高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

常利民

（哈爾濱技師學(xué)院（哈爾濱勞動(dòng)技師學(xué)院），黑龍江 哈爾濱150000）

現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品加工制造產(chǎn)業(yè)利用優(yōu)越的技術(shù)條件以極快的速度向前發(fā)展，在環(huán)?；砟畹囊笙拢倪M(jìn)制造過(guò)程，縮減后續(xù)帶來(lái)的污染與能耗問(wèn)題。機(jī)械化切削活動(dòng)帶來(lái)的環(huán)境污染與能源消耗都比較嚴(yán)重，因此對(duì)其實(shí)施環(huán)?；脑鞎r(shí)，提出了綠色切削的工作理念，縮減切削加工期間的電力、切削液以及刀具材料的損耗，縮短切削加工所需的時(shí)間，減少機(jī)械產(chǎn)品制造工作給環(huán)境帶來(lái)的壓力。高速切削技術(shù)能夠滿足綠色切削的要求，因此可以將其運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床中。

1 高速型切削機(jī)床的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

高速型切削加工屬于當(dāng)前的高新技術(shù)，其綜合性較為突出，運(yùn)用高速切削加工系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化機(jī)床，以實(shí)現(xiàn)高速化運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床，機(jī)床可以被看做是這種優(yōu)質(zhì)技術(shù)的主體。研制與開(kāi)發(fā)性能穩(wěn)定的高速機(jī)床，以此來(lái)確保機(jī)床及單元能夠帶動(dòng)相應(yīng)的工件與道具開(kāi)展加工作業(yè)活動(dòng)，進(jìn)一步發(fā)展當(dāng)前的高速切削加工技藝。研發(fā)新型機(jī)床時(shí)，高速化已經(jīng)成為其具有的一個(gè)重要發(fā)展方向。

高速型切削機(jī)床被逐步投放到國(guó)際市場(chǎng)中，制造業(yè)對(duì)其進(jìn)行積極應(yīng)用，持續(xù)擴(kuò)大其使用范圍，借助先進(jìn)化的機(jī)床來(lái)創(chuàng)收更多的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，高速切削相關(guān)理論也被運(yùn)用到實(shí)踐活動(dòng)中。高速切削系統(tǒng)具有高加工精度、極快的進(jìn)給速度與較快的切削速度，我國(guó)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加大對(duì)這種機(jī)床的研究力度。

2 高速型切削機(jī)床的應(yīng)用要求與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 應(yīng)用要求。高速加工活動(dòng)中最關(guān)鍵的部分是設(shè)計(jì)高速主軸單元，通過(guò)完成這項(xiàng)設(shè)計(jì)獲取高速化的切削加工機(jī)床的核心部件。其在保持高轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，還需有較高的傳動(dòng)功率、傳遞力矩與同軸度，優(yōu)質(zhì)的冷卻與散熱裝置也是不能缺失的，嚴(yán)格地矯正系統(tǒng)的動(dòng)平衡，設(shè)計(jì)主軸部件時(shí)，需要對(duì)部件具有的熱態(tài)與動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行考察，形成穩(wěn)定的角加減速度后，可使機(jī)床系統(tǒng)僅需要花費(fèi)比較少的時(shí)間就可以在要求的位置進(jìn)行準(zhǔn)停操作或者改變運(yùn)行速度。融合高速型切削系統(tǒng)的機(jī)床與原來(lái)的普通型機(jī)床不同，主要表現(xiàn)在基本技術(shù)參數(shù)上，其主軸轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到一般機(jī)床的5 到10倍，機(jī)床最大轉(zhuǎn)速大多超過(guò)10000r/min，主軸單元電機(jī)功率范圍為20kW 到80kW，可支持重載荷、高效與高速切削的要求，主軸單元形成最高轉(zhuǎn)速或者按照指令從最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)橥Ｖ惯\(yùn)行的狀態(tài)僅需要1 到2s 的時(shí)間即可完成，主軸的減速度與加速度都優(yōu)于普通機(jī)床。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)。高速切削系統(tǒng)所使用的刀具的刀刃長(zhǎng)度偏短，切削深度偏淺，可以在高速切削活動(dòng)中減少刀齒受到的損傷，主軸具有較高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)料效率也極高，在同樣的切削時(shí)間條件下可形成更高的切削效率，使用該種加工系統(tǒng)來(lái)制造與加工工件，可在單次工裝活動(dòng)中，直接完成工件成型與保障工件密實(shí)度等任務(wù)，提升切削處理速度的同時(shí)，工件的切削表面同樣能夠形成極高的磨削水平，還可省略原有的精加工、磨平與拋光環(huán)節(jié)。在提升切削速度的基礎(chǔ)上，端走刀之間的行距縮短，使切削表面更加光滑，工件也能夠形成更高的加工精度。切削系統(tǒng)中融合了豎向壓力技術(shù)，工件所直接承受來(lái)自于橫向的切削力偏小，型腔之中的薄壁處理任務(wù)也可完成，切削實(shí)施中生成的熱量可被切屑帶走，工件自身的溫度變動(dòng)幅度小，刀片過(guò)熱導(dǎo)致工件形變的問(wèn)題也被解決。

