提高数控加工中心切削效率的途径

时间：2024年02月16日

来源：siren000

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下面是小编帮大家整理的提高数控加工中心切削效率的途径，本文共4篇，希望对大家有所帮助。本文原稿由网友“siren000”提供。

篇1：提高数控加工中心切削效率的途径

数控加工作为现代制造业先进生产力的代表，在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用，90年代以来，欧、美、日各国竞相开发和应用新一代高速数控机床，加快了机床高速化发展步伐。高速主轴单元中电机主轴转速15000～100000r/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60～120m/min，切削进给速度高达60m/min，高速加工中心进给速度可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，主轴转速已达60000r/min。在加工精度方面，近来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。而新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用与超高速切削紧密相关。

1.国内外加工中心切削水平的差异

目前先进国家的车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上；机床主轴转数在30000r/min(有的高达10万r/min)以上。例如：在铣削平面时，国外的切削速度一般大于1000～m/min，而国内只相当于国外的1/12～1/15，即国内干12～15个小时的活相当于国外干1个小时。据调查，许多加工中心的实际切削时间不到工作时间的55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现，普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光洁度低、工艺设备不配套等诸多问题。

2.提高切削效率的途径

（1）合理选择切削用量

当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。

实践证明，当切削速度提高10倍，进给速度提高20倍，远远超越传统的切削“禁区”后，切削机理发生了根本的变化。其结果是：单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，大幅度降低了留在工件上的切削热，切削振动几乎消失；切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看，要充分发挥先进刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积(材料切除率Q)。

在选择合理切削用量的同时，尽量选择密齿刀（在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3），增加每齿进给量，提高生产率及刀具寿命。有关试验研究表明：当线速度为165m/min，每齿进给为0.04mm时，进给速度为341m/min，刀具寿命为30件。如果将切削速度提高到350m/min，每齿进给为0.18mm，进给速度则达到2785m/min，是原来加工效率的817%，而刀具寿命增加到了117件。

（2）选择性能好的刀具材料

在数控机床切削加工中，金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性

数控加工作为现代制造业先进生产力的代表，在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用。90年代以来，欧、美、日各国竞相开发和应用新一代高速数控机床，加快了机床高速化发展步伐。高速主轴单元中电机主轴转速15000～100000r/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60～120m/min，切削进给速度高达60m/min，高速加工中心进给速度可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，主轴转速已达60000r/min。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。而新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用与超高速切削紧密相关。

1.国内外加工中心切削水平的差异

目前先进国家的车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上；机床主轴转数在30000r/min(有的高达10万r/min)以上。例如：在铣削平面时，国外的切削速度一般大于1000～2000m/min，而国内只相当于国外的1/12～1/15，即国内干12～15个小时的活相当于国外干1个小时，

据调查，许多加工中心的实际切削时间不到工作时间的55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现，普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光洁度低、工艺设备不配套等诸多问题。

2.提高切削效率的途径

（1）合理选择切削用量

（2）选择性能好的刀具材料

(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。

目前国内外性能好的刀具材料主要有：金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（CBN）刀具等。它们各具特点，适应的工件材料和切削速度范围各不相同。CBN适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等，如加工高硬钢件(50～67HRC)和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具，其中加工硬度60～65HRC以下的工件可用陶瓷刀具，而65HRC以上的工件则用CBN刀具进行切削；PCD适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等，加工铝合金件时,主要采用PCD和金刚石膜涂层刀具；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具；硬质合金涂层刀具（如涂层TiN、TiC、TiCN、TiAIN等）虽然硬度较高，适于加工的工件范围广，但其抗氧化温度一般不高，所以切削速度的提高也受到限制，一般可在400～500m/min范围内加工钢铁件，而Al2O3涂层的高温硬度高，在高速范围内加工时，其耐磨性较TiC、TiN涂层都好。

