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高速切削加工技术在数控机床中的运用
2021-1-14  来源:天津机电职业技术学院   作者:朱祖明  访问量:




    摘要: 本文首先介绍数控高速切削加工技术的优点,其次阐述数控机床应用高速切削技术的基本要求,最后提出数控高速切削加工技术在数控机床的具体应用,希望可以促使高速切削加工技术能够在数控机床中最大化发挥自身作用,促使工件质量和精确度有所提升。

    关键词:高速切削加工技术 数控机床 运用

  
    1、引言
  
    在机械加工中高速切削加工技术被广泛运用,其主要原因是由于高速切削有着高效率、高质量和精确度高、低消耗的特点。所以,运用高速切削加工技术不仅符合可持续发展观,实现绿色环保,而且还可以提高工件质量,减少资源消耗。而数控机床是机械制造的主要工具,将其融入高速切削技术,对机械加工效率的提升有着至关重要的作用。
  
    2 、数控高速切削加工技术的优点 
  
    数控高速切削加工技术有着高效率、低消耗、工艺先进等优势,属于现代化机械自动化制造技术的典型代表,与传统切削技术相比有着不可替代的优势。与此同时,数控高速切削加工技术的工作原理也发生重大的变化,在一定程度上促使切削加工质量的进一步提升,以下是数控高速切削加工技术的优点。

     2.1 切削速度有所提升
   
     切削速度有所提升是数控高速切削加工技术最为显著的一个特点,与传统切削速度相比提高了 3 倍~ 8 倍,同时机床的空城速度也得到质的突破,在一定程度上使得设备非切削空行程时间有所减少,对于汽车模型等机械设备加工效率的提升有一定帮助。

     2.2 高速精密加工
  
    数控高速切削加工技术切削速度的提升,会使得其切削力相应下降 30% 左右,其中径向切削力会大幅度下降,这在一定程度上使得数控高速切削加工技术对薄壁类或者刚性能较差零件的技术加工有所提升,会使得数控高速切削加工技术系统的准确度有所保障,其中系统定位夹持精度有显著的提升,这也从侧面对其系统中的刀具系统精确度提出较高的要求,从而可以保障高速切削加工过程中系统的稳定性,使得加工技术速度和精确度提升。
  
     2.3 热变形零件加工
  
     在高速切削技术具体应用过程中,将近95% 以上的切削热无法第一时间传输到工件中,而是被切屑带走,因此通常情况下工件都是冷却状态。所以高速切削技术对容易产生热变形的零件效果更加良好。但也需要重点关注热变形偏差问题的发生,该问题会在一定程度上影响数控切削加工技术的精确度,尤其是对机床等机械设备切削加工过程的影响[1]。这就需要采取合适的偏差消除技术减少热变形偏差问题的发生,促使加工生产企业获得更多的经济收益。
  
     2.4 难加工材料的加工
  
     钛合金、镍基合金等在实际加工过程中,会由于硬度大、耐冲击,且存在硬化的情况,会使得加工难度系数较大,从而导致在加工时会出现切削温度较高的情况,长久下去就会对刀具造成严重的磨损。而采取高速切削加工技术可以有效减少上述问题的发生,而且还可以保障机械制造生产效率和质量,同时也对模具质量的提升有一定的作用。
  
     3、数控机床应用高速切削技术的基本要求
  
     3.1 高速主轴单元运行要求
  
    高速切削机床与普通机床相比,最大的区别就是高速主轴单元,高速切削机床的高速主轴单元是高速切削操作的中枢组织。所以,对高速主轴单元的运行提出更为严格的要求,其中包含优良的冷却设备、稳定的平衡性能、最佳的动态性能和较高的传递力矩等[2]。

    3.2 高速主轴单元技术参数的设置
  
    若想要保障高速主轴单元技术的合理性,则需要合理的设置相关参数,具体而言:

    (1)主轴的转速设置,即主轴转速 1min 要高于1000 转。需要遵循高速主轴转速与普通机床转速相比高出 5 倍~ 10 倍的原则。
    (2)高速主轴机床的输出功率设置。高速主轴机床的输出功率需要控制在 20KW ~ 80KW。这样的速度不仅可以提升高速切削的加工速度和效率,而且还可以对重载材料和部件进行切削。    (3)高速主轴单元在启动过程中通常只需要 1s ~ 2s 就可以实现高速运作,所以启动时间和制动时间相对较短。从侧面可以反映出注重单元的加速远远优于普通机床,这就需要将参数设置为(1—8)g(g=9.81m/s2)。

