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高速切削加工技術在數控機床（chuáng）中的運用

2021-1-14 來源：天津機電（diàn）職業技術學院（yuàn）作者：朱祖明

摘要：本文首先（xiān）介（jiè）紹數控高速切削加工技術的優點，其次闡述數控機床應用高速切削技（jì）術的基本要（yào）求，最後提出（chū）數控高速切削加工技術在數控機床的具（jù）體應用，希（xī）望（wàng）可以促使高速切削（xuē）加工技術能夠在數控機（jī）床中最大化發揮（huī）自（zì）身作用，促使工件（jiàn）質量（liàng）和精確度有（yǒu）所提升。

關鍵詞（cí）：高速切削加工技術（shù）　數控機床　運用

1、引言

在機械加工中高速切（qiē）削加工技（jì）術被廣泛（fàn）運（yùn）用，其（qí）主要原因是由於（yú）高速切削（xuē）有著高效率（lǜ）、高質量和精確度高、低消耗（hào）的特（tè）點。所（suǒ）以，運用高速切削加工技術（shù）不僅符合可持續發展觀（guān），實現綠色環（huán）保，而（ér）且還可以提高工件質量，減少資源消耗。而數控機床是機械（xiè）製造的主要工具（jù），將其融入（rù）高速切削技術，對機械加工效（xiào）率的提升有著至關重（chóng）要的作（zuò）用。

2　、數控高速切削加工技術的優點

數控高速切削加工技術有著高效率、低消耗、工藝先進等優勢，屬於（yú）現代化機械自動化製造技（jì）術的（de）典型代表（biǎo），與傳統切削技術相比（bǐ）有著（zhe）不可替代的優勢。與此同（tóng）時，數控高速切削加工技術的工（gōng）作原理也發生重大的變化，在一定程度上促使切削加工質（zhì）量的進一步（bù）提升，以下是數控高速切削加工技術的（de）優點。

2.1　切削速度有所（suǒ）提升

切削速度有所提升是數控（kòng）高速切削加工（gōng）技術最為顯著的一個特點，與傳統切削速度相比提高了 3 倍～ 8 倍，同時機床（chuáng）的空城速度也得到質的（de）突破，在一定（dìng）程度上使得（dé）設備非切削空行程時間有所減少，對（duì）於汽車模型等機械設備加工效率（lǜ）的提升有一定幫助。

2.2　高速精密（mì）加工

數（shù）控高速切削加工技術切削速度的提升，會使得其切（qiē）削力相應下（xià）降 30% 左右，其中徑向切削力會大幅（fú）度下降，這在（zài）一（yī）定程度上使得數控高速切削加工技術對薄壁類或者剛性能較差零件的技術加工有（yǒu）所提（tí）升，會（huì）使得數（shù）控高速切削加工技術係統的準確（què）度有所保障，其（qí）中係統定位夾（jiá）持精度有顯著的提（tí）升，這也從側麵對其係統中的刀具（jù）係統精確度提出較高的要求，從而（ér）可以保障高速切削加工過程（chéng）中係統的穩定性，使得加工（gōng）技術速度和精確度提升。

2.3　熱變（biàn）形零件（jiàn）加工

在高速切削技術具體應用過程中，將近95% 以上的切削（xuē）熱無法第一時間傳輸到（dào）工件中，而是（shì）被切屑帶走，因此通常情況下工件都（dōu）是冷卻狀態。所以（yǐ）高速切削技術（shù）對容易產生熱（rè）變形的零件效果更加良好。但也需（xū）要重點關注熱變形偏（piān）差問題的發生，該問題會在一定程度上影響數控切（qiē）削加工技術的精確（què）度，尤其是對機床等機械設備切削加工過（guò）程的影響[1]。這就需要采取合適的偏差消除技術減少熱變形偏差問題的發（fā）生，促使（shǐ）加工（gōng）生產企業獲得更多的經濟收益。