此外，刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量有很大影响，高速切削时的刀具前角一般比普通切削时小10°，后角大5°～8°。为防止刀尖处的热磨损，主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，以增大局部刀尖角，增大刀尖附近切削刃的长度和刀具材料体积，以提高刀具刚性和减少刀具破损率。

（3）加快涂层技术的开发

刀具涂层技术自从问世以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，在刀具中所占比例已超过50%。在21世纪初，涂层刀具的比例将进一步增加，有望在技术上突破CBN涂层技术，使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用(包括精密复杂刀具和成形刀具)，这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外，纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快，涂层将成为改善刀具性能的主要途径。

（4）选择高精度刀片

刀片精度低，跳动量太大，面铣刀加工的平面光洁度将降低，甚至出现沟状。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2～5μm。随着数控机床的发展，相应出现刀片的表面改性涂层处理（基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷），很大程度上提高了刀片精度。与此同时，出现了各种新型可转位刀片结构，如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段，可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能，开发出具有最佳加工效果的刀片，以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求。

（5）提高加工表面质量

在保持相同的切削效率(即相同Q值)下，提高切削速度可改善切屑形成过程和增加切削阻尼，抑制颤振，相应地减少每个刀齿的进给量能降低切削表面轨迹形成的残留高度，改善表面粗糙度，从而有利于精密零件和模具的加工。

篇2：透镜数控加工效率提高

1.1 加工周期长

透镜抛物面的数控加工在数控立车CK5116B上进行，用粗车循环去掉抛物面的加工余量占总体积的60%左右，改进前加工周期是2个星期。

1.2 加工难度大

为了定型和保护波导管内腔，透镜的波导管中灌入蜡，透镜的外层裹着玻璃钢，所以车削时要同时切削三种材料――铝波导管、蜡和玻璃钢。

蜡和玻璃钢在切削时容易堆积粘在刀头上，并且不易导热，增加了切削的难度;由于是复合材料，所以切削时不能用冷却液，排屑困难。

1.3 精度要求高

按照透镜抛物面要求x2+y2=4FZ(F=148.2)，粗加工要为精加工留下均匀余量，以便精加工时保证抛物面偏差±0.1，所以在数控加工中利用粗车复合循环去掉大部分余量，并控制好精加工余量，为精加工作好准备，精加工用精车循环保证抛物面精度。

篇3：透镜数控加工效率提高

【摘要】针对透镜数控加工周期长、效率低的现状，通过工艺和刀路改进，实现了透镜数控加工效率的提高，由2个星期变为1个星期。

【关键词】透镜;工艺;刀路;效率

0 引言

透镜为我所某型产品中的重要零件，材料包括铝波导、工业用蜡、环氧玻璃丝，制造周期长(半年以上)，工艺复杂(牵扯到波导钳工、装配钳工、化工粘接、机械加工等多工种穿插配合生产)，要求高(对波导管、抛物面及装配面的精度都有要求)，结构如图所示。

