高速切削加工技術在數(shù)控機床中的運用
2021-1-14 來源：天津機電職業(yè)技術學院 作者：朱祖明
摘要： 本文首先介紹數(shù)控高速切削加工技術的優(yōu)點，其次闡述數(shù)控機床應用高速切削技術的基本要求，最后提出數(shù)控高速切削加工技術在數(shù)控機床的具體應用，希望可以促使高速切削加工技術能夠在數(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。
關鍵詞：高速切削加工技術 數(shù)控機床 運用
1、引言
在機械加工中高速切削加工技術被廣泛運用，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，對機械加工效率的提升有著至關重要的作用。
2 、數(shù)控高速切削加工技術的優(yōu)點
數(shù)控高速切削加工技術有著高效率、低消耗、工藝先進等優(yōu)勢，屬于現(xiàn)代化機械自動化制造技術的典型代表，與傳統(tǒng)切削技術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)量的進一步提升，以下是數(shù)控高速切削加工技術的優(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備非切削空行程時間有所減少，對于汽車模型等機械設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切削速度的提升，會使得其切削力相應下降 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對薄壁類或者剛性能較差零件的技術加工有所提升，會使得數(shù)控高速切削加工技術系統(tǒng)的準確度有所保障，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，使得加工技術速度和精確度提升。
2.3 熱變形零件加工
在高速切削技術具體應用過程中，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)控切削加工技術的精確度，尤其是對機床等機械設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重的磨損。而采取高速切削加工技術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)控機床應用高速切削技術的基本要求
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格的要求，其中包含優(yōu)良的冷卻設備、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 高速主軸單元技術參數(shù)的設置
若想要保障高速主軸單元技術的合理性，則需要合理的設置相關參數(shù)，具體而言：
（1）主軸的轉(zhuǎn)速設置，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遠優(yōu)于普通機床，這就需要將參數(shù)設置為（1—8）g（g=9.81m/s2）。
4、數(shù)控高速切削加工技術在數(shù)控機床的具體應用
4.1 在刀具、刀柄技工中的應用
由于數(shù)控高速切削加工技術較為復雜多變，對刀具的制作有著十分高的要求。所以，需要相關工作人員在實際加工和制造時，重點關注刀具的強度，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系，相關工作人員需要根據(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，進而保障高速加工的順利完成。
4.2 在銑削加工機床中的應用
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、CNC 技術等，并被廣泛應用在銑削加工機床過程中。因機床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，對各方面要求較高，需提高對應用方式的重視度，進而才可以使得機床高速切削加工技術最大化發(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最大化發(fā)揮自身作用，進而能夠與高速供給驅(qū)動器相互配合，具體參數(shù)：快進速度需要保持在 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標準要求相符合，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的安全性和穩(wěn)定性。
4.3 高速數(shù)控切削加工技術的數(shù)控編程策略
高速數(shù)控切削加工技術雖然可以促使傳統(tǒng)加工效率和質(zhì)量的提升，但也存在復雜多變的控制性能。在數(shù)控編程中，需重點關注刀具的準確度和安全穩(wěn)定，與此同時也需保障機械制造表面的光滑和準確。所以，要重點研究高速數(shù)控切削技術的編程問題。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載不超標，還需要對工件、刀具和夾具之間的距離進行合理的控制。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，進而使得工件質(zhì)量和準確性受到影響，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)控切削加工技術的切削載荷進行合理的控制，使得加工技術最大化發(fā)揮自身作用。所以，對金屬切削層厚度進行合理的控制，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，嚴禁杜絕直接過濾情況的發(fā)生。由于加工工件的準確度與切削積技術水平有著直接的關系，需要在數(shù)控高速切削加工時，嚴格遵循行管標準控制精確對和質(zhì)量，從而減少刀具切入次數(shù)，改變走刀軌跡，切削進給量合理，有效杜絕切削振動情況的出現(xiàn)。如若進給量少，則會造成切削不穩(wěn)定，進而出現(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，需要加大相關方面的研究力度，促使數(shù)控高速切削加工技術最大化發(fā)揮自身作用。
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