數控銑床金屬構件加工工藝分析

黃健

摘要：數控銑床是在一般銑床基礎上發展起來的自動加工設備，數控技術的應用有效提升了銑床的加工效率和精度，并且加快了我國工業產業向數字化和智能化方向發展的進程。因為數控銑削工藝較為復雜，技術難題較多，所以對數控銑床加工工藝進行分析具有重要意義。文章首先闡述了數控銑床的工藝特點以及加工工藝解構，然后對數控銑床金屬構件加工工藝進行分析，為推動數控銑床加工工藝的進一步提升提供參考。

關鍵詞：數控銑床;金屬構件;加工工藝;刀具

中圖分類號：TG547? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0092-02

0? 引言

隨著我國社會的快速發展，對機械加工產品的質量要求不斷提升，在航空航天、造船、軍事等領域中應用的機械零件要求的精度較高，很多零件的形狀比較復雜，有時還需要更改規格和型號，但是生產批量較小。在加工這類機械零件時，普通機床或者專用化程度高的自動化機床需要頻繁的改裝或者調整設備，無論是在生產效率還是加工精度方面都已經無法滿足生產需求，數控機床的出現有效解決了這些問題。數控銑床作為數控機床的一種，具有很強的加工功能，對零件加工的適應性較強，能夠加工形狀較為復雜以及尺寸難以控制的零件，還可加工用數學模型描述的復雜曲線零件以及三維空間曲面類零件。數控銑床的加工效率較高，在一次裝夾定位后即可進行多道工序的加工，加工的精度和自動化程度較高，為促進我國機械加工技術的進一步發展奠定了良好的基礎。文章主要以金屬構件的加工為例來闡述數控銑床的加工工藝，對進一步了解數控銑床的加工工藝創造良好條件。

1? 數控銑床的工藝特點

隨著數控技術的快速發展，數控銑床在我國機械加工制造業中應用越來越廣泛。數控銑床的應用不僅提高了生產效率，而且提升了加工精度，還能夠適用于小批量定制化生產的需求，可滿足我國工業生產多樣化的零件加工需求。數控銑床主要具有靈活性好、適應性強、技術性強、加工精度高、生產效率高等特點，所以得到眾多加工制造業的青睞。數控銑床可根據設定好的程序來控制終端部件的運行模式，對于形狀較為復雜，尺寸難以控制的零件都能夠進行加工。對于金屬構件的加工，可對其進行立體化建模處理，然后以數字信號為載體對金屬構件的不同結構進行高精度的加工處理。數控銑床自動化程度較高，在電子技術、傳感技術以及信息技術等的綜合運行下，能夠實現對數控銑床的遠程控制操作，可有效規避人為操作產生的誤差，提高零件加工的質量。在數控銑床中的裝夾工具等銑削設備都是一體化結構，在加工過程中不需要人為更換等操作，只需要調用相應的加工程序即可實現自動化操控，加速了工序之間的銜接效率，而且可有效控制加工精度。

2? 數控銑床切削加工工藝解構

2.1 粗加工工藝

粗加工是數控銑床對金屬構件進行初步加工，也是零件加工中生產效率較高的環節。粗加工主要是在保證毛坯形狀以及尺寸與成品盡量接近的基礎上，在單位時間內能夠實現材料的最大切除率。經過粗加工后金屬材料在輪廓上已經和成品非常接近，能夠達到一半以上的精度標準。為了保證整個生產流程的效率，對粗加工的速度有較高的要求，在粗加工中選擇直徑較大的刀具，不僅能夠提高加工效率，而且還能夠降低對刀具造成的磨損。為了進一步提升粗加工工藝，可以利用仿真軟件來計算毛坯需要切削的面積和切削率，這樣計算的結果較為精確，既能夠降低對刀具產生的載荷以及磨損，還能夠進一步提升加工質量。

2.2 半精加工工藝

在粗加工后即進入半精加工程序，半精加工的質量對后續的精加工有直接的影響。在半精加工過程中，要注重效率和質量的協調，盡量去除零件表面多余的材料，半精加工后的構件表面較為光滑且余量較為均勻。為了提升半精加工工藝，要控制好切削間距和公差值，保持穩定的切入，嚴格按照規定程序操作，避免對刀具和工件造成損傷。加工過程中保證切削的連續性，盡量減少換刀和退刀。

2.3 清角加工工藝

經過半精加工的工件表面相對較為均勻，但是在凹陷型面的位置還會存在較大的加工余量。而加工余量的均勻性較差會對后續精加工切削的穩定性產生直接影響，所以要對工件進行清角加工，將多余的材料全面清除掉，為后續精加工做好基礎。因為清角加工對加工余量的均勻性有較高要求，所以在此環節更加追求工件表面的統一性和協調性，不能為了加工速度而影響到加工質量。在清角加工中，因為無法一次完成切削作業，所以使用刀具的直徑要小于精加工刀具的直徑。

2.4 精加工工藝

精加工作為數控銑床加工零件的最后一道工藝，對加工有較高的標準，要求零件的尺寸、表面粗糙度以及形狀等各方面的精度都能夠與設計圖紙保持一致。在精加工過程中，為了保證刀刃的平穩性，一般會在工件表面預留一定的余量，盡量減小切削時差生的誤差。盡量選擇直徑較小的加工刀具，為了防止加工變形，可采用多次走刀的方式，不斷優化走刀路線，提高加工精度。

