數控機床加工工藝研究

摘 要：機械制造業在國際化發展形勢下對數控機床的加工工藝要求日益提高，在實際操作數控機床加工工藝中高速切削技術成為最為先進的技術之一，本文的研究主題是高速切削技術的操作機理，筆者分析了影響高速切削技術各種因素，還對其前景進行了展望。

關鍵詞：數控機床 高速切削技術 加工工藝研究

中圖分類號：TG66 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0112-02

近年來，隨著科技、經濟的高速發展機械制造業也出現了前所未有的發展態勢，數控機床的加工工藝也從傳統加工工藝發展到了引進高速切削加工的模式，高速切削加工不僅降低了加工表面的粗糙程度，保證了加工質量，而且大大提高了加工的效率。數控機床的高速切削加工是現代加工工藝提升的代表，如何能讓這種加工工藝在數控機床的操作中更加高效地發揮作用，需要在未來的工作中進行深入探討與研究。影響數控機床高速切削技術的關鍵因素包括高速主軸、快速進給系統、高速切削刀具技術、高速切削工藝、高速機床的床身、立柱和工作臺，這些因素在加工過程中是需要特別關注的，把握好所有操作細節便會提高加工質量，節省技術成本。本文對數控機床加工工藝進行了研究，高速切削技術的操作機理及加工工藝是本文探討的主題，筆者還對影響高速切削技術的各種因素進行了分析，并展望了高速切削技術的應用前景。

1 數控機場具有高速加工的技術優勢

高速加工突破了傳統意義上對切削原理的認識。有資料表明，如果在切削速度超過600 m/min的速度以后繼續增加切削速度，切削速度不升反降，工件會將切削過程中產生并進入將切削的熱量帶走，這個觀點已經被國外高速加工實驗證實。測試證明在大多數實驗條件的應用情況下，工件在進行切削時溫度不會升高3 ℃以上。如此相對應，金屬切除率已定的情況下，實際切削實力在切削速度達到一定速度后基本保持不變。工件在進過高度切削的理想加工后，切屑變形及其收縮加工的實現與應用對航空制造業有著重要的意義。各種相關要素之間要相互協調才能構成高速加工系統，它綜合了多項先進技術，機床廠商因此大力進行開發并推出各種關于高速加工的新技術設備。

高速切削技術可以加工較為薄壁的零件，對一些脆性材料也可以進行加工，原因與切削速度快有直接的關系。高速切削深度及厚度都相對小很多，切削量也非常少，切削力大大減弱，因此在加工薄壁零件、脆性材料等非常適合，并且速度的提升使同一時間內加工的量增加，帶來了加工效率的提高。同時加工精度也受其高速加工的影響，在減少切削熱、內應力和熱變形等因素后，加工的精度自然有所很大程度上的提高。加工工件表面的粗糙程度也較傳統工藝有很大降低，這與高轉速減少加工過程中的振動有關，振動減少后加工表面不再像以前一樣粗糙，增加了工件的美觀程度。

1.1 數控高速加工機床的關鍵技術

想要高速切削加工得到良好實現，高速機床是前提和關鍵。而高速機床的關鍵有以下兩點：（1）高轉速主軸要具有高精度；（2）使用的軸向進給系統的主軸要擁有高控制精度可以提供進給速度和進給加速度。分述如下。

（1）高速主軸。高速切削的最關鍵零件之一就是高速主軸。現在使用10000～20000 r/min主軸轉速的加工中心得到廣泛普及，并且開始進行主軸轉速高達100000r/min、200000r/min、250000 r/min實用高速主軸的研發。主軸零件在主軸高轉速的情況下，受離心力作用發生震動和變形，所以要嚴格控制因為主軸高速運轉摩擦和大功率內裝電機產生的熱量所引發的高溫和變形。因此高速主軸的性能要滿足以下要求：①高轉速及其范圍；②剛性要強且回轉精度夠高；③熱穩定性比較良好；④功率夠大；⑤潤滑和冷卻系統要足夠先進；⑥株洲檢測系統要夠可靠。

