在机加工过程中,出现刀纹主要有以下原因:
一、刀具方面
刀具磨损
刀具在切削过程中,切削刃会逐渐磨损。当刀具后刀面磨损到一定程度时,切削刃变钝,切削力增大。在加工时,刀具会对工件表面产生挤压和摩擦,导致工件表面形成不均匀的刀纹。例如,在车削加工中,车刀磨损后,会在工件外圆表面产生明显的螺旋状刀纹。
刀尖磨损也会影响加工表面质量。刀尖圆弧半径的变化或者刀尖的破损,会改变切削刃的几何形状,使切削过程中的切削力分布发生改变,进而在工件表面形成刀纹。
刀具几何参数
刀具的前角、后角和主偏角等几何参数选择不当会产生刀纹。如果前角过小,切削力会增大,切削变形严重,容易在工件表面产生振动痕迹。例如,在铣削加工中,铣刀前角不合适,会使铣削力增大,导致铣床工作台或工件振动,从而在加工表面出现有规律的波纹状刀纹。
后角的大小影响刀具后刀面与已加工表面之间的摩擦。后角过小,摩擦严重,会使已加工表面被刀具后刀面划伤,产生刀纹。主偏角的变化会改变切削力的方向和大小,不合理的主偏角可能导致切削力在某个方向上过大,引起工件或刀具的振动,出现刀纹。
刀具安装
刀具安装的偏心或倾斜是产生刀纹的一个重要原因。在车削加工中,如果车刀安装高于或低于工件中心,会改变切削刃的工作角度,使切削力发生变化,导致工件表面出现螺旋形刀纹。
对于铣刀等旋转刀具,刀具与主轴的同轴度偏差会造成刀具在旋转过程中的不平衡,引起振动,在工件表面留下刀纹。而且刀具安装不牢固,在切削过程中刀具发生松动或位移,也会使加工表面质量恶化,出现刀纹。
二、机床方面
机床精度
机床的主轴精度对加工表面质量有很大影响。如果主轴存在径向跳动或轴向窜动,在加工过程中,刀具会随着主轴的不准确运动而产生振动,使工件表面形成圆形或轴向的刀纹。例如,在钻削加工时,钻床主轴的径向跳动会导致钻出的孔壁表面出现螺旋形刀纹。
机床导轨的直线度和平行度误差也会引起刀纹。当工作台或刀具在导轨上移动时,由于导轨精度不足,会使刀具与工件之间的相对运动轨迹发生偏差,在工件表面形成直线度或平面度不符合要求的刀纹。
机床振动
机床自身的振动源很多,如电机的旋转不平衡、液压系统的压力脉动等。这些振动会传递给刀具和工件,在加工表面产生振动刀纹。特别是在高速切削或高精度加工时,机床的微小振动都会被放大,严重影响加工表面质量。
切削过程中产生的切削力也会引起机床的振动。当切削力的频率与机床的固有频率接近时,会发生共振现象,导致加工表面出现明显的、有规律的振动刀纹。
三、工件方面
工件材料
工件材料的硬度不均匀会导致刀纹的出现。如果工件内部存在硬质点或局部硬度变化,在切削过程中,切削力会因材料硬度的不同而发生波动,使刀具与工件之间的切削状态不稳定,从而在工件表面产生刀纹。例如,在锻造或铸造后的工件进行加工时,由于其内部组织结构不均匀,加工表面容易出现刀纹。
工件材料的韧性也会影响刀纹的产生。韧性好的材料在切削过程中容易产生塑性变形,使切削力增大,可能导致工件或刀具振动,进而在工件表面出现刀纹。
工件装夹
工件装夹不牢固会引起工件在加工过程中的位移或振动。例如,在铣削加工中,如果工件没有被夹紧,在铣刀的切削力作用下,工件会发生移动,导致加工表面出现划痕或不规则的刀纹。
装夹方式不合理也会产生刀纹。如采用三爪卡盘装夹薄壁工件时,由于夹紧力分布不均匀,工件会发生变形,在加工后松开装夹,工件恢复变形,表面就会出现因变形而产生的刀纹。
四、切削参数方面
切削速度
切削速度选择不当会引起刀纹。如果切削速度过高,刀具与工件之间的摩擦热急剧增加,会使刀具磨损加快,同时可能导致工件表面烧伤,产生刀纹。而且过高的切削速度可能会引起机床或工件的振动,影响加工表面质量。
切削速度过低时,切削力较大,刀具容易产生振动,在工件表面留下明显的刀纹。例如,在车削细长轴时,较低的切削速度会使轴在切削力作用下发生弯曲变形,从而在表面出现波纹状刀纹。
进给量
进给量过大时,刀具在工件表面留下的切削痕迹间距较大,而且切削力也会增大,容易引起工件或刀具的振动,产生刀纹。在铣削加工中,过大的进给量会使铣刀在工件表面形成明显的齿痕状刀纹。
进给量过小可能会导致刀具在切削过程中产生摩擦和挤压,使已加工表面质量下降,出现刀纹。
切削深度
切削深度过大,切削力会急剧增加,可能超过机床、刀具或工件所能承受的范围,引起振动,在工件表面形成刀纹。同时,过大的切削深度会使刀具磨损加快,影响加工表面质量。
切削深度过小,刀具可能会在工件表面进行微量切削或刮擦,也会产生刀纹。
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