图1 透镜

篇4：透镜数控加工效率提高

2.1 背吃刀量小

图2 刀具后面和波导管干涉

由于刀具后面和波导管干涉的原因，每次背吃刀量只能取1.37mm。

2.2 刀路长

图3 Mastercam生成的粗车复合循环刀路

粗车循环复合循环的刀路长。

在其他因素不变的情况下，对刀具路经进行优化，缩短刀具路径，也就是缩短加工时间。

3 工艺改进

3.1 用预先加工让位台阶的方法提高背吃刀量

对于R10的圆弧到来说，每次的理论切深可达到5mm，但由于刀具后面和波导管干涉的原因，每次背吃刀量只能达到1.37mm。

只要加工出相应的让位空间，就可使刀具切深增加;每间隔一次，加工出一个让位台阶，就可使切深翻倍，达到2.74mm。

3.2 优化刀具路径

Mastercam自动生成的粗车复合循环刀路，在每一个刀具切深后，都要走到边沿，这里我们隔一个切深，让刀具只运行到50mm处，下一个切深再运行到边沿处。

这样刀具路径明显缩短。

4 采用新旧工艺的对比

4.1 程序长度的对比

(上接第91页)4.2 刀路的对比

图4 原来的刀路

图5 改进后的刀路

4.3 加工时间的对比

将改进后的程序用于透镜的生产，透镜的数控加工效率有了明显地提高，由原来刀路改进前的2个星期缩短到刀路改进后的1个星期。

5 总结

针对透镜数控加工的现状和特点，给出了提高透镜数控加工效率的办法，通过工艺和刀路改进成功实现了透镜的数控加工效率的提高。

【参考文献】

[1]张超英.数控编程技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]杨海东.数控机床CAM编程[M].北京：中央广播电视大学出版社，2005.

提高数控机床加工效率的措施【2】

摘要：数控机床是我国机械制造工业和国民经济的重要装备，其发展直接关系到国计民生的许多领域，如何提高数控机床的工作效率，让其创造更大的经济效益?分析了数控机床常见故障以及维修方法，进一步论述了如何加强机床的管理和提高专业技术人员的素质和技能水平。

关键词：数控机床故障维护管理

引言

数控机床是在机电一体化技术的基础上发展起来的`一种灵活而高效的自动化机床，由于它用数控程序控制机床自动加工零件，无需使用复杂和专用的工模夹具，能比较好地解决中小批量，多品种和复杂零件加工自动化的问题，有生产效率高、加工的零件一致性好、质量稳定、便于产品更新换代等特点，因此在机械制造业中的比例越来越高，但是，有相当多的数控机床用户其设备高效多能的作用并没有充分发挥出来。

由于数控设备比普通设备的投资较大、生产准备时间较长，若加工效率太低，会严重影响企业经济效益的提高，因此，提高数控机床的加工效率己成为机械制造业面临的一大问题。

1数控机床常见故障

1.1 故障发生的阶段

故障是指设备或系统因自身原因而丧失规定功能的现象。

发生故障具有相同的规律，一般分为三个区域：(1)初期运行区，故障率较高，故障曲线呈上升趋势，此区故障多数属于设计制造和装配缺陷造成的。

(2)正常运行区，此时故障曲线趋近水平，故障率低，此区故障一般是由操作和维护不良造成的偶发事故。

(3)衰老区，此区故障率大，故障曲线上升快，主要原因是运行过久、机件老化和磨损过度造成的。

1.2故障的分类

按结构分为机械和电气两类;按故障源分为机械故障和控制故障两类;就其数控系统而言分为硬件故障、软件故障、干扰故障三类。

要判断是机械方面故障还是控制系统故障，其分析方法是：先检查控制系统，看程序能否正常运行，显示和其它功能键是否正常，有无报警现象等;再检查电机和检测元件，是否能正常运转，有无间歇或抖动现象，有无定位不准等问题。

