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摘要：隨著工業(yè)生產(chǎn)科技的發(fā)展，近年來(lái)工業(yè)領(lǐng)域在材料的生產(chǎn)加工方面已經(jīng)大規(guī)模的應(yīng)用了數(shù)控加工設(shè)備，新設(shè)備、新技術(shù)的引入極大的提升了工廠的生產(chǎn)加工效率，降低了加工成本。當(dāng)然，新型的數(shù)控機(jī)械設(shè)備的引入也提高了操作難度，尤其在設(shè)備切削參數(shù)方面，需要編程技術(shù)人員更加合理的應(yīng)用數(shù)控程序，才能進(jìn)一步提升加工的質(zhì)量。很多工廠為了保證切削加工的質(zhì)量，也在大面積的推進(jìn)切削數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)，但是隨著當(dāng)前金屬材料生產(chǎn)加工要求的提高，很多開(kāi)設(shè)的切削數(shù)據(jù)庫(kù)由于缺少進(jìn)化機(jī)制，導(dǎo)致原有的切削參數(shù)老化，無(wú)法為當(dāng)前的切削加工作業(yè)提供有效指導(dǎo)?；诖?，文章以銑削加工為研究對(duì)象，針對(duì)生產(chǎn)加工時(shí)如何對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，在不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)程序的基礎(chǔ)上保證切削作業(yè)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：金屬復(fù)合材料；機(jī)械加工；切削；參數(shù)

在數(shù)控加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、機(jī)械制造行業(yè)之后，數(shù)控銑削成為了眾多復(fù)雜零件的主要加工方式，通過(guò)數(shù)據(jù)編程與數(shù)控設(shè)備相互結(jié)合的方法，來(lái)對(duì)精密化的零件材料進(jìn)行加工，提高了當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)加工效率。但是為了進(jìn)一步適配當(dāng)前市場(chǎng)中的需求，提高更高質(zhì)量的零件材料，分析研究更高質(zhì)量的數(shù)控程序也是技術(shù)人員必須要關(guān)注的課題。因此在切削的過(guò)程中，需要控制的變化因素，不僅是材料零件的工藝，還會(huì)包括到使用刀具的尺寸、走刀路徑、切削用量等因素，這些都會(huì)影響到材料加工的質(zhì)量效率。尤其在針對(duì)當(dāng)前一些復(fù)雜化的機(jī)械材料，會(huì)出現(xiàn)一些復(fù)雜的曲面零件，就需要借助到數(shù)控加工設(shè)備中的零件程序的輔助，選擇合理的切削參數(shù)，這些都是保障作業(yè)質(zhì)量的重要因素。

1分析優(yōu)化切削參數(shù)的重要意義

在機(jī)械工程的發(fā)展歷史當(dāng)中，機(jī)械制造業(yè)中切削數(shù)據(jù)庫(kù)占據(jù)十分重要的地位，近年來(lái)，在我國(guó)的工業(yè)體系發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中，國(guó)內(nèi)已經(jīng)建立了基礎(chǔ)性的技術(shù)切削數(shù)據(jù)庫(kù)。通常情況下，最開(kāi)始的切削數(shù)據(jù)的設(shè)置都是通過(guò)大量的實(shí)踐來(lái)建立的，實(shí)驗(yàn)所需要的條件一般都是當(dāng)前的加工中所需要的基礎(chǔ)條件，所以在技術(shù)設(shè)備更新之后，以往的參數(shù)就需要重新的優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此切削數(shù)據(jù)庫(kù)一旦建設(shè)生成之后，更新就較為困難，一些以前的數(shù)據(jù)庫(kù)不得不面臨數(shù)據(jù)老化無(wú)法使用，如果切削數(shù)據(jù)無(wú)法隨著技術(shù)設(shè)備的更新而更新，就會(huì)無(wú)法對(duì)材料零件的生產(chǎn)加工起到指導(dǎo)意義，也會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)。隨著市場(chǎng)發(fā)展，當(dāng)前很多制造業(yè)工廠內(nèi)部的技術(shù)設(shè)備也在不斷革新進(jìn)步，如果不對(duì)相應(yīng)的切削參數(shù)進(jìn)行同步的優(yōu)化設(shè)置，反而會(huì)影響到后續(xù)材料生產(chǎn)加工的效率和質(zhì)量。基于上述因素，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備選擇和切削參數(shù)的設(shè)置，都將是制造業(yè)企業(yè)必須要面對(duì)的問(wèn)題，而其中的重要作用和意義在于：第一，通過(guò)合理選擇機(jī)械加工器具，優(yōu)化切削參數(shù)，可以使技術(shù)人員在設(shè)備技術(shù)更新的同時(shí)，也能使用相匹配的數(shù)據(jù)程序，保證生產(chǎn)加工的效率和質(zhì)量不會(huì)受到影響；第二，在考慮切削參數(shù)的數(shù)據(jù)編程過(guò)程中，可以對(duì)數(shù)據(jù)模型和算法進(jìn)行同步的探究?jī)?yōu)化，使得編程數(shù)據(jù)與切削加工之間的關(guān)系更加明確；第三，優(yōu)化數(shù)據(jù)模型和切削參數(shù)，可以有效減少機(jī)床設(shè)備的切削時(shí)間，提高生產(chǎn)加工效率，同時(shí)也能減少加工材料的浪費(fèi)?？偟膩?lái)看，切削參數(shù)是隨著技術(shù)設(shè)備革新而需要不斷優(yōu)化改變的資源，當(dāng)前階段，國(guó)內(nèi)的工業(yè)體系面臨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)的階段，需要解決的切削參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題也很多，很多的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)還需要技術(shù)人員不斷的探索優(yōu)化，通過(guò)長(zhǎng)期的研究分析，才能逐步改善數(shù)據(jù)參數(shù)的有效性。

