數(shù)控切削加工領(lǐng)域的數(shù)字化測量技術(shù)與分析

蘇 丹

（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510000）

0 引言

由于我國汽車、能源等交通運(yùn)輸?shù)戎匾I(lǐng)域應(yīng)用的一些重要重大的裝備材料在制造上有一定的要求和難度，因此數(shù)控高速切削技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的制造技術(shù)在近幾十年快速發(fā)展，嚴(yán)格高效的數(shù)字化切削加工技術(shù)的開發(fā)已成為制造業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)。刀具技術(shù)也在數(shù)控高速切削技術(shù)發(fā)展過程中起著關(guān)鍵的作用，確保了在嚴(yán)格的數(shù)控切削技術(shù)中切削加工質(zhì)量的合格和技術(shù)的高效性、精密性。

1 數(shù)控切削加工工藝

1.1 數(shù)控高速切削加工新工藝

中國是個制造大國，我們只有掌握先進(jìn)的核心制造技術(shù)，才能防止在先進(jìn)的制造隊(duì)伍中掉隊(duì)，數(shù)控切削加工作為制造技術(shù)的主要工藝[1]，也是汽車工業(yè)、能源業(yè)和航空航天制造業(yè)裝備材料的主要技術(shù)。高速切削技術(shù)是經(jīng)過對高性能刀具材料及刀具設(shè)計、制造技術(shù)、高精度測量測試技術(shù)進(jìn)行綜合測試研究而成的。在制造行業(yè)新技術(shù)材料的需求度日益增多，開發(fā)高速切削新工藝才是推進(jìn)制造技術(shù)前進(jìn)的必要前提。高速切削技術(shù)的開發(fā)是一項(xiàng)很有挑戰(zhàn)的突破，所以很值得繼續(xù)探索開發(fā)來加快人類社會的進(jìn)步[2]。

1.2 高速數(shù)控切削加工的優(yōu)越性

高速切削技術(shù)是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，超高速的切削加工技術(shù)切削速度的大幅度提高，不僅能提高效率和質(zhì)量還能降低加工成本，使得零件的加工精度和質(zhì)量得到更高程度的提高。超高速

數(shù)控切削超越了一般的切削技術(shù)，應(yīng)用了納米等先進(jìn)技術(shù)，突出了明顯的優(yōu)越性[3]。1）高精度的加工：高速切削的切削力比一般的切削度要小，在加工方面粗糙度大大降低，切削的頻率高使得加工的過程更加平穩(wěn)，切削能達(dá)到更高的精度。2）高效的加工效率：高速的切削技術(shù)的應(yīng)用，保持切削時間不變，可減少進(jìn)刀量，增加切削次數(shù)，降低切削力，從而提高表面光潔度，使通過手工拋光的部分全部省去或減少到最低的工作量，從而切削速度和頻率都大幅度的加快提高，加工表面的受熱時間短，不會由于溫升導(dǎo)致熱變形，所以在一定時間內(nèi)零件材料的加工效率也會大幅度的提高。3）高效環(huán)保：高速切削時，由于速度頻率高效，減少了裝卸、搬運(yùn)的時間，加工時間大大縮短，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了能源的消耗同時減少了污染[4]。

1.3 數(shù)控高速切削技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域研究

高速切削技術(shù)高效的優(yōu)越特點(diǎn)廣泛運(yùn)用在各行的制造業(yè)領(lǐng)域，數(shù)控高速切削技術(shù)的應(yīng)用將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在航天航空和汽車業(yè)，由于數(shù)控高速切削速度和頻率都大幅度的加快提高，加快了零件材料的切除效率。采用高速數(shù)控切削技術(shù)，提高了連桿模具加工的速度，采用了非常小的切削深度，延長了模具的壽命，可直接較小直徑的刀具進(jìn)行精細(xì)加工，簡化了連桿模具的加工工序。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件時，采用圓弧或曲線轉(zhuǎn)接，避免采用直線轉(zhuǎn)接，以保持切削過程的平穩(wěn)性，以獲得最佳加工表面質(zhì)量。

2 切削加工領(lǐng)域的數(shù)字化測量技術(shù)

2.1 數(shù)控切削加工中數(shù)字化測量技術(shù)的基本原理

先進(jìn)的數(shù)控切削加工技術(shù)離不開標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化測量技術(shù)，數(shù)字化測量首先要確定零件中刀具起始點(diǎn)的位置，再通過精密的儀器來確定坐標(biāo)系中零件的具體位置。數(shù)控加工工藝比一般的加工工藝有一定的難度，前提條件也有很多，比如說刀具的正確選擇，合理的加工工藝路線和切削方法，還要考慮數(shù)控加工零件的加工具體位置。從刀具的設(shè)計制造以及刀具的出廠，數(shù)字化的測量技術(shù)都起著至關(guān)重要作用。先進(jìn)的數(shù)控切削刀具是切削過程的關(guān)鍵，因此，數(shù)控加工設(shè)計的過程必須嚴(yán)格謹(jǐn)慎，盡量減少錯誤的發(fā)生。在數(shù)控加工全過程中，有多種數(shù)控切削工藝方案進(jìn)行選擇，可以選擇零件的加工部位作為切削的主要線路，也可以選擇刀具作為主線來安排加工，因此數(shù)控加工相比于傳統(tǒng)的加工工藝更具有多樣性。由于數(shù)控加工的自動化程度比普通機(jī)械的加工技術(shù)高，所以，必須嚴(yán)格檢測數(shù)控加工工藝確保生產(chǎn)全過程的安全和質(zhì)量的保障。

