凌魁

摘 要：數(shù)控高速切削加工技術(shù)能夠大幅度提升機械加工質(zhì)量與加工效率，已成為當(dāng)前機械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，尤其是在汽車制造工業(yè)、航空航天工業(yè)、模具工業(yè)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，且成效相當(dāng)顯著。文章主要圍繞數(shù)控高速切削加工技術(shù)在機械制造中的技術(shù)應(yīng)用展開分析論述。

關(guān)鍵詞：數(shù)控高速切削加工技術(shù)；機械制造；編程策略；刀具；模具

現(xiàn)如今，數(shù)控高速切削加工技術(shù)已經(jīng)逐漸取代組合機床，它的效率更高，技術(shù)功能性更強，已成為高科技技術(shù)背景下柔性生產(chǎn)線的主力加工設(shè)備之一，進一步推動了機械制造生產(chǎn)的柔性化過程。同時，也極大縮短了各類機械產(chǎn)品的開發(fā)周期。

1 數(shù)控高速切削加工技術(shù)的優(yōu)勢分析

數(shù)控高速切削加工技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、先進等特點，是現(xiàn)代化機械自動化制造技術(shù)。所能提供的進給速度、切削速度都是傳統(tǒng)切削工藝所無法比擬的。同時它的切削機理也有了質(zhì)的改變，整體切削加工質(zhì)量呈持續(xù)穩(wěn)步上升發(fā)展趨勢。數(shù)控高速切削加工的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四點。

1.1 切削速度上升

數(shù)控高速切削加工技術(shù)具有較高的切削速度，比傳統(tǒng)常規(guī)切削速度高出3～8倍。且機床的空程速度也有提升，減少了設(shè)備非切削的空行程時間，對汽車模具等機械設(shè)備的加工效率有大幅度提升。

1.2 高速精密加工

由于數(shù)控高速切削加工技術(shù)具有相當(dāng)可觀的切削速度，所以它的切削力會相應(yīng)平均下降30%左右，特別是徑向切削力下降幅度更大，有利于提高該技術(shù)針對薄壁類或剛性較差零件的技術(shù)加工?？傮w而言，數(shù)控高速切削加工技術(shù)系統(tǒng)整體精度較高，包括系統(tǒng)定位夾持精度與刀具重復(fù)定位精度都有良好的精度保持性，所以說該系統(tǒng)中的刀具系統(tǒng)精度要求也相對較高，能夠保持高速切削加工過程中系統(tǒng)整體的動態(tài)與靜態(tài)穩(wěn)定性，進而滿足高速、高精度加工技術(shù)要求。

1.3 熱變形零件加工

在高速切削技術(shù)實施過程中，一般95%～98%甚至以上的切削熱都無法及時傳遞給工件，而被切屑帶走，所以工件會在大部分時間內(nèi)保持冷態(tài)狀態(tài)。因此該技術(shù)對那些容易產(chǎn)生熱變形的零件更加有效。當(dāng)然，也要考慮熱變形誤差問題，能夠影響高速高精密數(shù)控切削加工技術(shù)，特別是對機床等機械設(shè)備切削加工過程的影響，所以應(yīng)該選擇誤差補償技術(shù)來消除機床的熱變形誤差問題，該技術(shù)具有較高的補償精度，魯棒性較強且經(jīng)濟效益優(yōu)異。

1.4 難加工材料的加工

鈦合金、鎳基合金等加工難度偏大，因其整體強度、硬度較大，且耐沖擊，加工過程中也容易出現(xiàn)硬化現(xiàn)象，會產(chǎn)生較高的切削溫度，長此以往刀具很容易嚴(yán)重磨損。如果采用高速切削加工技術(shù)既可以克服上述問題，也可以提高機械制造生產(chǎn)率，優(yōu)化模具等產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

2 數(shù)控高速切削加工技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用

數(shù)控高速切削加工技術(shù)先進、復(fù)雜且系統(tǒng)性較強，對機床、刀柄、刀具、控制系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等多項指標(biāo)的要求更高，以下談?wù)勗诟鞣N機械制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。

2.1 在銑削加工機床中的技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前，數(shù)控高速切削加工技術(shù)主要配合微電子技術(shù)、CNC技術(shù)、新材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)技術(shù)展開，銑削加工中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，對機床系統(tǒng)的部件要求也相當(dāng)高，包括以下三方面。

第一：對機床系統(tǒng)的剛性要求較高，在銑削機床加工制造過程中，需要提供配合高速供給驅(qū)動器來實現(xiàn)數(shù)控高速切削加工技術(shù)的發(fā)揮最大化。要求驅(qū)動器的快進速度要在40m/min，3D輪廓加工速度也要在10m/min左右，同時還要為銑削系統(tǒng)提供0.4m/s的加速度和0.3m/s的減速度。

第二：對刀柄和主軸的剛性要求較高，一般要求系統(tǒng)轉(zhuǎn)速要達到10000～50000r/min，主要基于主軸來壓縮空氣，冷卻系統(tǒng)，以控制刀柄與主軸二者之間的軸向間隙在0.00762mm以內(nèi)。

