数控高速切削加工技术及运用分析

数控高速切削加工技术及运用分析

夏正华 

富泰华工业（深圳）有限公司  518109

摘要：高速切削加工技术作为制作模具的一种先进性技术，在当前的模具制造业起着十分重要的作用。本文首先将数控高速切削加工技术的必要性做了说明，其次将数控高速切削加工技术及运用做了具体分析，通过切削刀片、切削量、数控编程、铣削以及削液这五大方面来进行的，最后希望本文的分析能够帮助机械工厂的模具制作更加高效、高质量。

关键词：数控加工；高速切削；数控编程

引言：伴随着我国技术手段的不断精进与完善，机械模具制造业也在持续的发展，切削加工作为机械制造的关键节点，运用数控高速切削加工技术能够将当前模具制造速度进行有效提升。因此，对其进行详细的技术了解是十分必要的，明确其使用意义并明确其使用细节，以此充分发挥数控高速切削加工技术的优势，进而推动机械模具制造行业的前进，并制造出更多高质量的模具成品。

1.数控高速切削加工技术的必要性

1.1提升加工效率

    数控高速切削加工技术实际上是一种复合型的切削加工技术，比之传统的切削加工技术，其具有多种优点，首先就是在切削的效率上，这也是此技术的最大优势，通过高速的切削，在一定的时间内，工件的切削量比之传统模式下要多了3~6倍，并且使用数控高速切削加工技术，机床的运转效率也得到了提升，将没有进行切削的机床空转时间减少，进一步提升了加工效率。

1.2适应热加工

    在传统的切削加工技术上，对于热加工存在着一定的弊端，而数控高速切削加工技术能够进行热加工，这是因为在高速的切削动作下，就会产生相当的热量，但是同样由于高速的切削，使得大部分的热量随着刀具的一抬一落被带走，分散了热量，保证了切削过程中的温度恒定，正因为这种特性，对于受热易变形的工件材质更能够进行有效切割[1]。

1.3适应精密加工

    精米加工这一优势主要是针对刚性过强的工件材质来说的，在进行高速的切削时，若切削的速度达到了一定限值，其切削能力就会下降，而这种特性在进行刚性较差、切削壁较薄的工件精密加工时，其优越性就得到了体现，不会对工件造成损伤。

1.4适应复杂材料

对于工件的加工，其材料往往不是单一固定的，针对复杂的工件材料，数控高速切削加工技术能够进行针对性的处理。尤其是对于刚性过大、硬度高、切削时温度过高等材料特性，例如光学镜片。在传统的切削加工技术上，刀具会产生不同程度的磨损，减缓刀具的使用寿命，同样不利于控制工件的质量，但是数控高速切削加工技术一方面能够通过数控编程将工件的切削质量进行控制，另一方面其高速的切削能力也能提升切削效率，增加经济利益。

2.分析数控高速切削加工技术及运用

2.1刃口钝化处理

刃口钝化处理是提升切削速度的重要工艺，针对于模具制造中较为精密的金属，例如钛合金金属时，若刃口处于较为锋利的状态，则能够很好地进行切削工艺，并在一定程度上提升切削效率，除此之外，将刀具的设计参数进行改变，也是提升切削效率的一种手段，也就是刃口钝化。

忍口钝化的原理是将刀具在精磨之后，刀具表面会出现大小不一的微观缺口，这些微观缺口以肉眼很难发现，但是缺口的存在会致使刀具在之后的切削工艺中加快损坏，为了保护刀具的完善性与功能性，提升其使用寿命，因此在对刀具涂层前对其进行刃口钝化处理，在保障其使用时长的同时降低了投入成本。刃口钝化的方式主要有三种，分别是干、湿喷砂钝化，毛刷钝化和拖曳式钝化。其中，干、湿喷砂钝化是将砂磨料与水进行混合，并将混合液体在一定的角度上向着刀刃表面进行喷涂；毛刷钝化则是利用含有磨粒的钢丝等将刀刃进行刷磨；拖曳式钝化是将刀具放于装盛磨粒的器皿中，通过一定的旋转处理将人口进行打磨，使用这种工艺进行刃口钝化处理时要注意把控好旋转参数与旋转时间，以免过度造成刃口损坏[2]。

