類工件的加工方法展示了一條新的思路。三工作中多留意某些“不利現象”，正確利用它，會給工作帶來很大方便。例如在車床上鉆45#鋼時（指較大的孔）， 切削易成帶狀，這種屑形雖然排屑順利，但卻易于傷人，不易清理。偶然在一次鉆孔時，鉆頭前刀面出現幾處較大破損，繼續工作時屑形呈碎片狀。分析原因是破損的主切削刃變成若干段折線，相當于磨出若干分屑槽，而且前角明顯變小，因而

10、出現這種現象。如果希望出現這種屑形，只需仿照便可以了。四 加強理論學習，利用理論知識應用于生產是提高工效的好方法。閱讀和學習大量和車床有關的書籍和資料, 學習他人的一些方法和思路是開啟難點的鑰匙。無數同行和前輩, 學者在自身的實踐中, 用數年甚至畢生的經驗、成果定格成文章,供我們參照, 這使我們在解決某些問題上尋得一條捷徑, 尤其是信息化時代的今天 , 網絡成為個人成長和發展的有效平臺。它如同一盞路燈, 不僅拓寬我們的視野,而且在信息交流中使工作上少走很多彎路。五工作經驗的積累和利用是提高工效一種方法。在現實生產中, 操作者的新老交替大多是以師帶徒的形式進行的, 這種方法給徒弟不止是有積極影響

11、的一面,一些錯誤的做法同樣會誤導徒弟, 這是我們不容忽視的一個方面。這就要求我們不能人云亦云, 盲目接受 , 要多問幾個為什么, 更要勇于打破傳統思維方式, 不僅要消化正確可行做法, 甚至要形成自己的風格, 鍛煉成具有獨立解決難題的方法和能力。這樣在工作上才能有所突破。記得有個小馬過河的故事, 說河水的深淺只有勇于親自嘗試才能驗證。下面是筆者在多年實踐中的一個實例應用。即“磨合現象”在車刀中的應用。眾所周知 , 機動車輛在正常使用前都有一個“磨合期” , 其主要目的是消除零件在制造和裝配中的各種誤差, 改善配合狀態, 以便于在后期的工作中發揮良好的作用。此期間 , 通常要限制負荷與車速, 不能

12、滿負荷工作 , 通過長期的觀察發現, 該現象同樣適用于車刀的工作狀況。刀具的正常磨損分初期磨損, 正常磨損和后期磨損。刃磨后的車刀, 刃口上有許多鋸齒狀的小缺口如果在刃磨后直接使用, 切削負荷極易在這些強度薄弱的位置引起應力集中而形成早期破損, 較可行的辦法是用油石適當研磨車刀的各個刃口和刀面, 進一步降低表面粗糙度, 盡可能消除微觀缺陷, 鈍圓刀刃。提高其抗沖擊性能, 這個研磨過程十分重要, 相當于車刀的初期磨損。它能大大提高車刀的抗破損能力。QJS18砌機主軸是一種典型臺階軸類零件，材料為 45#鋼。該件是由鍛坯正火 后再進行粗車的，粗車后預留半精車余量在 24mm問。以前的半精車工序中，

13、是用90°外圓車刀（注：本文所指刀具為機夾式車刀，刀片材料為硬質合金YT15）擔負著除端面和倒角以外幾乎全部的外圓加工，承擔了主要切削任務。而45°外圓車刀僅用于車端面和倒角的過程中，起次要作用。 但通過筆者不斷地嘗試，對半精車加工中的刀具幾何角度，工藝方法等幾方面做出部分改進后，不僅明顯提高了加工效率，而且刀具的使用壽命也同時得到了提高。具體改進方法如下：1）改用45°外圓車刀半精車大部分外圓（除左端 80和150以外臺階），90°外圓車刀清根的方法加工工件。改變了兩者主次關系，調整了切削用量。下表是實驗后，兩種刀具的切削參數的對比表：通過上表的對比不

