數控切削加工領域的數字化測量技術與分析

蘇 丹

（廣州鐵路職業技術學院，廣州 510000）

0 引言

由于我國汽車、能源等交通運輸等重要領域應用的一些重要重大的裝備材料在制造上有一定的要求和難度，因此數控高速切削技術作為一項先進的制造技術在近幾十年快速發展，嚴格高效的數字化切削加工技術的開發已成為制造業所關注的重點。刀具技術也在數控高速切削技術發展過程中起著關鍵的作用，確保了在嚴格的數控切削技術中切削加工質量的合格和技術的高效性、精密性。

1 數控切削加工工藝

1.1 數控高速切削加工新工藝

中國是個制造大國，我們只有掌握先進的核心制造技術，才能防止在先進的制造隊伍中掉隊，數控切削加工作為制造技術的主要工藝[1]，也是汽車工業、能源業和航空航天制造業裝備材料的主要技術。高速切削技術是經過對高性能刀具材料及刀具設計、制造技術、高精度測量測試技術進行綜合測試研究而成的。在制造行業新技術材料的需求度日益增多，開發高速切削新工藝才是推進制造技術前進的必要前提。高速切削技術的開發是一項很有挑戰的突破，所以很值得繼續探索開發來加快人類社會的進步[2]。

1.2 高速數控切削加工的優越性

高速切削技術是一種先進的制造技術，超高速的切削加工技術切削速度的大幅度提高，不僅能提高效率和質量還能降低加工成本，使得零件的加工精度和質量得到更高程度的提高。超高速

數控切削超越了一般的切削技術，應用了納米等先進技術，突出了明顯的優越性[3]。1）高精度的加工：高速切削的切削力比一般的切削度要小，在加工方面粗糙度大大降低，切削的頻率高使得加工的過程更加平穩，切削能達到更高的精度。2）高效的加工效率：高速的切削技術的應用，保持切削時間不變，可減少進刀量，增加切削次數，降低切削力，從而提高表面光潔度，使通過手工拋光的部分全部省去或減少到最低的工作量，從而切削速度和頻率都大幅度的加快提高，加工表面的受熱時間短，不會由于溫升導致熱變形，所以在一定時間內零件材料的加工效率也會大幅度的提高。3）高效環保：高速切削時，由于速度頻率高效，減少了裝卸、搬運的時間，加工時間大大縮短，延長了設備的使用壽命，減少了能源的消耗同時減少了污染[4]。

1.3 數控高速切削技術的應用領域研究

高速切削技術高效的優越特點廣泛運用在各行的制造業領域，數控高速切削技術的應用將產生巨大的經濟效益。在航天航空和汽車業，由于數控高速切削速度和頻率都大幅度的加快提高，加快了零件材料的切除效率。采用高速數控切削技術，提高了連桿模具加工的速度，采用了非常小的切削深度，延長了模具的壽命，可直接較小直徑的刀具進行精細加工，簡化了連桿模具的加工工序。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件時，采用圓弧或曲線轉接，避免采用直線轉接，以保持切削過程的平穩性，以獲得最佳加工表面質量。

2 切削加工領域的數字化測量技術

2.1 數控切削加工中數字化測量技術的基本原理

先進的數控切削加工技術離不開標準的數字化測量技術，數字化測量首先要確定零件中刀具起始點的位置，再通過精密的儀器來確定坐標系中零件的具體位置。數控加工工藝比一般的加工工藝有一定的難度，前提條件也有很多，比如說刀具的正確選擇，合理的加工工藝路線和切削方法，還要考慮數控加工零件的加工具體位置。從刀具的設計制造以及刀具的出廠，數字化的測量技術都起著至關重要作用。先進的數控切削刀具是切削過程的關鍵，因此，數控加工設計的過程必須嚴格謹慎，盡量減少錯誤的發生。在數控加工全過程中，有多種數控切削工藝方案進行選擇，可以選擇零件的加工部位作為切削的主要線路，也可以選擇刀具作為主線來安排加工，因此數控加工相比于傳統的加工工藝更具有多樣性。由于數控加工的自動化程度比普通機械的加工技術高，所以，必須嚴格檢測數控加工工藝確保生產全過程的安全和質量的保障。

2.2 數控高速切削對刀具材料的要求

數控高速切削時，由于切削時產生了高強度的熱量，所以刀具所受的磨損很高，因此，數控高速切削時使用的刀具材料要經過嚴格的選擇制造才能符合切削時所遇到的各種難度。刀具的材料最主要要具有高強度、高硬度和強抗熱沖擊能力，除此之外還要考慮刀具的加工工藝質量和使用壽命。但是滿足這些條件的刀具在制造方面具有很高的難度，所以應盡量滿足刀具具有較好的抗沖擊力，可以應用一些稀有的材料，比如高強度鋼加工制造的刀具具有更高的強度和韌性。采用鈦合金等材料，高強度的鈦合金，在切削加工時由于其強度高耐蝕性好，耐熱性很高，所以也在發動機等機體上廣泛應用。它抗沖擊力強度適中，同時也避免了刀具磨損嚴重和溫度過高的現象反而延誤加工。復合材料可以廣泛運用在航空航天零件制造業，復合材料代替了很多傳統的材料，面材的強度高具有很強的剛度和厚度，因此很容易適應多種環境的變換。