3? 數控銑床金屬構件加工工藝應用

數控銑床在工業生產中的應用，大大提升了機械加工效率和加工精度，為促進我國經濟的發展奠定了良好的條件。數控銑床的銑削加工主要是對工件進行平面銑削和輪廓銑削，利用鉆、擴、鉸、鏜等加工方法對金屬構件進行處理。與傳統的人工銑削相比，數控銑削更加靈活，操作更加簡便，不僅提高了生產效率，而且在誤差的控制方面有較高的水平，加工精度能夠滿足各種精密加工零件的需求。下面主要對金屬構件比較常見的三種加工形式進行分析。

3.1 金屬構件的平面加工

利用數控銑床對金屬構件進行平面加工是比較簡單而常見的加工形式，加工程序較為簡單，加工精度容易控制，加工效率較高。數控銑床技術加工的金屬構件在產品性能方面更接近產品需求，可更好的滿足市場的需求。金屬構件平面加工主要是指對構件進行橫向或者縱向的水平加工，也可以是與水平面呈現出一定角度的加工面。從加工效率、加工工序和加工質量方面考慮，應該明確金屬構件材料的相關屬性以及對構件成品的參數要求，然后選擇適宜的刀具以及相應的銑削工藝。比如在進行平裝加工中，刀體結構的加工性能較高，此時選擇無孔刀片可有效增加容屑空間，確保金屬構件表面加工的平整度，還能夠減輕加工時截面的應力。如果進行立裝加工，對構件進行立面切削在操作上更加簡便，將刀片固定在立面刀槽中即能夠進行轉位操作，可進行大切深及大走刀量的操作。在加工具有一定角度的金屬構件平面時，則需要根據實際角度需求來調整銑刀的角度，以較為適宜的角度進行加工。數控銑床在金屬構件的平面加工中，選擇的主偏角不同對刀具本體所產生的振動幅度也不相同，所以為了保證銑削的加工精度，應該根據實際需求合理設定切削角度，最大程度提高刀具本體的抗震性。

3.2 金屬構件的曲面加工

在數控銑床加工的金屬構件中，經常會遇到模具、葉片螺旋槳等曲面類的零件，這類零件的型面較為復雜，需要多坐標聯動進行加工，所以常需要在數控銑床或者數控加工中心中完成。對于邊界敞開的直紋曲面加工，在數控銑床中一般會采用球頭刀進行“行切法”加工。在加工過程中，系統會對各類數據信息進行處理，將程序參數與加工參數之間進行實時對比，確保加工操作的精準度。金屬構件的曲面加工在空間上呈現曲面運動路徑，與直線運動路徑基本相符，主要是刀具運動路徑存在一定的差異性。一般刀具與構件輪廓的切點軌跡呈現圈層遞進的特點，按照加工精度的要求設定好行間距。在實際加工中，運動軌跡可以按照直線加工，刀位點的計算量較少，程序相對也少，能夠確保母線的直線度。可將金屬構件分為四個加工面，水平面在向曲面轉換的過程中，刀具與金屬構件之間的相對角度不斷減小，隨著角度的遞減，刀具銑削所呈現的角度為平滑的曲面結構，可滿足實際加工的需求。

3.3 金屬構件的立體曲面加工

因為數控銑床能夠進行多軸聯動操作，所以可對金屬構件進行立體曲面加工。根據金屬構件的曲面形狀、刀具形狀以及加工精度要求，設定不同的空間坐標，實現對金屬構件的立體化切削。在立體加工中，數控銑床的X、Y、Z加工軸能夠在同一時間節點對金屬構件進行操作，但是每個軸體的運行模式都是由單獨的程序控制的，以確保加工過程中刀具之間運行軌跡能夠實現互不干擾。比如在兩坐標聯動的三坐標行切法加工中，三個坐標軸中的任意兩軸可作聯動插補，然后第三軸進行單獨的周期進刀，此種方法也可稱為二軸半坐標聯動。在采用行切法的過程中，作為第三軸的分段原則應該根據曲面輪廓的粗糙度以及刀頭之間保持安全軌跡的原則。通常會選擇球頭銑刀，刀頭半徑在保證曲面最小曲率半徑的基礎上，盡量選擇大些，有利于散熱需求。行切走刀模式在加工金屬構件時，可在加工完一個曲面后直接加工下一個平面或者曲面，只需要轉變軸體面和設定相應的系統程序參數即可，加工精度較高。

4? 結語

數控銑床是在傳統銑床設備中應用了數字可控制系統，在編寫加工程序后，通過信號傳輸可令終端設備按照信息指令完成邏輯操作。數控銑床的應用大大降低了人工的投入，有效提高了生產效率。數控銑床不需要使用專用的夾具等工藝設備，在更換生產工件時，只需要按照需求調用數控裝置中預先設定的加工程序、裝夾工具和調整刀具的數據即可，所以會節省更換工藝設備的時間，并且提高了加工的精度。數控銑床集中了銑床、鏜床和鉆床的功能，工序更為集中，減少了一個工件在不同機床間轉換的時間，也降低了因為工件轉換而造成的裝夾誤差。數控銑床能夠進行多維度、高精度的加工作業，實現柔性加工和硬性加工的融合，有效提升金屬構件的加工質量，切實提升了我國制造業的生產水平。

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