14、難看出，工件在加工時轉速和走刀量等參數上顯著提高了。那么為何會有這么大的差別呢？如下圖所示，當車床每轉進給量用線段 AB表示，用矩形ABG密口 ADEH別表示 90°外圓刀和45°外圓車刀的切屑厚度。不難看出，在直角三角形ABC,直角邊BC的長度必然要小于斜邊AB的長度。也就是說在進給量相同的情況下，45° 外圓車刀與900車刀的切屑白厚度之比為1:2;而在背吃刀量（L）相等時，在 直角三角形ADF中，直角邊AD和斜邊AF,分別為45°外圓車刀與900車刀主 刀刃的負荷分布長度。也就是說在同樣的切削力與切削熱的情況下，前者較后者有更長的散熱長度和較小的表

15、面壓強。這就是刀具在主偏角改變后，刀具切削用量為何能夠加大，而且刀具壽命并不降低的重要原因。但需要說明一點，工作中選擇上表中切削用量的上限，刀具的壽命將處于數值的下限值。2）在主后刀面上磨出“消振棱”，結合人工“磨合切削刃”的方法，能使加工過程的振動現象得到有效的扼制。我們知道，任何事物都存在優、缺點的兩面性。45°外圓車刀雖然具有上述優點，但也同時存在不利的方面：較大的徑向切削分力。而90°車刀的主要切削力方向是沿走刀方向平行于的軸線的，徑向分力很小，這就是車細長軸類工件多選用較大主偏角刀具的原因。本工件的長、徑尺寸比按1130: 70.516: 1,最細處直徑為6 70

16、.5mm半精車 余量在4mmz下，雖然工件的從外形、切削力方面分析，其剛性相對較好，但由 于改進后所采用了較高的車速和徑向分力較大的刀具，產生振動的傾向也增大了。 所以必須首先解決切削過程中振動的產生。而采用在車刀的后刀面磨出消振棱的方法，是一種抑制振動的有效方法。3）“磨合現象”在車刀中的應用。前者所說的“磨合現象”，筆者通過長期的實踐觀察筆者發現，該現象同樣適用于車刀的工作狀況，在此件的加工中應用后取得了令人滿意的效果。刀具的使用磨損分初期磨損，正常磨損和后期磨損。刃磨后的車刀, 刃口上有許多鋸齒狀的小缺口，如果在刃磨后直接使用，切削負荷極易在這些強度薄弱的位置引起應力集中，而形成刀具的早

17、期破損。較可行的辦法是用油石適當研磨車刀的各個刃口及刀面, 進一步降低表面粗糙度，盡可能消除微觀缺陷，鈍化刀刃的尖角，提高其抗沖擊性能。這個研磨過程十分重要，相當于車刀的初期磨損，它能大大提高車刀的抗破損能力。據有關資料介紹，現在已有專門針對刀具作鈍化處理的工藝方法。車刀在安裝后的工作實際角度，會因安裝誤差而發生偏差，從而改變了刀具刃磨后本身的角度，這種誤差會給加工造成一定影響。相信同行們會發現剛磨出的車刀， 不如使用過一段時間后好用，甚至是無法正常使用。這種現象多發生在細長軸類工件的首件加工中，剛磨好的刀具常會出現明顯的振動現象，造成加工面出現明顯振紋，嚴重時甚至使加工過程被迫中止。通常這種

18、現象會被認為是刀桿的強度低或是機床結構中某些部位間隙過大，工件剛性不足等原因所至，所以首先設法強化刀桿的強度，或是調整機床，降低車速等方法。在排除以上原因仍未得到控制時，在很大程度上就是刀具后角偏大所造成的。而依據“磨合現象”， 在主后刀面磨出一個大約寬在0.2-0.4mm 左右， 后角為 0度的消振棱，配合油石研磨刀刃后，一般能消除振動現象的發生。如果仍未消除，可采用提高車速小吃刀的方法，試切一段時間后（目的在于加速初期磨損的過程），再進行正常加工參數的切削加工，就能根除振動的發生，這就是筆者所說的“磨合現象”。 這時作為消振棱的這個棱面，在切削時與工件產生磨擦所產生的反作用力，這個作用力在

