数控机床加工工艺研究
来源:用户上传
作者: 李强
摘 要：机械制造业在国际化发展形势下对数控机床的加工工艺要求日益提高，在实际操作数控机床加工工艺中高速切削技术成为最为先进的技术之一，本文的研究主题是高速切削技术的操作机理，笔者分析了影响高速切削技术各种因素，还对其前景进行了展望。
关键词：数控机床 高速切削技术 加工工艺研究
中图分类号：TG66 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0112-02
近年来，随着科技、经济的高速发展机械制造业也出现了前所未有的发展态势，数控机床的加工工艺也从传统加工工艺发展到了引进高速切削加工的模式，高速切削加工不仅降低了加工表面的粗糙程度，保证了加工质量，而且大大提高了加工的效率。数控机床的高速切削加工是现代加工工艺提升的代表，如何能让这种加工工艺在数控机床的操作中更加高效地发挥作用，需要在未来的工作中进行深入探讨与研究。影响数控机床高速切削技术的关键因素包括高速主轴、快速进给系统、高速切削刀具技术、高速切削工艺、高速机床的床身、立柱和工作台，这些因素在加工过程中是需要特别关注的，把握好所有操作细节便会提高加工质量，节省技术成本。本文对数控机床加工工艺进行了研究，高速切削技术的操作机理及加工工艺是本文探讨的主题，笔者还对影响高速切削技术的各种因素进行了分析，并展望了高速切削技术的应用前景。
1 数控机场具有高速加工的技术优势
高速加工突破了传统意义上对切削原理的认识。有资料表明，如果在切削速度超过600 m/min的速度以后继续增加切削速度，切削速度不升反降，工件会将切削过程中产生并进入将切削的热量带走，这个观点已经被国外高速加工实验证实。测试证明在大多数实验条件的应用情况下，工件在进行切削时温度不会升高3 ℃以上。如此相对应，金属切除率已定的情况下，实际切削实力在切削速度达到一定速度后基本保持不变。工件在进过高度切削的理想加工后，切屑变形及其收缩加工的实现与应用对航空制造业有着重要的意义。各种相关要素之间要相互协调才能构成高速加工系统，它综合了多项先进技术，机床厂商因此大力进行开发并推出各种关于高速加工的新技术设备。
高速切削技术可以加工较为薄壁的零件，对一些脆性材料也可以进行加工，原因与切削速度快有直接的关系。高速切削深度及厚度都相对小很多，切削量也非常少，切削力大大减弱，因此在加工薄壁零件、脆性材料等非常适合，并且速度的提升使同一时间内加工的量增加，带来了加工效率的提高。同时加工精度也受其高速加工的影响，在减少切削热、内应力和热变形等因素后，加工的精度自然有所很大程度上的提高。加工工件表面的粗糙程度也较传统工艺有很大降低，这与高转速减少加工过程中的振动有关，振动减少后加工表面不再像以前一样粗糙，增加了工件的美观程度。
1.1 数控高速加工机床的关键技术
想要高速切削加工得到良好实现，高速机床是前提和关键。而高速机床的关键有以下两点：（1）高转速主轴要具有高精度；（2）使用的轴向进给系统的主轴要拥有高控制精度可以提供进给速度和进给加速度。分述如下。
（1）高速主轴。高速切削的最关键零件之一就是高速主轴。现在使用10000～20000 r/min主轴转速的加工中心得到广泛普及，并且开始进行主轴转速高达100000r/min、200000r/min、250000 r/min实用高速主轴的研发。主轴零件在主轴高转速的情况下，受离心力作用发生震动和变形，所以要严格控制因为主轴高速运转摩擦和大功率内装电机产生的热量所引发的高温和变形。因此高速主轴的性能要满足以下要求：①高转速及其范围；②刚性要强且回转精度够高；③热稳定性比较良好；④功率够大；⑤润滑和冷却系统要足够先进；⑥株洲检测系统要够可靠。