如果没有上述问题，则可初步判断故障原因在机械方面，着重检查传动环节。

2数控机床的维护

2.1常见故障分析

(1)位置环。

这使数控系统发出控制指令，并与位置检测系统的反馈值相比较，进一步完成控制任务的关键环节;它有很高的工作频度，并与外设相联接，容易发生故障。

(2)伺服驱动系统。

它与电源电网、机械系统等相关联，工作中一直处于频繁的启动和运行状态，也是故障多发部位。

(3)电源部分。

电源失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。

(4)可编程序控制器逻辑接口。

数控系统的逻辑控制，要由PLC实现，必须采集各控制点的状态信息，它与外界繁多的各种信号源和执行元件相连接，变化频繁，发生故障的可能性较多，故障类型较多。

2.2 常见故障的排除方法

(1)初始化复位法。

(2)参数更改、程序更正法。

系统参数是系统功能的依据，参数设定有误可能造成系统的故障或某功能无效。

(3)调节、最佳化调整法。

(4)备件替换法。

(5)改善电源质量法。

目前一般采用稳压电源，以改善电源波动。

对于高频干扰可用电容滤波法，通过这些预防性措施可减少电源板的故障。

3加强数控机床的管理

3.1提高操作人员的综合素质

数据控机床是现代工业的关键设备，其效能发挥的好坏取决于管理使用和维修人员的素质和操作技能。

建立一支高水平的技术队伍，保存好设备的完整。

数控机床的使用比使用普通机床的难度要大，因为数控机床是典型的机电一体化产品，它牵涉的知识面较宽，即操作者应具有机、电、液、气等更宽广的专业知识，因此对操作人员提出的素质要求是很高的。

3.2遵循正确的操作规程

不管什么数控机床，它都有一套自己的操作规程。

它既是保证操作人员安全的重要措施之一，也是保证设备安全、产品质量等的重要措施。

使用者必须按照操作规程正确操作，如果机床在第一次使用或长期没有使用时，先使其空转几分钟，使用中注意开机、关机的顺序和注意事项(如开机后首先要用手动或用程序指令自动回参考点)，这些对初学者尤其应引起足够重视，因为他们缺乏相应的操作培训，往往在这方面容易犯错。

3.3创造一个良好的使用环境

随着科学技术的进步，一般来说，数控机床的使用环境没有什么苛刻要求，可放置于普通机床一样的生产车间。

话虽然这么说，但由于数控机床中含有大量的电子元件，它们最怕阳光直接照射，也怕潮湿和粉尘、振动等，这些匀可使电子元件受到腐蚀变坏或造成元件间的短路，引起机床运行不正常，这些一般在安装机床时就已经注意了。

对于使用者而言，主要是注意周围环境的保护，比如说下雨天，就要注意不要将雨伞带到生产现场，更换鞋子等。

3.4提高机床的运转率

数控机床购进后，如果它的开动率不高，这不但使用户投入的资金不能起到再生产的作用，还有一个令人担忧的问题是很可能因过保修期，设备发生故障需支付额外的维修费用，因为新购进的设备都有一定时间的保修期限，从以往的经验来看，CNC设备在使用初期故障率相对来说往往大一些，用户就应在这期间充分利用机床，使其薄弱环节尽早暴露出来，在保修期内得以解决。

4利用成组技术原理提高生产率

利用成组技术为数控机床选择合适的加工对象，以提高生产率，若工厂己经实现了零件的编码和分组，则可为每种数控机床所适于加工的零件进行分组，并形成检索指令，利用这些检索指令。

可以从大量的零件中检索出适于在某种数控机床加工的零件或零件组;利用成组技术给零件组编程，通常的数控加工编程工作都是对每种零件单独进行的，需花费很多的人力、时间，不仅工作量大，编程周期长，而且经常有重复编程的工作，利用成组技术按零件组的假想参数化零件进行宏程序参数化编程。

可为每个零件组编制一个数控加工程序，当组内具体零件加工时，只要在此基础上输入少量参数并稍加修改即可，这样就大大减少了编程数量和缩短了编程时间，也相应缩短了程序的输入和调试时间，还克服了重复编程的缺点;给成组加工的零件配置成组刀具，加工中心适合多品种、中小批量零件的加工，其刀库容量一般较大。

由于刀具的品种繁多，规格、材料各异，故刀库中存放哪些刀具，何时更换等问题直接影响到生产率，为了不经常更换刀库中的刀具，提高机床的使用效率，可为每组工件配备一套刀具即成组刀具，成组刀具所加工的不是一种零件，而是几种零件组成的一组零件，这样就不用每加工完一种零件就更换一次刀具了从而减少了辅助时间。

参考文献：

[1]仟建平，自恩远，赵美虹等.现代数控机床故障诊断及维修[M]北京：国防工业出版社，2002

[2]朱跃峰，朱敬超.数控机床故障判断与维护[J].科技资讯，2007，(13).

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