新时期高效加工技术在数控铣床中的应用探索与实践

李双晶

（宁夏工业职业学院，银川 750000）

数控铣床是机械制造产业的重点设备，具有速度快、精度高和质量轻巧等特征。它的结构涉及比较典型繁杂的多学科知识，需要注重静态刚度、动态刚度以及质量等问题。使用以往的主观优化方式或者目标优化方式优化处理功能难度较大，而多学科设计优化方式可以最大化呈现出协同效应的优势，综合各个目标，取得了最优处理策略。

1 数控铣床构成和加工特征

数控铣床又称为CNC铣床，是一类在传统人工铣床基础上优化出现的数控加工设备。数控铣床与传统人工铣床的加工原理相同，结构也较为类似。数控铣床一般划分为带刀库与不带刀库两种。带刀库的数控铣床即为数控铣床加工中心。数控铣床一般由床身部分、铣头部分、工作操作台、横进给部分、升降台部分、冷却部分以及润滑部分等构成[1]。数控铣床加工具有适应性强、尺寸较多以及精度高等特征，施工操作台宽度约在400 mm以下，适用于中小零件的加工和复杂形面的轮廓铣削加工。

2 国内外高效加工技术在数控铣床中的使用情况

铣削高效加工技术的发展，进一步提高了数控铣床的实际使用效果，逐渐实现了其生产流程的自动化和智能化。高效加工手段在数控铣床中的使用日益广泛。各类新型的数控刀具、涂层数控铣床以及超硬刀数控铣床等，依靠设备自身的精密度、加工速度以及高生产效率等特点，在汽车制造和航空航天器制造等方面取得了良好的成效，快速提升了数控铣床的加工成效和质量。

近年来，我国数控铣床技术发展迅速，在提高移动速度和工作温度把控方面取得了明显进步。数控铣床切削加工时，工作温度会随切削速度的进一步加快而升高。当工作温度升高到最终界限后，切削速度会逐步减小[2]。

3 数控机床的加工优势

3.1 自动化程度高，生产效率高

除需要手工装夹毛坯外，其他加工过程都能由数控机床自动完成。若加上自动装卸技术的协助，便能够基本实现工厂的无人化管理。数控加工减少了工作者的劳动量，提升了工作速度[3]，省去了划线、多次装夹定位以及检测等流程，进一步提升了工作效率。

3.2 对加工对象适应性强

改变加工对象时，机床除了需要改变刀具和处理毛坯装夹手段之外，仅需再次编程便能实现工件的自动化生产，进一步缩小了生产准备时间。

3.3 加工精度高，质量稳定

工件加工尺寸精度在0.005～0.010 mm，不会受零件繁杂程度的影响。绝大多数的工作由设备自行完成，减少了人为原因出现的偏差，使同一批生产零件尺寸保持相同[4]。

3.4 易于创建机床和计算机之间的通信联络

机床借助数字信息进行控制，有助于计算机复制设计系统之间的相互关联，变为CAD/CAM一体化系统，进而建立各个机床之间的关联，达成群控的目的，确保工作顺利开展。

4 数控铣床的结构和控制要求

数控铣床在运行中使用的数控手段一般具有操作精准度高、速度快以及复合化等特征，因此在制造加工行业被广泛使用[5]，为了详细掌握数控铣床技术，必须对数控铣床的构造有基本的认知，理解其详细运作方式。那

4.1 数控铣床的结构

所有数控机床都具备基础构成，且所有结构在系统运行中都具备积极作用。数控铣床的一般能够划分为伺服驱动器、工控机、数控机床（Computer Numerical Control，CNC）控制器、变频器以及可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等有关零件。所有零件具备自身独特的优势。例如：伺服驱动器的目的是进一步达成G功能；工控机是为了完成状态显示；变频器的功能是完成S部分；可编程控制器（PLC）的功能是将整个系统在运行时检查电气控制和系统问题。CNC控制器的优势较多，重点任务是进一步呈现位置、参数设置以及调控等。这些结构相互合作，确保整个数控系统顺利运转。

4.2 数控机床的详细控制要求

详细掌握数控结构对分析数控机床极为关键。为了深层掌握数控结构，必须知晓数控机床的控制方式。数控机床在控制上一般划分为主控和辅助控制两个方面。主控方面一般是铣床对铣床主轴的控制，使用先进的控制技术手段代替以往的继电器控制方式，有助于主控顺利运转。辅助控制一般是将控制系统中的输入接口和输出接口连接在一起，其中输出接口一般是各项功能的接口项目。此外，它还具备多种作用，如控制冷却泵、润滑油泵等辅助功能。详细掌握数控结构，便可以进一步理解并掌握主控制和辅助控制，提高操作便捷性。

5 数控铣床中的加工特点

数控加工是采用数字信息定义零件的加工过程，并控制铣床进行自动加工的一种加工方法，具有以下特点。

5.1 具有复杂形状加工能力

复杂形状零件的加工在飞机、汽车、船舶、模具、动力设备和国防军工等产品的制造过程中占有重要地位。复杂形状零件的加工质量直接影响产品的整体性能。数控铣床加工过程中，刀具运动的任意可控性，使得数控加工能完成普通加工难以完成或者根本无法进行的复杂曲面加工。

5.2 高精度

数控铣床加工使用数字程序控制刀具的运动实现自动加工，排除了人为的误差因素。此外，加工误差还可以由数控系统通过软件技术进行补偿校正。因此，采用数控加工可以极大地提高零件的加工精度。