2設(shè)備選擇和切削參數(shù)的研究現(xiàn)狀

在金屬?gòu)?fù)合材料的加工過(guò)程中，切削加工成為了現(xiàn)階段最為可行的加工方法，很多工廠中使用切削的加工量已經(jīng)占據(jù)了工作量的一半，絕大多數(shù)的材料零件都是通過(guò)切削的方式來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)加工的。但是，當(dāng)前切削加工的質(zhì)量效率依舊是需要優(yōu)化解決的重要研究?jī)?nèi)容。合理的選擇切削數(shù)據(jù)和設(shè)備可以提升效率，在一些傳統(tǒng)的零件加工中，涉及到批量生產(chǎn)時(shí)，需要工藝試驗(yàn)來(lái)制定切削的具體參數(shù)，而對(duì)于單件的零件產(chǎn)品，則需要技術(shù)人員自身的經(jīng)驗(yàn)和操作來(lái)試切，最終是否能得到有效成品，取決于技術(shù)人員的水平。而在這些試驗(yàn)的過(guò)程中，就不可避免的出現(xiàn)大量的殘次品、廢品等，所以當(dāng)前大量工廠都在對(duì)于如何優(yōu)化使用UG、CAM等軟件進(jìn)行研究。切削參數(shù)的合理確定，會(huì)直接影響到工廠的成本消耗、生產(chǎn)效率、質(zhì)量、利潤(rùn)等，但是往往切削參數(shù)的設(shè)置會(huì)受制于很多內(nèi)外界因素的影響，比如對(duì)于加工要求、材料性質(zhì)、刀具選擇使用、機(jī)床的精度和性能、技術(shù)人員專業(yè)水平等，這些都會(huì)直接影響切削參數(shù)的設(shè)計(jì)制定，所以在優(yōu)化設(shè)置切削參數(shù)的過(guò)程中，就需要技術(shù)人員建立數(shù)據(jù)模型來(lái)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，主要涉及到參數(shù)設(shè)置的三個(gè)方面，即設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件等，當(dāng)前切削參數(shù)設(shè)置優(yōu)化，較為常用的是線形規(guī)劃、坐標(biāo)輪換法、圖解法等，切削參數(shù)的優(yōu)化模型為圖1所示。

