關(guān)于數(shù)控加工高速切削的影響因素分析

彭加國

摘 要：現(xiàn)階段，機(jī)械制造行業(yè)逐漸朝數(shù)控高速加工趨勢(shì)發(fā)展，相應(yīng)提升了應(yīng)用水平，促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)當(dāng)中加工質(zhì)量和加工效率的發(fā)展。數(shù)控加工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間會(huì)產(chǎn)生較多影響因素，主要為切削刀具以及毛坯制造技術(shù)等?；谝陨戏矫?，本文主要是探討分析數(shù)控加工高速切削的影響因素，希望能夠促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；高速切削；影響因素

數(shù)控加工高速切削的主要作用在于能夠全面改善加工質(zhì)量，提升工作效率。在我國制造行業(yè)當(dāng)中也重點(diǎn)研究數(shù)控加工高速切削技術(shù)。我國生產(chǎn)制造行業(yè)在各行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中占據(jù)重要位置，因此世界產(chǎn)業(yè)中心轉(zhuǎn)移只能夠向前端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展，所以對(duì)核心制造技術(shù)需要加強(qiáng)控制，這樣才能夠從根本上發(fā)揮出各項(xiàng)價(jià)值。

1 數(shù)控加工高速切削的關(guān)鍵技術(shù)

由于在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中該項(xiàng)技術(shù)具有較大的復(fù)雜性，會(huì)牽扯到切削機(jī)床，機(jī)理，刀具以及過程監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用的軟件與硬件技術(shù)。隨著數(shù)控加工高速切削技術(shù)的不斷發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用期間需要全面分析關(guān)鍵技術(shù)。

1.1 高速切削機(jī)理

采用高速加工技術(shù)對(duì)各種材料進(jìn)行加工，會(huì)出現(xiàn)不同的切削力，機(jī)理以及切削熱變化規(guī)律等，還會(huì)出現(xiàn)刀具加工表面質(zhì)量和刀具磨損等，因此需要深入研究和分析以上基礎(chǔ)性理論，這樣能夠有效確定高速切削工藝規(guī)范并選擇適宜的切削用量等，在制作零部件和加工材料時(shí)能夠給予相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，因此數(shù)控加工高速切削數(shù)據(jù)屬于原理技術(shù)。現(xiàn)階段，在高速切削生產(chǎn)當(dāng)中，如何確定切削用量和切削工藝規(guī)范等已經(jīng)成為難點(diǎn)問題，需要深入進(jìn)行分析研究。

1.2 高速切削機(jī)床技術(shù)模塊

高速切削機(jī)床需要聯(lián)合使用CNC控制系統(tǒng)，快速進(jìn)給系統(tǒng)以及主軸系統(tǒng)等。高速加工單元要求主軸單元能夠有效應(yīng)用于高速工作條件下，通常情況下，主軸的轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到每分鐘10萬轉(zhuǎn)左右，在如此高速轉(zhuǎn)動(dòng)之下還能夠具備良好的熱態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。在高速切削機(jī)床技術(shù)當(dāng)中主軸軸承是核心部件，高速機(jī)床的重要單元技術(shù)就是改進(jìn)和提升主軸結(jié)構(gòu)和性能，其次高速進(jìn)給系統(tǒng)。提升機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速能夠全面確保刀具每轉(zhuǎn)或者每齒的進(jìn)給量保持一致，并且能夠提升機(jī)床進(jìn)給加速度和空行程速度等。所以，機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)必須在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)和定位，為了實(shí)現(xiàn)以上要求，需要全面提升工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，伺服系統(tǒng)以及機(jī)床導(dǎo)軌等設(shè)備系統(tǒng)的要求，這樣才能夠?qū)Ω咚贆C(jī)床技術(shù)起到制約效果。

1.3 高速切削刀具技術(shù)模塊

在高速切削加工工藝系統(tǒng)當(dāng)中主要包括工件，刀具以及機(jī)床等，其中最活躍的因素就是刀具，并且在高速切削加工期間切削刀具也屬于關(guān)鍵技術(shù)。隨著不斷提升的切削速度，逐漸提升了刀體結(jié)構(gòu)，刀具幾何參數(shù)以及切削刀具材料的要求，也相應(yīng)改變了刀具制造技術(shù)和切削刀具材料。在進(jìn)行高速切削加工期間為了全面確保加工精度和生產(chǎn)效率，必須從根本上提升可靠性和安全性。所以，高速切削加工刀具系統(tǒng)需要滿足幾何精度，裝夾剛度，定位精度以及平衡狀態(tài)等。其次，需要最大限度降低刀體質(zhì)量，改善刀具夾緊方向，這樣能夠相應(yīng)降低高速旋轉(zhuǎn)期間的離心力，確保安全性。

1.4 數(shù)控高速切削工藝

作為新型切削方式，高速切削方式在生產(chǎn)加工期間沒有相應(yīng)的參考實(shí)例，并且缺乏加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫和切削用量，因此當(dāng)前影響關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的主要因素在于優(yōu)化工藝參數(shù)。其次，高速切削零件NC程序需要確保實(shí)際切削加工期間的載荷穩(wěn)定，然而大部分CNC系統(tǒng)當(dāng)中的自動(dòng)編程軟件都無法滿足該種要求，需要采用人工方式進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)足，但是該種方式會(huì)降低高速切削的使用價(jià)值。因此為了確保切削數(shù)據(jù)滿足高速主軸功率曲線，需要應(yīng)用新型編程方式，全面展現(xiàn)出數(shù)控高速切削的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