（2）快速进给系统。高速切削时，为了保持刀具每齿进给量基本不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅度地提高。目前高速切削进给速度已高达50～120 m/min，要实现并准确控制这样的进给速度对机床导轨、滚珠丝杠、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。而且，由于机床上直线运动行程一般较短，高速加工机床必须实现较高的进给加减速才有意义。为了适应进给运动高速化的要求，在高速加工机床上主要采用如下措施：①采用新型直线滚动导轨，直线滚动导轨中球轴承与钢导轨之间接触面积很小，其摩擦系数仅为槽式导轨的1/20左右，而且使用直线滚动导轨后，“爬行”现象可大大减少；②高速进给机构采用小螺距大尺寸高质量滚珠丝杠或粗螺距多头滚珠丝杠，其目的是在不降低精度的前提下获得较高的进给速度和进给加减速度；③高速进给伺服系统已发展为数字化、智能化和软件化，高速切削机床己开始采用全数字交流伺服电机和控制技术；④为了尽量减少工作台重量但又不损失刚度，高速进给机构通常采用碳纤维增强复合材料；⑤为提高进给速度，更先进、更高速的直线电机己经发展起来。直线电机消除了机械传动系统的间隙、弹性变形等问题，减少了传动摩擦力，几乎没有反向间隙。直线电机具有高加、减速特性，加速度可达2 g，为传统驱动装置的10～20倍，进给速度为传统的4～5倍，采用直线电机驱动，具有单位面积推力大、易产生高速运动、机械结构不需要维护等明显优点。
（3）高速切削刀具技术。①刀具材料。刀具在数控机床高速切削技术中使用，将要满足下列要求，例如：良好的机械性能、较高的热稳定性、较强的抵御冲击能力、耐磨损等，并且要具有较小和加工材料的亲和力。②刀具结构。为了确保加工人员及数控机床的安全性，高速切削刀具的机构要有严格的要求，必须同时满足静平衡和动平衡两种要求。动平衡对大直径或盘类的刀具要求相对于小直径的刀具要严格很多，刀具外伸较长必须动平衡。要求进行平衡的元件为刀具、主轴和夹头，刀具和夹头组合、刀具与主轴也要进行平衡。虽然目前对刀具结构进行平衡的要求比较严格，但是统一的平衡标准并不明确，这需要在以后的高速切削技术加以制定及明确。③刀具的几何参数。高速切削刀的加工质量、刀具的耐用度等因素都与刀具的几何参数有直接的关系。④刀柄系统。刀柄系统影响刀具和主轴的连接刚性，必须随高速切削技术的发展而不断提高质量。
（4）高速切削工艺。数控机床高速切削技术和传统的工艺有着较为明显的不同之处，传统加工技术已经不再适应社会的发展需求，高速加工是新切削方式的代表，为提高加工精细度、提高加工效率、降低加工成本等做出了巨大的贡献。需要在以后的数控机床加工中不断完善加工细节，改进相关技术。
2 数控机床高速加工的发展前景
目前数控机床高速加工技术受到先进数控生产线的引领，在机械制造业发展状况良好，相关机械制造行业很多都引进了高速加工技术。但是引进的比例相对较小，国家和企业对该技术的认识程度相对较浅，投入的关注、资金以及政策等较少，未能对该技术与本企业的工艺技术有机结合起来，高速加工技术运用程度还是不够普遍。在未来，随着高速加工技术的不断完善与发展，必然会对机械制造相关行业产生更为广泛的影响，国家、企业对高速加工技术的关注会更加密切，引进该项技术更为普遍，利用高速加工技术为本企业创造更多的价值。
3 结语
综上所述，数控机床高速切削加工工艺有着其独特地技术优势，切削原理是现代切削技术发展的基础，提高了加工质量，确保了加工精度，节约了加工成本。高速切削加工的关键技术科学及实操性非常强，为数控机床高速加工工艺的操作提供了有利支持。在未来高速加工技术将会不断得到完善，更多的应用到机械制造行业当中去，为国家带来巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 李彦.数控机床高速电主轴技术及应用[J].精密制造与自动化，2011，3.
[2] 徐岳.数控机床高速化发展趋势介绍[J].职业，2010，3.
[3] 高超，王栋，谷金生.关于机床加工技术现状的应用分析[J].2011，15.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-4329217.htm
