一种金刚石刀具的精密切削方法与流程

本发明涉及精密切削技术领域，尤其涉及一种金刚石刀具的精密切削方法。

背景技术：

金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。

精密切削加工技术是机械制造业最重要的基础技术之一，在某种程度上可代表一个国家制造技术的整体水平。但目前在大多数生产过程中，为获得高的加工精度，精密加工切削速度通常低于常规加工切削速度，这就导致精密零件加工效率较低，生产成本较高，产品开发周期和在制时间较长，而对于该种状况主要是由于金刚石刀具在对工件进行切削的过程中，切削部分会产生热量聚集叠加，同时致使切削部分产生积屑瘤现象，因此导致工件的加工精度降低，无法达到预期的精度要求。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种金刚石刀具的精密切削方法，达到了提高金刚石刀具精密切削精度要求的目的，同时具有摩擦因数低、抗粘结性好和热导率高，切削时不易粘刀以及产生积屑瘤，加工表面质量好，并且配合氮气气流对于切削位置的吹入还能够带走所产生的热量，因此对于金刚石刀具具有良好的保护效果，减小了对于刀具的磨损。

（二）技术方案

为实现上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种金刚石刀具的精密切削方法，包括以下步骤：

步骤一，装夹工件；步骤二，安装金刚石刀具；步骤三，对刀；步骤四，开启氮气保护；步骤五，切削工件；步骤六，关闭车床电源完成精密切削；其中：

在步骤一中：将工件通过夹具进行装夹，需要保证对工件全自由度的限制。

在步骤二中：对金刚石刀具进行安装，通过刀柄部分与数控机床的推进调整机构进行装夹连接，全自由度限制刀具。

在步骤三中：刀具安装时，刀尖必须与钢件旋转中心等高，修光刃与走到方向平行，并用5倍放大镜仔细检查和试切，待调整好后才能进行切削。

在步骤四中：开启电磁阀门，使氮气瓶内部的氮气通过喷嘴进行喷出，喷嘴位于工件的下方，通过氮气对切削位置的吹入，能够对金刚石刀具形成真空保护，隔离氧气的侵入，从而抑制切削过程中的化学反应，同时氮气气流对于切削位置的吹入还能够带走所产生的热量，因此对于金刚石刀具具有良好的保护效果，减小了对于刀具的磨损。

在步骤五中：在对工件的精密切削过程中，工件旋转后，刀尖才能接触工件的表面，刀尖未离开工件前，绝对不能先停车，以免损坏刀尖。

切削速度一般为80—150m/min，如机床在满足精密切削的要求，还可以选用更高的切削速度，切削深度为0.01—0.2mm，在工件表面粗糙度要求小于ra0.05微米时，ap小于0.01mm，进给量一般为0.02—0.04mm/r。

在步骤六中：对于工件切削工作完成后，首先控制金刚石刀具与工件进行分离，此过程需要保证工件始终处于旋转状态，能够避免损坏刀尖现象的发生，关闭数控车床电源，随后关闭电磁阀门以及氮气瓶上的总阀。

进一步地，所述步骤一中，夹具优选为电永磁夹具和机械夹具的组合体，电永磁夹具的吸力要求在15～18kgf/cm2，能够保证吸力或者夹紧力足够抵抗切削力，一般情况下，吸附面积不应小于30cm2，即夹紧力不小于450kgf。

进一步地，所述步骤五中，为了有效地控制切削深度，可在中拖板放置一个千分表，能够实时观测切削深度，以此达到精准控制。

进一步地，所述步骤五中，在切削的过程中，还可以采用切削液对工件和刀具进行充分冷却，能够达到清除切屑的效果。

进一步地，所述步骤六中，关闭车床电源后，需要等待三至五分钟，此过程中需要通过氮气对刀具以及工件的切削位置进行持续吹入，一方面带走切削位置以及刀具上的热量，另一方面避免工件发生化学反应。

