高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床中的運用
2021-1-14 來源：天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：朱祖明
摘要： 本文首先介紹數(shù)控高速切削加工技術(shù)的優(yōu)點，其次闡述數(shù)控機床應(yīng)用高速切削技術(shù)的基本要求，最后提出數(shù)控高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床的具體應(yīng)用，希望可以促使高速切削加工技術(shù)能夠在數(shù)控機床中最大化發(fā)揮自身作用，促使工件質(zhì)量和精確度有所提升。
關(guān)鍵詞：高速切削加工技術(shù) 數(shù)控機床 運用
1、引言
在機械加工中高速切削加工技術(shù)被廣泛運用，其主要原因是由于高速切削有著高效率、高質(zhì)量和精確度高、低消耗的特點。所以，運用高速切削加工技術(shù)不僅符合可持續(xù)發(fā)展觀，實現(xiàn)綠色環(huán)保，而且還可以提高工件質(zhì)量，減少資源消耗。而數(shù)控機床是機械制造的主要工具，將其融入高速切削技術(shù)，對機械加工效率的提升有著至關(guān)重要的作用。
2 、數(shù)控高速切削加工技術(shù)的優(yōu)點
數(shù)控高速切削加工技術(shù)有著高效率、低消耗、工藝先進(jìn)等優(yōu)勢，屬于現(xiàn)代化機械自動化制造技術(shù)的典型代表，與傳統(tǒng)切削技術(shù)相比有著不可替代的優(yōu)勢。與此同時，數(shù)控高速切削加工技術(shù)的工作原理也發(fā)生重大的變化，在一定程度上促使切削加工質(zhì)量的進(jìn)一步提升，以下是數(shù)控高速切削加工技術(shù)的優(yōu)點。
2.1 切削速度有所提升
切削速度有所提升是數(shù)控高速切削加工技術(shù)最為顯著的一個特點，與傳統(tǒng)切削速度相比提高了 3 倍～ 8 倍，同時機床的空城速度也得到質(zhì)的突破，在一定程度上使得設(shè)備非切削空行程時間有所減少，對于汽車模型等機械設(shè)備加工效率的提升有一定幫助。
2.2 高速精密加工
數(shù)控高速切削加工技術(shù)切削速度的提升，會使得其切削力相應(yīng)下降 30% 左右，其中徑向切削力會大幅度下降，這在一定程度上使得數(shù)控高速切削加工技術(shù)對薄壁類或者剛性能較差零件的技術(shù)加工有所提升，會使得數(shù)控高速切削加工技術(shù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度有所保障，其中系統(tǒng)定位夾持精度有顯著的提升，這也從側(cè)面對其系統(tǒng)中的刀具系統(tǒng)精確度提出較高的要求，從而可以保障高速切削加工過程中系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得加工技術(shù)速度和精確度提升。
2.3 熱變形零件加工
在高速切削技術(shù)具體應(yīng)用過程中，將近95% 以上的切削熱無法第一時間傳輸?shù)焦ぜ校潜磺行紟ё撸虼送ǔＧ闆r下工件都是冷卻狀態(tài)。所以高速切削技術(shù)對容易產(chǎn)生熱變形的零件效果更加良好。但也需要重點關(guān)注熱變形偏差問題的發(fā)生，該問題會在一定程度上影響數(shù)控切削加工技術(shù)的精確度，尤其是對機床等機械設(shè)備切削加工過程的影響[1]。這就需要采取合適的偏差消除技術(shù)減少熱變形偏差問題的發(fā)生，促使加工生產(chǎn)企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟收益。
2.4 難加工材料的加工
鈦合金、鎳基合金等在實際加工過程中，會由于硬度大、耐沖擊，且存在硬化的情況，會使得加工難度系數(shù)較大，從而導(dǎo)致在加工時會出現(xiàn)切削溫度較高的情況，長久下去就會對刀具造成嚴(yán)重的磨損。而采取高速切削加工技術(shù)可以有效減少上述問題的發(fā)生，而且還可以保障機械制造生產(chǎn)效率和質(zhì)量，同時也對模具質(zhì)量的提升有一定的作用。
3、數(shù)控機床應(yīng)用高速切削技術(shù)的基本要求
3.1 高速主軸單元運行要求
高速切削機床與普通機床相比，最大的區(qū)別就是高速主軸單元，高速切削機床的高速主軸單元是高速切削操作的中樞組織。所以，對高速主軸單元的運行提出更為嚴(yán)格的要求，其中包含優(yōu)良的冷卻設(shè)備、穩(wěn)定的平衡性能、最佳的動態(tài)性能和較高的傳遞力矩等[2]。
3.2 高速主軸單元技術(shù)參數(shù)的設(shè)置
若想要保障高速主軸單元技術(shù)的合理性，則需要合理的設(shè)置相關(guān)參數(shù)，具體而言：
（1）主軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置，即主軸轉(zhuǎn)速 1min 要高于1000 轉(zhuǎn)。需要遵循高速主軸轉(zhuǎn)速與普通機床轉(zhuǎn)速相比高出 5 倍～ 10 倍的原則。
（2）高速主軸機床的輸出功率設(shè)置。高速主軸機床的輸出功率需要控制在 20KW ～ 80KW。這樣的速度不僅可以提升高速切削的加工速度和效率，而且還可以對重載材料和部件進(jìn)行切削。 （3）高速主軸單元在啟動過程中通常只需要 1s ～ 2s 就可以實現(xiàn)高速運作，所以啟動時間和制動時間相對較短。從側(cè)面可以反映出注重單元的加速遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通機床，這就需要將參數(shù)設(shè)置為（1—8）g（g=9.81m/s2）。
