数控铣床金属构件加工工艺分析

黄健

摘要：数控铣床是在一般铣床基础上发展起来的自动加工设备，数控技术的应用有效提升了铣床的加工效率和精度，并且加快了我国工业产业向数字化和智能化方向发展的进程。因为数控铣削工艺较为复杂，技术难题较多，所以对数控铣床加工工艺进行分析具有重要意义。文章首先阐述了数控铣床的工艺特点以及加工工艺解构，然后对数控铣床金属构件加工工艺进行分析，为推动数控铣床加工工艺的进一步提升提供参考。

关键词：数控铣床;金属构件;加工工艺;刀具

中图分类号：TG547                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）08-0092-02

0  引言

随着我国社会的快速发展，对机械加工产品的质量要求不断提升，在航空航天、造船、军事等领域中应用的机械零件要求的精度较高，很多零件的形状比较复杂，有时还需要更改规格和型号，但是生产批量较小。在加工这类机械零件时，普通机床或者专用化程度高的自动化机床需要频繁的改装或者调整设备，无论是在生产效率还是加工精度方面都已经无法满足生产需求，数控机床的出现有效解决了这些问题。数控铣床作为数控机床的一种，具有很强的加工功能，对零件加工的适应性较强，能够加工形状较为复杂以及尺寸难以控制的零件，还可加工用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。数控铣床的加工效率较高，在一次装夹定位后即可进行多道工序的加工，加工的精度和自动化程度较高，为促进我国机械加工技术的进一步发展奠定了良好的基础。文章主要以金属构件的加工为例来阐述数控铣床的加工工艺，对进一步了解数控铣床的加工工艺创造良好条件。

1  数控铣床的工艺特点

随着数控技术的快速发展，数控铣床在我国机械加工制造业中应用越来越广泛。数控铣床的应用不仅提高了生产效率，而且提升了加工精度，还能够适用于小批量定制化生产的需求，可满足我国工业生产多样化的零件加工需求。數控铣床主要具有灵活性好、适应性强、技术性强、加工精度高、生产效率高等特点，所以得到众多加工制造业的青睐。数控铣床可根据设定好的程序来控制终端部件的运行模式，对于形状较为复杂，尺寸难以控制的零件都能够进行加工。对于金属构件的加工，可对其进行立体化建模处理，然后以数字信号为载体对金属构件的不同结构进行高精度的加工处理。数控铣床自动化程度较高，在电子技术、传感技术以及信息技术等的综合运行下，能够实现对数控铣床的远程控制操作，可有效规避人为操作产生的误差，提高零件加工的质量。在数控铣床中的装夹工具等铣削设备都是一体化结构，在加工过程中不需要人为更换等操作，只需要调用相应的加工程序即可实现自动化操控，加速了工序之间的衔接效率，而且可有效控制加工精度。

2  数控铣床切削加工工艺解构

2.1 粗加工工艺

粗加工是数控铣床对金属构件进行初步加工，也是零件加工中生产效率较高的环节。粗加工主要是在保证毛坯形状以及尺寸与成品尽量接近的基础上，在单位时间内能够实现材料的最大切除率。经过粗加工后金属材料在轮廓上已经和成品非常接近，能够达到一半以上的精度标准。为了保证整个生产流程的效率，对粗加工的速度有较高的要求，在粗加工中选择直径较大的刀具，不仅能够提高加工效率，而且还能够降低对刀具造成的磨损。为了进一步提升粗加工工艺，可以利用仿真软件来计算毛坯需要切削的面积和切削率，这样计算的结果较为精确，既能够降低对刀具产生的载荷以及磨损，还能够进一步提升加工质量。

2.2 半精加工工艺

在粗加工后即进入半精加工程序，半精加工的质量对后续的精加工有直接的影响。在半精加工过程中，要注重效率和质量的协调，尽量去除零件表面多余的材料，半精加工后的构件表面较为光滑且余量较为均匀。为了提升半精加工工艺，要控制好切削间距和公差值，保持稳定的切入，严格按照规定程序操作，避免对刀具和工件造成损伤。加工过程中保证切削的连续性，尽量减少换刀和退刀。

2.3 清角加工工艺

经过半精加工的工件表面相对较为均匀，但是在凹陷型面的位置还会存在较大的加工余量。而加工余量的均匀性较差会对后续精加工切削的稳定性产生直接影响，所以要对工件进行清角加工，将多余的材料全面清除掉，为后续精加工做好基础。因为清角加工对加工余量的均匀性有较高要求，所以在此环节更加追求工件表面的统一性和协调性，不能为了加工速度而影响到加工质量。在清角加工中，因为无法一次完成切削作业，所以使用刀具的直径要小于精加工刀具的直径。

2.4 精加工工艺

精加工作为数控铣床加工零件的最后一道工艺，对加工有较高的标准，要求零件的尺寸、表面粗糙度以及形状等各方面的精度都能够与设计图纸保持一致。在精加工过程中，为了保证刀刃的平稳性，一般会在工件表面预留一定的余量，尽量减小切削时差生的误差。尽量选择直径较小的加工刀具，为了防止加工变形，可采用多次走刀的方式，不断优化走刀路线，提高加工精度。