本发明还提供一种金刚石刀具的精密切削装置，包括机床、x轴向导轨、y轴向导轨、滑套、刀具夹持器、刀具、空气轴承、主轴、工件夹具、传动轮、驱动电机、阻尼底座、氮气瓶、电磁阀、喷嘴和空气弹簧。

进一步地，所述机床顶部的中间件位置与x轴向导轨的底部固定连接，所述y轴向导轨位于x轴向导轨顶部的自由端上，所述x轴向导轨与y轴向导轨处于相互垂直状态，所述滑套与y轴向导轨顶部的自由端套接，所述刀具夹持器的底部与滑套顶部的右侧固定连接，所述刀具夹持器与刀具的刀柄部分固定连接。

进一步地，所述空气轴承的底部与机床顶部中间位置的右侧固定连接，所述空气轴承与主轴的外表面传动连接，所述主轴的左端与工件夹具的右侧固定连接，所述主轴的右端与传动轮的一侧固定连接，所述驱动电机位于机床的右侧，所述驱动电机的输出端通过皮带与传动轮传动连接，所述驱动电机的底部与阻尼底座的顶部固定连接。

进一步地，所述氮气瓶位于机床的内部，所述电磁阀的进气端与氮气瓶上总阀的出气端通过管道连通，所述电磁阀的出气端通过管道与喷嘴的进气端连通，所述喷嘴的底部与机床的顶部固定连接，所述喷嘴的顶部位于工件夹具底部的下方，所述机床底部的四周分别与四个所述空气弹簧的顶部固定连接，所述空气弹簧的底部固定连接有底脚。

（三）有益效果

本发明提供了一种金刚石刀具的精密切削方法，具备以下有益效果：

1、本发明在对工件的精密切削过程中，工件旋转后，刀尖才能接触工件的表面，刀尖未离开工件前，绝对不能先停车，以免损坏刀尖，为了有效地控制切削深度，可在中拖板放置一个千分表，能够实时观测切削深度，以此达到精准控制，在切削的过程中，还可以采用切削液对工件和刀具进行充分冷却，能够达到清除切屑的效果，可减小或根本抑制积屑瘤，从而减小表面粗糙度。

2、本发明由于在切削过程中，采用氮气对切削位置的吹入，能够对金刚石刀具形成真空保护，隔离氧气的侵入，从而抑制切削过程中的化学反应，同时氮气气流对于切削位置的吹入还能够带走所产生的热量，因此对于金刚石刀具具有良好的保护效果，减小了对于刀具的磨损。

3、本发明由于电永磁夹具的设置，通过电永磁夹具的夹紧与松开过程只需一秒左右，因此大幅缩短了装夹时间，电永磁夹具没有这些占用空间的元件，因此与常规机床夹具相比，电永磁夹具的装夹范围更大，这有利于充分利用数控机床的工作台和加工行程，有利于提高数控机床的综合加工效能。

4、本发明所提供的精密切削装置，具有摩擦因数低、抗粘结性好和热导率高，切削时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，加工有色金属时，表面粗糙度值可达0.1-0.05μm，加工精度可达it6-it5，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，能够避免微小崩刃现象的发生，而且位错密度小，切削变形小，切削表面质量高。

附图说明

图1为本发明精密切削方法的流程图；

图2为本发明精密切削装置的结构示意图。

图中：1、机床；2、x轴向导轨；3、y轴向导轨；4、滑套；5、刀具夹持器；6、刀具；7、空气轴承；8、主轴；9、工件夹具；10、传动轮；11、驱动电机；12、阻尼底座；13、氮气瓶；14、电磁阀；15、喷嘴；16、空气弹簧。

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做出创造性劳动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。