2.2刀具选择合理化

    合理选择刀具也是提升切削加工技术速度效率的方式，若刀具不适配，则加工机床的优势也无法得到发挥。同时，在当前数控高速切削加工技术的使用下，不适配的刀具会加剧其磨损程度，一方面容易造成生产事故，另一方面更换刀具的速率频繁，不利于生产成本的控制。正是因为这种特性，因此数控高速切削加工技术对于刀片的选择与使用有着更高的标准和要求，刀片的形状、材质、参数必须符合机械设备的生产要求，并且刀具的质量要上乘。除此之外，数控高速切削加工技术与传统模式的切削加工技术存在着差异，因此，对于数控高速切削加工技术的使用机床，其刀具的选择不能按照传统机床的参数来进行。并且选择刀具时还要注意其在进行切削工艺时能保证切削体积的一致性，切削速度的平均性以及刀具运转与切削量的和谐性。

2.3控制切削量

    对切削量的控制是由数控编程来进行的，在数控编程的过程中，工作人员对于生产环节中各节点的切削量要充分明确，并将其额度输入到数控程序中，在机械模具的生产流程中，对于不同的模具，不同的加工工艺，其切削量会存在着不同，切削深度、切削体积都会存在差异，在这一点上，切削深度是由模具的加工余量来确定的，在进行粗加工时，首先要将细加工的余量进行留存，其次将粗加工的余量尽可能一次性剔除。

2.4数控编程

数控高速切削加工技术自是免不了对于数控编程的使用，传统模式下进行数控高速切削加工技术的编程使用的是NC编程代码，但是在当前这项技术被越来越广泛的使用，NC编程代码已经不能适应技术的发展，若想将其继续运用下去，就必须对其进行完善与技术提升。首先，明确高速切削对数控编程有什么样的技术要求，其一为数控编程要能够控制恒定荷载，这主要是通过数控编程来对刀具及机床设备的使用寿命进行合理控制，基于这一点上进行数控编程，有四点需要进行考虑，第一，保持金属去除量。在数控编程时尽量将切削手法设置为分层切削法，以此保障每一环节的切削形状与体积完全一致。第二，保持切削的平滑。在编程中设置刀具的进口为坡度上或是螺旋状进，以免直插造成模具的突兀切口。第三，保持切削过程的稳定平滑。这一点在螺旋切口中尤为体现。第四，保持模具尖角处的过渡平滑[3]，见图1。

图1 尖角处刀具轨迹对比

由图1可以看出，第三种的刀具轨迹过渡最为平滑优秀。

其次，数控编程还能够将机械模具的精度与质量进行有效提升，一方面，利用编程的精准计算，将切削的次数尽量控制在最小化，在这一点上，可以进行螺旋切削的程序设置。并且，在编程时还要将切削量尽量加大，以提升切削的稳定性与模具的完整性。

最后，还要注意在高速切削加工技术的数控编程中包含着对粗加工与细加工的不同要求。

2.4.1粗加工

在高速切削加工技术中，粗加工受到了更大的重视，在进行此类技艺编程时，要注意以下四个方面。第一，设置恒定的切削条件，在这一点上，数控编程往往采用顺铣切削的工艺来进行，这是因为这种工艺在切削过程中产生的热量较少，因此刀具的载荷也负担较少，模具的加工硬化程度被削减，以此得到最好质量的工件。

第二，设置恒定的金属去除率，基于上述所说，在恒定的切削条件下，切削的载荷负担较少且较为均匀，这在一定程度上延长了刀具与机床的使用寿命，但当切削进入到尾声，工件的余量处于较不均匀的条件下，为了保证工件的质量，要对剩下的工件余量进行金属去除，在编程中将金属去除的参数输入进去，能够有效保证切削负载的均衡，保证切削体积的一致，保证热转移，保证刀具与机床的运行环境，保证刀具的使用寿命以及保证工件的质量。

第三，设置刀具的切削轨迹，模具的制造存在着敞口型与闭口型，针对于不同的位置要使用不同的切削轨迹来进行，敞口型腔的位置，要在工件的外部来进行切削，而闭口型腔的工件，要使用螺旋进刀的方式在内部进行切削。

第四，设置刀具的切削次数与方向转变，在这一点的编程上，要注意切削次数尽量少，方向变换尽量平缓。若切削刀具频繁出入于工件之中，就会造成不必要的工件磨损，影响最终模具的质量。因此，数控编程时可以选用回路切削或是单路切削，保证切削时间的同时又能减少刀具的切削次数。

