數(shù)控銑床切削加工工藝的改進(jìn)方法探討

黃 偉

（青島濱海學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266555）

1 數(shù)控銑床刀具選擇

1.1 刀具的特點(diǎn)及種類

數(shù)控的銑床刀具種類繁多，所以要適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的高速性，而且高效地完成任務(wù)，所選用的刀具一定要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、通用化以及模塊化。 本文主要從銑削刀具和加工工具兩方面進(jìn)行簡介。

1.1.1 刀柄結(jié)構(gòu)形式

數(shù)控的銑床從結(jié)構(gòu)上分為整體式和模塊式兩種。 其中模塊式是刀具中相對較為先進(jìn)的一種刀具。 對于不同的加工零件和不同的機(jī)床，使用刀具時(shí)，也有不同的組裝方案。 選擇合適的組裝方案，刀刃的適應(yīng)能力和使用效率會有很大程度的提高。整體式刀刃對機(jī)床和零件的適應(yīng)能力稍差些， 所以為了提高自身的適應(yīng)能力，用戶要準(zhǔn)備多種規(guī)格的刀刃，所以刀刃的利用率也就降低了。 為提高加工效率，應(yīng)要配合好高效率的刀具和刀柄。 強(qiáng)力銑夾頭刀柄的特點(diǎn)就是夾持精度高，適用于夾持直柄刀具，所以適合強(qiáng)力的銑削加工過程，也能用于高精度的銑鉸孔加工。彈簧卡頭刀柄主要是用于夾持規(guī)格較小的銑刀。 目前我國大部分的數(shù)控機(jī)床都選用模塊式的加工工具系統(tǒng)，因?yàn)槠渚雀摺⒀b卸方便，而且連接性較高，還具有良好的抗振性能。

1.1.2 數(shù)控銑床刀具的分類

根據(jù)刀具的結(jié)構(gòu)可以分為以下幾種：整體式、特殊式、鑲嵌式。 根據(jù)制造刀具的材料可以分為：硬質(zhì)地的合金刀具、高速鋼刀具、金剛刀具和陶瓷材料刀片。 從切削工藝上可以分為：立銑刀、圓鼻刀、銑削類刀具、孔加工類刀具等。 一般現(xiàn)在使用機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位刀具的較多，占一半左右，因?yàn)樗軡M足數(shù)控機(jī)床對刀具穩(wěn)定、耐用及可交換的要求。

1.2 數(shù)控刀具的選擇

數(shù)控刀具選擇要本著可靠性好、剛性好、安裝調(diào)整方便、耐用度和精度高的原則， 在滿足上述原則的前提下要盡可能地選擇刀柄較短的刀具，這樣是為了增強(qiáng)加工的剛性。

選擇刀具時(shí)可以按照以下條件進(jìn)行選擇： 根據(jù)工件的表面尺寸選擇刀具、根據(jù)工件的表面形狀選擇刀具、合理安排刀具的排列順序。

2 銑床切削加工工藝分析

2.1 粗加工工藝分析

粗加工工藝最關(guān)鍵的就是提高生產(chǎn)效率。 粗加工主要是在單位時(shí)間內(nèi)完成最大程度的材料切除率， 主要完成毛坯表面的大部分的加工余量，盡量使毛坯的形狀和尺寸接近成品。 經(jīng)過粗加工后的材料基本上已經(jīng)形成半精度的工件幾何輪廓。 這個(gè)工程強(qiáng)調(diào)的就是速度。這個(gè)加工過程一般使用的是大直徑的刀具，這樣既能提高生產(chǎn)效率，也能減少刀具的磨損。 數(shù)控銑床控制的僅是三坐標(biāo)中的任意兩個(gè)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)二維控制。 粗加工切削主要有以下特征：切入和切出時(shí)刀具的載荷都是瞬間變化很大。 切削的過程中，內(nèi)測拐角刀具載荷大，外側(cè)明顯減小，這種差別變化使刀具在切削過程中產(chǎn)生不穩(wěn)定，所以刀具極易磨損，這樣很容易影響到后續(xù)的加工質(zhì)量。

2.2 半精加工工藝分析

半精加工不同于粗加工， 強(qiáng)調(diào)的是效率和質(zhì)量二者統(tǒng)一協(xié)調(diào)的高效。 半精加工后的工件要求表面相對光滑， 余量也要均勻。 這個(gè)過程為精加工主要表面做準(zhǔn)備工作，以完成次要表面的加工。 加工過程應(yīng)該盡快切除模具表面的多余材料，使加工模具表面盡量平整，也要達(dá)到一定的精度要求。

2.3 清角加工工藝分析

清角加工不再強(qiáng)調(diào)工作的速度， 而是更加注重模具表面的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性。 工件的清角加工主要是為了除凈型腔、交界面交線凹陷處和型芯轉(zhuǎn)折面等的多余材料，也是為精加工做鋪墊，以保證精加工的順利進(jìn)行。 這個(gè)過程小直徑的刀具無法一次性地完成切削，應(yīng)該采用兩次或者更多次的切削加工，直到達(dá)到要求。 刀具一般是小于或者等于精加工的刀具直徑。

