關于數(shù)控加工高速切削的影響因素分析

龐志剛

摘 要：數(shù)控數(shù)控高速切削加工技術以高效率和高精度為基本特征，是近多年來在世界上迅速崛起的先進制造技術之一。數(shù)控數(shù)控高速切削加工不僅可以大大提高生產(chǎn)效率，而且能夠顯著地提高加工表面質量。機械制造行業(yè)發(fā)展過程中，必然會朝向數(shù)控高速加工方向發(fā)展。應用水平不斷提升，使得在機械制造行業(yè)中，實際加工效率以及加工質量獲得發(fā)展?？梢杂行嵘袠I(yè)方面的經(jīng)濟效益及綜合效益。

關鍵詞：數(shù)控加工;高速切削;影響

數(shù)控高速切削目前在機械制造業(yè)得到了普遍運用，日常加工中主要借助了高速加工的基本原理，以精加工數(shù)控操作來提高機械制造效率，合理地選用道具。高速切削工藝主要通過數(shù)控編程來進行操控的，注意切削用量，以合理的速度、較高的操作工藝來進行機械切削加工制造，在應用高速切削技術的基礎上，不僅提高了機械制造速度，還將現(xiàn)代操作工藝的優(yōu)勢得到了很好地體現(xiàn)。因此目前高速切削工藝在國內(nèi)機械制造業(yè)得到了廣泛運用，將這種工藝用在難加工材料、復雜曲面、薄壁件等的切削加工環(huán)節(jié)，更好地發(fā)揮了高速切削工藝的優(yōu)勢。

一、數(shù)控加工高速切削的影響因素

1、工件材料因素影響。工件材料在冶煉環(huán)節(jié)中若出現(xiàn)雜質將直接會出現(xiàn)材料硬質點，使切削過程受到影響，一旦出現(xiàn)振動將會直接出現(xiàn)刀刃崩損危險。在熱處理環(huán)節(jié)中也會出現(xiàn)不同部位硬度問題，若粗加工后需要通過淬火完成精加工，其工件的加工尺寸的變形直接影響其精度。

2、刀具因素影響。高速切削加工會受到刀具系統(tǒng)應用影響，由于加工過程中刀具系統(tǒng)的離心力較大，且會受到較強烈的振動，因此對刀具的幾何精度要求較高，并確定其裝夾重復定位的精度。傳統(tǒng)7：24錐度刀柄系統(tǒng)在數(shù)控加工高速切削中有剛性不達標準的問題，其重復定位精度不夠，并存在其他方面穩(wěn)定性不夠等問題，因此7：24 錐度刀柄則不應應用在高速切削中?，F(xiàn)階段高速切削應用較為廣泛的刀具為雙面接觸空心短錐刀柄HSK。

3、切削工藝因素影響。在數(shù)控加工高速切削中其切削工藝主要由工藝路線、專業(yè)CAD/CAM 編程、高速加工參數(shù)優(yōu)化等等。以專業(yè)CAD/CAM 編程為例，其編程過程中要始終以恒定的刀具載荷為原則，最大限度控制刀具受到的荷載沖擊，有效控制進給速率的變化，實現(xiàn)系統(tǒng)程序處理速度最優(yōu)。優(yōu)化CAD/CAM 編程的有效方法在于提升程序處理速度，通過對程序段的改善及圓弧過渡段的改善控制速度的不均勻變化，最大限度控制銑削負荷帶來的影響。要盡可能的應用分層順銑方式，以連續(xù)螺旋切向進刀或圓弧軌跡切向進刀，使切削條件達到一個穩(wěn)定狀態(tài)，保障高速切削精度。

