机械制造中数控高速切削加工技术的应用

徐坤凤

摘  要：伴随科学技术的高速发展，机械加工方面为了进一步提高工作效率以及加工质量，开始引入高速切削加工技术，进而引发了机械制造行业 新一轮的技术改革，特别是目前许多先进制造工业应用十分广泛。本文主要对机械制造中数控高速切削（铣削）加工技术的应用进行分析，以期为机械 制造行业工作效率的提高提供参考与帮助。

关键词：机械加工;高速切削;加工技术;工作效率

1 数控铣削加工工艺概述

数控铣削是数控加工中的重要组成部分。铣削加工是先进制造的基 础，更是保证产品质量的关键。数控铣床是现代科学发展的产物，基础为 普通铣床。但是，相比于普通铣床，数字铣削加工的优势更加明显，能确 保加工质量与效率，满足加工的精度需求。数控加工前需进行工艺分析。 如果工艺分析不可靠，会造成产品生产质量不合格。数控铣削加工期间需 要合理选择数控铣削机床，确定加工的刀具及材料，嚴格控制工艺参数，  确保生产质量与效率。工艺参数主要包括铣削力和铣削用量等。

2 采取高速铣削方式优化机械设计

2.1  工艺参数设计

2.1.1  刀具参数

压力容器由于以不锈钢复合钢板为主要材料，其属于硬度、强度与抗 拉强度均较低的易切削材料，选择正确刀具参数，可提高加工精确度。一 是后角。铣削由于给进速度快，工件、刀具后刀面及已加工表面将会形成 发热源，为将工件与刀具摩擦减少，可选择大一点的后角，考虑切削中前 角影响较大，参数较大，以此为依据选择后角大于12°;二是前角。前角  小则切削阻力大，前角大则会由于刀具散热较小，易造成磨损，所以刀具 前角选择为12°左右;三是刃倾角。其对切削力大小与方向均有影响，由 于切削中易产生崩碎切屑，因而刃倾角通常为-15°至-10°之间。

2.1.2  切削用量

在加工工件材料中，刀具材料耐磨性与加工性均会影响切削用量的选 择，通过合理选择可将工件表面加工质量与铣削效率提高。该部分主要可 分为两点，一是铣削速度。提高此速度无疑会将刀具磨损度提高，但还可 以提高金属单位时间切除率，将表面工件粗糙度降低。二是进给量，其与 高速切削材料相同，随着进给量与切削速度的提高，工作效率同样也会迅 速提高，有助于将热源移开，减少工件温度。

切削用量包含三个要素：切削速度、进给速度、背吃刀量。切削三要 素主要影响刀具切削力的大小，而切削力又直接决定零件的加工精度。它 们三者对切削力的影响是不同的。其中切削速度对制造精度的影响与材料 性质、积屑瘤有关。加工塑性金属时，切削速度对制造精度的影响有两个 方面。加工的整个过程都是积屑瘤不断变化的过程，切削速度从底到高的 阶段，积屑瘤产生，切削力逐渐最大，此时加工温度会上升、温度升高，  导致材料塑性化，加工精度会随着切削速度的变化而出现不同的结果。因 此，加工塑性材料时，要选取较小的切削速度，加工脆性材料时，可选择 较大的切削速度。切削深度和进给量的影响主要表现在当进给量不变、背 吃刀量增加时，主切削刃工作长度和切削面积增大，变形抗力和摩擦阻力 均倍数增加，所以切削力也增加，加工精度会随着切削力的变化在一个稳 定的区间。当背吃刀量达到三倍数值后，零件加工质量会急剧变化。当切 削深度不变，进给量增大，虽然实际切削面积增加，但切削厚度增大及主 切削刃工作长度不变等原因使切削变形程度增加较少，因此，在刀具允许 的进给量状态下，切削力的增加不明显，对零件的加工精度影响不大。

