數(shù)控銑床金屬構(gòu)件加工工藝分析

黃健

摘要：數(shù)控銑床是在一般銑床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的自動加工設(shè)備，數(shù)控技術(shù)的應用有效提升了銑床的加工效率和精度，并且加快了我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展的進程。因為數(shù)控銑削工藝較為復雜，技術(shù)難題較多，所以對數(shù)控銑床加工工藝進行分析具有重要意義。文章首先闡述了數(shù)控銑床的工藝特點以及加工工藝解構(gòu)，然后對數(shù)控銑床金屬構(gòu)件加工工藝進行分析，為推動數(shù)控銑床加工工藝的進一步提升提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床;金屬構(gòu)件;加工工藝;刀具

中圖分類號：TG547? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0092-02

0? 引言

隨著我國社會的快速發(fā)展，對機械加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提升，在航空航天、造船、軍事等領(lǐng)域中應用的機械零件要求的精度較高，很多零件的形狀比較復雜，有時還需要更改規(guī)格和型號，但是生產(chǎn)批量較小。在加工這類機械零件時，普通機床或者專用化程度高的自動化機床需要頻繁的改裝或者調(diào)整設(shè)備，無論是在生產(chǎn)效率還是加工精度方面都已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求，數(shù)控機床的出現(xiàn)有效解決了這些問題。數(shù)控銑床作為數(shù)控機床的一種，具有很強的加工功能，對零件加工的適應性較強，能夠加工形狀較為復雜以及尺寸難以控制的零件，還可加工用數(shù)學模型描述的復雜曲線零件以及三維空間曲面類零件。數(shù)控銑床的加工效率較高，在一次裝夾定位后即可進行多道工序的加工，加工的精度和自動化程度較高，為促進我國機械加工技術(shù)的進一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。文章主要以金屬構(gòu)件的加工為例來闡述數(shù)控銑床的加工工藝，對進一步了解數(shù)控銑床的加工工藝創(chuàng)造良好條件。

1? 數(shù)控銑床的工藝特點

隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控銑床在我國機械加工制造業(yè)中應用越來越廣泛。數(shù)控銑床的應用不僅提高了生產(chǎn)效率，而且提升了加工精度，還能夠適用于小批量定制化生產(chǎn)的需求，可滿足我國工業(yè)生產(chǎn)多樣化的零件加工需求。數(shù)控銑床主要具有靈活性好、適應性強、技術(shù)性強、加工精度高、生產(chǎn)效率高等特點，所以得到眾多加工制造業(yè)的青睞。數(shù)控銑床可根據(jù)設(shè)定好的程序來控制終端部件的運行模式，對于形狀較為復雜，尺寸難以控制的零件都能夠進行加工。對于金屬構(gòu)件的加工，可對其進行立體化建模處理，然后以數(shù)字信號為載體對金屬構(gòu)件的不同結(jié)構(gòu)進行高精度的加工處理。數(shù)控銑床自動化程度較高，在電子技術(shù)、傳感技術(shù)以及信息技術(shù)等的綜合運行下，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)控銑床的遠程控制操作，可有效規(guī)避人為操作產(chǎn)生的誤差，提高零件加工的質(zhì)量。在數(shù)控銑床中的裝夾工具等銑削設(shè)備都是一體化結(jié)構(gòu)，在加工過程中不需要人為更換等操作，只需要調(diào)用相應的加工程序即可實現(xiàn)自動化操控，加速了工序之間的銜接效率，而且可有效控制加工精度。

2? 數(shù)控銑床切削加工工藝解構(gòu)

2.1 粗加工工藝

粗加工是數(shù)控銑床對金屬構(gòu)件進行初步加工，也是零件加工中生產(chǎn)效率較高的環(huán)節(jié)。粗加工主要是在保證毛坯形狀以及尺寸與成品盡量接近的基礎(chǔ)上，在單位時間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)材料的最大切除率。經(jīng)過粗加工后金屬材料在輪廓上已經(jīng)和成品非常接近，能夠達到一半以上的精度標準。為了保證整個生產(chǎn)流程的效率，對粗加工的速度有較高的要求，在粗加工中選擇直徑較大的刀具，不僅能夠提高加工效率，而且還能夠降低對刀具造成的磨損。為了進一步提升粗加工工藝，可以利用仿真軟件來計算毛坯需要切削的面積和切削率，這樣計算的結(jié)果較為精確，既能夠降低對刀具產(chǎn)生的載荷以及磨損，還能夠進一步提升加工質(zhì)量。