3材料加工中設(shè)備選擇和切削參數(shù)的設(shè)置優(yōu)化

3.1依照材料的加工型面來(lái)選擇刀具

需要加工的金屬材料中，如果出現(xiàn)了凹型的加工表面，就應(yīng)該在精加工或者是半精加工中選擇球頭刀來(lái)保證良好的加工表面，如果是粗加工就可以選擇平端立銑刀；如果加工的型面是凸形表面，就需要在粗加工的過(guò)程中使用圓鼻立銑刀，因?yàn)閳A角銑刀的幾何條件往往是比平端立銑刀適合。在精加工的過(guò)程中，使用的一些刀具半徑應(yīng)該要小于被加工零件的圓角半徑，尤其在一些零件的拐角處，需要選擇半徑低于拐角半徑的刀具來(lái)對(duì)圓弧來(lái)進(jìn)行插補(bǔ)，這樣就可以保證一些直線的插補(bǔ)過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)過(guò)切的問(wèn)題而導(dǎo)致材料損壞。

3.2刀具的選擇要依照從大到小的原則

針對(duì)一些復(fù)雜零件，其中會(huì)包含到很多表面類型，尤其在一些復(fù)雜曲面零件的加工過(guò)程中，一把刀具往往是無(wú)法完成整個(gè)零件加工過(guò)程的，所以在刀具的選擇方面，要盡量選擇直徑較大的刀具，無(wú)論是針對(duì)精加工或者是粗加工，這是由于在加工過(guò)程中，半徑越小的刀具所需要走過(guò)的加工路徑就會(huì)越長(zhǎng)，使得加工效率降低，而且半徑較小的刀具在磨損方面也會(huì)更多。（1）面銑刀的使用選擇。面銑刀作為刀具中應(yīng)用較多的一種，切削量也是所有刀具中最大的一種類別。其主要優(yōu)點(diǎn)在于切削量大，所以加工效率要高出其它刀具，而且加工后的材料零件表面較為光滑，不會(huì)過(guò)于粗糙，同時(shí)也會(huì)擁有耐高溫的特點(diǎn)，所以也是常常會(huì)被用到六面體和一些大面臺(tái)階的材料工件當(dāng)中。如果使用面銑刀來(lái)加工一些粗模具或者是模穴槽時(shí)，要注意不能使用垂直下刀或者是斜向進(jìn)刀、螺旋進(jìn)刀的方式來(lái)進(jìn)行加工，這樣的進(jìn)刀方式較為容易損害機(jī)臺(tái)主軸，導(dǎo)致機(jī)臺(tái)內(nèi)部器械的使用壽命縮短，所以一般是需要從工件的外部選擇側(cè)進(jìn)刀的銑削加工方式。（2）粗銑刀。一般是為工件成型而使用的刀具，主要的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)在于切削量較大，吃刀深，切削過(guò)程中遭遇的阻力較小，多數(shù)情況下是用于銑臺(tái)階、插孔等工件的加工使用。（3）精銑刀。精銑刀一般都是用于精細(xì)化加工中所使用的刀具，使用這類刀具加工后，工件的表面一般會(huì)較為光滑平整，而且加工的尺寸精度較高，在一些工件快要成型作為加工最后過(guò)程時(shí)使用這類刀具，可以最大限度保證加工零件的外觀、尺寸合理，所以精銑刀一般都是會(huì)用于模仁、模座等工件的精加工當(dāng)中。（4）舍棄式銑刀。這種刀具的使用一般都會(huì)采用到高轉(zhuǎn)速、高速率的情況，是輕切削中常用的加工方式，一般這類刀具在NC課程中使用情況較多。刀具本身也會(huì)被分為粗、細(xì)兩種類型，粗刀一般都會(huì)被用作為逃料，細(xì)刀是用與精修工件的底面。（5）切削用量的考慮。切削深度一般是指的一次進(jìn)給量中切削工件的表面層度，多數(shù)情況下是用毫米作為深度單位。通常會(huì)由于機(jī)床剛性和刀具強(qiáng)度的問(wèn)題，在一些材料零件加工的過(guò)程中，也會(huì)根據(jù)刀具的品牌、材料零件的性質(zhì)來(lái)考慮切削深度。在切削加工的過(guò)程中還需要預(yù)留一些位置，大約在0.4mm～1.2mm，即使在精加工的過(guò)程中，也是會(huì)根據(jù)刀具的品牌，尺寸精度來(lái)預(yù)留加工余量，大約控制在0.02mm～0.05mm的距離，精加工的過(guò)程中需要注意一般是修底不修邊、修邊不修低的加工原則。