第三：對加工工藝的可靠性要求較高，優(yōu)質(zhì)的工藝模型對切削條件及刀具壽命之間關(guān)系的融合非常關(guān)鍵。能有效提升機床的利用效率，確保在無人操作狀態(tài)下數(shù)控高速切削加工技術(shù)也具有較高的安全可靠性。

2.2 在刀柄與刀具加工中的技術(shù)應(yīng)用

數(shù)控高速切削加工技術(shù)在刀柄與刀具中的技術(shù)應(yīng)用主要講求幾何精度與裝夾重復(fù)定位精度。在數(shù)控高速切削加工過程中系統(tǒng)會受到強烈振動與離心力的雙重影響，促使它提高了對刀柄與刀具加工的剛度及高速動平衡要求，確保所切削加工的刀柄刀具具有較高的質(zhì)量與安全可靠性。在高速加工過程中，刀具的選擇與普通切削區(qū)別較大，因為要考慮到“高速”這一基本特性。目前較為常見的HSK高速刀柄，是一種具有熱脹冷縮緊固式特性的高速刀柄，非常適合于機械制造過程中的數(shù)控高速切削加工環(huán)節(jié)。

刀具在高速加工過程中須承受外界載荷：高溫、高壓、摩擦、沖擊與振動等，一定要考慮刀具的工藝性能與經(jīng)濟性能，這些是實現(xiàn)高速加工的主要因素。在選擇數(shù)控高速切削刀具材料過程的同時，還要考慮高速切削的方式。

2.3 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)具有控制特殊性與復(fù)雜性，不能簡單理解為對普通加工進給與轉(zhuǎn)速的提高，尤其是在數(shù)控編程過程中，要求刀具路徑更加精確安全，確保預(yù)期的機械制造加工精度與表面質(zhì)量，以下提出數(shù)控高速切削加工技術(shù)中的具體編程策略。

首先在數(shù)控高速切削加工過程中要確保工件、刀具與夾具之間不會出現(xiàn)任何干涉與碰撞，確保刀具與機床不過載，因為刀具與機床之間發(fā)生過載會大幅度提升機械制造加工成本，也會降低加工精度，因此在數(shù)控編程中應(yīng)該將該方面作為重點來考慮。

其次要在編程過程中保證恒定切削載荷，是數(shù)控高速切削加工技術(shù)過程的主要特征，必須保持金屬切削層厚度適中恒定，其分層加工相比于仿形加工更利于確保材料去除量的有效恒定；再一方面要選擇平滑的刀具切入工件方式；最后要確保刀具軌跡能夠平滑過渡，不要出現(xiàn)任何直角過渡現(xiàn)象。

第三要確保加工工件的加工精度，是因為在數(shù)控高速切削加工過程中要時刻保證工件的表面質(zhì)量與加工精度，是為了盡可能降低刀具的切入次數(shù)，并采用最為合理的螺旋走刀軌跡方式。另外，要保證切削進給量合理，如果進給量過小也會造成切削不穩(wěn)定，產(chǎn)生切削振動現(xiàn)象。所以，進給量一定要保持平衡狀態(tài)，以確保加工表面質(zhì)量的穩(wěn)定提升。

3 案例分析

數(shù)控高速切削加工技術(shù)在汽車機械制造行業(yè)中應(yīng)用廣泛，下面主要介紹了汽車覆蓋件模具中發(fā)動機前罩的數(shù)控高速切削加工技術(shù)應(yīng)用流程和汽車覆蓋件模具加工的基本參數(shù)。

汽車覆蓋件模具加工一般所涉及尺寸偏大，且由于它是3D型面所以相對結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求加工精度較高，切削量也較大，因此可以采用數(shù)控高速切削加工技術(shù)。以汽車發(fā)動機前罩翻邊模具為例，它的工件材料為CH-1，工件硬度為HB330，外形尺寸為2000mm×1400mm×400mm。要采用涂層硬質(zhì)合金刀具材料對其進行高速切削加工汽車發(fā)動機前罩翻邊模具高速加工的加工時間在24h左右，其表面加工粗糙程度可以控制在1μm左右，所以不需要再進行手工研磨過程，只需要進行油石拋光即可。再配合鉗工修配（3h），總共需要27h。相比于傳統(tǒng)切削加工操作時間降低了83%左右，加工效率提升明顯。

4 結(jié)束語

數(shù)控高速切削加工技術(shù)已成為機械制造領(lǐng)域的主力核心技術(shù)之一，特別適合于工藝要求極高的航天航空與汽車模具制造行業(yè)。在未來，對該技術(shù)的研究也將繼續(xù)深入，以確保該實踐應(yīng)用領(lǐng)域不斷向前發(fā)展。

參考文獻

[1]蘇艷紅.高速切削加工技術(shù)及其在模具制造中的應(yīng)用[D].四川大學(xué)，2005：81-82.