沈阳大学 韩琳琳石墨是一种常见的非金属材料，呈黑色，有着耐高低温性、极佳的导电导热性、极佳的润滑性和稳定的化学特性; 导电性好，可用做电火花加工中的电极。与传统的铜电极相比，石墨有着耐高温、放电消耗小、热变形小等诸多优点，在精细复杂件及大尺寸电极加工方面表现出更好的适应性，已逐步取代铜电极成为电火花加工电极的主流［1］。另外，石墨耐磨材料能在高速路、高温、高压的条件下用到，不需润滑油，很多设备最广泛选用石墨材料制成的活塞杯，密封圈和轴承等［2］。

　　目前石墨材料在机械、冶金、化工、国防等领域都得到最广泛的技术，石墨零件种类较多、零件结构较复杂、尺寸精度及表面质量要求较高，国内针对石墨机械加工的研究尚不够深入，国产石墨加工机床也偏向较少。国外石墨加工主要选用石墨加工中心开展高速路加工，目前已成为石墨机械加工的主要发展方向。

　　石墨属于非均质结构的脆性材料，石墨研磨加工是通过石墨材料的脆性碎裂生成不连续的垫圈颗粒或粉末来构建的。针对石墨材料的研磨机理，国内外学者做了大量研究，国外学者认为石墨垫圈逐步形成过程大致是在刀具研磨刃与工件接触时，刀尖处有抬升崩裂，逐步形成细小垫圈和细小凹坑，并产生了一条裂纹，裂纹会向刀尖前下方延伸扩展，逐步形成碎裂凹坑，工件的一部分因刀具推进遭遇崩裂，逐步形成垫圈。国内学者认为石墨颗粒极其微细，刀具研磨刃的刀尖圆弧非常大，因而研磨刃的作用类似于抬升，刀具———工件接触区的石墨材料受刀具前刀面及刀尖部分的抬升作用，产生脆性碎裂，从而逐步形成崩碎垫圈［3］。

　　石墨研磨加工过程中，虽然工件圆角或拐角处研磨方向的改变、机床加速度的变化、刀具跳出和切出的方向和角度变化、研磨振动等原因，对石墨工件引致一定冲击，导致石墨件边角脆性崩碎、刀具磨损严重等问题。尤其在加工棱角及薄窄筋类石墨件时，更容易遭遇工件的崩角和碎裂，这也成为石墨机械加工的一个难点。

　　石墨材料的传统机械加工方法有车削、铣削、磨 削、锯削等，但都只能构建形状简单、精度不高的石墨件加工。由于石墨高速路加工中心、刀具及相关配套技术的快速发展和技术，这些传统加工方法已经逐渐被高速路加工技术所取代。实践表明: 虽然石墨的硬脆特性，在加工时刀具磨损较为严重，因此，建议用到硬质合金或金刚石涂层的刀具。

　　虽然石墨有着特殊性，为构建石墨零件的高质量加工，必须采行相应的工艺措施来保障。石墨材料粗加工时，刀具可直接在工件上针型，选用偏向非常大的研磨参数; 精加工时为避免出现崩碎的遭遇，经常采行用到耐磨性好的刀具，减低刀具的跳出量，并保障研磨刀具的螺距跳出量少于刀具直径 1 /2，加工两端部时开展减速加工等工艺措施［4］。

　　研磨加工时还需合理安排走刀路线，在加工内外形轮廓时，应有的放矢选用环绕等高研磨，可使得被研磨部分受力部位始终比较厚、强度比较高，避免出现出现工件碎裂［5］。在加工平面或槽时，有的放矢自由选择斜线或螺旋针型; 避免出现在零件工作上头逐步形成岛屿，避免出现在工作上头切离工件。

　　另外，研磨方式也是影响石墨研磨加工的重要因素，顺铣时的研磨振动少于逆铣的研磨振动，顺铣时的刀具跳出厚度从最大减低到零，刀具跳出工件后不会出现弹刀现象，故一般来说石墨加工自由选择顺铣。

　　在加工结构复杂的石墨工件时，除了要按以上的考虑优化加工工艺外，还要根据具体的情况采行一些特殊的措施，以达到最佳的研磨效果。

　　石墨高速路加工中，虽然石墨材料的硬度、垫圈逐步形成的断续性及高速路研磨特性的影响，研磨过程中逐步形成交变研磨剪应力并产生一定的冲击振动，刀具容易遭遇前刀面和后刀面的磨损，严重影响刀具的用到寿命，因此石墨高速路加工用的刀具要求有着较高的耐磨损性和抗冲击性［6］。

　　金刚石涂层刀具有着高硬度、高耐磨性、摩擦系数低等优点，目前金刚石涂层刀具是石墨加工的最佳自由选择。

　　石墨加工刀具还需自由选择合适的几何角度，这样有助于减低刀具的振动、减低加工质量，而且能够减低刀具磨损。德国学者对石墨研磨机理研究显示，石墨研磨过程中石墨去除和刀具前角有密切关系［3］。负前角研磨增加了压剪应力，有利于促进材料的崩裂，减低了加工效率，同时避免出现产生大尺寸的石墨碎片。