2.1.3  控制加工温度

制造过程中，控制好刀具和工件的温度是保证零件制造精度的关键。 因此控制好加工温度，离不开合理选择的切削液。切削液在降低刀具和工 件的切削温度的同时减少了切削阻力，切削力降低，加工质量提升。金属 材料加工中，常用的切削液有三种，分别是水溶液、乳化液、切削油。一 般情况下，加工铸铁和铝合金时，不选用切削液;加工有色金属时选择含 硫的切消液，以免腐蚀工件的表面;加工镁合金时，可选用煤油作为切削 液。在粗加工时因切削量较大，切削液主要降低温度，一般选择水溶液，  连续、充分的冲洗。精加工时主要是提高加工表面的质量，降低刀具的磨 损，抑制积屑瘤的产生，选择切削油能有效提高零件的加工质量。

3 铣削加工机床对高速切削加工技术的运用

目前，针对数控高速切削加工技术的运用，主要是对其他一些技术 进行有效配合的，如新材料结构基础技术、  CNC技术、微电子技术等。其 中，铣削加工机床对高速切削加工技术的运用是比较普遍的，但是高速切 削加工技术对机床系统的部件提出的要求却是非常高的。主要体现在以下 几方面。

对主轴、刀柄提出比较高的刚性要求。系统转速应控制在 10000～50000r/min，通过对主轴进行运用，以对冷却系统和空气进行有效 压缩，使主轴和刀柄之间的轴向间隙控制在0～0.00762mm。

对机床系统刚性提出了比较高的要求。铣削加工机床对高速切削加工 技术运用过程中，为能够充分发挥出高速切削加工技术的优势作用，应对 高速供给驱动器进行速度控制。其中，高速供给驱动器的3D轮廓加工速度 应控制在10m/min，快进速度应控制在45m/min。

加工工艺必须要具有足够高的安全可靠性。为能够有效融合刀具寿命 和切削条件二者之间的关系，对机床的利用效率进行有效提升，保证在无 人操作情况下，也不会影响高速切削加工技术的安全可靠性，优质的工艺 模型是关键。

4 五轴铣削加工工艺优化

机械加工制造业中数控高速切削制造技术的应用，有效促进了该行业 的发展。数控五轴铣削加工工艺需要注意的事项较多，如加工导动曲面和 干涉面等。刀具轴的矢量变化作为五轴加工的基础，对工作人员的实际应 用来说具有重要意义。五轴数控铣削加工期间，刀具轨迹的设计要以产品 的加工需求进行确定。

在实际应用中，需做好下面几项工作。第一，零件加工工艺方案的 确定。一部分零件的曲面比较复杂，加工前要使用CAD模型确定零件的形 状和尺寸等，然后确定粗加工和精加工等具体加工方案。第二，刀具的路 径选择。刀具的路径选择也十分关键，通过UG NX10.0的CAM规划刀具路 径，实现创建刀具和机床坐标系的设置等各项工作。第三，仿真。仿真 期间需要选择合适的数控系统，确保与机床系统保持一致。需构建机床 模型，添加机床几何模型，最后设置机床参数。不同的切削参数下，高 速铣削的具体效果不同。以铝合金高速切削工艺参数为例，当直径均为 20mm，转速分别为10000r/min、 12500r/min、 15000r/min、 20000r/min， 进给分别为4000mm/min、 5000mm/min、 6000mm/min、 10000mm/min， 切宽均为10mm，切深均为2mm时，四者的加工状况分别为良好、差、一 般与良好。

在实际应用期间，刀具直径是十分重要的因素，会对加工时间与表面 质量产生极大影响。相比于一般的球头刀具，五轴加工的刀具选择圆刀片 铣刀，能有效降低切削时间。圆刀片铣刀在实际应用中需要合理控制步距 与直径，一般为1  ∶2，且步距与加工时间呈反比。加工期间需要合理控制 每齿进给量、切削宽度、切削深度、刀具稳定性以及切削方向等，以确保 表面质量与平滑度。

结语

总之，在机械制造引入数控高速切削加工技术对提高我国制造业水 平而言至关重要，企业在机械制造期间也需要尤为重视有关技术的广泛应 用，明确其使用带来的价值，并通过对铣削技术的合理应用，实现机械制 造与数控高速切削加工技术融合，提高机械制造效率以及质量。

参考文献：

[1]王丽敏.数控高速切削加工技术在机械制造中的应用探讨[J].内燃机与配 件，2020，（003）：77-78.

[2]李颖 .一种高速数控机床专用刀具座的分析与改进[D].大连理工大学，

2020.