2.2 半精加工工藝

在粗加工后即進入半精加工程序，半精加工的質(zhì)量對后續(xù)的精加工有直接的影響。在半精加工過程中，要注重效率和質(zhì)量的協(xié)調(diào)，盡量去除零件表面多余的材料，半精加工后的構(gòu)件表面較為光滑且余量較為均勻。為了提升半精加工工藝，要控制好切削間距和公差值，保持穩(wěn)定的切入，嚴格按照規(guī)定程序操作，避免對刀具和工件造成損傷。加工過程中保證切削的連續(xù)性，盡量減少換刀和退刀。

2.3 清角加工工藝

經(jīng)過半精加工的工件表面相對較為均勻，但是在凹陷型面的位置還會存在較大的加工余量。而加工余量的均勻性較差會對后續(xù)精加工切削的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，所以要對工件進行清角加工，將多余的材料全面清除掉，為后續(xù)精加工做好基礎(chǔ)。因為清角加工對加工余量的均勻性有較高要求，所以在此環(huán)節(jié)更加追求工件表面的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性，不能為了加工速度而影響到加工質(zhì)量。在清角加工中，因為無法一次完成切削作業(yè)，所以使用刀具的直徑要小于精加工刀具的直徑。

2.4 精加工工藝

精加工作為數(shù)控銑床加工零件的最后一道工藝，對加工有較高的標準，要求零件的尺寸、表面粗糙度以及形狀等各方面的精度都能夠與設(shè)計圖紙保持一致。在精加工過程中，為了保證刀刃的平穩(wěn)性，一般會在工件表面預留一定的余量，盡量減小切削時差生的誤差。盡量選擇直徑較小的加工刀具，為了防止加工變形，可采用多次走刀的方式，不斷優(yōu)化走刀路線，提高加工精度。

3? 數(shù)控銑床金屬構(gòu)件加工工藝應用

數(shù)控銑床在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，大大提升了機械加工效率和加工精度，為促進我國經(jīng)濟的發(fā)展奠定了良好的條件。數(shù)控銑床的銑削加工主要是對工件進行平面銑削和輪廓銑削，利用鉆、擴、鉸、鏜等加工方法對金屬構(gòu)件進行處理。與傳統(tǒng)的人工銑削相比，數(shù)控銑削更加靈活，操作更加簡便，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且在誤差的控制方面有較高的水平，加工精度能夠滿足各種精密加工零件的需求。下面主要對金屬構(gòu)件比較常見的三種加工形式進行分析。

3.1 金屬構(gòu)件的平面加工

利用數(shù)控銑床對金屬構(gòu)件進行平面加工是比較簡單而常見的加工形式，加工程序較為簡單，加工精度容易控制，加工效率較高。數(shù)控銑床技術(shù)加工的金屬構(gòu)件在產(chǎn)品性能方面更接近產(chǎn)品需求，可更好的滿足市場的需求。金屬構(gòu)件平面加工主要是指對構(gòu)件進行橫向或者縱向的水平加工，也可以是與水平面呈現(xiàn)出一定角度的加工面。從加工效率、加工工序和加工質(zhì)量方面考慮，應該明確金屬構(gòu)件材料的相關(guān)屬性以及對構(gòu)件成品的參數(shù)要求，然后選擇適宜的刀具以及相應的銑削工藝。比如在進行平裝加工中，刀體結(jié)構(gòu)的加工性能較高，此時選擇無孔刀片可有效增加容屑空間，確保金屬構(gòu)件表面加工的平整度，還能夠減輕加工時截面的應力。如果進行立裝加工，對構(gòu)件進行立面切削在操作上更加簡便，將刀片固定在立面刀槽中即能夠進行轉(zhuǎn)位操作，可進行大切深及大走刀量的操作。在加工具有一定角度的金屬構(gòu)件平面時，則需要根據(jù)實際角度需求來調(diào)整銑刀的角度，以較為適宜的角度進行加工。數(shù)控銑床在金屬構(gòu)件的平面加工中，選擇的主偏角不同對刀具本體所產(chǎn)生的振動幅度也不相同，所以為了保證銑削的加工精度，應該根據(jù)實際需求合理設(shè)定切削角度，最大程度提高刀具本體的抗震性。