4、數(shù)控高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床的具體應(yīng)用
4.1 在刀具、刀柄技工中的應(yīng)用
由于數(shù)控高速切削加工技術(shù)較為復(fù)雜多變，對刀具的制作有著十分高的要求。所以，需要相關(guān)工作人員在實際加工和制造時，重點關(guān)注刀具的強度，刀柄的裝夾定位是否精確等問題。在整個制造過程中，離心力、振動數(shù)在對數(shù)控高速切削加工技術(shù)系統(tǒng)有著一定的影響，其可以滿足成品加工的高速動平衡、剛度需求，同時還可以保障刀具和刀柄的安全質(zhì)量。在高速加工過程中，刀柄材料的選擇與加工速度有著直接的關(guān)系，相關(guān)工作人員需要根據(jù)實際情況合理選擇材料[3]。譬如，在高速加工中可以使用 HSK 高速刀柄，該刀柄具有良好的熱脹冷縮性能，同時也有著良好穩(wěn)定性。此外，在高速加工過程中刀具也會受到高溫、摩擦、沖擊等因素的影響，這就要保障刀具既經(jīng)濟適用，各項性能優(yōu)良，同時也需要滿足耐高溫、摩擦、沖擊的要求，進(jìn)而保障高速加工的順利完成。
4.2 在銑削加工機床中的應(yīng)用
現(xiàn)階段，機床高速切削加工中已經(jīng)逐漸開始融入微電子技術(shù)、CNC 技術(shù)等，并被廣泛應(yīng)用在銑削加工機床過程中。因機床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對各方面要求較高，需提高對應(yīng)用方式的重視度，進(jìn)而才可以使得機床高速切削加工技術(shù)最大化發(fā)揮自身作用，具體而言：
（1）需要保障機床系統(tǒng)的剛性。在銑削機床加工制造時，需保障高速切削加工技術(shù)最大化發(fā)揮自身作用，進(jìn)而能夠與高速供給驅(qū)動器相互配合，具體參數(shù)：快進(jìn)速度需要保持在 40m/min，銑削系統(tǒng)減速度在 0.3m/s、加速度 0.4m/s，3D 輪廓加工速度控制在10m/min。
（2）刀柄和主軸剛性能與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求相符合，即系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為 10000r/min ～50000r/min，為減少主軸和刀具之間的軸向細(xì)縫，需要將其控制在 0.00762mm 內(nèi)，同時主軸需要將空氣壓縮，冷卻系統(tǒng)[4]。
（3）需要保障技工技術(shù)流程的規(guī)范性，在刀具與切削條件相互配合的情況下，需要促使工藝流程質(zhì)量的提升，進(jìn)而可以保障機床使用率的提升，可以在未有工作人員操作的情況下，還可以保障加工技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性。
4.3 高速數(shù)控切削加工技術(shù)的數(shù)控編程策略
高速數(shù)控切削加工技術(shù)雖然可以促使傳統(tǒng)加工效率和質(zhì)量的提升，但也存在復(fù)雜多變的控制性能。在數(shù)控編程中，需重點關(guān)注刀具的準(zhǔn)確度和安全穩(wěn)定，與此同時也需保障機械制造表面的光滑和準(zhǔn)確。所以，要重點研究高速數(shù)控切削技術(shù)的編程問題。在整個高速數(shù)控切削加工中，為能夠使得加工安全和質(zhì)量有所提升，需要保障刀具和機床負(fù)載不超標(biāo)，還需要對工件、刀具和夾具之間的距離進(jìn)行合理的控制。若機床和刀具兩者之間出現(xiàn)過載的情況，則會增加機械制造加工成本費用，進(jìn)而使得工件質(zhì)量和準(zhǔn)確性受到影響，所以需提高對數(shù)控編程工作的重視度[5]。
與此同時，整個數(shù)控編程工作最終的目的是對高速數(shù)控切削加工技術(shù)的切削載荷進(jìn)行合理的控制，使得加工技術(shù)最大化發(fā)揮自身作用。所以，對金屬切削層厚度進(jìn)行合理的控制，采取分層加工的方式。在刀具切削工件時，根據(jù)實際情況選擇合適的刀具；刀具的運動路線也需要保持合理性，嚴(yán)禁杜絕直接過濾情況的發(fā)生。由于加工工件的準(zhǔn)確度與切削積技術(shù)水平有著直接的關(guān)系，需要在數(shù)控高速切削加工時，嚴(yán)格遵循行管標(biāo)準(zhǔn)控制精確對和質(zhì)量，從而減少刀具切入次數(shù)，改變走刀軌跡，切削進(jìn)給量合理，有效杜絕切削振動情況的出現(xiàn)。如若進(jìn)給量少，則會造成切削不穩(wěn)定，進(jìn)而出現(xiàn)振動。因此，需要控制在合理的范圍內(nèi)，保障加工表面的質(zhì)量和光滑度[6]。
5、結(jié)束語
總而言之，在機械制造過程中，數(shù)控高速切削加工技術(shù)的廣泛運用，不僅可以促使加工質(zhì)量和效率的提升，而且還能夠減少切削時間，使得工件制造周期有所減少，進(jìn)而可以在市場競爭中占有重要地位。但數(shù)控高速切削加工技術(shù)也存在一定的局限性，其中包含數(shù)控編程系統(tǒng)、機床要求等內(nèi)容，需要加大相關(guān)方面的研究力度，促使數(shù)控高速切削加工技術(shù)最大化發(fā)揮自身作用。
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