2.4　難加工材料的加工

鈦合金、鎳基合金等在實際（jì）加工過程中，會由於硬度大、耐衝擊，且（qiě）存在硬化的情況，會（huì）使得加（jiā）工難度係數較大，從而導致在（zài）加工時會出現切削溫度較高的情況，長久下去就會對刀具造成嚴重的磨損（sǔn）。而采取（qǔ）高速切削加工技術可（kě）以有效減少上述問題的發生，而（ér）且還可以保障機（jī）械製造生產效率和質量，同（tóng）時也對模具質量的提升有一定的作用。

3、數控機床應用高速切削技術的基本要求

3.1 高速（sù）主軸（zhóu）單元運行要求

高速切削機床與普通機床相比，最大的區別就是高速主軸單元（yuán），高速切削機床（chuáng）的高速（sù）主軸單元是高速切（qiē）削操作的中樞組織。所以，對（duì）高速主軸單元（yuán）的（de）運行提出（chū）更為嚴格（gé）的要求，其中包（bāo）含優良的冷卻設備、穩定（dìng）的平衡性能、最佳的（de）動態性能和較（jiào）高的傳遞（dì）力矩（jǔ）等[2]。

3.2 高速主（zhǔ）軸（zhóu）單元技術（shù）參數的設置（zhì）

若想要（yào）保障高速主軸（zhóu）單元技術的合理性（xìng），則需要合理的設置相關參數，具體而言：

（1）主軸的轉速設置，即主軸轉速（sù） 1min 要高於1000 轉。需要遵循高速主軸轉速與（yǔ）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置。高速主軸機（jī）床的輸出功率需要控製在 20KW ～ 80KW。這樣的速度（dù）不僅可以（yǐ）提升高速切削的加工速（sù）度和效率，而且還可以（yǐ）對重載材料和部件進行切（qiē）削。（3）高速主軸（zhóu）單元在啟動過程中通常（cháng）隻需要 1s ～ 2s 就可以實現高速運作，所以啟（qǐ）動（dòng）時間（jiān）和製動時間相對較短。從側麵可以反映（yìng）出（chū）注重單元的加速遠遠優於普通（tōng）機床，這就需（xū）要將參數設置（zhì）為（1—8）g（g=9.81m/s2）。

4、數控高速（sù）切削（xuē）加工（gōng）技術在數控機（jī）床的具體應用

4.1　在刀（dāo）具（jù）、刀柄技工中的應用

由於數控高速（sù）切（qiē）削加（jiā）工技術較為複雜多變，對刀具的製作有著（zhe）十分高的要（yào）求。所以（yǐ），需要相關工（gōng）作人員在實際加工和（hé）製（zhì）造時，重點關注刀具的強度，刀柄的（de）裝夾定位（wèi）是否精確（què）等問題。在整個製造過程中（zhōng），離心力、振動數在對數控高速切削加工技術係統有著一定的影響，其可以滿足成品加工的高速動平衡（héng）、剛度需求，同時還可以保障刀具和刀柄的（de）安全質量。在（zài）高速加工過程中，刀（dāo）柄材料的選擇與加工速（sù）度有著直接的關係，相關工作人員需要根據實際情況合理（lǐ）選擇材料（liào）[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，同時也有著良好穩定性。此外，在高速加工過程中刀具也會受到高溫、摩擦、衝擊等因素的影響，這就要保（bǎo）障（zhàng）刀（dāo）具既經濟適用，各項性能優良，同時也需要滿足（zú）耐高溫、摩擦、衝擊的要求，進而保障（zhàng）高速加工的順利完成。

4.2　在銑削加工（gōng）機床中的應用

現階段，機床高速切削加工中已經（jīng）逐漸開始融入微電子技術、CNC 技術等，並被廣泛應用在銑削加工機床過程中。因機床（chuáng）係統結構複雜，對各方麵要求較高，需提高對應用方式的重視度，進而才可以使得機床（chuáng）高速切削加工技術最大化發揮自身作（zuò）用（yòng），具體而言：

