CN109261986A - 一种金刚石刀具的精密切削方法 - Google Patents

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郝秀清
赵威
单远
孙贺龙
李亮
何宁
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/10—Arrangements for cooling or lubricating tools or work
    • B23Q11/1038—Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality

Abstract

本发明公开了一种金刚石刀具的精密切削方法，包括以下步骤：S1：将工件固定并装夹在精密数控车床上；S2：将金刚石刀具安装到车床的进给箱上；S3：安装低温二氧化碳装置，调整第一喷嘴和第二喷嘴位置，开启低温二氧化碳储气罐；使第一喷嘴向金刚石刀具的前刀面喷射低温二氧化碳，第二喷嘴向金刚石刀具的后刀面喷射低温二氧化碳；S4：开启车床设备，调节金刚石刀具和工件的相对位置，完成对刀；S5：设置金刚石刀具车削加工工艺参数进行车削；S6：加工结束后，关闭二氧化碳储气罐，关闭主轴、电源和控制软件，拆卸金刚石刀具和工件。本发明能够提高刀具寿命，保持刃口锋利度，保证工件加工质量与精度。

Description

一种金刚石刀具的精密切削方法
技术领域
本发明涉及精密切削技术领域，特别是涉及一种金刚石刀具的精密切削方法。
背景技术
轴承套圈为轴承的三大零件之一，主要为薄壁环形结构，其加工质量对轴承成品的精度、性能和使用寿命都有直接的影响。传统的轴承套圈加工多采用以磨削为基础的加工工艺，近些年来，随着新型刀具材料与涂层技术的发展，硬车削技术在轴承套圈的加工中得到广泛应用。然而轴承钢为典型的难加工和耐磨材料，其切削加工性极差。淬硬轴承套圈集中了薄壁难加工结构及难加工材料特性。如何在“以车代磨”工艺中确保合理的刀具寿命、媲美磨削工艺的精度成为国内外研究的重点及难点。目前硬车削使用的刀具材料主要是PCBN、陶瓷和涂层硬质合金等，依然存在着切削刃口刚性差、切削不稳定等问题。与之相比金刚石刀具是自然界中最硬的材料之一，并且具有优良的刃口锋利性(可达几个nm)，可以实现较好的表面质量与加工精度。但金刚石刀具在切削轴承套圈类铁基材料时，由于摩擦产生高温，金刚石中的碳原子与工件表面的铁原子发生反应或扩散到工件材料中，导致金刚石材料的石墨化和氧化，对刀具寿命产生极大地危害，从而影响了加工质量与精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种金刚石刀具的精密切削方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高刀具寿命、工件加工质量与精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种金刚石刀具的精密切削方法，包括以下步骤：
S1：将工件固定并装夹在精密数控车床上；
S2：将金刚石刀具安装到车床的进给箱上；
S3：安装低温二氧化碳装置，调整第一喷嘴和第二喷嘴位置，开启低温二氧化碳储气罐；使第一喷嘴向金刚石刀具的前刀面喷射低温二氧化碳，第二喷嘴向金刚石刀具的后刀面喷射低温二氧化碳；
S4：开启车床设备，调节金刚石刀具和工件的相对位置，完成对刀；
S5：设置金刚石刀具车削加工工艺参数进行车削；
S6：加工结束后，关闭二氧化碳储气罐，关闭主轴、电源和控制软件，拆卸金刚石刀具和工件。
优选的，S3中的第一喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射方向与金刚石刀具的切削刃之间的夹角α1和第二喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射方向与金刚石刀具的切削刃之间的夹角α2均为10°-80°；S3中的第一喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射角度与前刀面的偏置角度β1和第二喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射角度与后刀面的偏置角度β2均为10°-80°。
优选的，S3中第一喷嘴和第二喷嘴分别与金刚石刀具刃口的距离为5mm-80mm。
优选的，S3中第一喷嘴和第二喷嘴喷射的低温二氧化碳的流量为1kg/min-10kg/min。
优选的，S3中开启低温二氧化碳储气罐后，保持低温二氧化碳作用于金刚石刀具的前刀面和后刀面一分钟以上，完成金刚石刀具的预冷。
优选的，所述工件为轴承套圈，S1中采用磁性吸盘或膨胀芯轴将所述轴承套圈固定并装夹在精密数控车床上。
优选的，S5中金刚石刀具车削加工工艺参数为：切削速度为70m/min-300m/min，进给量小于0.2mm/rev，切削深度小于0.2mm。
优选的，金刚石刀具的材料为聚晶金刚石或单晶金刚石。
优选的，轴承套圈的材料为GCr9SiMn、GCr15或GCr15SiMo。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明使用第一喷嘴向金刚石刀具前刀面喷射低温二氧化碳、第二喷嘴向金刚石刀具后刀面喷射低温二氧化碳，由于二氧化碳中的碳原子比金刚石中的碳原子活性更高，易先与工件发生化学反应，增加了工件切削层中碳原子的浓度，从而降低了金刚石刀具中的碳原子与工件的化学反应速率，同时低温二氧化碳提供的低温环境也有益于降低切削温度，能够减缓刀具磨损，保持刃口锋利度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的金刚石刀具的精密切削方法示意图；
图2为本发明中的第一喷嘴和第二喷嘴喷射角度示意图；