3 高速切削機(jī)床部件選擇

3.1 選擇刀柄。機(jī)床核心部件的選擇關(guān)系著高速數(shù)控機(jī)床的最終使用效果，為了對(duì)生產(chǎn)效率與工件加工質(zhì)量進(jìn)行保障，需要精選機(jī)床構(gòu)成部件。在選用刀柄部件時(shí)，增設(shè)彈性?shī)A套，可選擇ER的夾套，其切削精度與性價(jià)比均比較高，能夠滿足高速切削加工系統(tǒng)的各種加工應(yīng)用需求，相比其他的夾套，其優(yōu)點(diǎn)如下：夾套具有極佳的同心性，形成其需要的旋轉(zhuǎn)加速向心力；夾套具有較小的直徑，可形成更大的夾力；使用該彈性?shī)A套時(shí)，需配合應(yīng)用平衡螺帽，刀柄可形成更強(qiáng)的平衡性與穩(wěn)定性。選用熱縮型刀柄，這種新型刀具采用全新設(shè)計(jì)理念，其刀柄會(huì)給刀具帶去限制化影響，其同樣具有極佳的向心性，屬于小直徑式刀柄，配套刀具具有比較低的離心力，刀柄選用均勻的材質(zhì)，整體平衡度偏高，還帶有加熱系統(tǒng)，這種刀具更具實(shí)用性。選用強(qiáng)力銑夾式刀柄時(shí)需注意其應(yīng)用范圍方面的問(wèn)題，其比較適合直徑較大的刀具。同心性與同心力均很高，刀柄的實(shí)際夾緊程度良好，實(shí)施高速切削活動(dòng)時(shí)，其可以幫助最大化地發(fā)揮出刀具所具有的切削性能。

3.2 選擇刀具材料。涂層刀具有兩類不同的涂料，分別是軟涂料與硬涂料，TiN 與TiC 等涂層型刀具在抗磨損方面存有顯著的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用軟涂料的涂層刀具具有較低的摩擦因數(shù)，以此來(lái)控制切削形成的力度，給機(jī)床應(yīng)用軟涂層型刀具后，可使工件加工表面變得更光滑，刀具也可以被長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用。使用陶瓷材質(zhì)刀具，主要是考慮耐磨性能與硬度優(yōu)勢(shì)，在處于硬度偏高的加工材料時(shí)，可選用該種刀具，另外這種刀具擁有的抗高溫性能極佳，能夠在高溫條件下切削工件，使用期間基本不會(huì)形成粘連的問(wèn)題，抵抗粘結(jié)性、穩(wěn)定性與化學(xué)性能均能夠滿足機(jī)床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。金剛石本身就有良好的導(dǎo)熱系數(shù)與最高的硬度，在高速切削體系中，金剛石材質(zhì)的刀具不會(huì)形成過(guò)于嚴(yán)重的磨損問(wèn)題，但是其經(jīng)濟(jì)性比其他的刀具差，焊接處理階段也存在問(wèn)題，綜合實(shí)用性不佳。

