機械制造中數控高速切削加工技術的應用

徐坤鳳

摘 ?要：伴隨科學技術的高速發展，機械加工方面為了進一步提高工作效率以及加工質量，開始引入高速切削加工技術，進而引發了機械制造行業 新一輪的技術改革，特別是目前許多先進制造工業應用十分廣泛。本文主要對機械制造中數控高速切削（銑削）加工技術的應用進行分析，以期為機械 制造行業工作效率的提高提供參考與幫助。

關鍵詞：機械加工;高速切削;加工技術;工作效率

1 數控銑削加工工藝概述

數控銑削是數控加工中的重要組成部分。銑削加工是先進制造的基 礎，更是保證產品質量的關鍵。數控銑床是現代科學發展的產物，基礎為 普通銑床。但是，相比于普通銑床，數字銑削加工的優勢更加明顯，能確 保加工質量與效率，滿足加工的精度需求。數控加工前需進行工藝分析。 如果工藝分析不可靠，會造成產品生產質量不合格。數控銑削加工期間需 要合理選擇數控銑削機床，確定加工的刀具及材料，嚴格控制工藝參數， ?確保生產質量與效率。工藝參數主要包括銑削力和銑削用量等。

2 采取高速銑削方式優化機械設計

2.1 ?工藝參數設計

2.1.1 ?刀具參數

壓力容器由于以不銹鋼復合鋼板為主要材料，其屬于硬度、強度與抗 拉強度均較低的易切削材料，選擇正確刀具參數，可提高加工精確度。一 是后角。銑削由于給進速度快，工件、刀具后刀面及已加工表面將會形成 發熱源，為將工件與刀具摩擦減少，可選擇大一點的后角，考慮切削中前 角影響較大，參數較大，以此為依據選擇后角大于12°;二是前角。前角 ?小則切削阻力大，前角大則會由于刀具散熱較小，易造成磨損，所以刀具 前角選擇為12°左右;三是刃傾角。其對切削力大小與方向均有影響，由 于切削中易產生崩碎切屑，因而刃傾角通常為-15°至-10°之間。

2.1.2 ?切削用量

在加工工件材料中，刀具材料耐磨性與加工性均會影響切削用量的選 擇，通過合理選擇可將工件表面加工質量與銑削效率提高。該部分主要可 分為兩點，一是銑削速度。提高此速度無疑會將刀具磨損度提高，但還可 以提高金屬單位時間切除率，將表面工件粗糙度降低。二是進給量，其與 高速切削材料相同，隨著進給量與切削速度的提高，工作效率同樣也會迅 速提高，有助于將熱源移開，減少工件溫度。

切削用量包含三個要素：切削速度、進給速度、背吃刀量。切削三要 素主要影響刀具切削力的大小，而切削力又直接決定零件的加工精度。它 們三者對切削力的影響是不同的。其中切削速度對制造精度的影響與材料 性質、積屑瘤有關。加工塑性金屬時，切削速度對制造精度的影響有兩個 方面。加工的整個過程都是積屑瘤不斷變化的過程，切削速度從底到高的 階段，積屑瘤產生，切削力逐漸最大，此時加工溫度會上升、溫度升高， ?導致材料塑性化，加工精度會隨著切削速度的變化而出現不同的結果。因 此，加工塑性材料時，要選取較小的切削速度，加工脆性材料時，可選擇 較大的切削速度。切削深度和進給量的影響主要表現在當進給量不變、背 吃刀量增加時，主切削刃工作長度和切削面積增大，變形抗力和摩擦阻力 均倍數增加，所以切削力也增加，加工精度會隨著切削力的變化在一個穩 定的區間。當背吃刀量達到三倍數值后，零件加工質量會急劇變化。當切 削深度不變，進給量增大，雖然實際切削面積增加，但切削厚度增大及主 切削刃工作長度不變等原因使切削變形程度增加較少，因此，在刀具允許 的進給量狀態下，切削力的增加不明顯，對零件的加工精度影響不大。