其中：1-膨胀芯轴，2-轴承套圈，3-金刚石刀具，4-二氧化碳储气罐，5-第一喷嘴，6-第二喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种金刚石刀具的精密切削方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高刀具寿命、工件加工质量与精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示：本实施例提供了一种金刚石刀具的精密切削方法，具体以车削N207EM圆柱滚子轴承内圈(内径35mm，壁厚4.6mm)为例，包括以下步骤：S1：采用罗姆ABSIS01膨胀芯轴1将轴承套圈2固定并装夹在EMAGVL2精密数控车床上；S2：将金刚石刀具3安装到车床的进给箱上，金刚石刀具3的材料为聚晶金刚石或单晶金刚石，本实施例中金刚石刀具3采用CNMG120412型带倒棱(0.1mm×20°)的聚晶金刚石刀具(颗粒度30μm)，对应采用DCLNR2525M12-M刀杆；S3：安装低温二氧化碳装置，调整第一喷嘴5和第二喷嘴6位置，开启低温二氧化碳储气罐4；使第一喷嘴5向金刚石刀具3的前刀面喷射低温二氧化碳，第二喷嘴6向金刚石刀具3的后刀面喷射低温二氧化碳；开启低温二氧化碳储气罐4后，保持低温二氧化碳作用于金刚石刀具3的前刀面和后刀面一分钟以上，完成金刚石刀具3的预冷；S4：开启车床设备，调节金刚石刀具3和轴承套圈2的相对位置，完成对刀；S5：设置金刚石刀具3车削加工工艺参数进行车削；S6：加工结束后，关闭二氧化碳储气罐，关闭主轴、电源和控制软件，拆卸金刚石刀具3和轴承套圈2。
本实施例中，S3中的第一喷嘴5喷射的低温二氧化碳的入射方向与金刚石刀具3的切削刃之间的夹角α1和第二喷嘴6喷射的低温二氧化碳的入射方向与金刚石刀具3的切削刃之间的夹角α2均为10°-80°，α1和α2优选为45°；S3中的第一喷嘴5喷射的低温二氧化碳的入射角度与前刀面的偏置角度β1和第二喷嘴6喷射的低温二氧化碳的入射角度与后刀面的偏置角度β2均为10°-80°，β1和β2优选为45°。
本实施例中，S3中第一喷嘴5和第二喷嘴6分别与金刚石刀具3刃口的距离为5mm-80mm，优选为30mm；第一喷嘴5和第二喷嘴6喷射的低温二氧化碳的流量为1kg/min-10kg/min，优选为3kg/min。
本实施例中，S5中金刚石刀具3车削加工工艺参数为：切削速度为70m/min-300m/min，优选为75m/min；进给量小于0.2mm/rev，优选为0.02mm/rev；切削深度小于0.2mm，优选为0.02mm。
本实施例使用第一喷嘴5向金刚石刀具3前刀面喷射低温二氧化碳、第二喷嘴6向金刚石刀具3后刀面喷射低温二氧化碳，由于二氧化碳中的碳原子比金刚石中的碳原子活性更高，易先与轴承套圈2发生化学反应，增加了轴承套圈2切削层中碳原子的浓度，从而降低了金刚石刀具3中的碳原子与轴承套圈2的化学反应速率，同时低温二氧化碳提供的低温环境也有益于降低切削温度，能够有效降低金刚石刀具3的磨损，使刃口能够较长时间的保持其初期原有的锋利度，极大地延长金刚石刀具3的寿命并降低生产成本。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将工件固定并装夹在精密数控车床上；
S2：将金刚石刀具安装到车床的进给箱上；
S3：安装低温二氧化碳装置，调整第一喷嘴和第二喷嘴位置，开启低温二氧化碳储气罐；使第一喷嘴向金刚石刀具的前刀面喷射低温二氧化碳，第二喷嘴向金刚石刀具的后刀面喷射低温二氧化碳；
S4：开启车床设备，调节金刚石刀具和工件的相对位置，完成对刀；
S5：设置金刚石刀具车削加工工艺参数进行车削；
S6：加工结束后，关闭二氧化碳储气罐，关闭主轴、电源和控制软件，拆卸金刚石刀具和工件。
2.根据权利要求1所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：S3中的第一喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射方向与金刚石刀具的切削刃之间的夹角α1和第二喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射方向与金刚石刀具的切削刃之间的夹角α2均为10°-80°；S3中的第一喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射角度与前刀面的偏置角度β1和第二喷嘴喷射的低温二氧化碳的入射角度与后刀面的偏置角度β2均为10°-80°。
3.根据权利要求1所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：S3中第一喷嘴和第二喷嘴分别与金刚石刀具刃口的距离为5mm-80mm。
4.根据权利要求1所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：S3中第一喷嘴和第二喷嘴喷射的低温二氧化碳的流量为1kg/min-10kg/min。
5.根据权利要求1所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：S3中开启低温二氧化碳储气罐后，保持低温二氧化碳作用于金刚石刀具的前刀面和后刀面一分钟以上，完成金刚石刀具的预冷。
6.根据权利要求1所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：所述工件为轴承套圈，S1中采用磁性吸盘或膨胀芯轴将所述轴承套圈固定并装夹在精密数控车床上。
7.根据权利要求1所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：S5中金刚石刀具车削加工工艺参数为：切削速度为70m/min-300m/min，进给量小于0.2mm/rev，切削深度小于0.2mm。
8.根据权利要求1所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：金刚石刀具的材料为聚晶金刚石或单晶金刚石。
9.根据权利要求6所述的金刚石刀具的精密切削方法，其特征在于：轴承套圈的材料为GCr9SiMn、GCr15或GCr15SiMo。
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