數控銑床切削加工工藝的改進方法探討

黃 偉

（青島濱海學院 機電工程學院，山東 青島 266555）

1 數控銑床刀具選擇

1.1 刀具的特點及種類

數控的銑床刀具種類繁多，所以要適應數控機床的高速性，而且高效地完成任務，所選用的刀具一定要達到標準化、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行簡介。

1.1.1 刀柄結構形式

數控的銑床從結構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的一種刀具。 對于不同的加工零件和不同的機床，使用刀具時，也有不同的組裝方案。 選擇合適的組裝方案，刀刃的適應能力和使用效率會有很大程度的提高。整體式刀刃對機床和零件的適應能力稍差些， 所以為了提高自身的適應能力，用戶要準備多種規格的刀刃，所以刀刃的利用率也就降低了。 為提高加工效率，應要配合好高效率的刀具和刀柄。 強力銑夾頭刀柄的特點就是夾持精度高，適用于夾持直柄刀具，所以適合強力的銑削加工過程，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格較小的銑刀。 目前我國大部分的數控機床都選用模塊式的加工工具系統，因為其精度高、裝卸方便，而且連接性較高，還具有良好的抗振性能。

1.1.2 數控銑床刀具的分類

根據刀具的結構可以分為以下幾種：整體式、特殊式、鑲嵌式。 根據制造刀具的材料可以分為：硬質地的合金刀具、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。 一般現在使用機夾式可轉位刀具的較多，占一半左右，因為它能滿足數控機床對刀具穩定、耐用及可交換的要求。

1.2 數控刀具的選擇

數控刀具選擇要本著可靠性好、剛性好、安裝調整方便、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，這樣是為了增強加工的剛性。

選擇刀具時可以按照以下條件進行選擇： 根據工件的表面尺寸選擇刀具、根據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

粗加工工藝最關鍵的就是提高生產效率。 粗加工主要是在單位時間內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。 經過粗加工后的材料基本上已經形成半精度的工件幾何輪廓。 這個工程強調的就是速度。這個加工過程一般使用的是大直徑的刀具，這樣既能提高生產效率，也能減少刀具的磨損。 數控銑床控制的僅是三坐標中的任意兩個坐標，實現二維控制。 粗加工切削主要有以下特征：切入和切出時刀具的載荷都是瞬間變化很大。 切削的過程中，內測拐角刀具載荷大，外側明顯減小，這種差別變化使刀具在切削過程中產生不穩定，所以刀具極易磨損，這樣很容易影響到后續的加工質量。

2.2 半精加工工藝分析

半精加工不同于粗加工， 強調的是效率和質量二者統一協調的高效。 半精加工后的工件要求表面相對光滑， 余量也要均勻。 這個過程為精加工主要表面做準備工作，以完成次要表面的加工。 加工過程應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

清角加工不再強調工作的速度， 而是更加注重模具表面的協調性和統一性。 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行。 這個過程小直徑的刀具無法一次性地完成切削，應該采用兩次或者更多次的切削加工，直到達到要求。 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量，保證每個零件的精度、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平穩的狀態，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總結如下： 在切削過程中刀具和工件的接觸點應該隨著加工表面的曲面斜率和刀具半徑的變換而產生一致性的變化。 如果要加工的模具曲面較為復雜，一定要安排在一個工序中一次性地完成，這樣可以減少下刀的次數，也就保存了模具的表面。 在切削時，應該使刀具的進給方向為圓弧形， 這樣會使切削面更加連續和流暢，平穩性較好。 在加工過程中盡量不要停頓，突然的停刀會使模具表面發生微量形變，影響精度，容易在停刀處留下凹痕。

3 工藝改進措施

3.1 粗加工工藝改進措施

粗加工應該在切削的穩定性上進一步提高， 下面是具體的改進措施：第一，通過一些軟件計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平衡的狀態。 一方面能夠提高加工的質量，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也要避免刀具的垂直切入以及切出。 如果機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，還能降低切削產生的熱量，從而能夠提高模具的切削質量。 第四，在切削過程中不要突然改變刀具的進給方向， 突然改變會使切削速度降低而且影響切削質量，產生“過切”或“殘留”現象，甚至導致更嚴重的事故。

3.2 半精加工工藝措施

這個過程把握好切削間距和公差值是關鍵。 具體的措施如下：第一，這個過程是在粗加工之后進行的，所以為了切入過程的穩定就要順應上一過程，這樣可以減少切削對刀具的損傷。第二，這個過程要保持連續的切削，避免突然換刀或者頻繁退刀。半精工過程是一個較為重要的過程， 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

經過半精加工后的工件表面已經較為均勻， 但是在凹向型面處的加工余量的工作量很大。 因為該過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定，而且還回嚴重影響加工精度，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，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量有了更高的要求，具體措施如下：科學設計切削過程的程序，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。 精銑時一般采用順銑，可以避免滑行現象的發生。 在選擇走刀的路線時， 注意加工變形的產生，必要時選擇多次走刀，總之要選擇最優走刀路線。

4 總結

高速數控切削加工工藝有很多細節和原則應該去注意和遵守，數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量。 每道工藝都有其加工的特點，只有遵守每道工藝的加工特點和原則，才能得到一個完整合格的工件，才能提高加工質量和加工效率。

[1]陳青艷．巧用刀具半徑補償指令實現多功能切削加工[J]．機械設計與制造，2013（6）.

[2]盧亮亮．數控切削加工中撞刀現象及對策[J]．科學與財富，2014（6）.

[3]王德山．精密數控銑床及高速加工中心的應用設計[J]．煤礦機械，2011（7）.