精密零件的数控加工工艺及加工策略

王磊

[摘 要] 21世纪，我国经济迅猛发展，科学技术水平也在不断增强。随着我国不断推进的现代化建设进程，数控高速加工工艺凭借着较高的自动化程度、高精度和高效率的优势，成为机械制造行业的关键技术和重要基础。科技的进步对机械产品的生产率和质量要求越来越高。为了提高制造企业的竞争力，就必须要将加工成本降低，缩短产品周期，促进产品质量的进一步提高。对精密零件的数控加工工艺进行了分析，通过分析高速加工技术的特点，提出了精密零件的具体加工策略。

[關 键 词] 数控加工；精密零件；加工工艺；策略

[中图分类号] TG659 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）31-0206-02

在精密模具零件加工中，通过高速加工技术的运用，能避免电极制造，将磨削抛光工序和电火花所取代。能够对具有较高系统刚性要求、复杂曲面和大型覆盖件的高淬硬模具钢件进行加工，并且能使抛光量和钳工打磨大幅度降低。高速加工的数控机床刀具等装备，具有较大的投资、极高的技术含量。在高速加工精密模具零件的过程中，需要对高速加工工艺和策略准确把握，对高速加工机床和切削刀具合理选择。同时对加工路线和走刀方式合理选择，才能对精密模具工作零件进行准确可靠的制作。

一、精密模具零件的高速加工工艺

（一）高速加工机床

高速切削机床通常具有较高的技术性能，主轴转速高达20000～40000r/min，最大进给速度达120m/min。采用运动机构和主轴系统等高性能的功能部件，相比于传统普通数控机床，国内外高速加工中心具有更加良好的加工速度、性能和临床机构。高速机床要求的冷却系统和主轴单元具有极高的性能。同时，需要优良的动力特性、监控系统和安全装置，其特点是机床具有较大的制造难度和极高的技术含量。相比于国外，目前国内的高速机床在技术上还有一定差距存在。为了使数控机床的试制周期和开发时间有效缩短，需要新型功能部件，具有极高的可靠性和性能。

目前，以下几种新型功能部件比较具有代表性：

1.机床支撑部件

在高速切削机床的床身等支撑部件，无论是静刚度还是热刚度都比较好，其支撑部件主要是采用高刚性和高质量的灰铸铁。为了促进热稳定性和抗振性的增加，有的还将高阻尼特性的聚合物混凝土添加其中，不单单能给机床刚度的稳定性提供保障，还可对切削时刀具振颤进行预防，以此对机床精度的稳定提供保障。

为了提高机床的稳定性，还可采取对称床身结构并配有密布的加强筋、整体铸造床身、封闭式床身设计等手段。采用模态分析，能提供可靠和稳定的机床支撑部件，促进了机床结构的优化。

2.高频电主轴

具有一系列的优点，既无级调速、较高的转速和较小的体积，集成了高频电动机与主轴，目前已经广泛的应用于各种新型数据机床中。电主轴具有非常紧凑的结构，一般情况下是在高速下运转，如何解决发热问题是其关键技术。首先是轴承材料和精度，其次是润滑技术、冷却技术等，主要是将电动机的发热减少。

3.直线电动机

目前，直线电动机具有非常广泛的应用。尽管比传统的伺服系统价格高，但却能使机床的动态性能提高，并对机床传动结构进行了简化。具有完善的冷却系统隔热措施，并且具有良好的热稳定性，能够与各种切削加工的环境相适应，对联动机床、高速铣床比较适用。

4.电滚珠丝杆

主要集成了伺服电动机与滚珠，其优点是具有紧凑的结构，能将传动环节减少。并使数控机床的结构极大的简化。

二、数控高速加工技术应用

（一）高速切削加工技术

作为一种先进的切削加工技术，相比于传统的切削加工，其切削速度、进给速度都得到了大幅度提高，并且也从根本上改变了切削机理。因此，通过高速切削，能解决常规切削加工中备受困扰的一系列问题。相比于常规切削加工方式，高速切削具有它的特点：

1.具有较高的加工效率

随着大幅度提高的切削速度，也相应地提高了供给速度。相比于常规的切削速度，单位时间内的材料切除率可达到常规切削的3～6倍。同时，因为提高了高速切削机床快速空行程速度，在促进切削加工效率提高的同时，也使零件加工辅助时间极大地缩短了。

2.降低了切削力

切削热对工件产生较小的影响。在切削速度达到一定值后，高速切削中能够降低30%以上的切削力，特别是径向切削力显著降低。同时，切屑飞速带走切削热，工件仅接受了少量切削热，工件基本上保持冷态。所以，它对加工容易变形的零件以及具有较差刚性的、薄壁类的零件比较适合。

3.具有较高的加工精度

加工刀具激振频率远离工艺系统固有频率，所以振动不容易产生。具有较小的残余应力和热变形，自由切削能为加工质量和加工精度提供保障。所以，采用高速切削能将铣削后的精加工工序省去。