3.3在零件粗加工過(guò)程中盡量選擇圓鼻銑刀

由于圓鼻銑刀的特性，使其可以在切削的過(guò)程中，刀刃角度與零件接觸時(shí)可以產(chǎn)生90°的范圍變化，可以在加工的范圍內(nèi)使用出較為連續(xù)化的切削力變化，使得加工過(guò)程更加具有靈活性，這樣更加有利于加工質(zhì)量的提升，也可以保證刀具壽命的延長(zhǎng)，而且，粗加工的過(guò)程中使用圓鼻銑刀，切削條件會(huì)比使用球頭刀效果更好。

3.4切削參數(shù)的設(shè)置優(yōu)化

上文已經(jīng)明確切削參數(shù)的設(shè)置對(duì)于材料零件加工的重要性，尤其對(duì)于加工質(zhì)量和效率會(huì)起到極大影響，如在CAM軟件當(dāng)中，需要控制的切削參數(shù)主要是關(guān)于主軸轉(zhuǎn)速、刀具切入時(shí)的深度和寬度等。（1）主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)置。在控制機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，一般是會(huì)參考到切削速度來(lái)進(jìn)行計(jì)算設(shè)置，常用的計(jì)算公式主要是n=1000VC/πd，其中d代表的是刀具的直徑，vc表示的是切削的速度。在加工過(guò)程中，刀具的切削速度選擇常常又會(huì)是與刀具的耐用性相關(guān)，一旦所用的材料、刀具和加工結(jié)構(gòu)明確之后，切削的速度就會(huì)直接成為影響刀具耐用度的因素，不適合的切削速度會(huì)直接降低刀具的使用壽命，尤其在一些材料磨具的精加工過(guò)程中，需要避免在加工途中換刀，否則會(huì)影響到加工質(zhì)量。主軸轉(zhuǎn)速中進(jìn)給量的各個(gè)因素：T=0.3D，T是指每一刀在Z軸的下降深度；P=0.7D，P是指每一刀的進(jìn)刀量。在T=R2以下=0.2mm，R3以下=0.5mm，P=0.1D，所以最后的速度F=S*FZ*Z，F(xiàn)Z指的是每齒的切削量，Z指的是齒數(shù)，F(xiàn)指的是進(jìn)給率。當(dāng)然不同的程序中，公式也可能不一，還有的公式顯示的是：F=nzf，這個(gè)公式中，n指的是主軸轉(zhuǎn)速，z指的是銑刀齒數(shù)，f指的是每齒的進(jìn)給量，每齒進(jìn)給量的設(shè)置也是會(huì)根據(jù)材料的性質(zhì)、刀具的品質(zhì)和結(jié)構(gòu)來(lái)考慮，通常都是工件強(qiáng)度越高，那么每齒進(jìn)給量也就越小，技術(shù)人員需要結(jié)合實(shí)際加工需求來(lái)考慮參數(shù)設(shè)置。（2）加工進(jìn)給速度和刀具切入。在進(jìn)給速度的選擇方面，這類因素會(huì)直接影響到零件在加工之后表面的光滑度和精度，常用的參數(shù)設(shè)計(jì)公式為f=nzf，其中的n代表的是主軸轉(zhuǎn)速、z為銑刀齒數(shù)、f為每齒的進(jìn)給量，影響到每齒進(jìn)給量的因素很多，主要在加工的過(guò)程中要考慮其中的刀具材料、銑刀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能的因素。如果使用的材料工件本身的強(qiáng)度越可靠，那么需要的每齒進(jìn)給量也會(huì)越??；而對(duì)于一些合金銑刀，其硬度可靠性相比于傳統(tǒng)的鋼銑刀而言就會(huì)更高；如果材料加工中對(duì)于精度和表明加工精細(xì)度的要求越高，進(jìn)給量的設(shè)置就應(yīng)該著重考慮適當(dāng)?shù)慕档汀＃?）吃刀量和步距寬度的設(shè)置。數(shù)控加工在針對(duì)一些曲面零件材料時(shí)，由于不同零件曲面的曲率、半徑都會(huì)有不同的差異，所以加工起來(lái)十分復(fù)雜繁瑣，所以需要與平面銑削加工方式相區(qū)分。比如在對(duì)于一些毛坯材料加工的過(guò)程中，盡量使用分層切削的方式，其中每層選用環(huán)形走刀或者是利用層間螺旋下刀的方式。角度在取值方面應(yīng)該選擇小于15°，取刀的深度需要控制在材料總長(zhǎng)度的10%以內(nèi)，每層材料的步距還需要根據(jù)模具的大小情況來(lái)設(shè)置，通常都是控制在刀具直徑的70%左右。