數(shù)控加工中心的高速切削加工特點與要求詳解

李寧

摘 要：數(shù)控的高速切削是一種高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的先進(jìn)制造技術(shù)，他可以有效的解決常規(guī)切削加工中備受的困擾問題，與傳統(tǒng)的切削加工比較，高速切削加工有著非常高的的單位功率的金屬切除率，比常規(guī)切削的切削力降低了30%，刀具的壽命反而提高了70%，常規(guī)切削中的切削振動幾乎消失的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：數(shù)控；加工中心；高速切削；工藝

引言

高速加工技術(shù)經(jīng)歷了理論探索、應(yīng)用探索、初步應(yīng)用和較為成熟應(yīng)用四個階段，現(xiàn)在生產(chǎn)中得到了一定的推廣和應(yīng)用。高速切削是一個相對的概念，他與加工材料、加工方式、刀具、切削參數(shù)等有很大的關(guān)系。本文將重點依據(jù)數(shù)控加工中高速切削的特點與工藝進(jìn)行分析講解。

1.高速切削加工技術(shù)簡要

高速切削理論最早由德國物料學(xué)家Carl.J.Saloman于1931年提出，在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值后，切削溫度不但不會升高反而還會降低，且切削速度與工件的材料有關(guān)系。對于每一種工件材料都存在一個速度范圍內(nèi)，在該速度范圍內(nèi)，由于切削溫度過高，刀具材料無法承受，切削加工不可能進(jìn)行，越過該速度范圍，高速切削就能夠?qū)崿F(xiàn)，并能大幅度的提高生產(chǎn)效率。

一般認(rèn)為高速切削的切削速度是常規(guī)切削速度的5～10倍，對于常用材料，其大致的切削速度如表1-1：

2.高速切削的特點

高速切削加工系統(tǒng)由數(shù)控加工中心、可靠的刀具系統(tǒng)、高速可靠切削刀具、CAM高速切削軟件構(gòu)成，隨著切削刀具技術(shù)的發(fā)展，高速切削廣泛的應(yīng)用于各種制造行業(yè)的機(jī)械加工，高速切削較常規(guī)切削具有如下特點。

高效加工效率，高速切削較常規(guī)切削可以擁有較高的進(jìn)給率，能夠達(dá)到常規(guī)切削的進(jìn)給率的5～10倍，其單位時間的材料切除效率可以大幅提高3～6倍。

較低的切削力，是一種在常規(guī)切削中產(chǎn)生的作用在工件與刀具的大小相等。方向相反的作用力，即是一種材料工件抵抗刀具切削產(chǎn)生的阻礙力。高速切削因為采用極淺的切削深度與窄的切削寬度，因此切削力較小，只有常規(guī)切削產(chǎn)生的切削力的70%，可以大大的減少工件的加工變形，致使可以對一些薄壁精細(xì)工件的切削加工成為可能，以及對剛性較差的零件加工變形將更加小。

較高的加工質(zhì)量，高速切削因為需要刀具在切削時高速的旋轉(zhuǎn)，其激勵頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會對工藝系統(tǒng)造成受迫振動，可以較好的保證工件的加工狀態(tài)。高速切削還因為切削的深度、切削寬度和切削力較小，可以有效的降低工件、刀具的變形量，增加了零件的加工尺寸精確性。

工藝流程簡化，常規(guī)切削加工不能加工淬火后的材料，淬火后材料變形必須經(jīng)過人工修整、或者放電加工解決，工藝流程復(fù)雜。而高速切削則可以直接加工淬火材料，可以省略放電加工工序，消除放電加工帶來的表面硬化問題，進(jìn)而減少或免除人工光整加工。

能耗低，因為高速切削單位功率的金屬切除效率高，繼而能耗低，同時工件的加工時間也就短，從而大大的提高了能源和設(shè)備的利用率，極大的降低了切削加工再制造系統(tǒng)的資源總量的比例，需求的能源消耗量較常規(guī)的加工切削能耗就低。

3.高速切削加工工藝要求

對于一個高速切削加工任務(wù)，要把粗加工、半精加工、精加工作為一個整體進(jìn)行考慮，設(shè)計出一個合理的加工方案，從整體上達(dá)到高效率和高質(zhì)量的要求，充分發(fā)揮高速切削的優(yōu)勢。

