重型機械加工行業的特點是被加工件的尺寸很大，重量很重（有的可達上百噸）因此重型加工用臥式車床的回轉直徑可達到6米，立式車床更可達到10余米。與普通切削加工相比，由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、進給速度慢等特點，因此其加工工藝與普通的機械切削加工工藝有很大不同，這些工藝問題包括刀具的選擇、刀具的安裝、切削用量的選擇以及工件的裝夾等各個方面。本文對重型車床切削加工不同加工階段的特點分別作如下論述。
機械加工中常用的刀具材料主要有高速鋼、硬質合金、立方氮化硼（CBN）、陶瓷等。由于重型切削的特點（切削深度大，余量不均，表面有硬化層），刀具在粗加工階段的磨損形式主要是磨粒磨損。由于切削溫度高，盡管切削速度處于積屑瘤發生區，但高溫可以使切屑與前刀面的接觸部位處于液態，減小了摩擦力，抑制了積屑瘤的生成，所以刀具材料的選擇應要求耐磨損、抗沖擊，刀具涂層后硬度可達80HRC，具有高的抗氧化性能和抗粘結性能，因而有較高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力。硬質合金涂層具有較低的摩擦系數，可降低切削時的切削力及切削溫度，可以大大提高刀具耐用度（涂層硬質合金刀片的耐用度至少可提高1倍）等優點，但由于涂層刀片的鋒利性、韌性、抗剝落和抗崩刃性能均不及未涂層刀片，故不適用高硬度材料和重載切削的粗加工。
陶瓷類刀具硬度高，但抗彎強度低，沖擊韌性差，不適用于余量不均的重型切削，CBN刀具同樣也存在這個問題。綜合以上分析，只有硬質合金刀具適合于重型切削的粗加工。硬質合金分為鎢鈷類（YG）、鎢鈷鈦類（YT）和碳化鎢類（YW）。加工鋼料時，由于金屬塑性變形大，摩擦劇烈，切削溫度高，YG類硬質合金雖然強度和韌性較好，但高溫硬度和高溫韌性較差，因此在重型切削中很少應用。與之相比，YT類硬質合金刀具適于加工鋼料，由于YT類合金具有較高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐熱性，抗粘結擴散能力和抗氧化能力也很好，在加工鋼料時刀具磨損較小，刀具耐用度較高，因此YT類硬質合金是重型加工時較常用的刀具材料。然而在低速切削鋼料時，由于切削過程不太平穩，YT類合金的韌性較差，容易產生崩刃，而且在加工一些高強度合**作者：劉志峰，北京工業大學機電系CAD中心，金材料時，它的耐用度下降很快，無法滿足使用要求。如電站用機械產品工作于高溫、高壓、高轉速的環境中，對材料（如26Cr2Ni4MoV、Mn18Cr18）機械性能的要求非常高；而一些高硬度軋輯，表面硬度在淬火后可達Hs90，YT類刀具在加工此類產品時就無法勝任，在這種情況下應選用YW類刀具或細晶粒、超細晶粒合金刀具（如643等）。細晶粒合金的耐磨性好，更適用于加工冷硬鑄鐵類產品，效率較YW類刀具可提高一倍以上。
精加工階段同樣要求刀具耐磨損，但是精加工階段的磨損形式是以粘蝕磨損為主，這時的切削速度雖然有了很大提高（可達到40m/r），但由于工件材質等原因，仍然會產生積屑瘤，當積屑瘤增長到一定高度時會從刀具上剝離，將接觸部位的刀具材料帶走一部分，形成刀具的磨損。同時，剝離的積屑瘤會扎進工件表面，形成硬點，降低加工表面質量。因此，如果精加工時仍然采用普通硬質合金刀具，則刀具磨損非常快，換刀次數增多，不僅影響加工效率，也易在工件表面形成接刀痕跡，影響外觀質量。解決這個問題的辦法就是改變刀具材料。在實際加工中發現涂層刀具比較適合重型切削的精加工，刀具的涂層減小了切屑與刀面間的摩擦，減少了積屑瘤的發生，降低了刀具的磨損，延長了刀具的壽命。實際加工中，我們采用瓦爾特公司的涂層硬質合金刀片，在加工45Cr4NiMoV支撐輥時，刀具耐用度提高了一倍；但使用陶瓷刀具未達到預期效果，當切削速度達到100m/min時，刀片的磨損顯著加快，這是因為陶瓷刀具與金屬材料之間由于親和作用加劇了刀具的磨損。高速鋼刀具在精加工階段得到了廣泛的應用，由于高速鋼刀具的鋒銳性較好，經常用于精加工階段的光整工序以去除微小余量，目前來看，其它刀具還無法完全取代高速鋼刀具的作用。