2 影響數(shù)控加工高速切削的各項(xiàng)因素

在進(jìn)行數(shù)控加工高速切削工作時(shí)需要將精度控制在10?m左右，并且將其劃分為3個(gè)等級(jí)，主要包括普通級(jí)5?m-10?m，高精密級(jí)3?m-5?m，超精密級(jí)0.01?m。為了全面確保高速切削加工的高精度，需要采取各項(xiàng)措施進(jìn)行優(yōu)化控制，主要影響因素包括機(jī)床，夾具，刀具以及工件等。

2.1 工件材料影響因素

在冶煉環(huán)節(jié)當(dāng)中，工件材料如果產(chǎn)生雜質(zhì)將會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)硬質(zhì)點(diǎn)，嚴(yán)重影響切削效果。在切削期間若出現(xiàn)振動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致刀刃崩損。在進(jìn)行熱處理期間也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的硬度問題，如果完成粗加工之后需要利用淬火處理進(jìn)行精細(xì)加工，工件在加工期間尺寸變形對(duì)其精度造成影響。

2.2 刀具影響因素

在進(jìn)行高速切削加工時(shí)刀具影響作用也比較明顯。在實(shí)際切削加工期間如果刀具系統(tǒng)具有較大的離心力，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)效果，因此需要全面加強(qiáng)刀具系統(tǒng)的幾何精度，明確刀具重復(fù)定位精度。如采用7：24椎度刀柄系統(tǒng)在數(shù)控加工期間可能會(huì)導(dǎo)致剛性不滿足標(biāo)準(zhǔn)等問題，缺乏足夠的重復(fù)定位精度，以及系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題。所以在進(jìn)行高速切削時(shí)不能應(yīng)用7：24錐度刀柄。在高速切削加工當(dāng)中最常應(yīng)用的刀具就是雙面接觸空心短椎刀柄HSK。

2.3 切削工藝影響因素

在數(shù)控加工高速切削操作當(dāng)中，高速加工參數(shù)優(yōu)化、專業(yè)CAD編程以及工藝路線等共同組成切削工藝。將CAD編程作為案例分析，在實(shí)際編程期間需要將恒定刀具載荷作為編程原則，這樣能夠有效對(duì)刀具載荷沖擊力進(jìn)行控制，還能夠?qū)M(jìn)給速率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的系統(tǒng)程序處理速度。為了優(yōu)化CAD編程需要全面加強(qiáng)程序處理系統(tǒng)，之后改善各個(gè)程序段和圓弧過度段，這樣能夠?qū)λ俣炔痪鶆蜃兓闆r進(jìn)行控制，全面降低銑削負(fù)荷的影響。在實(shí)際加工期間需要應(yīng)用分層順銑方式，并且按照連續(xù)螺旋切向進(jìn)刀方式，確保切削條件的穩(wěn)定性，提升高速切削精度。

2.4 機(jī)床影響因素

為了提升切削技術(shù)的精度，需要對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，全面穩(wěn)定主軸系統(tǒng)。機(jī)床制造商需要應(yīng)用全閉環(huán)伺服控制方式。隨著技術(shù)優(yōu)化的不斷發(fā)展，也促進(jìn)直線電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，全面提升CNC機(jī)床的應(yīng)用速率，全面改善伺服控制精度和相關(guān)精度。

現(xiàn)階段，高速機(jī)床系統(tǒng)的前饋控制速度和反應(yīng)速度已經(jīng)得到顯著提升。某些機(jī)床當(dāng)中還增設(shè)了較多NURBS類型的插補(bǔ)曲線處理措施，其目的在于幫助用戶能夠更加簡(jiǎn)便地優(yōu)化精度參數(shù)，加速度以及控制速度等。

在切削期間機(jī)床可能會(huì)由于受熱影響出現(xiàn)熱位移現(xiàn)象，這也會(huì)對(duì)精度造成較大影響。所以，在實(shí)際切削期間需要應(yīng)用熱位移補(bǔ)償技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改善，由于熱條件會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備導(dǎo)致某些工件產(chǎn)生膨脹效應(yīng)，所以導(dǎo)致工件出現(xiàn)熱行為與誤差之間存在較大關(guān)聯(lián)性。

機(jī)床會(huì)由于受熱不均出現(xiàn)熱誤差現(xiàn)象，在改善期間可以應(yīng)用以下幾種方式。（1）控制和改善熱量問題，防止熱量流向機(jī)床周邊；（2）改良機(jī)床結(jié)構(gòu)，全面降低機(jī)床的熱敏感性，對(duì)變形程度進(jìn)行有效控制；（3）對(duì)移動(dòng)工件進(jìn)行熱補(bǔ)償操作。

針對(duì)以上出現(xiàn)的各項(xiàng)問題可以采用熱誤差補(bǔ)償方式，首先就是熱位移補(bǔ)償方式。由于主軸結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單的變形藝術(shù)，雙重冷卻油套會(huì)抑制熱變形，并將熱變形控制在最小范圍之內(nèi)。其次就是熱位移補(bǔ)償分析，全面改良結(jié)構(gòu)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床主軸之外的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用熱量分布箱式組合形式，這樣能夠降低提升冷卻效果，并且對(duì)機(jī)床加工期間出現(xiàn)的升溫現(xiàn)象進(jìn)行有效降低。

3 結(jié)束語

綜上所述，我國數(shù)控技術(shù)已經(jīng)處于成熟發(fā)展階段，在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。在機(jī)械加工領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)控技術(shù)能夠提升其生產(chǎn)制造水平。因此需要加強(qiáng)注重?cái)?shù)控加工高速切削的設(shè)備刀具以及工件材料等，這樣才能夠從根本上提升機(jī)械制造行業(yè)的加工質(zhì)量。

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