5.3 高效率

数控铣床加工的生产效率一般比普通加工高2～3倍。在加工复杂零件时，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。采用五面体加工中心、柔性制造单元等数控加工设备进行加工时，零件一次装夹后可以完成几乎所有部分的加工。不仅可以消除多次装夹引起的定位误矢量汉字数控切削加工的刀具路径规划原理与方法差，而且可大大减少加工辅助操作，进一步提高加工效率。

5.4 高柔性

只需改变加工程序即可适应不同零件的加工要求，且几乎不需要制造专用的工装夹具，因此加工柔性好，有利于缩短产品的研制与生产周期，适应多品种、中小批量的现代生产需要。数控铣床加工是一种高效率、高精度、高柔性的自动化加工。

6 高效加工技术在数控铣床中的使用实践

6.1 基于CAD/CAM的曲面数控高速铣削加工技术的应用实践

数控铣床一般用来加工各类型号以及品质要求的金属零件，加工效率较高，加工质量较好。在加工具有繁杂特征曲面的工件时，如柱面、扫描曲面和回转面等，以往的数控铣床加工技术无法达到加工要求，须用到新型加工手段——基于CAD/CAM的曲面数控高速铣削加工手段，以获取更高的加工效率，且工件加工表面的光滑度高。基于CAD/CAM的曲面数控高速铣削加工手段一般涵盖曲面数控高速铣削技术和数控铣削加工刀具连接手段等。在加工一些比较繁杂且具有明显曲面的工件时，数控铣床必须高速转动，并且对其硬度以及回转进度有着较高要求在数控铣床中使用曲面数控高速铣削加工手段，可进一步提高数控铣床的速度和进给速度。此外，数控铣床的刀具在强度、加工精度上明显加强，刀具实用性较高。但是，使用曲面数控高速铣削加工手段后，数控铣床的刀具逐渐变得复杂，必须实施高速铣削的加工安全保护措施以及运转监控工作，确保加工过程的安全。例如，自动换刀卧式镗铣床是由数控镗铣床加上刀具自行交换系统构成。总布局必须考虑如何将刀具自动交换系统和数控铣床科学融合，构建一台完备的自动化换刀数控镗铣床。注意挑选合理的刀库、换刀机械手和识刀装置，尽可能要求结构元件简易、动作少且高效。此外，机床的整体结构尺寸必须紧凑，刀具存储交换时必须确保刀具铣床元件之间互不影响。

在数控铣床中应用基于CAD/CAM的曲面数控高速铣削加工手段，数控铣床的刀具可使用高效的连接手段。数控铣床的刀柄和刀具一般经管热缩式夹头实施衔接，能够在刀孔热胀冷缩的情况下进一步提升刀具的夹紧度，确保刀具的运转温度。数控铣床刀具连接技术具有同心度好、夹紧力大和离心力低等优势。数控铣床刀具衔接必须运用具备锥角的锥套，且将其当作夹紧衔接装置，使用旋转螺母嵌入将刀具保持在锥套中，高效缩小锥套内径，加大弹簧夹头的实际夹紧力，促使数控铣床的刀具在连接上更加牢固，从而进一步提升衔接的精准度。

6.2 数控高效放电铣加工手段的使用实践

随着我国加工制造手段的飞速进步，航空航天和军工制造产业中逐渐运用高温耐热的合金材料，如钛合金等。在材料的零部件加工过程中，以往的数控铣床无法发挥铣削作用，且零部件的空间构造比较繁杂，运用以往老旧的数控铣床，加工过程中会损害数控铣床刀具，且加工效率较低。经过长时间的技术分析和实际实践，目前逐渐研发出一类高效的加工手段——数控高效放电铣加工手段，将其应用于数控铣床能够极大提升加工成效和及加工质量，且能够节省资源。

数控高效放电铣加工手段的重点是电化学成型手段。利用电加工不怕材料硬、脆以及韧的优势，直接运用较为简易的超长铜管作为数控铣床的加工电机，并且使用导向器展开导向，在电极和被加工零部件中间添加一个高效的高频脉冲电源，目的是实现对加工区中工作液的冷却、排屑等。数控高效放电铣加工手段能够通过控制被加工零部件以及电极之间的有关运动轨迹，在两者之间进行高脉冲放电，从而对被加工零件的繁杂曲面展开高效的余量铣削，做好预计的加工作业。此技术具有成本低、加工效率高、安全度高以及无污染等优势，是一类使用范围较广的高效铣削加工手段。

6.3 高效加工技术在数控铣床使用中的注意事项

高效加工技术是未来工业制造加工领域使用的重点铣削加工手段。高效加工手段是一种综合性技术，必须在使用时做好刀具选型、铣削用量数据的参考。在挑选铣削刀具的过程中，必须基于技术手段和加工需求挑选合理的刀具，确保刀具的耐用度、加工效率以及质量，还需要注重刀具的使用成本。使用高效加工技术的数控铣床通常必须挑选具有极强的耐磨性、耐热性和韧性的刀具，并且进行运行检查。使用高效加工手段的数控铣床理应挑选具有较大进给量的刀具，并逐步增加背吃刀量，运用较高的铣削速度进一步提升工作效率，完成铣削用量数据的最优，进一步提升铣床的使用成效。

7 结语

随着我国综合实力的不断强化，经济实力不断提升。高效加工技术在数控铣床中的使用，不仅能够提升数控铣床的移动速度，而且能够进一步强化数控铣床的加工精密度，提高数控铣床的工作效率和质量，进一步推进我国在工业制造领域的飞速发展。