4.可切削钦合金、高温合金等各种难加工的材料

目前，一些难加工的材料被广泛应用于航空航天等尖端部门的零件制造中。例如钦合金，这种材料具有较小的弹性模量和导热系数以及较大的化学活性。所以也具有较差的刚性，在加工时具有极高的切削温度，并且容易变形。同时具有较大的单位切削面积，零件表面也有较为严重的冷硬现象。刀具后刀面出现严重的磨损。如果对涂层整体硬质合金刀具高速切削钦合金采用高速切削，能极大地提高加工效率和零件表面加工质量。

（二）数控车床加工技术

作为一种对零件进行加工的工艺方法，数控加工比较常用。通常情况下，数控车床加工技术主要涵盖两个方面的内容，即数控机床加工工艺和数控编程技术，同时其范围还涉及数控加工中的刀具、夹具等工装。数控加工是由数控机床运动的可控性所决定，数控机床的运动主要是执行加工工序的指令。所以，实现数控加工的重要环节，就是编制零件加工工序和制定数控加工工艺，这是保障零件合格的关键。特别是加工相对繁杂的零件，其重要性要大于数据机床本身。基于此，作为一种优质和高效的实现产品加工技术，数控车床加工技术是敏捷化和数字化制造加工的基础与关键，对促进机械制造业的发展发挥着重要的作用。

（三）数控快速点磨削技术

作为一种先进的加工工艺，数控快速点磨削技术高效率、高柔性，集超硬磨料、超高速磨削先进技术于一体，主要是用于加工轴套类零件。高度结合了新一代数控车削和超高速磨削，采用超薄的人造金刚石超硬磨料砂轮和超薄层CBN，是目前高速磨削最先进的技术形式之一。

三、数控高速加工技術的优势

（一）提高生产率

切削用量直接决定了产品的生产率，合理的切削用量能对生产率提供保障。高速加工的切削用量与传统加工方式用大直径的刀具、大切深、大切宽的切削用量相当，在高速加工方式下，为提高加工效率，可采用小直径的刀具、小切深、小切宽、快速多次走刀。相比于传统的加工方式，高速加工的进给速度能达到其的5～10倍，提高3～6倍材料去除率，能促进生产效率极大提升。

（二）改善加工产品的质量

因为大幅度减少了高速加工的切削力，刀具和被加工零件之间的具有很少的系统振动，能使表面加工质量达到良好，可作为镜面加工机械加工的最终精加工工序。同时，因为主轴具有较高的转速，增加了工件的接触频率，导致高频压应力在表面产生，使加工表面的表面粗糙度极大地减少，促进加工表面接触刚性和零件的耐磨性能的提高。特别是将高速加工工艺应用在模具行业，模具的平均寿命可提高3倍。

四、精密零件的数控加工策略

（一）切削方式及走刀方式

顺铣加工应该是高速切削加工中尽量采用的方式。在顺铣中刀刃主要受压应力，而在逆铣中刀刃受拉应力，因为处于恶劣的受力状态，进而使刀具的使用寿命降低。

（二）加工顺序的安排

对切除的材料和加工成形的几何形状同时考虑，尽可能减少加工步骤，使用连续的方法，例如相比于平衡路径，偏置路径更好，应从材料的外部切入，避免垂直下刀。为了避免出现刀痕，在零件的临界区域应采用不同步骤的精加工路径，使用单一刀具精加工临界区域，尽量不换刀。精加工后的加工表面之所以出现刀痕，就是因为刀具设置错误；尽量使用短刀，以免使用长刀具产生磨损。在条件许可的情况下，需要对零件方向重新进行定位，使用短刀具在难以加工的区域进行加工。在实际加工的刀具路径中，需要同时满足其他要求和重要要求。在高速、高温加工时，采用涂层硬质合金刀具，可不对切削液体进行运用，既可产生极高的切削效率。采用油+气冷却润滑的干式切削方式，加工区产生的切屑可以利用高压气体迅速吹走，并带着大量的切削热，同时在刀具刃部和工件表面经雾化的润滑油可以形成一层极薄的微观保护膜，既可使零件的表面质量提高，还能使刀具寿命有效延长。

作为我国的一个最基本的行业，机械制造业的发展水平对我国经济水平产生了直接影响，能提高国家生产总值，并促进我国经济质的飞跃。目前，我国开始高度重视重大科技产业项目，并日益提高了科学技术综合水平。目前在世界制造技术中，精密零件的高速加工技术已经成为顶尖技术。高速加工不单单能使生产效率成倍的提高，还可对零件的表面质量和加工精度进行很好的改善，具有传统加工无法比拟的优势，能够高效解决常规加工中难以解决的某些特殊材料的加工问题。作为一项系统的工程，精密模具零件的高速加工将成为现代机械制造业发展的必然趋势。随着数控加工技术在国内制造业中的广泛普及和应用，数控高速加工技术凭借着数控加工特点和高精度，而广泛应用于高精度模具行业、汽车行业、航天行业。

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