请参阅图1，本发明提供了一种技术方案：一种金刚石刀具的精密切削方法，包括以下步骤：

步骤一，装夹工件；步骤二，安装金刚石刀具；步骤三，对刀；步骤四，开启氮气保护；步骤五，切削工件；步骤六，关闭车床电源完成精密切削；其中：

在步骤一中：将工件通过夹具进行装夹，需要保证对工件全自由度的限制，夹具优选为电永磁夹具和机械夹具的组合体，电永磁夹具的吸力要求在15～18kgf/cm2，能够保证吸力或者夹紧力足够抵抗切削力，一般情况下，吸附面积不应小于30cm2，即夹紧力不小于450kgf。

在步骤二中：对金刚石刀具进行安装，通过刀柄部分与数控机床的推进调整机构进行装夹连接，全自由度限制刀具，金刚石刀具应在精密车床上使用，也可在一般精度比较好振动很小的普通车床上使用，但必须选用振动小而平稳的转速。

在步骤三中：刀具安装时，刀尖必须与钢件旋转中心等高，修光刃与走到方向平行，并用5倍放大镜仔细检查和试切，待调整好后才能进行切削，在安装前需要检查刀具的状况，金刚石刀具不允许有较大的磨损，刀具刃口圆弧半径增大，影响切削后的工件表面质量，所以在切削过程中注意观察，刀刃锋利时，切屑完整而表型小，工件表面光整，刀刃磨钝后，切屑变形大并有挤压撕裂现象，工件上在刀具切出处有明显的毛刺。

在步骤四中：开启电磁阀门，使氮气瓶内部的氮气通过喷嘴进行喷出，喷嘴位于工件的下方，通过氮气对切削位置的吹入，能够对金刚石刀具形成真空保护，隔离氧气的侵入，从而抑制切削过程中的化学反应，同时氮气气流对于切削位置的吹入还能够带走所产生的热量，因此对于金刚石刀具具有良好的保护效果，减小了对于刀具的磨损。

在步骤五中：在对工件的精密切削过程中，工件旋转后，刀尖才能接触工件的表面，刀尖未离开工件前，绝对不能先停车，以免损坏刀尖，为了有效地控制切削深度，可在中拖板放置一个千分表，能够实时观测切削深度，以此达到精准控制，在切削的过程中，还可以采用切削液对工件和刀具进行充分冷却，能够达到清除切屑的效果，加上合适的切削液，可减小或根本抑制积屑瘤，从而减小表面粗糙度。

切削速度一般为80—150m/min，如机床在满足精密切削的要求，还可以选用更高的切削速度，切削深度为0.01—0.2mm，在工件表面粗糙度要求小于ra0.05微米时，ap小于0.01mm，进给量一般为0.02—0.04mm/r。

在步骤六中：对于工件切削工作完成后，首先控制金刚石刀具与工件进行分离，此过程需要保证工件始终处于旋转状态，能够避免损坏刀尖现象的发生，关闭数控车床电源，随后关闭电磁阀门以及氮气瓶上的总阀，关闭车床电源后，需要等待三至五分钟，此过程中需要通过氮气对刀具以及工件的切削位置进行持续吹入，一方面带走切削位置以及刀具上的热量，另一方面避免工件发生化学反应。

