精密零件的數控加工工藝及加工策略

王磊

[摘 要] 21世紀，我國經濟迅猛發展，科學技術水平也在不斷增強。隨著我國不斷推進的現代化建設進程，數控高速加工工藝憑借著較高的自動化程度、高精度和高效率的優勢，成為機械制造行業的關鍵技術和重要基礎。科技的進步對機械產品的生產率和質量要求越來越高。為了提高制造企業的競爭力，就必須要將加工成本降低，縮短產品周期，促進產品質量的進一步提高。對精密零件的數控加工工藝進行了分析，通過分析高速加工技術的特點，提出了精密零件的具體加工策略。

[關 鍵 詞] 數控加工；精密零件；加工工藝；策略

[中圖分類號] TG659 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）31-0206-02

在精密模具零件加工中，通過高速加工技術的運用，能避免電極制造，將磨削拋光工序和電火花所取代。能夠對具有較高系統剛性要求、復雜曲面和大型覆蓋件的高淬硬模具鋼件進行加工，并且能使拋光量和鉗工打磨大幅度降低。高速加工的數控機床刀具等裝備，具有較大的投資、極高的技術含量。在高速加工精密模具零件的過程中，需要對高速加工工藝和策略準確把握，對高速加工機床和切削刀具合理選擇。同時對加工路線和走刀方式合理選擇，才能對精密模具工作零件進行準確可靠的制作。

一、精密模具零件的高速加工工藝

（一）高速加工機床

高速切削機床通常具有較高的技術性能，主軸轉速高達20000～40000r/min，最大進給速度達120m/min。采用運動機構和主軸系統等高性能的功能部件，相比于傳統普通數控機床，國內外高速加工中心具有更加良好的加工速度、性能和臨床機構。高速機床要求的冷卻系統和主軸單元具有極高的性能。同時，需要優良的動力特性、監控系統和安全裝置，其特點是機床具有較大的制造難度和極高的技術含量。相比于國外，目前國內的高速機床在技術上還有一定差距存在。為了使數控機床的試制周期和開發時間有效縮短，需要新型功能部件，具有極高的可靠性和性能。

目前，以下幾種新型功能部件比較具有代表性：

1.機床支撐部件

在高速切削機床的床身等支撐部件，無論是靜剛度還是熱剛度都比較好，其支撐部件主要是采用高剛性和高質量的灰鑄鐵。為了促進熱穩定性和抗振性的增加，有的還將高阻尼特性的聚合物混凝土添加其中，不單單能給機床剛度的穩定性提供保障，還可對切削時刀具振顫進行預防，以此對機床精度的穩定提供保障。

為了提高機床的穩定性，還可采取對稱床身結構并配有密布的加強筋、整體鑄造床身、封閉式床身設計等手段。采用模態分析，能提供可靠和穩定的機床支撐部件，促進了機床結構的優化。

2.高頻電主軸

具有一系列的優點，既無級調速、較高的轉速和較小的體積，集成了高頻電動機與主軸，目前已經廣泛的應用于各種新型數據機床中。電主軸具有非常緊湊的結構，一般情況下是在高速下運轉，如何解決發熱問題是其關鍵技術。首先是軸承材料和精度，其次是潤滑技術、冷卻技術等，主要是將電動機的發熱減少。

3.直線電動機

目前，直線電動機具有非常廣泛的應用。盡管比傳統的伺服系統價格高，但卻能使機床的動態性能提高，并對機床傳動結構進行了簡化。具有完善的冷卻系統隔熱措施，并且具有良好的熱穩定性，能夠與各種切削加工的環境相適應，對聯動機床、高速銑床比較適用。

4.電滾珠絲桿

主要集成了伺服電動機與滾珠，其優點是具有緊湊的結構，能將傳動環節減少。并使數控機床的結構極大的簡化。

二、數控高速加工技術應用

（一）高速切削加工技術

作為一種先進的切削加工技術，相比于傳統的切削加工，其切削速度、進給速度都得到了大幅度提高，并且也從根本上改變了切削機理。因此，通過高速切削，能解決常規切削加工中備受困擾的一系列問題。相比于常規切削加工方式，高速切削具有它的特點：

1.具有較高的加工效率

隨著大幅度提高的切削速度，也相應地提高了供給速度。相比于常規的切削速度，單位時間內的材料切除率可達到常規切削的3～6倍。同時，因為提高了高速切削機床快速空行程速度，在促進切削加工效率提高的同時，也使零件加工輔助時間極大地縮短了。

2.降低了切削力

切削熱對工件產生較小的影響。在切削速度達到一定值后，高速切削中能夠降低30%以上的切削力，特別是徑向切削力顯著降低。同時，切屑飛速帶走切削熱，工件僅接受了少量切削熱，工件基本上保持冷態。所以，它對加工容易變形的零件以及具有較差剛性的、薄壁類的零件比較適合。

3.具有較高的加工精度

加工刀具激振頻率遠離工藝系統固有頻率，所以振動不容易產生。具有較小的殘余應力和熱變形，自由切削能為加工質量和加工精度提供保障。所以，采用高速切削能將銑削后的精加工工序省去。