2.1.3 ?控制加工溫度

制造過程中，控制好刀具和工件的溫度是保證零件制造精度的關鍵。 因此控制好加工溫度，離不開合理選擇的切削液。切削液在降低刀具和工 件的切削溫度的同時減少了切削阻力，切削力降低，加工質量提升。金屬 材料加工中，常用的切削液有三種，分別是水溶液、乳化液、切削油。一 般情況下，加工鑄鐵和鋁合金時，不選用切削液;加工有色金屬時選擇含 硫的切消液，以免腐蝕工件的表面;加工鎂合金時，可選用煤油作為切削 液。在粗加工時因切削量較大，切削液主要降低溫度，一般選擇水溶液， ?連續、充分的沖洗。精加工時主要是提高加工表面的質量，降低刀具的磨 損，抑制積屑瘤的產生，選擇切削油能有效提高零件的加工質量。

3 銑削加工機床對高速切削加工技術的運用

目前，針對數控高速切削加工技術的運用，主要是對其他一些技術 進行有效配合的，如新材料結構基礎技術、 ?CNC技術、微電子技術等。其 中，銑削加工機床對高速切削加工技術的運用是比較普遍的，但是高速切 削加工技術對機床系統的部件提出的要求卻是非常高的。主要體現在以下 幾方面。

對主軸、刀柄提出比較高的剛性要求。系統轉速應控制在 10000～50000r/min，通過對主軸進行運用，以對冷卻系統和空氣進行有效 壓縮，使主軸和刀柄之間的軸向間隙控制在0～0.00762mm。

對機床系統剛性提出了比較高的要求。銑削加工機床對高速切削加工 技術運用過程中，為能夠充分發揮出高速切削加工技術的優勢作用，應對 高速供給驅動器進行速度控制。其中，高速供給驅動器的3D輪廓加工速度 應控制在10m/min，快進速度應控制在45m/min。

加工工藝必須要具有足夠高的安全可靠性。為能夠有效融合刀具壽命 和切削條件二者之間的關系，對機床的利用效率進行有效提升，保證在無 人操作情況下，也不會影響高速切削加工技術的安全可靠性，優質的工藝 模型是關鍵。

4 五軸銑削加工工藝優化

機械加工制造業中數控高速切削制造技術的應用，有效促進了該行業 的發展。數控五軸銑削加工工藝需要注意的事項較多，如加工導動曲面和 干涉面等。刀具軸的矢量變化作為五軸加工的基礎，對工作人員的實際應 用來說具有重要意義。五軸數控銑削加工期間，刀具軌跡的設計要以產品 的加工需求進行確定。

在實際應用中，需做好下面幾項工作。第一，零件加工工藝方案的 確定。一部分零件的曲面比較復雜，加工前要使用CAD模型確定零件的形 狀和尺寸等，然后確定粗加工和精加工等具體加工方案。第二，刀具的路 徑選擇。刀具的路徑選擇也十分關鍵，通過UG NX10.0的CAM規劃刀具路 徑，實現創建刀具和機床坐標系的設置等各項工作。第三，仿真。仿真 期間需要選擇合適的數控系統，確保與機床系統保持一致。需構建機床 模型，添加機床幾何模型，最后設置機床參數。不同的切削參數下，高 速銑削的具體效果不同。以鋁合金高速切削工藝參數為例，當直徑均為 20mm，轉速分別為10000r/min、 12500r/min、 15000r/min、 20000r/min， 進給分別為4000mm/min、 5000mm/min、 6000mm/min、 10000mm/min， 切寬均為10mm，切深均為2mm時，四者的加工狀況分別為良好、差、一 般與良好。

在實際應用期間，刀具直徑是十分重要的因素，會對加工時間與表面 質量產生極大影響。相比于一般的球頭刀具，五軸加工的刀具選擇圓刀片 銑刀，能有效降低切削時間。圓刀片銑刀在實際應用中需要合理控制步距 與直徑，一般為1 ?∶2，且步距與加工時間呈反比。加工期間需要合理控制 每齒進給量、切削寬度、切削深度、刀具穩定性以及切削方向等，以確保 表面質量與平滑度。

結語

總之，在機械制造引入數控高速切削加工技術對提高我國制造業水 平而言至關重要，企業在機械制造期間也需要尤為重視有關技術的廣泛應 用，明確其使用帶來的價值，并通過對銑削技術的合理應用，實現機械制 造與數控高速切削加工技術融合，提高機械制造效率以及質量。

參考文獻：

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2020.