同时，精密加工机床的加工必须在恒温室内进行，加工过程中温度的变化，会造成机床运动精度下降，从而会造成不能获得所定的加工精度，因此具有影响加工精度的不良影响。

请参阅图2，本发明还提供一种金刚石刀具的精密切削装置，包括机床1、x轴向导轨2、y轴向导轨3、滑套4、刀具夹持器5、刀具6、空气轴承7、主轴8、工件夹具9、传动轮10、驱动电机11、阻尼底座12、氮气瓶13、电磁阀14、喷嘴15和空气弹簧16，机床1顶部的中间件位置与x轴向导轨2的底部固定连接，y轴向导轨3位于x轴向导轨2顶部的自由端上，x轴向导轨2与y轴向导轨3处于相互垂直状态，滑套4与y轴向导轨3顶部的自由端套接，刀具夹持器5的底部与滑套4顶部的右侧固定连接，刀具夹持器5与刀具6的刀柄部分固定连接，空气轴承7的底部与机床1顶部中间位置的右侧固定连接，空气轴承7具有良好的振摆回转精度，主轴8振摆回转精度是除去轴的圆度误差和加工粗糙度影响之外的轴心线振摆，即非重复径向振摆，属于静态精度，目前高精度空气轴承主轴回转精度可达0.05μm，最高可达0.03μm，由于轴承中支承回转轴的压力膜的均化作用，空气轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的精度，另外，空气轴承7还具有动特性良好、精度寿命长、不产生振动、刚性载荷量具有与使用条件相称的值等优点，空气轴承7与主轴8的外表面传动连接，主轴8的左端与工件夹具9的右侧固定连接，主轴8的右端与传动轮10的一侧固定连接，驱动电机11位于机床1的右侧，驱动电机11的输出端通过皮带与传动轮10传动连接，驱动电机11的底部与阻尼底座12的顶部固定连接，氮气瓶13位于机床1的内部，电磁阀14的进气端与氮气瓶13上总阀的出气端通过管道连通，电磁阀14的出气端通过管道与喷嘴15的进气端连通，喷嘴15的底部与机床1的顶部固定连接，喷嘴15的顶部位于工件夹具9底部的下方，机床1底部的四周分别与四个空气弹簧16的顶部固定连接，环境振动的干扰不仅会引起机床本体的振动，更主要的是会引起切削刀具与被加工零件间的相对振动位移，后者将直接反映到被加工零件的精度和表面质量上，因此整个机床1采用空气弹簧16作为隔震部件，因为空气弹簧16在具有较大承载能力的同时，具有较低的刚度，弹簧的低刚度可使隔振系统获得较低的固有频率，远离环境干扰频率，提高隔振效果，空气弹簧16的底部固定连接有底脚，整个切削装置采用卧式主轴，三坐标精密数控，消振和防振措施，加强恒温控制等，同时采用空气静压轴承主轴、气浮导轨、双坐标双频激光测量系统、优质铸铁床身，有恒温油浇淋机和空气隔振垫支承，并且一个x和y向调整的刀架以及转动的高精度转台，借助三轴精密数控，能够加工平面、球面和非球曲面的工件，因此直线移动分辨力达到0.01μm，配合激光测量反馈，定位精度全行程可达到0.03μm，加工工件形状的精度为0.05μm，表面粗糙度为0.025μm，本发明所提供的精密切削装置，具有摩擦因数低、抗粘结性好和热导率高，切削时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，加工有色金属时，表面粗糙度值可达0.1-0.05μm，加工精度可达it6-it5，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，能够避免微小崩刃现象的发生，而且位错密度小，切削变形小，切削表面质量高。

本发明的有益效果为：本发明在对工件的精密切削过程中，工件旋转后，刀尖才能接触工件的表面，刀尖未离开工件前，绝对不能先停车，以免损坏刀尖，为了有效地控制切削深度，可在中拖板放置一个千分表，能够实时观测切削深度，以此达到精准控制，在切削的过程中，还可以采用切削液对工件和刀具进行充分冷却，能够达到清除切屑的效果，可减小或根本抑制积屑瘤，从而减小表面粗糙度。

本发明所提供的精密切削装置，具有摩擦因数低、抗粘结性好和热导率高，切削时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，加工有色金属时，表面粗糙度值可达0.1-0.05μm，加工精度可达it6-it5，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，能够避免微小崩刃现象的发生，而且位错密度小，切削变形小，切削表面质量高。

本发明由于在切削过程中，采用氮气对切削位置的吹入，能够对金刚石刀具形成真空保护，隔离氧气的侵入，从而抑制切削过程中的化学反应，同时氮气气流对于切削位置的吹入还能够带走所产生的热量，因此对于金刚石刀具具有良好的保护效果，减小了对于刀具的磨损。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。