数控铣床切削加工工艺的改进方法探讨

黄 伟

（青岛滨海学院 机电工程学院，山东 青岛 266555）

1 数控铣床刀具选择

1.1 刀具的特点及种类

数控的铣床刀具种类繁多，所以要适应数控机床的高速性，而且高效地完成任务，所选用的刀具一定要达到标准化、通用化以及模块化。 本文主要从铣削刀具和加工工具两方面进行简介。

1.1.1 刀柄结构形式

数控的铣床从结构上分为整体式和模块式两种。 其中模块式是刀具中相对较为先进的一种刀具。 对于不同的加工零件和不同的机床，使用刀具时，也有不同的组装方案。 选择合适的组装方案，刀刃的适应能力和使用效率会有很大程度的提高。整体式刀刃对机床和零件的适应能力稍差些， 所以为了提高自身的适应能力，用户要准备多种规格的刀刃，所以刀刃的利用率也就降低了。 为提高加工效率，应要配合好高效率的刀具和刀柄。 强力铣夹头刀柄的特点就是夹持精度高，适用于夹持直柄刀具，所以适合强力的铣削加工过程，也能用于高精度的铣铰孔加工。弹簧卡头刀柄主要是用于夹持规格较小的铣刀。 目前我国大部分的数控机床都选用模块式的加工工具系统，因为其精度高、装卸方便，而且连接性较高，还具有良好的抗振性能。

1.1.2 数控铣床刀具的分类

根据刀具的结构可以分为以下几种：整体式、特殊式、镶嵌式。 根据制造刀具的材料可以分为：硬质地的合金刀具、高速钢刀具、金刚刀具和陶瓷材料刀片。 从切削工艺上可以分为：立铣刀、圆鼻刀、铣削类刀具、孔加工类刀具等。 一般现在使用机夹式可转位刀具的较多，占一半左右，因为它能满足数控机床对刀具稳定、耐用及可交换的要求。

1.2 数控刀具的选择

数控刀具选择要本着可靠性好、刚性好、安装调整方便、耐用度和精度高的原则， 在满足上述原则的前提下要尽可能地选择刀柄较短的刀具，这样是为了增强加工的刚性。

选择刀具时可以按照以下条件进行选择： 根据工件的表面尺寸选择刀具、根据工件的表面形状选择刀具、合理安排刀具的排列顺序。

2 铣床切削加工工艺分析

2.1 粗加工工艺分析

粗加工工艺最关键的就是提高生产效率。 粗加工主要是在单位时间内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，尽量使毛坯的形状和尺寸接近成品。 经过粗加工后的材料基本上已经形成半精度的工件几何轮廓。 这个工程强调的就是速度。这个加工过程一般使用的是大直径的刀具，这样既能提高生产效率，也能减少刀具的磨损。 数控铣床控制的仅是三坐标中的任意两个坐标，实现二维控制。 粗加工切削主要有以下特征：切入和切出时刀具的载荷都是瞬间变化很大。 切削的过程中，内测拐角刀具载荷大，外侧明显减小，这种差别变化使刀具在切削过程中产生不稳定，所以刀具极易磨损，这样很容易影响到后续的加工质量。

2.2 半精加工工艺分析

半精加工不同于粗加工， 强调的是效率和质量二者统一协调的高效。 半精加工后的工件要求表面相对光滑， 余量也要均匀。 这个过程为精加工主要表面做准备工作，以完成次要表面的加工。 加工过程应该尽快切除模具表面的多余材料，使加工模具表面尽量平整，也要达到一定的精度要求。

2.3 清角加工工艺分析

清角加工不再强调工作的速度， 而是更加注重模具表面的协调性和统一性。 工件的清角加工主要是为了除净型腔、交界面交线凹陷处和型芯转折面等的多余材料，也是为精加工做铺垫，以保证精加工的顺利进行。 这个过程小直径的刀具无法一次性地完成切削，应该采用两次或者更多次的切削加工，直到达到要求。 刀具一般是小于或者等于精加工的刀具直径。