選擇較小的切削量和快速的進(jìn)給速度，以此保證材料工件的質(zhì)量，針對(duì)一些復(fù)雜的材料模型，要選擇合適的刀具來(lái)分別開(kāi)展加工，保證加工效率。吃刀量的大小程度還會(huì)受到工件、機(jī)床、刀具方面的影響，所以在實(shí)際加工選擇時(shí)，需要考慮這些器具要盡量滿足加工工藝、剛度方面的需要，加工時(shí)要選擇最大的吃刀量，以此來(lái)保證加工效率和質(zhì)量。而且為了保證加工精度、零件表面粗糙度能夠符合加工要求，就需要保證一定的加工余量，在一些粗加工過(guò)程中，余量的切除通常是使用層切的方式，再利用CAM編程設(shè)計(jì)，這就需要技術(shù)人員根據(jù)情況來(lái)考慮刀具的具體切削深度與最大步距寬度問(wèn)題，這些數(shù)據(jù)設(shè)置會(huì)直接影響到工件的成形形狀。精加工的過(guò)程中，要選擇合適的吃刀量，而通常吃刀量的設(shè)置都是需要考慮到零件表面粗糙度的，在使用CAM編程的情況下，一般程序中會(huì)提供兩類參數(shù)來(lái)控制表面的粗糙度，主要關(guān)于殘留高度和步距寬度。在編程時(shí)，控制步距寬度會(huì)進(jìn)一步影響加工零件表面的粗糙度，通常是步距寬度越小，最后成型的零件表面粗糙度越小，不過(guò)由于設(shè)置問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致加工效率降低，進(jìn)一步延長(zhǎng)加工的時(shí)間，所以在實(shí)際加工中，還需要考慮到加工需求，盡量不要將步距寬度設(shè)置的太低。在實(shí)際加工過(guò)程中，可以調(diào)整到半精加工的方式或利用精加工的方式來(lái)調(diào)整走刀路徑，以此來(lái)改善加工零件的表面狀態(tài)，如果使用殘留高度來(lái)控制零件加工表面的粗糙程度，那么布局寬度就會(huì)根據(jù)工件的形狀來(lái)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。（4）切削速度的考慮。切削速度一般是指主軸刀具在旋轉(zhuǎn)時(shí)的線速度。切削速度的設(shè)置會(huì)受到刀具本身的品質(zhì)和材料零件的性質(zhì)、耐用度、加工條件、冷卻條件的影響。一般高速鋼的切削速度都是設(shè)置在20m/min～130m/min，硬質(zhì)合金的切削速度一般設(shè)置在20m/min～160m/min，鎢鋼的切削速度一般控制在30m/min～150m/min，根據(jù)材料性質(zhì)的不同，切削的速度也會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。進(jìn)給量的控制：一般是指在一分鐘的情況下，刀具沿著進(jìn)給的方向發(fā)生位移的距離，而影響進(jìn)給量的因素主要為刀具強(qiáng)度、機(jī)床性能、加工精度控制以及零件表面光滑度，這些因素的疊加也會(huì)直接影響到進(jìn)給量的控制，通常加工機(jī)床的進(jìn)給量都是控制在30mm/min～1400mm/min，一些高速和性能精良的加工機(jī)床，可以達(dá)到150mm/min～2000mm/min。

4結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)看，在零件材料加工過(guò)程中，影響切削參數(shù)的因素主要為刀具、機(jī)床性能、工件環(huán)境等，各個(gè)因素對(duì)于切削參數(shù)都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，文章在總結(jié)了部分影響切削參數(shù)的因素之上，對(duì)于切削使用的刀具、工件材料等因素進(jìn)行分析，明確其對(duì)切削參數(shù)產(chǎn)生的具體影響。未來(lái)機(jī)械加工將會(huì)不斷朝著高精度、高效率方向發(fā)展，在對(duì)技術(shù)設(shè)備不斷優(yōu)化的同時(shí)，還需要重點(diǎn)關(guān)注切削數(shù)據(jù)模型的建立使用，促進(jìn)材料零件加工質(zhì)量和效率提升。

作者:張立榮 單位:唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院