4 高速切削機(jī)床的未來(lái)發(fā)展方向

4.1 高精度化。數(shù)控機(jī)床的加工控制中心在具有高速化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還追求更高的加工精度，如果無(wú)法滿足加工的基本精度標(biāo)準(zhǔn)。在高速運(yùn)行的前提條件下，通過(guò)技術(shù)措施來(lái)提升加工精度，在對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)體系的熱態(tài)、動(dòng)態(tài)與靜態(tài)特性進(jìn)行改善時(shí)，可使用仿真以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等技術(shù)方法，使伺服系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)也能夠形成更穩(wěn)定的性能，選擇控制策略時(shí)，可應(yīng)用超前控制與前饋控制的策略，對(duì)誤差實(shí)施有效補(bǔ)償。通過(guò)改變給數(shù)控機(jī)床提出的精度要求，來(lái)保障工件裝配與制精度。

4.2 縱深化。高速數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)獲取了多個(gè)具有實(shí)用意義的研究成果，原本的多主軸組合化機(jī)床被高速型加工中心所取代，數(shù)控機(jī)床的柔性化程度得以增強(qiáng)，可更快速地進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代活動(dòng)，生產(chǎn)效率并不會(huì)受到技術(shù)條件變動(dòng)的負(fù)面影響，機(jī)床的使用范圍被擴(kuò)大。電加工型機(jī)床也面臨著高速化改造訴求，在宇航與航空工業(yè)領(lǐng)域中，逐漸減少了拼裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，而是更多地運(yùn)用鋁合金材質(zhì)坯料以及整體化制造工藝，來(lái)加工大零件，加工中心系統(tǒng)具有鉆、銑等多種加工功能，可達(dá)到高速加工的技術(shù)目標(biāo)。高速化加工切削技術(shù)的優(yōu)越性得以呈現(xiàn)，技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域還在被擴(kuò)大，有明顯的縱深發(fā)展傾向，其他的多種領(lǐng)域的高速化機(jī)床技術(shù)也隨之得到發(fā)展，人們?cè)陂_(kāi)發(fā)與研究數(shù)控機(jī)床時(shí)，還注重相關(guān)配套技術(shù)的有效研發(fā)，提升機(jī)床的進(jìn)給速度與轉(zhuǎn)速。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化、智能化、模塊化與開(kāi)放化。研發(fā)高速切削機(jī)床時(shí)，融入了系統(tǒng)化與模塊化的技術(shù)理念，面對(duì)一定范圍內(nèi)的加工對(duì)象，以功能為劃分標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還可運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化與系列化的技術(shù)原則，形成具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)與功能的單元模塊，采取不同的組合方式形成功能具有差異化數(shù)控機(jī)床，僅運(yùn)用不高的成本與比較短的生產(chǎn)周期即可生成具有多元化特征的產(chǎn)品。在高速數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，各種技術(shù)部件與構(gòu)成單元都被轉(zhuǎn)化為系列化與模塊化的產(chǎn)品，分別由掌握專門技術(shù)的廠家進(jìn)行生產(chǎn)。

4.4 綠色化和干切削化。高速化切削系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需消耗較多的冷卻液，制造成本因此而增多，同時(shí)操作工人的身體健康也會(huì)受到切削加工系統(tǒng)的影響，加工車間內(nèi)外的環(huán)境都會(huì)被破壞，基于環(huán)保化理念，必須消除這一數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)應(yīng)用問(wèn)題，引進(jìn)準(zhǔn)干切削與干切削工藝，在綠色環(huán)?；夹g(shù)要求的引導(dǎo)下，完成產(chǎn)品應(yīng)用與設(shè)計(jì)以及最終的廢棄處理任務(wù)。在運(yùn)用干切削技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)再造與回收技術(shù)，提升高速數(shù)控機(jī)床的環(huán)保應(yīng)用收益。

結(jié)束語(yǔ)

高速化數(shù)控機(jī)床在當(dāng)前技術(shù)與技術(shù)型資源的支持下，被大力研發(fā)，現(xiàn)代可用的數(shù)控機(jī)床形成了較高的精度、運(yùn)行效率與加工速度，原本的成本過(guò)高與工作空間偏小等技術(shù)缺陷得以消除，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、制造技術(shù)與微電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段輔助數(shù)控機(jī)床升級(jí)改進(jìn)活動(dòng)。數(shù)控機(jī)床工運(yùn)的高速切技藝幫助縮減切削液與刀具材料的損耗，在縮減勞動(dòng)力的同時(shí)也減少了切削加工活動(dòng)所造成的污染，在日后的綠色切削加工發(fā)展中，需繼續(xù)發(fā)揮新型數(shù)控機(jī)床的作用。