新時期高效加工技術在數控銑床中的應用探索與實踐

李雙晶

（寧夏工業職業學院，銀川 750000）

數控銑床是機械制造產業的重點設備，具有速度快、精度高和質量輕巧等特征。它的結構涉及比較典型繁雜的多學科知識，需要注重靜態剛度、動態剛度以及質量等問題。使用以往的主觀優化方式或者目標優化方式優化處理功能難度較大，而多學科設計優化方式可以最大化呈現出協同效應的優勢，綜合各個目標，取得了最優處理策略。

1 數控銑床構成和加工特征

數控銑床又稱為CNC銑床，是一類在傳統人工銑床基礎上優化出現的數控加工設備。數控銑床與傳統人工銑床的加工原理相同，結構也較為類似。數控銑床一般劃分為帶刀庫與不帶刀庫兩種。帶刀庫的數控銑床即為數控銑床加工中心。數控銑床一般由床身部分、銑頭部分、工作操作臺、橫進給部分、升降臺部分、冷卻部分以及潤滑部分等構成[1]。數控銑床加工具有適應性強、尺寸較多以及精度高等特征，施工操作臺寬度約在400 mm以下，適用于中小零件的加工和復雜形面的輪廓銑削加工。

2 國內外高效加工技術在數控銑床中的使用情況

銑削高效加工技術的發展，進一步提高了數控銑床的實際使用效果，逐漸實現了其生產流程的自動化和智能化。高效加工手段在數控銑床中的使用日益廣泛。各類新型的數控刀具、涂層數控銑床以及超硬刀數控銑床等，依靠設備自身的精密度、加工速度以及高生產效率等特點，在汽車制造和航空航天器制造等方面取得了良好的成效，快速提升了數控銑床的加工成效和質量。

近年來，我國數控銑床技術發展迅速，在提高移動速度和工作溫度把控方面取得了明顯進步。數控銑床切削加工時，工作溫度會隨切削速度的進一步加快而升高。當工作溫度升高到最終界限后，切削速度會逐步減小[2]。

3 數控機床的加工優勢

3.1 自動化程度高，生產效率高

除需要手工裝夾毛坯外，其他加工過程都能由數控機床自動完成。若加上自動裝卸技術的協助，便能夠基本實現工廠的無人化管理。數控加工減少了工作者的勞動量，提升了工作速度[3]，省去了劃線、多次裝夾定位以及檢測等流程，進一步提升了工作效率。

3.2 對加工對象適應性強

改變加工對象時，機床除了需要改變刀具和處理毛坯裝夾手段之外，僅需再次編程便能實現工件的自動化生產，進一步縮小了生產準備時間。

3.3 加工精度高，質量穩定

工件加工尺寸精度在0.005～0.010 mm，不會受零件繁雜程度的影響。絕大多數的工作由設備自行完成，減少了人為原因出現的偏差，使同一批生產零件尺寸保持相同[4]。

3.4 易于創建機床和計算機之間的通信聯絡

機床借助數字信息進行控制，有助于計算機復制設計系統之間的相互關聯，變為CAD/CAM一體化系統，進而建立各個機床之間的關聯，達成群控的目的，確保工作順利開展。

4 數控銑床的結構和控制要求

數控銑床在運行中使用的數控手段一般具有操作精準度高、速度快以及復合化等特征，因此在制造加工行業被廣泛使用[5]，為了詳細掌握數控銑床技術，必須對數控銑床的構造有基本的認知，理解其詳細運作方式。那

4.1 數控銑床的結構

所有數控機床都具備基礎構成，且所有結構在系統運行中都具備積極作用。數控銑床的一般能夠劃分為伺服驅動器、工控機、數控機床（Computer Numerical Control，CNC）控制器、變頻器以及可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等有關零件。所有零件具備自身獨特的優勢。例如：伺服驅動器的目的是進一步達成G功能；工控機是為了完成狀態顯示；變頻器的功能是完成S部分；可編程控制器（PLC）的功能是將整個系統在運行時檢查電氣控制和系統問題。CNC控制器的優勢較多，重點任務是進一步呈現位置、參數設置以及調控等。這些結構相互合作，確保整個數控系統順利運轉。

4.2 數控機床的詳細控制要求

詳細掌握數控結構對分析數控機床極為關鍵。為了深層掌握數控結構，必須知曉數控機床的控制方式。數控機床在控制上一般劃分為主控和輔助控制兩個方面。主控方面一般是銑床對銑床主軸的控制，使用先進的控制技術手段代替以往的繼電器控制方式，有助于主控順利運轉。輔助控制一般是將控制系統中的輸入接口和輸出接口連接在一起，其中輸出接口一般是各項功能的接口項目。此外，它還具備多種作用，如控制冷卻泵、潤滑油泵等輔助功能。詳細掌握數控結構，便可以進一步理解并掌握主控制和輔助控制，提高操作便捷性。

5 數控銑床中的加工特點

數控加工是采用數字信息定義零件的加工過程，并控制銑床進行自動加工的一種加工方法，具有以下特點。

5.1 具有復雜形狀加工能力

復雜形狀零件的加工在飛機、汽車、船舶、模具、動力設備和國防軍工等產品的制造過程中占有重要地位。復雜形狀零件的加工質量直接影響產品的整體性能。數控銑床加工過程中，刀具運動的任意可控性，使得數控加工能完成普通加工難以完成或者根本無法進行的復雜曲面加工。

5.2 高精度

數控銑床加工使用數字程序控制刀具的運動實現自動加工，排除了人為的誤差因素。此外，加工誤差還可以由數控系統通過軟件技術進行補償校正。因此，采用數控加工可以極大地提高零件的加工精度。