4.可切削欽合金、高溫合金等各種難加工的材料

目前，一些難加工的材料被廣泛應用于航空航天等尖端部門的零件制造中。例如欽合金，這種材料具有較小的彈性模量和導熱系數以及較大的化學活性。所以也具有較差的剛性，在加工時具有極高的切削溫度，并且容易變形。同時具有較大的單位切削面積，零件表面也有較為嚴重的冷硬現象。刀具后刀面出現嚴重的磨損。如果對涂層整體硬質合金刀具高速切削欽合金采用高速切削，能極大地提高加工效率和零件表面加工質量。

（二）數控車床加工技術

作為一種對零件進行加工的工藝方法，數控加工比較常用。通常情況下，數控車床加工技術主要涵蓋兩個方面的內容，即數控機床加工工藝和數控編程技術，同時其范圍還涉及數控加工中的刀具、夾具等工裝。數控加工是由數控機床運動的可控性所決定，數控機床的運動主要是執行加工工序的指令。所以，實現數控加工的重要環節，就是編制零件加工工序和制定數控加工工藝，這是保障零件合格的關鍵。特別是加工相對繁雜的零件，其重要性要大于數據機床本身。基于此，作為一種優質和高效的實現產品加工技術，數控車床加工技術是敏捷化和數字化制造加工的基礎與關鍵，對促進機械制造業的發展發揮著重要的作用。

（三）數控快速點磨削技術

作為一種先進的加工工藝，數控快速點磨削技術高效率、高柔性，集超硬磨料、超高速磨削先進技術于一體，主要是用于加工軸套類零件。高度結合了新一代數控車削和超高速磨削，采用超薄的人造金剛石超硬磨料砂輪和超薄層CBN，是目前高速磨削最先進的技術形式之一。

三、數控高速加工技術的優勢

（一）提高生產率

切削用量直接決定了產品的生產率，合理的切削用量能對生產率提供保障。高速加工的切削用量與傳統加工方式用大直徑的刀具、大切深、大切寬的切削用量相當，在高速加工方式下，為提高加工效率，可采用小直徑的刀具、小切深、小切寬、快速多次走刀。相比于傳統的加工方式，高速加工的進給速度能達到其的5～10倍，提高3～6倍材料去除率，能促進生產效率極大提升。

（二）改善加工產品的質量

因為大幅度減少了高速加工的切削力，刀具和被加工零件之間的具有很少的系統振動，能使表面加工質量達到良好，可作為鏡面加工機械加工的最終精加工工序。同時，因為主軸具有較高的轉速，增加了工件的接觸頻率，導致高頻壓應力在表面產生，使加工表面的表面粗糙度極大地減少，促進加工表面接觸剛性和零件的耐磨性能的提高。特別是將高速加工工藝應用在模具行業，模具的平均壽命可提高3倍。

四、精密零件的數控加工策略

（一）切削方式及走刀方式

順銑加工應該是高速切削加工中盡量采用的方式。在順銑中刀刃主要受壓應力，而在逆銑中刀刃受拉應力，因為處于惡劣的受力狀態，進而使刀具的使用壽命降低。

（二）加工順序的安排

對切除的材料和加工成形的幾何形狀同時考慮，盡可能減少加工步驟，使用連續的方法，例如相比于平衡路徑，偏置路徑更好，應從材料的外部切入，避免垂直下刀。為了避免出現刀痕，在零件的臨界區域應采用不同步驟的精加工路徑，使用單一刀具精加工臨界區域，盡量不換刀。精加工后的加工表面之所以出現刀痕，就是因為刀具設置錯誤；盡量使用短刀，以免使用長刀具產生磨損。在條件許可的情況下，需要對零件方向重新進行定位，使用短刀具在難以加工的區域進行加工。在實際加工的刀具路徑中，需要同時滿足其他要求和重要要求。在高速、高溫加工時，采用涂層硬質合金刀具，可不對切削液體進行運用，既可產生極高的切削效率。采用油+氣冷卻潤滑的干式切削方式，加工區產生的切屑可以利用高壓氣體迅速吹走，并帶著大量的切削熱，同時在刀具刃部和工件表面經霧化的潤滑油可以形成一層極薄的微觀保護膜，既可使零件的表面質量提高，還能使刀具壽命有效延長。

作為我國的一個最基本的行業，機械制造業的發展水平對我國經濟水平產生了直接影響，能提高國家生產總值，并促進我國經濟質的飛躍。目前，我國開始高度重視重大科技產業項目，并日益提高了科學技術綜合水平。目前在世界制造技術中，精密零件的高速加工技術已經成為頂尖技術。高速加工不單單能使生產效率成倍的提高，還可對零件的表面質量和加工精度進行很好的改善，具有傳統加工無法比擬的優勢，能夠高效解決常規加工中難以解決的某些特殊材料的加工問題。作為一項系統的工程，精密模具零件的高速加工將成為現代機械制造業發展的必然趨勢。隨著數控加工技術在國內制造業中的廣泛普及和應用，數控高速加工技術憑借著數控加工特點和高精度，而廣泛應用于高精度模具行業、汽車行業、航天行業。

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