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圖1
一、問(wèn)題的提出
我公司生產(chǎn)的三、四缸柴油機(jī)機(jī)體缸孔精度要求如圖%所示。材料是ht250，硬度為200-250hb。過(guò)去采用yg3硬質(zhì)合金刀具加工，由于加工孔較深，刀具切削行程長(zhǎng)，刀具磨損快，且生產(chǎn)批量大，在鏜孔過(guò)程中主要產(chǎn)生如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：1)精鏜后缸孔產(chǎn)生上大下小的錐度，圓柱度達(dá)不到要求；2)刀具刃磨頻繁，調(diào)刀工作量大；3)加工尺寸散差大，穩(wěn)定性差；4)工件熱變形大，影響加工尺寸精度；5)生產(chǎn)效率低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)批量的擴(kuò)大等。解決這些問(wèn)題的基本途徑是應(yīng)用新型刀具材料，提高刀具的耐磨性和切削速度及減小刀具與工件的摩擦系數(shù)等。為此，筆者選擇了pcbn刀具材料，并根據(jù)其切削性能，分別在加工中心及組合機(jī)床上進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，取得了很好的效果。
二、鏜削加工工藝試驗(yàn)
試驗(yàn)條件
加工對(duì)象：機(jī)體缸套孔，ht250，硬度200-250hb；
刀具：pcbn復(fù)合片；
加工性質(zhì)：精加工；
加工設(shè)備：xh756加工中心；
加工條件：干式切削。

		ⅰg0=-3°～-5°g01=-20°～-25°a0=6°～8° ⅱg0=0°g01=-20°～-25°a0=6°～8° ⅲg0=-3°～-5°g01=-10°～-15°a0=6°～8° ⅳg0=0°g01=-10°～-15°a0=6°～8° 圖2 切削速度與表面粗糙度的關(guān)系
		刀具幾何參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響 圖2所示是4組不同刀具的幾何參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響曲線，由于pcbn刀具的脆性比硬質(zhì)合金大，采用負(fù)倒棱或負(fù)前角以增加刀具的抗沖擊強(qiáng)度(防止刀片破裂或斷裂)，但負(fù)倒棱與負(fù)前角的增大，使刀具的切削抗力增大，易引起刀具系統(tǒng)振動(dòng)，影響工件表面粗糙度，因此要特別注意選擇刀具的負(fù)倒棱和負(fù)前角。圖中可以看出，在刀具幾何參數(shù)為g0=0°，g01=-10°～-15°a0=6°～8°時(shí)，工件表面粗糙度值最低，精度最高。這是因?yàn)闄C(jī)體鏜孔本身是連續(xù)切削加工，在切削條件允許的情況下采用0°前角和較小的負(fù)倒棱角，有利于減小切削力和刀具系統(tǒng)的振動(dòng)，使刀具切削輕快，從而有利于降低加工工件表面粗糙度值。 切削速度對(duì)表面粗糙度的影響 切削速度的提高有利于工件表面粗糙度值的降低，pcbn刀具材料由于具有很好的熱穩(wěn)定性和高溫硬度，導(dǎo)熱性能好，摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)，特別適合于高速切削。根據(jù)有關(guān)資料推薦，進(jìn)行了切削速度與表面粗糙度對(duì)應(yīng)關(guān)系的切削試驗(yàn)。 從圖2中可以看出，在低速切削時(shí)，工件表面的粗糙度值較大，隨著切削速度的增高，工件表面粗糙度值逐步降低。如以ⅳ組刀具為例在v<300m/min時(shí)，ra>1.6µm，v>500m/min時(shí)，ra<1.25µm，這是因?yàn)樵诘退偾邢鲿r(shí)，由于刀具負(fù)倒棱或負(fù)前角的影響，刀具的切削抗力增大，引起刀具系統(tǒng)振動(dòng)，從而使表面粗糙度值增大，當(dāng)切削速度增高到一定值時(shí)，主軸的激振頻率較高，大大高于機(jī)床-工件-夾具-刀具工藝系統(tǒng)固有的頻率，因此切削過(guò)程平穩(wěn)，加工表面粗糙度值明顯降低。但當(dāng)v>800m/min以后，對(duì)表面粗糙度的影響就不很明顯。       圖3 切削路程與刀尖磨損量的關(guān)系 圖4 進(jìn)給量與表面粗糙度的關(guān)系 圖5 切深與刀具磨損量的關(guān)系           切削速度對(duì)刀具壽命的影響 切削速度是影響刀具壽命的最主要因素，圖3所示在不同切削速度下，切削路程與刀尖磨損量的關(guān)系曲線，可見(jiàn)v≤300m/min時(shí)，刀具磨損很快(加工12件左右機(jī)體就必需重新磨刀)。在v>700m/min以后，刀尖磨損緩慢(加工200件左右機(jī)體才開(kāi)始重新磨刀)，這是因?yàn)閜cbn刀具在高速切削時(shí)，產(chǎn)生較高的切削溫度，使被加工材料軟化，與刀具間硬度差增大，這種“軟化效應(yīng)”提高了刀具的壽命。 進(jìn)給量對(duì)表面粗糙度的影響 由于pcbn刀具需要制出負(fù)倒棱以避免切削過(guò)程中崩刃，因此進(jìn)給量的選擇不能太小，要大于倒棱寬度，否則刀具切削在倒棱區(qū)域，形成很大的負(fù)前角，不利于表面粗糙度的降低。進(jìn)給量過(guò)大，同樣也影響表面粗糙度的降低。圖4所示為進(jìn)給量與表面粗糙度的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，當(dāng)進(jìn)給量f<0.2mm/r，f>0.4mm/r時(shí)，表面粗糙度均不好。 切深對(duì)刀具壽命的影響 圖5所示，為切深與刀具磨損量的關(guān)系曲線，當(dāng)切深較小時(shí)，刀尖磨損量較大(在光學(xué)對(duì)刀儀上測(cè)量)，在ap>0.3mm以后，磨損量明顯減小，以后呈平緩上升趨勢(shì)，這是由于切深較小時(shí)，刀具處于摩擦切削狀態(tài)，采用較大切深時(shí)，由于有足夠的熱量對(duì)切削區(qū)金屬進(jìn)行軟化(金屬軟化效應(yīng))，使刀具磨損速度降低。但切深量選得過(guò)大，又導(dǎo)致精加工切削力及切削面積增大，影響表面粗糙度的減小。

三、刀具幾何參數(shù)及切削用量的合理選擇
從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，最合理的刀具幾何參數(shù)見(jiàn)表1。主偏角等其它角度根據(jù)需要確定。合理切削用量見(jiàn)表1。

表1 刀具幾何參數(shù)
前角g0	負(fù)倒棱g01	倒棱寬br mm	后角a0	刀尖re mm	刃傾角l
0°	-10°～-15°	0.2～0.3	6°～8°	0.4～0.8	0°

表2 切削用量
切削速度v m/min	進(jìn)給量f mm/r	切深ap mm
500～1000	0.25～0.4	>0.3

表3 pcbn刀具加工缸孔對(duì)比
刀具	加工工件數(shù) 件