（2）快速進給系統。高速切削時，為了保持刀具每齒進給量基本不變，隨著主軸轉速的提高，進給速度也必須大幅度地提高。目前高速切削進給速度已高達50～120 m/min，要實現并準確控制這樣的進給速度對機床導軌、滾珠絲杠、伺服系統、工作臺結構等提出了新的要求。而且，由于機床上直線運動行程一般較短，高速加工機床必須實現較高的進給加減速才有意義。為了適應進給運動高速化的要求，在高速加工機床上主要采用如下措施：①采用新型直線滾動導軌，直線滾動導軌中球軸承與鋼導軌之間接觸面積很小，其摩擦系數僅為槽式導軌的1/20左右，而且使用直線滾動導軌后，“爬行”現象可大大減少；②高速進給機構采用小螺距大尺寸高質量滾珠絲杠或粗螺距多頭滾珠絲杠，其目的是在不降低精度的前提下獲得較高的進給速度和進給加減速度；③高速進給伺服系統已發展為數字化、智能化和軟件化，高速切削機床己開始采用全數字交流伺服電機和控制技術；④為了盡量減少工作臺重量但又不損失剛度，高速進給機構通常采用碳纖維增強復合材料；⑤為提高進給速度，更先進、更高速的直線電機己經發展起來。直線電機消除了機械傳動系統的間隙、彈性變形等問題，減少了傳動摩擦力，幾乎沒有反向間隙。直線電機具有高加、減速特性，加速度可達2 g，為傳統驅動裝置的10～20倍，進給速度為傳統的4～5倍，采用直線電機驅動，具有單位面積推力大、易產生高速運動、機械結構不需要維護等明顯優點。

（3）高速切削刀具技術。①刀具材料。刀具在數控機床高速切削技術中使用，將要滿足下列要求，例如：良好的機械性能、較高的熱穩定性、較強的抵御沖擊能力、耐磨損等，并且要具有較小和加工材料的親和力。②刀具結構。為了確保加工人員及數控機床的安全性，高速切削刀具的機構要有嚴格的要求，必須同時滿足靜平衡和動平衡兩種要求。動平衡對大直徑或盤類的刀具要求相對于小直徑的刀具要嚴格很多，刀具外伸較長必須動平衡。要求進行平衡的元件為刀具、主軸和夾頭，刀具和夾頭組合、刀具與主軸也要進行平衡。雖然目前對刀具結構進行平衡的要求比較嚴格，但是統一的平衡標準并不明確，這需要在以后的高速切削技術加以制定及明確。③刀具的幾何參數。高速切削刀的加工質量、刀具的耐用度等因素都與刀具的幾何參數有直接的關系。④刀柄系統。刀柄系統影響刀具和主軸的連接剛性，必須隨高速切削技術的發展而不斷提高質量。

（4）高速切削工藝。數控機床高速切削技術和傳統的工藝有著較為明顯的不同之處，傳統加工技術已經不再適應社會的發展需求，高速加工是新切削方式的代表，為提高加工精細度、提高加工效率、降低加工成本等做出了巨大的貢獻。需要在以后的數控機床加工中不斷完善加工細節，改進相關技術。

2 數控機床高速加工的發展前景

目前數控機床高速加工技術受到先進數控生產線的引領，在機械制造業發展狀況良好，相關機械制造行業很多都引進了高速加工技術。但是引進的比例相對較小，國家和企業對該技術的認識程度相對較淺，投入的關注、資金以及政策等較少，未能對該技術與本企業的工藝技術有機結合起來，高速加工技術運用程度還是不夠普遍。在未來，隨著高速加工技術的不斷完善與發展，必然會對機械制造相關行業產生更為廣泛的影響，國家、企業對高速加工技術的關注會更加密切，引進該項技術更為普遍，利用高速加工技術為本企業創造更多的價值。

3 結語

綜上所述，數控機床高速切削加工工藝有著其獨特地技術優勢，切削原理是現代切削技術發展的基礎，提高了加工質量，確保了加工精度，節約了加工成本。高速切削加工的關鍵技術科學及實操性非常強，為數控機床高速加工工藝的操作提供了有利支持。在未來高速加工技術將會不斷得到完善，更多的應用到機械制造行業當中去，為國家帶來巨大的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]李彥.數控機床高速電主軸技術及應用[J].精密制造與自動化，2011，3.

[2]徐岳.數控機床高速化發展趨勢介紹[J].職業，2010，3.

[3]高超，王棟，谷金生.關于機床加工技術現狀的應用分析[J].2011，15.