2.4 精加工工艺分析

精加工与之前几种加工过程的要求不同， 一定要保证模具的精度和质量，保证每个零件的精度、形状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，这是为了使刀刃在切削过程中处于一个平稳的状态，也能减小工件的加工误差，使表面较为理想。精加工选用的是小直径的加工刀具。精加工一般按以下工序进行：外轮廓加工、凸起加工、自由型面、阶梯面加工、凹陷加工、其他低辅助面。 模具高速精加工的加工要点总结如下： 在切削过程中刀具和工件的接触点应该随着加工表面的曲面斜率和刀具半径的变换而产生一致性的变化。 如果要加工的模具曲面较为复杂，一定要安排在一个工序中一次性地完成，这样可以减少下刀的次数，也就保存了模具的表面。 在切削时，应该使刀具的进给方向为圆弧形， 这样会使切削面更加连续和流畅，平稳性较好。 在加工过程中尽量不要停顿，突然的停刀会使模具表面发生微量形变，影响精度，容易在停刀处留下凹痕。

3 工艺改进措施

3.1 粗加工工艺改进措施

粗加工应该在切削的稳定性上进一步提高， 下面是具体的改进措施：第一，通过一些软件计算出切削面的面积以及被切削材料的切削率， 这样在切削过程中就会使刀具的载荷与磨损率保持一个平衡的状态。 一方面能够提高加工的质量，另一方面还能减少刀具的磨损。 第二，在切削的过程中，刀具尽量采用倾斜的切入与切出的方式。 在加工模具的型腔时也要避免刀具的垂直切入以及切出。 如果机器允许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减小刀具的载荷。 第三，如果需要加工余量较大的零件，就要选择攀爬式的切削方式。 攀爬式的切削最大的特点就是能够减小切削力、改善切削的硬化程度，还能降低切削产生的热量，从而能够提高模具的切削质量。 第四，在切削过程中不要突然改变刀具的进给方向， 突然改变会使切削速度降低而且影响切削质量，产生“过切”或“残留”现象，甚至导致更严重的事故。

3.2 半精加工工艺措施

这个过程把握好切削间距和公差值是关键。 具体的措施如下：第一，这个过程是在粗加工之后进行的，所以为了切入过程的稳定就要顺应上一过程，这样可以减少切削对刀具的损伤。第二，这个过程要保持连续的切削，避免突然换刀或者频繁退刀。半精工过程是一个较为重要的过程， 该过程可以完成粗加工中没有切削的角落和位置，为精加工做好铺垫。

3.3 清角加工工艺措施

经过半精加工后的工件表面已经较为均匀， 但是在凹向型面处的加工余量的工作量很大。 因为该过程要求的刀具半径很小，比要加工的曲率半径小得多，加工余量如果不均匀就会切削得不稳定，而且还回严重影响加工精度，所以一定要将这部分多余的材料切除干净。 次加工过程中保持刀具的悬空状态，能够大大地改善刀具的本身受力情况， 也可以为模具高速精加工提供良好的切削条件。

3.4 精加工工艺措施

此过程主要对精度和质量有了更高的要求，具体措施如下：科学设计切削过程的程序，避免在切削过程中垂直下刀和抬刀，这样可以减少对模具表面的损伤。 精铣时一般采用顺铣，可以避免滑行现象的发生。 在选择走刀的路线时， 注意加工变形的产生，必要时选择多次走刀，总之要选择最优走刀路线。

4 总结

高速数控切削加工工艺有很多细节和原则应该去注意和遵守，数控编程人员只有合理地选择好切削的方法和切削用量，才能尽量减少总工序，提高工作效率和模具的总体质量。 每道工艺都有其加工的特点，只有遵守每道工艺的加工特点和原则，才能得到一个完整合格的工件，才能提高加工质量和加工效率。

[1]陈青艳．巧用刀具半径补偿指令实现多功能切削加工[J]．机械设计与制造，2013（6）.

[2]卢亮亮．数控切削加工中撞刀现象及对策[J]．科学与财富，2014（6）.

[3]王德山．精密数控铣床及高速加工中心的应用设计[J]．煤矿机械，2011（7）.