2.4 精加工工藝分析

精加工與之前幾種加工過程的要求不同， 一定要保證模具的精度和質(zhì)量，保證每個(gè)零件的精度、形狀以及表面的粗糙程度要求等。 一般的精加工表面都留有一定的余量，這是為了使刀刃在切削過程中處于一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)，也能減小工件的加工誤差，使表面較為理想。精加工選用的是小直徑的加工刀具。精加工一般按以下工序進(jìn)行：外輪廓加工、凸起加工、自由型面、階梯面加工、凹陷加工、其他低輔助面。 模具高速精加工的加工要點(diǎn)總結(jié)如下： 在切削過程中刀具和工件的接觸點(diǎn)應(yīng)該隨著加工表面的曲面斜率和刀具半徑的變換而產(chǎn)生一致性的變化。 如果要加工的模具曲面較為復(fù)雜，一定要安排在一個(gè)工序中一次性地完成，這樣可以減少下刀的次數(shù)，也就保存了模具的表面。 在切削時(shí)，應(yīng)該使刀具的進(jìn)給方向?yàn)閳A弧形， 這樣會使切削面更加連續(xù)和流暢，平穩(wěn)性較好。 在加工過程中盡量不要停頓，突然的停刀會使模具表面發(fā)生微量形變，影響精度，容易在停刀處留下凹痕。

3 工藝改進(jìn)措施

3.1 粗加工工藝改進(jìn)措施

粗加工應(yīng)該在切削的穩(wěn)定性上進(jìn)一步提高， 下面是具體的改進(jìn)措施：第一，通過一些軟件計(jì)算出切削面的面積以及被切削材料的切削率， 這樣在切削過程中就會使刀具的載荷與磨損率保持一個(gè)平衡的狀態(tài)。 一方面能夠提高加工的質(zhì)量，另一方面還能減少刀具的磨損。 第二，在切削的過程中，刀具盡量采用傾斜的切入與切出的方式。 在加工模具的型腔時(shí)也要避免刀具的垂直切入以及切出。 如果機(jī)器允許最好使用螺旋式的切削方式，螺旋式的切削可以很大程度地減小刀具的載荷。 第三，如果需要加工余量較大的零件，就要選擇攀爬式的切削方式。 攀爬式的切削最大的特點(diǎn)就是能夠減小切削力、改善切削的硬化程度，還能降低切削產(chǎn)生的熱量，從而能夠提高模具的切削質(zhì)量。 第四，在切削過程中不要突然改變刀具的進(jìn)給方向， 突然改變會使切削速度降低而且影響切削質(zhì)量，產(chǎn)生“過切”或“殘留”現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致更嚴(yán)重的事故。

3.2 半精加工工藝措施

這個(gè)過程把握好切削間距和公差值是關(guān)鍵。 具體的措施如下：第一，這個(gè)過程是在粗加工之后進(jìn)行的，所以為了切入過程的穩(wěn)定就要順應(yīng)上一過程，這樣可以減少切削對刀具的損傷。第二，這個(gè)過程要保持連續(xù)的切削，避免突然換刀或者頻繁退刀。半精工過程是一個(gè)較為重要的過程， 該過程可以完成粗加工中沒有切削的角落和位置，為精加工做好鋪墊。

3.3 清角加工工藝措施

經(jīng)過半精加工后的工件表面已經(jīng)較為均勻， 但是在凹向型面處的加工余量的工作量很大。 因?yàn)樵撨^程要求的刀具半徑很小，比要加工的曲率半徑小得多，加工余量如果不均勻就會切削得不穩(wěn)定，而且還回嚴(yán)重影響加工精度，所以一定要將這部分多余的材料切除干凈。 次加工過程中保持刀具的懸空狀態(tài)，能夠大大地改善刀具的本身受力情況， 也可以為模具高速精加工提供良好的切削條件。

3.4 精加工工藝措施

此過程主要對精度和質(zhì)量有了更高的要求，具體措施如下：科學(xué)設(shè)計(jì)切削過程的程序，避免在切削過程中垂直下刀和抬刀，這樣可以減少對模具表面的損傷。 精銑時(shí)一般采用順銑，可以避免滑行現(xiàn)象的發(fā)生。 在選擇走刀的路線時(shí)， 注意加工變形的產(chǎn)生，必要時(shí)選擇多次走刀，總之要選擇最優(yōu)走刀路線。

4 總結(jié)

高速數(shù)控切削加工工藝有很多細(xì)節(jié)和原則應(yīng)該去注意和遵守，數(shù)控編程人員只有合理地選擇好切削的方法和切削用量，才能盡量減少總工序，提高工作效率和模具的總體質(zhì)量。 每道工藝都有其加工的特點(diǎn)，只有遵守每道工藝的加工特點(diǎn)和原則，才能得到一個(gè)完整合格的工件，才能提高加工質(zhì)量和加工效率。

[1]陳青艷．巧用刀具半徑補(bǔ)償指令實(shí)現(xiàn)多功能切削加工[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（6）.

[2]盧亮亮．?dāng)?shù)控切削加工中撞刀現(xiàn)象及對策[J]．科學(xué)與財(cái)富，2014（6）.

[3]王德山．精密數(shù)控銑床及高速加工中心的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J]．煤礦機(jī)械，2011（7）.