2.2 數(shù)控高速切削對刀具材料的要求

數(shù)控高速切削時，由于切削時產(chǎn)生了高強(qiáng)度的熱量，所以刀具所受的磨損很高，因此，數(shù)控高速切削時使用的刀具材料要經(jīng)過嚴(yán)格的選擇制造才能符合切削時所遇到的各種難度。刀具的材料最主要要具有高強(qiáng)度、高硬度和強(qiáng)抗熱沖擊能力，除此之外還要考慮刀具的加工工藝質(zhì)量和使用壽命。但是滿足這些條件的刀具在制造方面具有很高的難度，所以應(yīng)盡量滿足刀具具有較好的抗沖擊力，可以應(yīng)用一些稀有的材料，比如高強(qiáng)度鋼加工制造的刀具具有更高的強(qiáng)度和韌性。采用鈦合金等材料，高強(qiáng)度的鈦合金，在切削加工時由于其強(qiáng)度高耐蝕性好，耐熱性很高，所以也在發(fā)動機(jī)等機(jī)體上廣泛應(yīng)用。它抗沖擊力強(qiáng)度適中，同時也避免了刀具磨損嚴(yán)重和溫度過高的現(xiàn)象反而延誤加工。復(fù)合材料可以廣泛運(yùn)用在航空航天零件制造業(yè)，復(fù)合材料代替了很多傳統(tǒng)的材料，面材的強(qiáng)度高具有很強(qiáng)的剛度和厚度，因此很容易適應(yīng)多種環(huán)境的變換。

2.3 數(shù)控刀具涂層檢測技術(shù)

由于涂層可以改變切削刀刃上整個切屑的成形過程，因此，刀具涂層對刀具性能的改善和加工技術(shù)的進(jìn)步起著重要作用，致使涂層刀具成為現(xiàn)代刀具的標(biāo)志。通過刀具涂層，可以減少刀具磨損、提高切削速度、減少摩擦熱、提高加工表面質(zhì)量、減少對硬質(zhì)合金刀體的熱傳導(dǎo)和提高刀具耐用度等，使涂層刀具在切削加工得到廣泛應(yīng)用，特別在干切削和硬加工中起著十分重要的作用。刀具涂層檢測刀具切削性能和效率的關(guān)鍵。為了提高刀具的切削效率，提高刀具的性能，降低成本，提高材料的利用率。新的刀具涂層材料不斷被研發(fā)。刀具的涂層前階段主要應(yīng)用物理涂層。物理涂層工作環(huán)境良好，能保持刀具良好的切削性能。近年來在傳統(tǒng)的涂層基礎(chǔ)上，有了高溫紅硬性更好的新涂層，金剛石涂層也得到了快速的發(fā)展。納米涂層結(jié)構(gòu)在同樣的涂層情況下可顯著提高涂層性能。確定了切削刀具涂層的基本配置條件還要確保數(shù)控刀具的質(zhì)量的高切削性能，所以數(shù)控測量儀器也占有同等重要的地位。涂層技術(shù)對數(shù)控刀具的發(fā)展起了巨大的促進(jìn)作用。刀具經(jīng)過涂層后可大幅度地延長使用壽命，隨著涂層工藝的不斷創(chuàng)新和研發(fā)，經(jīng)過涂層的刀具可以有效的提高切削效率，降低生產(chǎn)成本和刀具的加工制造成本。

3 切削加工領(lǐng)域的數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 測量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展

隨著制造水平的提高，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控切削的高效率，達(dá)到測量技術(shù)的主要指標(biāo)，推動測量的進(jìn)一步發(fā)展，必須提高測量的效率。隨著多種測量技術(shù)的飛快發(fā)展，選擇正確的測量技術(shù)，尤其對于機(jī)床的性能上發(fā)揮重要的作用，要求測量組建具有極高的測量精度，減少細(xì)小的誤差，同時不能減少驅(qū)動系統(tǒng)的分辨率。數(shù)字化測量技術(shù)應(yīng)在測量水平測量精度方面朝著高效精準(zhǔn)的方向發(fā)展，將測量的范圍擴(kuò)大，從單方面到多方面測量發(fā)展，應(yīng)用光筆測量儀可以移動到離工件很近的地方進(jìn)行測量，在一些零件工裝、夾具的現(xiàn)場測量，由于工件龐大不易移動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隱藏點(diǎn)過多，所以使用光筆測量儀，既節(jié)省了作業(yè)空間，又提高了測量精度，提高了生產(chǎn)效率。在此基礎(chǔ)上還要采用高效精密的三維測量儀器來進(jìn)一步完善測量標(biāo)準(zhǔn)。第三代鐳射測量技術(shù)因其獨(dú)特的機(jī)械式防護(hù)系統(tǒng)可完全杜絕切削液和粉塵切屑侵入光學(xué)系統(tǒng)，可在最惡劣的工作環(huán)境下工作，在加工過程中不用清潔工作臺就可以實(shí)現(xiàn)在線的測量，這樣不僅節(jié)省了大量生產(chǎn)時間，還提高了加工效率。