2.3 數控刀具涂層檢測技術

由于涂層可以改變切削刀刃上整個切屑的成形過程，因此，刀具涂層對刀具性能的改善和加工技術的進步起著重要作用，致使涂層刀具成為現代刀具的標志。通過刀具涂層，可以減少刀具磨損、提高切削速度、減少摩擦熱、提高加工表面質量、減少對硬質合金刀體的熱傳導和提高刀具耐用度等，使涂層刀具在切削加工得到廣泛應用，特別在干切削和硬加工中起著十分重要的作用。刀具涂層檢測刀具切削性能和效率的關鍵。為了提高刀具的切削效率，提高刀具的性能，降低成本，提高材料的利用率。新的刀具涂層材料不斷被研發。刀具的涂層前階段主要應用物理涂層。物理涂層工作環境良好，能保持刀具良好的切削性能。近年來在傳統的涂層基礎上，有了高溫紅硬性更好的新涂層，金剛石涂層也得到了快速的發展。納米涂層結構在同樣的涂層情況下可顯著提高涂層性能。確定了切削刀具涂層的基本配置條件還要確保數控刀具的質量的高切削性能，所以數控測量儀器也占有同等重要的地位。涂層技術對數控刀具的發展起了巨大的促進作用。刀具經過涂層后可大幅度地延長使用壽命，隨著涂層工藝的不斷創新和研發，經過涂層的刀具可以有效的提高切削效率，降低生產成本和刀具的加工制造成本。

3 切削加工領域的數字化測量技術的發展趨勢

3.1 測量技術的進一步發展

隨著制造水平的提高，為了實現數控切削的高效率，達到測量技術的主要指標，推動測量的進一步發展，必須提高測量的效率。隨著多種測量技術的飛快發展，選擇正確的測量技術，尤其對于機床的性能上發揮重要的作用，要求測量組建具有極高的測量精度，減少細小的誤差，同時不能減少驅動系統的分辨率。數字化測量技術應在測量水平測量精度方面朝著高效精準的方向發展，將測量的范圍擴大，從單方面到多方面測量發展，應用光筆測量儀可以移動到離工件很近的地方進行測量，在一些零件工裝、夾具的現場測量，由于工件龐大不易移動，結構復雜，隱藏點過多，所以使用光筆測量儀，既節省了作業空間，又提高了測量精度，提高了生產效率。在此基礎上還要采用高效精密的三維測量儀器來進一步完善測量標準。第三代鐳射測量技術因其獨特的機械式防護系統可完全杜絕切削液和粉塵切屑侵入光學系統，可在最惡劣的工作環境下工作，在加工過程中不用清潔工作臺就可以實現在線的測量，這樣不僅節省了大量生產時間，還提高了加工效率。

3.2 創新技術的發展

制造業的強盛與否，是衡量一個國家是否強盛的重要標準，要保持制造業強盛不衰，其關鍵就是技術不斷創新。為了提高數控切削技術的高效發展，使得產品材料不斷得到優化，新產品的開發使得切削技術面臨巨大的挑戰。近幾年，一些耐磨的復合材料一直都是切削加工的障礙，長時間的切削，會降低產品的生產效率，縮短了刀具的壽命，新工程材料的不斷開發研制，也提高了切削的技術。各行業在制造發動機傳動器等零件的時候，采用新材料比如硅鋁合金與高強度，這樣能減少了汽車的能耗，開發創新加工技術，能從根本上解決數控切削數字化測量的加工難度。

3.3 推動制造業的發展

隨著產品多樣化的發展，當今制造業只有加快更新的步伐，在產品的結構零件功能上做出創新，才能適應制造產品的趨勢化，數控刀具數字化測量儀器領域在清潔能源核電制造業得到了快速發展。發電設備上一些關鍵的零件經過高效的切削加工，一些高強度高硬度的刀具克服了一切強度高的材料切削，先進的數字化測量技術可以檢測發電設備零件的加工檢測，高精度、大規格風電加速傳動箱齒輪成形加工測量，也在一定程度上反映了先進切削技術及先進數控刀具，備受工具制造行業關注。還有一些大的工具廠根據眼前的形勢制定了發展的目標，自行研制了先進的超硬刀具數控制造裝備和技術、先進數控刀具/刀片涂層裝備和技術，以及高速鋼熱處理技術等等。裝備制造業也對數控切削的工具有很大的需求，因為需求的不同，所采用可轉位刀片基體材質、涂層要求、刀片幾何參數、整體刀具結構設計等都會有很大差異，然而硬切削、超精切削以及包括復合材料在內的新型材料切削，解決了一部分難題，進一步推動了超硬刀具的需求和發展。以齒輪滾刀、插齒刀作為代表的高效高性能精密復雜數控刀具，在汽車、船舶、航空、風電核電、鐵路、工程機械等行業的齒輪傳動裝置制造中受到廣泛的使用。

4 結束語

為了跟上國際生產業的快速發展，盡早趕上國外的先進水平，提高零件的加工率，數控高速切削技術作為一項先進的制造技術，一直值得我們去探尋和開發，我們一定要全方面掌握現代化的數字化測量技術，通過精確的測量，依據實際情況制定合理的數控切削程序，通過一個不斷修改完善的過程，這樣既可以提高材料的加工質量和水平，也可以達到逐步各項成果標準化、系列化的效果，加快經濟的發展和提高人民的生活水平質量。

[1] 彭林波, 何蔚, 鄧文科. 數控切削加工領域的數字化測量技術[J]. 科技創新導報, 2011,(17).

[2] 陳思濤. 基于NX CAM的刀具數據庫建立與應用[J]. 工具技術. 2011, (7).

[3] 黃李沖, 于忠海, 陳田. 基于RBR-CBR的數控刀具材料選擇專家系統[A]. 全國先進制造技術高層論壇暨第十屆制造業自動化與信息化技術研討會論文集[C]. 2011.

[4] 陳思濤. 基于NX CAM的刀具數據庫建立與應用[J]. 工具技術. 2011, (7).