4、機床因素影響。在實現(xiàn)高精度切削等技術中，通過優(yōu)化機床設計結構、制造技術、穩(wěn)定主軸系統(tǒng)等都能夠產(chǎn)生至關重要的影響。機床制造商們更多的會選擇利用全閉環(huán)伺服控制方式進行制造。技術優(yōu)化的直線電動機不斷向前發(fā)展，使得CNC 等機床在相應速率方面實現(xiàn)了提升。這樣也就改善了伺服控制精度以及相關內(nèi)容的精度水平。當前，高速機床系統(tǒng)方面的反應速度以及前饋控速度等均明顯獲得提升。一些機床中甚至添加了NURBS 類型的插補曲線處理方式，目的是可以幫助用戶能夠更加簡單、直接的進行精度參數(shù)設計，控制速度以及加速度。機床在進行切削的過程中會因為受熱影響而出現(xiàn)熱位移的問題。這也是影響精度的重要因素，為此，可以利用熱位移補償技術進行改善。因為熱條件下會造成機械設備的工件發(fā)生膨脹，因此會造成熱的行為均屬與誤差產(chǎn)生因素。

二、數(shù)控加工高速切削加工工藝技術

數(shù)控高速切削加工是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及到切削機理、切削機床、刀具、切削過程監(jiān)控及加工工藝等諸多相關的硬件與軟件技術，數(shù)控高速切削技術的實施和發(fā)展，依賴于此系統(tǒng)中的各個組成要素的，這些實現(xiàn)數(shù)控高速切削技術離不開的關鍵技術，具體體現(xiàn)在以下方面：

1、高速切削機理。有關各種材料在高速加工條件下，切屑的形成機理，切削力、切削熱的變化規(guī)律，刀具磨損規(guī)律及對加工表面質量的影響規(guī)律，對以上基礎理論的實驗和研究，將有利于促進高速切削工藝規(guī)范的確定和切削用量的選擇，為具體零件和材料的加工工藝制定提供理論基礎，屬于原理技術。目前，黑色金屬及難加工材料的高速切削工藝規(guī)范和切削用量的確定，是高速切削生產(chǎn)中的難點，也是高速切削加工領域研究的焦點。

2、高速切削刀具技術模塊。由機床、刀具和工件組成的高速切削加工工藝系統(tǒng)中，刀具是最活躍的因素。切削刀具是保證高速切削加工順利進行的最關鍵技術之一。隨著切削速度的大幅度提高，對切削刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刀體結構等都提出了不同于傳統(tǒng)速度切削時的要求，高速切削刀具材料和刀具制造技術都發(fā)生了巨大的變化，高速切削加工時，要保證高的生產(chǎn)率和加工精度，更要保證安全可靠。因此，高速切削加工的刀具系統(tǒng)必須滿足具有良好的幾何精度和高的裝夾重復定位精度，裝夾剛度，高速運轉時良好的平衡狀態(tài)和安全可靠。盡可能減輕刀體質量，以減輕高速旋轉時所受到的離心力，滿足高速切削的安全性要求，改進刀具的夾緊方式。刀具系統(tǒng)的技術研究和發(fā)展是數(shù)控高速切削加工的關鍵任務之一。

3、數(shù)控高速切削工藝。高速切削作為一種新的切削方式，要應用于實際生產(chǎn)，缺乏可供參考的應用實例，更沒有實用的切削用量和加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，高速加工的工藝參數(shù)優(yōu)化是當前制約其應用的關鍵技術之一。另外，高速切削的零件NC 程序要求必須保證在整個切削過程中載荷穩(wěn)定，但是現(xiàn)在使用的多數(shù)CNC 軟件中的自動編程功能都還不能滿足這一要求，需要由人工編程加以補充和優(yōu)化，這在一定程度上降低了高速切削的價值，必須研究采用一種全新的編程方式，使切削數(shù)據(jù)適合高速主軸的功率特性曲線，充分發(fā)揮數(shù)控高速切削的優(yōu)勢。高速切削加工技術的發(fā)展和應用有賴于以上原理方面、機床、刀具、工藝等各項關鍵單元技術的發(fā)展和綜合。

總之，數(shù)控技術能夠在我國獲得全面發(fā)展，被廣泛應用在各行各業(yè)中。加強對此項技術進行推廣，能夠極大程度上實現(xiàn)我國機械加工領域的水平提升，不斷降低成本，更進一步促進高新技術領域的發(fā)展。高度重視以及加強對數(shù)控告訴切削適應性強的工件材料、設備刀具等的研究與開發(fā)十分必要，只有這樣才能夠更好的實現(xiàn)我國機械制造行業(yè)加工效率以及質量的提升。

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