3  数控铣床金属构件加工工艺应用

数控铣床在工业生产中的应用，大大提升了机械加工效率和加工精度，为促进我国经济的发展奠定了良好的条件。数控铣床的铣削加工主要是对工件进行平面铣削和轮廓铣削，利用钻、扩、铰、镗等加工方法对金属构件进行处理。与传统的人工铣削相比，数控铣削更加灵活，操作更加简便，不仅提高了生产效率，而且在误差的控制方面有较高的水平，加工精度能够满足各种精密加工零件的需求。下面主要对金属构件比较常见的三种加工形式进行分析。

3.1 金属构件的平面加工

利用数控铣床对金属构件进行平面加工是比较简单而常见的加工形式，加工程序较为简单，加工精度容易控制，加工效率较高。数控铣床技术加工的金属构件在产品性能方面更接近产品需求，可更好的满足市场的需求。金属构件平面加工主要是指对构件进行横向或者纵向的水平加工，也可以是与水平面呈现出一定角度的加工面。从加工效率、加工工序和加工质量方面考虑，应该明确金属构件材料的相关属性以及对构件成品的参数要求，然后选择适宜的刀具以及相应的铣削工艺。比如在进行平装加工中，刀体结构的加工性能较高，此时选择无孔刀片可有效增加容屑空间，确保金属构件表面加工的平整度，还能够减轻加工时截面的应力。如果进行立装加工，对构件进行立面切削在操作上更加简便，将刀片固定在立面刀槽中即能够进行转位操作，可进行大切深及大走刀量的操作。在加工具有一定角度的金属构件平面时，则需要根据实际角度需求来调整铣刀的角度，以较为适宜的角度进行加工。数控铣床在金属构件的平面加工中，选择的主偏角不同对刀具本体所产生的振动幅度也不相同，所以为了保证铣削的加工精度，应该根据实际需求合理设定切削角度，最大程度提高刀具本体的抗震性。

3.2 金属构件的曲面加工

在数控铣床加工的金属构件中，经常会遇到模具、叶片螺旋桨等曲面类的零件，这类零件的型面较为复杂，需要多坐标联动进行加工，所以常需要在数控铣床或者数控加工中心中完成。对于边界敞开的直纹曲面加工，在数控铣床中一般会采用球头刀进行“行切法”加工。在加工过程中，系统会对各类数据信息进行处理，将程序参数与加工参数之间进行实时对比，确保加工操作的精准度。金属构件的曲面加工在空间上呈现曲面运动路径，与直线运动路径基本相符，主要是刀具运动路径存在一定的差异性。一般刀具与构件轮廓的切点轨迹呈现圈层递进的特点，按照加工精度的要求设定好行间距。在实际加工中，运动轨迹可以按照直线加工，刀位点的计算量较少，程序相对也少，能够确保母线的直线度。可将金属构件分为四个加工面，水平面在向曲面转换的过程中，刀具与金属构件之间的相对角度不断减小，随着角度的递减，刀具铣削所呈现的角度为平滑的曲面结构，可满足实际加工的需求。

3.3 金属构件的立体曲面加工

因为数控铣床能够进行多轴联动操作，所以可对金属构件进行立体曲面加工。根据金属构件的曲面形状、刀具形状以及加工精度要求，设定不同的空间坐标，实现对金属构件的立体化切削。在立体加工中，数控铣床的X、Y、Z加工轴能够在同一时间节点对金属构件进行操作，但是每个轴体的运行模式都是由单独的程序控制的，以确保加工过程中刀具之间运行轨迹能够实现互不干扰。比如在两坐标联动的三坐标行切法加工中，三个坐标轴中的任意两轴可作联动插补，然后第三轴进行单独的周期进刀，此种方法也可称为二轴半坐标联动。在采用行切法的过程中，作为第三轴的分段原则应该根据曲面轮廓的粗糙度以及刀头之间保持安全轨迹的原则。通常会选择球头铣刀，刀头半径在保证曲面最小曲率半径的基础上，尽量选择大些，有利于散热需求。行切走刀模式在加工金属构件时，可在加工完一个曲面后直接加工下一个平面或者曲面，只需要转变轴体面和设定相应的系统程序参数即可，加工精度较高。

4  结语

数控铣床是在传统铣床设备中应用了数字可控制系统，在编写加工程序后，通过信号传输可令终端设备按照信息指令完成逻辑操作。数控铣床的应用大大降低了人工的投入，有效提高了生产效率。数控铣床不需要使用专用的夹具等工艺设备，在更换生产工件时，只需要按照需求调用数控装置中预先设定的加工程序、装夹工具和调整刀具的数据即可，所以会节省更换工艺设备的时间，并且提高了加工的精度。数控铣床集中了铣床、镗床和钻床的功能，工序更为集中，减少了一个工件在不同机床间转换的时间，也降低了因为工件转换而造成的装夹误差。数控铣床能够进行多维度、高精度的加工作业，实现柔性加工和硬性加工的融合，有效提升金属构件的加工质量，切实提升了我国制造业的生产水平。

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