19、一定程度上會減弱或抑制了振動的發生。實踐證明，振動現象一般是常發生在前三、四件加工過程中，而通過這個“磨合”期的刀具，從理論上來說，消振棱的刃磨偏差和安裝誤差在此期間被磨損掉了，形成了實際存在的0 度后角的消振棱，即工件與刀具之間形成了“默契”的工作關系，從而有效地抑制了振動的發生。有些書籍上也介紹過其它消除自激振動的方法，如采用消震器，但不如該方法方便實用。4）雙重后角結構，能兼顧到刃口的強度與耐用度。理論上主后刀面較為合適的后角是3。5。左右，但由于刃磨和安裝的誤差，使我們很難掌握地恰到好處，而采用在后刀面上磨出消振棱的辦法，只要恰當控制后刀面VB寬度（經驗值VB約為0.20.3mm其后角

20、為零度）并進行適當的“磨合”，振動現象會得到有效地扼制。我們知道，適當增大后角可明顯降低切削阻力，使切削變得輕快，這在手動進刀時會有明顯感覺。然而較大的后角又易于產生振動，所以采用“雙重后角”結構，車刀就具備了既快又耐用的特點。如果出現單純的刀刃正常磨損，只需要拆下機夾刀片來，手工在砂輪上稍加修磨，就可再次使用。而用這種方法5）增大刀尖圓弧半徑尺寸。較大的刀尖（過渡刃）能使刀具的抗沖擊性及散熱效果得到明顯改善，而且降低了工件表面刀痕殘留面積的高度，這為減小粗糙度提供了保障。當然，較大的圓弧尺寸切削力也有明顯的影響，經驗值是控制在R2.5-R3 左右。6）較寬的倒棱結合較大的前角，在強化刀刃的同

21、時，對切削力的增大也不會有較大影響。由于刃口倒棱的寬度值一般是走刀量的30%-70%左右，我們選擇的是較大的走刀量參數，自然也應選用較寬的倒棱寬度值，這樣刃口的強度及散熱能力也會隨之提高。此時適當增大排屑槽的寬度和深度，使刀具前角加大，降低了切削力的同時，切削熱也會明顯降低，排屑變得通暢，一般鐵屑呈白色的長螺旋繩狀排出，在刀具使用壽命的中后期會出現微黃色，并隨切削時間的增長鐵屑顏色也變深，此時應及時磨刀。要不， 當切屑呈深藍色時，刀具磨損已是很嚴重了。此時再磨刀，就很難出現理想的切削效果了。如果刀具在采用前述方法車削時，鐵屑呈現深黃色，而且是C型屑，這說明前角小，排屑槽偏淺，偏窄。在修磨排屑槽

22、時， 一定要平行于主刀刃，倒棱寬度要保持基本一致。刃傾角為0°或正值，控制切屑流向不能朝向已加工面，以免產生劃傷和鐵屑亂崩現象。磨刀時砂輪的圓角不能太大，否則就易磨成寬而淺的排屑槽，也就無法達到前述效果。7）加工先后順序的改進。以前車工件時，是先從最大尺寸的臺階開始，依次向床尾方向的加工順序進行的，其間在反復的空行程上，浪費了許多時間。由于粗加工中各臺階的長度尺寸已車好，所以工件裝夾好后，完全可以從尾座至床頭的加工順序，減少了空行程中的時間消耗，工件的臺階越多，節省的時間就越多。因這種方法的加工路徑基本是“順路”加工，再用90°外圓車刀清根時，也只有很少的一段行程了。而原來的方法是多走了一個工件長度的行程。以上改進的工藝方法，是筆者在多年的實踐中得出的經驗。關于“磨合理論”的說法，筆者也在后來金屬加工雜志上找到相關論文的支持，即2009 年第 8期事半功倍的新工藝刀具鈍化。在此特別說明的是，工件坯料中如有焊點，氣孔，白點，彎曲過大或經過調質處理的，均不適用此方法加工。六車刀的安裝后的工作角度會異于其刃磨角度, 這種誤差有時會給加工造成一定影響。相信同行們會發現剛磨出的刀不如使用過一段時間好用, 甚至是無法正常使用。比如我公司某產品部件的青銅螺母加工中萬48X7的梯形內螺紋，在首件加工中剛