5.3 高效率

數控銑床加工的生產效率一般比普通加工高2～3倍。在加工復雜零件時，生產效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。采用五面體加工中心、柔性制造單元等數控加工設備進行加工時，零件一次裝夾后可以完成幾乎所有部分的加工。不僅可以消除多次裝夾引起的定位誤矢量漢字數控切削加工的刀具路徑規劃原理與方法差，而且可大大減少加工輔助操作，進一步提高加工效率。

5.4 高柔性

只需改變加工程序即可適應不同零件的加工要求，且幾乎不需要制造專用的工裝夾具，因此加工柔性好，有利于縮短產品的研制與生產周期，適應多品種、中小批量的現代生產需要。數控銑床加工是一種高效率、高精度、高柔性的自動化加工。

6 高效加工技術在數控銑床中的使用實踐

6.1 基于CAD/CAM的曲面數控高速銑削加工技術的應用實踐

數控銑床一般用來加工各類型號以及品質要求的金屬零件，加工效率較高，加工質量較好。在加工具有繁雜特征曲面的工件時，如柱面、掃描曲面和回轉面等，以往的數控銑床加工技術無法達到加工要求，須用到新型加工手段——基于CAD/CAM的曲面數控高速銑削加工手段，以獲取更高的加工效率，且工件加工表面的光滑度高。基于CAD/CAM的曲面數控高速銑削加工手段一般涵蓋曲面數控高速銑削技術和數控銑削加工刀具連接手段等。在加工一些比較繁雜且具有明顯曲面的工件時，數控銑床必須高速轉動，并且對其硬度以及回轉進度有著較高要求在數控銑床中使用曲面數控高速銑削加工手段，可進一步提高數控銑床的速度和進給速度。此外，數控銑床的刀具在強度、加工精度上明顯加強，刀具實用性較高。但是，使用曲面數控高速銑削加工手段后，數控銑床的刀具逐漸變得復雜，必須實施高速銑削的加工安全保護措施以及運轉監控工作，確保加工過程的安全。例如，自動換刀臥式鏜銑床是由數控鏜銑床加上刀具自行交換系統構成。總布局必須考慮如何將刀具自動交換系統和數控銑床科學融合，構建一臺完備的自動化換刀數控鏜銑床。注意挑選合理的刀庫、換刀機械手和識刀裝置，盡可能要求結構元件簡易、動作少且高效。此外，機床的整體結構尺寸必須緊湊，刀具存儲交換時必須確保刀具銑床元件之間互不影響。

在數控銑床中應用基于CAD/CAM的曲面數控高速銑削加工手段，數控銑床的刀具可使用高效的連接手段。數控銑床的刀柄和刀具一般經管熱縮式夾頭實施銜接，能夠在刀孔熱脹冷縮的情況下進一步提升刀具的夾緊度，確保刀具的運轉溫度。數控銑床刀具連接技術具有同心度好、夾緊力大和離心力低等優勢。數控銑床刀具銜接必須運用具備錐角的錐套，且將其當作夾緊銜接裝置，使用旋轉螺母嵌入將刀具保持在錐套中，高效縮小錐套內徑，加大彈簧夾頭的實際夾緊力，促使數控銑床的刀具在連接上更加牢固，從而進一步提升銜接的精準度。

6.2 數控高效放電銑加工手段的使用實踐

隨著我國加工制造手段的飛速進步，航空航天和軍工制造產業中逐漸運用高溫耐熱的合金材料，如鈦合金等。在材料的零部件加工過程中，以往的數控銑床無法發揮銑削作用，且零部件的空間構造比較繁雜，運用以往老舊的數控銑床，加工過程中會損害數控銑床刀具，且加工效率較低。經過長時間的技術分析和實際實踐，目前逐漸研發出一類高效的加工手段——數控高效放電銑加工手段，將其應用于數控銑床能夠極大提升加工成效和及加工質量，且能夠節省資源。

數控高效放電銑加工手段的重點是電化學成型手段。利用電加工不怕材料硬、脆以及韌的優勢，直接運用較為簡易的超長銅管作為數控銑床的加工電機，并且使用導向器展開導向，在電極和被加工零部件中間添加一個高效的高頻脈沖電源，目的是實現對加工區中工作液的冷卻、排屑等。數控高效放電銑加工手段能夠通過控制被加工零部件以及電極之間的有關運動軌跡，在兩者之間進行高脈沖放電，從而對被加工零件的繁雜曲面展開高效的余量銑削，做好預計的加工作業。此技術具有成本低、加工效率高、安全度高以及無污染等優勢，是一類使用范圍較廣的高效銑削加工手段。

6.3 高效加工技術在數控銑床使用中的注意事項

高效加工技術是未來工業制造加工領域使用的重點銑削加工手段。高效加工手段是一種綜合性技術，必須在使用時做好刀具選型、銑削用量數據的參考。在挑選銑削刀具的過程中，必須基于技術手段和加工需求挑選合理的刀具，確保刀具的耐用度、加工效率以及質量，還需要注重刀具的使用成本。使用高效加工技術的數控銑床通常必須挑選具有極強的耐磨性、耐熱性和韌性的刀具，并且進行運行檢查。使用高效加工手段的數控銑床理應挑選具有較大進給量的刀具，并逐步增加背吃刀量，運用較高的銑削速度進一步提升工作效率，完成銑削用量數據的最優，進一步提升銑床的使用成效。

7 結語

隨著我國綜合實力的不斷強化，經濟實力不斷提升。高效加工技術在數控銑床中的使用，不僅能夠提升數控銑床的移動速度，而且能夠進一步強化數控銑床的加工精密度，提高數控銑床的工作效率和質量，進一步推進我國在工業制造領域的飛速發展。