由于在重型機械粗加工階段刀具的工作環境比較惡劣，比如材料鍛造后的氧化皮、裂紋、鏟坑、鑄造后的夾雜、氣孔等缺陷，都易導致刀具的損壞，因此應選擇適當的刀具角度。用于重型切削的刀具一般采用0°5°前角，10°~15°后角，采用負的刃傾角，以增大工作前角和楔角，提高刀刃的鋒利性和刀尖的強度。同時，在主切削刃上開有1mm左右寬的負倒棱、R2mm左右的刀尖圓角以提高刀刃的抗沖擊性能。當然，這些角度還要根據實際加工情況進行精加工階段以保證產品精度為主要目標。刀具的鋒利對切除微小的余量極為重要。這時選用的刀具角度一般為：前角10°后角15°刃傾角10°當用平刃刀片精光時，前角達25°~30°后角15°刃傾角20°屬斜角切削。刀刃在刃磨后，應該用金剛石砂條或細目油石條進行研磨，去除微小毛刺及微裂，增強刀刃的鋒銳性和強度，并用刀尺進行透光檢查，保證刀刃的平直度。
根據粗加工加工余量大、切削余量大的特點，用于粗加工的刀具應該具有很好的剛性。一般來講，整體刀具的剛性較好，但重型刀具的結構笨重，裝卸比較困難，所以發展方向應該是機夾刀具。機夾刀具的刀片夾持結構及加工精度對于刀具的選擇很重要，實際加工中發現，偏心銷夾緊和勾頭壓緊式不適合重型粗加工，這是因為粗加工時的系統振動較大，常使壓緊機構松動，導致刀片損壞。而上壓式結構常因阻礙了切屑的流出造成壓塊的損壞。對機夾刀具的制造精度要求也很高，因為即使微小的誤差，也會使定位機構變成承力機構，由于重型切削的加工過程中切削力巨大，就會造成刀具的損壞。經實際加工驗證，所示結構的刀具比較適于重型機械加工的粗加工，其優點在于：當刀塊與刀體間有誤差時，可以進行修磨，從而保證裝配精度；壓緊螺栓位于后刀面上，不容易被切屑損壞。板式刀架比較適合重型切削，因為它極大地增加了刀片受力方向的剛度，可以使得在增加切削用量后，不會產生振動，有利于生產效率和加工質量的提高。
機械加工中刀具的安裝方式對于加工很重要。
通常以正夾為主，但計算結果表明反夾的剛度更好。
如所示，根據刀具反安裝時的計算式將式a）積分后，代入固定端點的轉角、撓度均程為刀具反安裝計算簡圖同理，在刀具正安裝時，由于走刀抗力影響較小，故計算變形時只考慮主切削力，則有刀尖C點撓度為由式（3）和式（2）得到刀具反安裝和刀具正安裝時的刀尖撓度值之差：顯然1八正l>ly.反I，即反安裝車刀的剛度優于正安裝車刀的剛度。此外，反向加工時，機床受力方向是剛度*大的方向，而刀具受力方向是剛度較小的方向，因此可以減小加工中的振動。另一方面，由于實際加工中機床都是按正夾設計的刀臺，所以除非采用特殊設計的刀體否則刀具安裝后將高于中心，造成刀具的工作后角減小，加據后刀面磨損。所示為一種反向裝夾切斷刀。
重型機械加工的產品尺寸較大，所以很多產品的精加工只能在重型車床上進行。精加工時切削速度較高，一般可達40 ~50m/min.如果機床及刀具性能允許，應盡可能提高切削速度，相應的可以采用較小的進給量，以利于表面質量的提高（一般可取0. 1~0.2mm/r）。如果刀片有修光刃，則可根據修光刃的寬度，適當加大進給量。當采用光刀精光外圓表面時，進給量可以達到每轉幾十毫米這時切削速度降為3m/min左右，并米用煤油進行潤滑。精加工時，加工余量較小，從而切削深度也較小，對于形狀精度較高的表面，應分多次去除余量，這樣可以有效消除殘留的形狀誤差，這一點對于易變形的工件尤其重要。
重型切削同普通切削相比，其實際加工同理論計算均有很大的區別。目前，重型切削的很多工藝及刀具資料都是以普通機械加工為依據，并不完全適用于重型機械加工，因此需要進一步專門深入研究。
來源：中國刀具網