2.4.2细加工

针对于精细加工的数控编程其所要注意的节点要更多，主要从六个方面来进行分析。第一，进行笔式清根加工。精加工分为半精加工与精加工，在半精加工开始前，要对工件拐角处进行清理，基于拐角切削加工的风险性，因此对于刀具的选择要慎之又慎，笔式清根加工能够保证刀具适应拐角处的切削走向，减少切削的难度，并且笔式清根加工不受限于顺铣与逆铣切削。见图2。

图2 笔式清根加工

第二，进行余量清根。这种加工工艺与笔式清根加工有异曲同工之效，不同的是余量清根能够进行精细加工。余量清根同样使用较小的刀具来进行加工操作，但其也能使用较大的刀具来进行大范围的清根处理，在这一点上，数控编程能够将需要进行余量清根的面积进行控制与计算，以此控制余量清根加工的切削量与刀次。

第三，对残余高度进行控制。一方面可以通过工件表面的法向来进行控制，另一方面可以通过CAM软件与3D外形进行计算控制。

第四，将切削量与切削间距进行控制。在数控高速铣削的过程中，通过编程控制进量与切割的间距保持一致，这样的铣削方式能够帮助工件的表面更加完善。

第五，控制退刀速率。进行高速的精细切削工艺时，利用进给的速率来控制退刀能够切削载荷的大幅度变化，保障切削的平稳性。

第六，进行针对性的切削编程。在模具的加工制造中，由于不同模具的曲面特性，对其的切削也有着不同的工艺要求，因此，进行数控编程时不能够单一的使用某一种，而应该进行多样化的编程，结合不同工件的特点，例如，表面平缓的工件利用平行线方式，表面较为立陡的工件采用分区切削，通过这样“因材施教”的方式来提升工件的最终质量。

2.5铣削运用

数控高速切削加工技术往往不是单一存在于模具生产的流程之中的，通常情况下，其会与微电子、数字控制等技术结合使用，而最为常见的，还是铣削加工，但是铣削技术对于切削机床的要求较高，首先，主轴和刀柄，在进行切削加工时，机床的转速往往在10000~50000r/min，而主轴能够将空气进行冷却与压缩处理，以此将主轴与刀柄之间的轴向间距控制在0~0.000762cm。

其次，机床刚性。为了保障在铣削过程中能够体现数控高速切削加工的优势，要将驱动器的速度进行提升。速度最优值应取在10m/min，同时其快进速度控制在45m/min。

再次，加工安全。进行铣削工艺时，同样要以刀具的使用寿命与切削环境为基础，保证在无人监管的数控操作下切削工艺的安全性不会受到干扰[4]。

2.6削液

削液，即为冷却液，是数控高速切削加工技术中不可或缺的重要材料，一方面削液能够降低切削过程中产生的大量热量，另一方面能够有效的润滑刀具，提升其切削效率，延长其使用寿命。针对冷却液的选择要注意以下五个方面，其一，冷却液应保证无毒无害，以免影响操作人员的身体健康。其二，冷却液不可易燃易爆，基于数控高速切削加工车间存在诸多电器设备，这些设备的常年使用导致内部元件已经老化磨损，若发生电子火花等风险时接触到冷却液会产生较为严重的火灾爆炸事故。其三，冷却液不可具备腐蚀性，这是因为若冷却液携带腐蚀性，会对机床内部件造成损坏，影响机床的运转。其四，冷却液要绝缘，以免在机床内部造成导电，影响机床系统。其五，冷却液要在使用期限内，注意冷却液不能过期变质，以免其功效降低进而影响工件的质量。

结论：综上所述，数控高速切削加工技术在当前的模具制造中发挥着十分重要的作用，我国的机械制造业在不断的发展与精进，这预示着我国的工业生产能力也在稳步提升，通过对数控高速切削加工技术的了解，能够将其的效能充分发挥，一方面有效提升加工速率与加工质量，另一方面能够有效控制加工成本，为工业生产带来更大的利润。

参考文献：

[1]马忠波.高速切削加工技术在数控机床中的运用分析[J].现代制造技术与装备,2021,57(08):187-188.

[2]曹剑.数控高速切削加工技术在机械制造中的应用[J].中国高新科技,2022(06):41-42.

[3]屈福康.数控高速切削加工技术在机械制造中的应用实践[J].橡塑技术与装备,2021,47(24):26-29.

[4]黄烘坤.机械制造中数控高速切削加工技术的应用[J].内燃机与配件,2021(17):85-87.