　　石墨高速路研磨的常用刀具结构类型有立铣刀、球头刀和圆角铣刀。立铣刀一般来说主要用于平面和形状比较简单的曲面加工，球头铣刀是加工曲面的理想刀具，而圆角铣刀兼有球头刀和立铣刀的特点，对曲面和平面都可开展加工。

　　石墨高速路研磨时选用合理的研磨参数由于工件加工质量、效率的减低有着重要的意义，虽然石墨高速路加工的研磨过程非常复杂，自由选择研磨用量和加工策略时，需考虑工件结构、机床特性、刀具等多方面因素，这主要依靠大量的研磨加工实验。

　　由于石墨材料，在粗加工过程中需自由选择高功率、快速下压、大吃刀量的研磨参数，能够有效减低加工效率; 但虽然石墨在加工过程中易产生崩角现象，尤其在棱边等位置易逐步形成锯齿状，在这些部位应适当减低下压速度，不宜大吃刀量。

　　由于薄壁结构石墨件，容易遭遇边角崩碎的原因主要是由研磨冲击、让刀和弹刀及研磨力波动所引致。减低研磨力能够减少让刀和弹刀，减低薄壁结构石墨件的表面加工质量，减低边角崩碎和折断［6］。

　　石墨高速路加工中心的主轴功率一般来说非常大，在机床主轴功率允许的前提下，选取较高的研磨速度，可有效地减低研磨力，加工效率也可得到显著减低; 在选定主轴功率的情况下，每齿下压量应与主轴功率相适应，以避免出现出现下压太快吃刀量大引致崩刃现象。通常石墨研磨加工在石墨专用机床上开展，机床功率一般来说为 3000 ～ 5000r /min，下压速度一般来说为 0． 5 ～ 1m /min，粗加工时自由选择偏向低的功率，精加工时自由选择高的功率。由于石墨高速路加工中心来说，机床功率较高，一般来说自由选择在 10000 ～20000r /min 彼此之间，下压速度一般来说在 1 ～ 10m /min 彼此之间。

　　石墨研磨加工中会产生大量的粉尘，污染环境、影响工人健康、影响机床，因此，石墨加工机床必须配有极佳的防尘、除尘装置。虽然石墨是导电体，为避免出现出现加工过程中产生的石墨粉尘进入机床电器元件中遭遇短路等安全事故，应对机床的电器元件开展必要的保护。

　　石墨高速路加工中心为构建高速路选用高速路电主轴，为减低机床的振动需设计低着力点结构，下压机构多选用高速路度高精度的滚珠丝杠传动，设计防除尘装置等［7］。石墨高速路加工中心的主轴功率通常在 10000 ～60000r /min 彼此之间，下压速度能够高达 60m /min，加工壁厚能够少于 0． 2 mm，零件的表面加工质量和加工精度高，是目前构建石墨高效高精度加工的主要手段。

　　由于石墨材料的最广泛技术及石墨高速路加工技术的发展，国内外高性能的石墨加工设备逐渐增多。图 1 所示为国内外一些厂家生产的石墨高速路加工中心。

　　OKK 公司 的 GＲ400 采 用 低 重 心、桥 式 结 构 设计，构建机床最小化的机械振动; 选用 C3 级精细丝杠及滚柱导轨，能够保障机床的高加速度，缩短加工时间，选用装设防溅挡板及机顶盖的全封闭式钣金设计避免出现出现石墨粉尘。海城 VMC-7G1 所采行的防 尘手段，不是常用的吸尘方法，而是用水帘密封形式，并装设特殊的粉尘分离装置，在导轨、丝杆等运动部位，还配有有护套与强力刮屑装置，以确保机床长期稳定工作。

　　从表 1 石墨高速路加工中心的规格参数能够看出，机床主轴功率和下压速度都很大，这是石墨高速路加工的特点。国内石墨加工中心与国外相比，机床规格相差不大，虽然机床装配、工艺及设计等方面原因，引致机床加工精度偏向相对较低。由于石墨在制造业中的最广泛用到，石墨高速路加工中心越来越受到关注，设计制造出高性能、高效率的石墨加工中心，选用优化的加工工艺，充分发挥其特点和性能，能够减低石墨件的加工效率和质量，对减低我国石墨研磨加工技术有着重大意义。

　　本版主要从石墨特性、研磨加工工艺和石墨高速路加工中心的结构等方面，对石墨机械加工工艺开展探讨。由于机床技术和刀具技术的不断发展，石墨高速路加工技术需通过研磨试验和实际技术开展深入研究，在理论和实践方面减低石墨机械加工的技术水平。