3.2 創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展

制造業(yè)的強(qiáng)盛與否，是衡量一個國家是否強(qiáng)盛的重要標(biāo)準(zhǔn)，要保持制造業(yè)強(qiáng)盛不衰，其關(guān)鍵就是技術(shù)不斷創(chuàng)新。為了提高數(shù)控切削技術(shù)的高效發(fā)展，使得產(chǎn)品材料不斷得到優(yōu)化，新產(chǎn)品的開發(fā)使得切削技術(shù)面臨巨大的挑戰(zhàn)。近幾年，一些耐磨的復(fù)合材料一直都是切削加工的障礙，長時間的切削，會降低產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，縮短了刀具的壽命，新工程材料的不斷開發(fā)研制，也提高了切削的技術(shù)。各行業(yè)在制造發(fā)動機(jī)傳動器等零件的時候，采用新材料比如硅鋁合金與高強(qiáng)度，這樣能減少了汽車的能耗，開發(fā)創(chuàng)新加工技術(shù)，能從根本上解決數(shù)控切削數(shù)字化測量的加工難度。

3.3 推動制造業(yè)的發(fā)展

隨著產(chǎn)品多樣化的發(fā)展，當(dāng)今制造業(yè)只有加快更新的步伐，在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)零件功能上做出創(chuàng)新，才能適應(yīng)制造產(chǎn)品的趨勢化，數(shù)控刀具數(shù)字化測量儀器領(lǐng)域在清潔能源核電制造業(yè)得到了快速發(fā)展。發(fā)電設(shè)備上一些關(guān)鍵的零件經(jīng)過高效的切削加工，一些高強(qiáng)度高硬度的刀具克服了一切強(qiáng)度高的材料切削，先進(jìn)的數(shù)字化測量技術(shù)可以檢測發(fā)電設(shè)備零件的加工檢測，高精度、大規(guī)格風(fēng)電加速傳動箱齒輪成形加工測量，也在一定程度上反映了先進(jìn)切削技術(shù)及先進(jìn)數(shù)控刀具，備受工具制造行業(yè)關(guān)注。還有一些大的工具廠根據(jù)眼前的形勢制定了發(fā)展的目標(biāo)，自行研制了先進(jìn)的超硬刀具數(shù)控制造裝備和技術(shù)、先進(jìn)數(shù)控刀具/刀片涂層裝備和技術(shù)，以及高速鋼熱處理技術(shù)等等。裝備制造業(yè)也對數(shù)控切削的工具有很大的需求，因?yàn)樾枨蟮牟煌捎每赊D(zhuǎn)位刀片基體材質(zhì)、涂層要求、刀片幾何參數(shù)、整體刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計等都會有很大差異，然而硬切削、超精切削以及包括復(fù)合材料在內(nèi)的新型材料切削，解決了一部分難題，進(jìn)一步推動了超硬刀具的需求和發(fā)展。以齒輪滾刀、插齒刀作為代表的高效高性能精密復(fù)雜數(shù)控刀具，在汽車、船舶、航空、風(fēng)電核電、鐵路、工程機(jī)械等行業(yè)的齒輪傳動裝置制造中受到廣泛的使用。

4 結(jié)束語

為了跟上國際生產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，盡早趕上國外的先進(jìn)水平，提高零件的加工率，數(shù)控高速切削技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)的制造技術(shù)，一直值得我們?nèi)ヌ綄ず烷_發(fā)，我們一定要全方面掌握現(xiàn)代化的數(shù)字化測量技術(shù)，通過精確的測量，依據(jù)實(shí)際情況制定合理的數(shù)控切削程序，通過一個不斷修改完善的過程，這樣既可以提高材料的加工質(zhì)量和水平，也可以達(dá)到逐步各項(xiàng)成果標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的效果，加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和提高人民的生活水平質(zhì)量。

[1] 彭林波, 何蔚, 鄧文科. 數(shù)控切削加工領(lǐng)域的數(shù)字化測量技術(shù)[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2011,(17).

[2] 陳思濤. 基于NX CAM的刀具數(shù)據(jù)庫建立與應(yīng)用[J]. 工具技術(shù). 2011, (7).

[3] 黃李沖, 于忠海, 陳田. 基于RBR-CBR的數(shù)控刀具材料選擇專家系統(tǒng)[A]. 全國先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第十屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)研討會論文集[C]. 2011.

[4] 陳思濤. 基于NX CAM的刀具數(shù)據(jù)庫建立與應(yīng)用[J]. 工具技術(shù). 2011, (7).