3.1粗加工工藝

粗加工的目標(biāo)是追求單位時間的最大切除量，表面質(zhì)量和輪廓精度要求不高，重要的是讓機(jī)床平穩(wěn)工作，避免切削方向和載荷急劇變化。

為防止切削時速度矢量方向的突然變化，在刀軌拐角處需要增加圓弧過渡，避免出現(xiàn)尖銳拐角，所有進(jìn)刀、退刀和非切削運(yùn)動的過渡也都盡可能圓弧過渡，如在平面切削過程中，可采用螺旋或者傾斜方式（傾角5°左右）的垂直進(jìn)退刀運(yùn)動、圓弧方式的水平進(jìn)退刀運(yùn)動，而在曲面輪廓切削中，使用切圓弧的進(jìn)退刀運(yùn)動。為保證平穩(wěn)地加工硬化材料，步距通常不得大于刀具直徑的6%～8%，深度不得過刀具直徑的10%。而常常粗加工中采用分層切削使切削載荷更加均勻。

3.2半精加工工藝

半精加工的目的是把前道工序加工后的殘留加工平面變得平滑，同時去除拐角處的多余材料，在工件加工平面上留下一層比較均勻的余量，為精加工高速切削做準(zhǔn)備。半精加工應(yīng)沿著粗加工后的棱狀輪廓進(jìn)行切削，以便使切入過程穩(wěn)定，并減小切削力波動對刀具的不利影響。另外半精加工時刀具的切削應(yīng)盡量連續(xù)，避免頻繁的進(jìn)退刀。

較早的CAM系統(tǒng)基本無基于殘留模型的編程功能，粗加工后，不是針對殘留材料作后續(xù)加工，而是以一個假設(shè)的，估計的毛坯作為加工對象，來進(jìn)行半精加工的到位軌跡計算。這樣得到的加工指令，在實際切削過程中會出現(xiàn)空切現(xiàn)象，造成切削狀態(tài)不連續(xù)，引起刀具震動或者撞擊，縮短刀具的壽命，并造成加工缺陷。先進(jìn)的CAM系統(tǒng)可以很好的在粗加工后可生產(chǎn)工件殘留材料模型，然后以該殘留材料模型為毛坯，生產(chǎn)半精加工操作。這樣可以避免空刀，減小刀具切入/切出材料時的沖擊，延長刀具的壽命，并可獲得較為均勻的加工余量，為高速切削精加工創(chuàng)造條件。

3.3精加工工藝

精加工的目的是按照零件設(shè)計要求，達(dá)到較好的表面質(zhì)量和輪廓精度。精加工的刀位軌跡緊貼零件表面，要求平穩(wěn)、圓滑，沒有劇烈的方向改變。精加工中除需要對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化外，還能建議采用先外輪廓加工，再凸起規(guī)范幾何體的加工，再自由型面的加工，在階梯層面的加工，再平面加工，最后凹陷規(guī)范幾何體的加工。

4.結(jié)束語

本文通過對數(shù)控加工中心的高速切削特點與工藝要求進(jìn)行了詳細(xì)闡述，簡要的分析了高速切削的應(yīng)用特點及相關(guān)加工工藝。在高速切削加工中，機(jī)床、夾具、刀具、數(shù)控系統(tǒng)及軟件等只是常規(guī)的必要的裝置，加工工藝方法和工藝參數(shù)的設(shè)定等因素，才是直接影響加工是否成功的關(guān)鍵因素。只有將這些因素不停的進(jìn)行累積和反復(fù)的進(jìn)行實踐操作總結(jié)，才能真正的發(fā)揮出高速切削加工的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]李極文.機(jī)械加工中高速切削技術(shù)的應(yīng)用與推廣[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.03

[2]復(fù)一波.立式數(shù)控加工中心高速切削優(yōu)點分析[J].工程科技，2012.07.23

[3]湯華.數(shù)控加工中高速切削的加工工藝與技巧研究.[D].西安大，2005.06.06

[4]羅方圓.CNC數(shù)控加工中心高速切削技術(shù)特點分析研究[D].大連理工大學(xué) 2008.05.03