（1）需要保障機（jī）床係統的剛性。在銑削機床加工（gōng）製造時，需保障高速切削加（jiā）工技術最（zuì）大化（huà）發揮自身作用，進而（ér）能夠與高速供給驅動器相互（hù）配合，具體參數：快進速度（dù）需要保（bǎo）持（chí）在 40m/min，銑削係統減速度在 0.3m/s、加速度 0.4m/s，3D 輪廓加工速度控製在10m/min。

（2）刀（dāo）柄和主軸剛性能與相（xiàng）關標準要求相符合，即係統（tǒng）轉速為 10000r/min ～50000r/min，為減少（shǎo）主軸和刀具之間的軸向細縫，需要將其控製在 0.00762mm 內，同時主軸需要將空氣壓（yā）縮，冷卻係統[4]。

（3）需要保障技工技術流程的規範性，在刀具與切削條件相互（hù）配合的情況下（xià），需要促使工藝流程質（zhì）量的提升，進而（ér）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的安全性和穩定性。

4.3　高速數控切削加工（gōng）技術的數控編程策略

高速數（shù）控切削加工技術雖然可以促使傳統加工效率和質（zhì）量的提升（shēng），但也存在（zài）複雜多變的控製性能。在數控編程中，需重點關注刀具的準確度和安全穩定，與（yǔ）此同時也需保障機械製造表麵的光滑和準確。所以，要重點研究高速數控切削技術的編程（chéng）問題。在整個高速數控切削加工中，為能夠使（shǐ）得加工安全和質量有所提升，需要保（bǎo）障刀（dāo）具和機床負（fù）載不超標，還（hái）需要對工（gōng）件、刀具和夾具之間的距離進行合理的控製。若機床和刀具兩者之（zhī）間出現過載的情況（kuàng），則會增加機械製造加工成本（běn）費用，進（jìn）而使得（dé）工件質量和準確性受到影響，所以需提高對數控編程工作的重視（shì）度（dù）[5]。

與此同時，整個數控編程工作最終的目的是對高速數控切削加工技術的切削載（zǎi）荷進行合理的控製，使（shǐ）得（dé）加（jiā）工技術最大化（huà）發揮自身作用。所（suǒ）以，對金屬（shǔ）切削層（céng）厚度（dù）進行合（hé）理的（de）控製，采取分層加工的方式。在（zài）刀具切削工件時，根據實際（jì）情況選擇合適（shì）的刀具；刀具的運（yùn）動路線（xiàn）也需要保持合理性，嚴禁杜絕直接過濾情況的發生。由於加（jiā）工工件的準確度與切削（xuē）積（jī）技術水平有著直接的關係，需要在數控高速切削加工時，嚴格遵（zūn）循行管標準（zhǔn）控製精確對（duì）和質量，從而減少刀（dāo）具切入次數，改變（biàn）走刀（dāo）軌跡，切削進給量合理，有效杜絕切削振動情（qíng）況的出現。如若進給（gěi）量少，則（zé）會造成切削不穩定，進而出現振動。因此，需（xū）要控製在合理的範圍內，保障加（jiā）工表麵的（de）質量（liàng）和光滑（huá）度[6]。

5、結束語

總而言之，在機械製造（zào）過程中，數控（kòng）高速切削加工（gōng）技術的廣泛運用，不僅可（kě）以促使加工質量和效率的提升，而且還能夠減少切削時間，使得工件製造（zào）周期有所減少，進而可以在市（shì）場競爭中占有重要地位。但數控高速切削加工技術也存在一（yī）定的局限性，其中（zhōng）包含數控編程係（xì）統、機床要求等內容，需要加大相關方麵的研究力度，促使（shǐ）數控高速切削加工技（jì）術最大化發揮自身作用。

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