    4、数控高速切削加工技术在数控机床的具体应用
  
    4.1 在刀具、刀柄技工中的应用
  
    由于数控高速切削加工技术较为复杂多变,对刀具的制作有着十分高的要求。所以,需要相关工作人员在实际加工和制造时,重点关注刀具的强度,刀柄的装夹定位是否精确等问题。在整个制造过程中,离心力、振动数在对数控高速切削加工技术系统有着一定的影响,其可以满足成品加工的高速动平衡、刚度需求,同时还可以保障刀具和刀柄的安全质量。在高速加工过程中,刀柄材料的选择与加工速度有着直接的关系,相关工作人员需要根据实际情况合理选择材料[3]。譬如,在高速加工中可以使用 HSK 高速刀柄,该刀柄具有良好的热胀冷缩性能,同时也有着良好稳定性。此外,在高速加工过程中刀具也会受到高温、摩擦、冲击等因素的影响,这就要保障刀具既经济适用,各项性能优良,同时也需要满足耐高温、摩擦、冲击的要求,进而保障高速加工的顺利完成。
  
    4.2 在铣削加工机床中的应用
  
    现阶段,机床高速切削加工中已经逐渐开始融入微电子技术、CNC 技术等,并被广泛应用在铣削加工机床过程中。因机床系统结构复杂,对各方面要求较高,需提高对应用方式的重视度,进而才可以使得机床高速切削加工技术最大化发挥自身作用,具体而言:
   
    (1)需要保障机床系统的刚性。在铣削机床加工制造时,需保障高速切削加工技术最大化发挥自身作用,进而能够与高速供给驱动器相互配合,具体参数:快进速度需要保持在 40m/min,铣削系统减速度在 0.3m/s、加速度 0.4m/s,3D 轮廓加工速度控制在10m/min。
  
    (2)刀柄和主轴刚性能与相关标准要求相符合,即系统转速为 10000r/min ~50000r/min,为减少主轴和刀具之间的轴向细缝,需要将其控制在 0.00762mm 内,同时主轴需要将空气压缩,冷却系统[4]。

    (3)需要保障技工技术流程的规范性,在刀具与切削条件相互配合的情况下,需要促使工艺流程质量的提升,进而可以保障机床使用率的提升,可以在未有工作人员操作的情况下,还可以保障加工技术的安全性和稳定性。
  
     4.3 高速数控切削加工技术的数控编程策略
   
     高速数控切削加工技术虽然可以促使传统加工效率和质量的提升,但也存在复杂多变的控制性能。在数控编程中,需重点关注刀具的准确度和安全稳定,与此同时也需保障机械制造表面的光滑和准确。所以,要重点研究高速数控切削技术的编程问题。在整个高速数控切削加工中,为能够使得加工安全和质量有所提升,需要保障刀具和机床负载不超标,还需要对工件、刀具和夹具之间的距离进行合理的控制。若机床和刀具两者之间出现过载的情况,则会增加机械制造加工成本费用,进而使得工件质量和准确性受到影响,所以需提高对数控编程工作的重视度[5]。
  
     与此同时,整个数控编程工作最终的目的是对高速数控切削加工技术的切削载荷进行合理的控制,使得加工技术最大化发挥自身作用。所以,对金属切削层厚度进行合理的控制,采取分层加工的方式。在刀具切削工件时,根据实际情况选择合适的刀具;刀具的运动路线也需要保持合理性,严禁杜绝直接过滤情况的发生。由于加工工件的准确度与切削积技术水平有着直接的关系,需要在数控高速切削加工时,严格遵循行管标准控制精确对和质量,从而减少刀具切入次数,改变走刀轨迹,切削进给量合理,有效杜绝切削振动情况的出现。如若进给量少,则会造成切削不稳定,进而出现振动。因此,需要控制在合理的范围内,保障加工表面的质量和光滑度[6]。
  
    5、结束语
  
    总而言之,在机械制造过程中,数控高速切削加工技术的广泛运用,不仅可以促使加工质量和效率的提升,而且还能够减少切削时间,使得工件制造周期有所减少,进而可以在市场竞争中占有重要地位。但数控高速切削加工技术也存在一定的局限性,其中包含数控编程系统、机床要求等内容,需要加大相关方面的研究力度,促使数控高速切削加工技术最大化发挥自身作用。 
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