3.2 金屬構(gòu)件的曲面加工

在數(shù)控銑床加工的金屬構(gòu)件中，經(jīng)常會遇到模具、葉片螺旋槳等曲面類的零件，這類零件的型面較為復雜，需要多坐標聯(lián)動進行加工，所以常需要在數(shù)控銑床或者數(shù)控加工中心中完成。對于邊界敞開的直紋曲面加工，在數(shù)控銑床中一般會采用球頭刀進行“行切法”加工。在加工過程中，系統(tǒng)會對各類數(shù)據(jù)信息進行處理，將程序參數(shù)與加工參數(shù)之間進行實時對比，確保加工操作的精準度。金屬構(gòu)件的曲面加工在空間上呈現(xiàn)曲面運動路徑，與直線運動路徑基本相符，主要是刀具運動路徑存在一定的差異性。一般刀具與構(gòu)件輪廓的切點軌跡呈現(xiàn)圈層遞進的特點，按照加工精度的要求設(shè)定好行間距。在實際加工中，運動軌跡可以按照直線加工，刀位點的計算量較少，程序相對也少，能夠確保母線的直線度。可將金屬構(gòu)件分為四個加工面，水平面在向曲面轉(zhuǎn)換的過程中，刀具與金屬構(gòu)件之間的相對角度不斷減小，隨著角度的遞減，刀具銑削所呈現(xiàn)的角度為平滑的曲面結(jié)構(gòu)，可滿足實際加工的需求。

3.3 金屬構(gòu)件的立體曲面加工

因為數(shù)控銑床能夠進行多軸聯(lián)動操作，所以可對金屬構(gòu)件進行立體曲面加工。根據(jù)金屬構(gòu)件的曲面形狀、刀具形狀以及加工精度要求，設(shè)定不同的空間坐標，實現(xiàn)對金屬構(gòu)件的立體化切削。在立體加工中，數(shù)控銑床的X、Y、Z加工軸能夠在同一時間節(jié)點對金屬構(gòu)件進行操作，但是每個軸體的運行模式都是由單獨的程序控制的，以確保加工過程中刀具之間運行軌跡能夠?qū)崿F(xiàn)互不干擾。比如在兩坐標聯(lián)動的三坐標行切法加工中，三個坐標軸中的任意兩軸可作聯(lián)動插補，然后第三軸進行單獨的周期進刀，此種方法也可稱為二軸半坐標聯(lián)動。在采用行切法的過程中，作為第三軸的分段原則應該根據(jù)曲面輪廓的粗糙度以及刀頭之間保持安全軌跡的原則。通常會選擇球頭銑刀，刀頭半徑在保證曲面最小曲率半徑的基礎(chǔ)上，盡量選擇大些，有利于散熱需求。行切走刀模式在加工金屬構(gòu)件時，可在加工完一個曲面后直接加工下一個平面或者曲面，只需要轉(zhuǎn)變軸體面和設(shè)定相應的系統(tǒng)程序參數(shù)即可，加工精度較高。

4? 結(jié)語

數(shù)控銑床是在傳統(tǒng)銑床設(shè)備中應用了數(shù)字可控制系統(tǒng)，在編寫加工程序后，通過信號傳輸可令終端設(shè)備按照信息指令完成邏輯操作。數(shù)控銑床的應用大大降低了人工的投入，有效提高了生產(chǎn)效率。數(shù)控銑床不需要使用專用的夾具等工藝設(shè)備，在更換生產(chǎn)工件時，只需要按照需求調(diào)用數(shù)控裝置中預先設(shè)定的加工程序、裝夾工具和調(diào)整刀具的數(shù)據(jù)即可，所以會節(jié)省更換工藝設(shè)備的時間，并且提高了加工的精度。數(shù)控銑床集中了銑床、鏜床和鉆床的功能，工序更為集中，減少了一個工件在不同機床間轉(zhuǎn)換的時間，也降低了因為工件轉(zhuǎn)換而造成的裝夾誤差。數(shù)控銑床能夠進行多維度、高精度的加工作業(yè)，實現(xiàn)柔性加工和硬性加工的融合，有效提升金屬構(gòu)件的加工質(zhì)量，切實提升了我國制造業(yè)的生產(chǎn)水平。

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