高速加工工艺制订策略在数控铣技能大赛中的运用

摘要：高速加工是当前机械工业先进制造技术方面研究和应用的热点之一在军工、模具发动机等方面有良好的应用前景。在高速加工时，机床进给速度可达80m/min，甚至更高。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般数控铣床加工需要3h，在普通铣床加工需要8h。高速加工运用在数控铣技能大赛中，能有效的减少加工时间。作者结合自己的工作经验，将告诉加工工艺制订策略在数控铣技能大赛中的运用供大家一起探讨和研究。

关键词：高速加工;技能大赛;工艺策略中图分类号：G718文献标识码：B文章编号：1672-1578（2014）18-0284-01全国职业学校技能大赛已连续举办多年了，多年来技能大赛竞赛项目越来越广，参赛学生越来越多，对中职学校教学改革的影响越来越深入，已形成"普通教育有高考，职业教育有技能大赛"的可喜局面。技能大赛制度的建立，按照"多元整合、政府统筹、企业支持，学校参加"的运行原则，通过校、县、市、省、国家层层比赛，大赛已成为提高和评价职业学校教学质量，展示职业教育办学成果的重要形式，对职业学校的教学起到鲜明的导向作用。以数控铣技能竞赛项目来说，谁能在规定时间内加工出合格的零件，谁就能取得好的成绩，如何提高加工效率一直是该项目指导教师研究和探讨的问题。随着科技的发展，实践证明高速切削技术可以为我们提供高效率的加工速度。

高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工，以级数级提高，切削机理也发生了根本的变化。与传统切削加工相比，高速切削加工发生了本质性的飞跃，其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%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加，切削时间减少，加工效率提高，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速切削加工的小量快进使切削力减少，切屑的高速排除，减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。

通过高速切削加工技术实践应用，高速切削加工技术具有如下优势：

(1)高速切削加工提高了加工速度：高速切削加工以高于常规切削10倍左右的切削速度对零件进行高速切削加工。

(2)高速切削加工生产效率高：用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中完成型面的粗、精加工和其他部位的机械加工，即所谓"一次过"技术(One Pass Machining)。高速切削加工技术的应用大大提高了加工速度。

(3)高速切削加工可获得高质量的加工表面：由于采取了极小的步距和切深，高速切削加工可获得很高的表面质量。

既然高速加工能带给我们带来如此多的好处，在使用高速加工对零件加工时我们应该如何对工艺进行定制？工艺制订策略有哪些？

在粗加工中，模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。同时可通过软件等措施保持切削条件恒定，从而获得良好的加工质量（例如，切削层面积和材料去除率，使切削载荷与刀具磨损速率保持均衡，以保证刀具寿命和加工质量）。在半精加工中，主要目的是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀。如局部铣削工序的剩余加工余量取值与粗加工相等，该工序只用一把小直径铣刀来清除粗加工未切到的角落，然后再进行半精加工；如果取局部铣削工序的剩余加工余量值作为半精加工的剩余加工余量，则该工序不仅可清除粗加工未切到的角落，还可完成半精加工。最后是精加工，减少抬刀、下刀的次数，保证零件达到合格。

策略一、工艺策划者应在自动换刀系统中规划好自己的刀具。加工余量的清除一般宜用不通系列的刀具分别进行粗加工、半精加工和精加工的分段处理，不应企图用一把刀具一次完成加工。

策略二、采用工序集中的原则和合理工件装夹位置和方式，力求一次装夹定位完成工件的全部加工。

策略三、高速铣削加工中尽量采用顺铣削，因为顺铣时刀具切入工件的切屑厚度是由最厚而后逐渐变薄，刀刃受力状态好，产生的热量比逆铣时少，有利于延长刀具的使用寿命。

策略四、要保持金属去除率恒定，在此条件下，宜用高切速、小切深（背切深度不宜大于0.2mm）进行加工，以保证切削载荷的恒定，获得较好的切削热转移和加工质量。

策略五、要尽可能不中断切削过程和刀具路径；减少刀具切入切出工件的次数；尽量避免刀具的急剧转向；在进退刀和从一个切削层进入另一个切削层时，应采用螺旋线、圆弧或斜线进出工件，以获得相对平稳的切削过程。

策略六、加工凹凸角时应采用圆弧速度补偿选项，调节刀具在拐角处的进给速度，但刀刃的切削速度仍保持恒定，以获得光滑的表面。

策略七、在生成加工程序前应对刀具路径进行优化，合并或取消那些零碎的、短的刀位轨迹，合理安排切削区域的加工顺序，减少进退刀次数和空刀移动的距离等，在保证加工精度要求的前提下，尽量减少程序段数。

通中等职业学校开展技能竞赛具有重要且特殊的意义，特别是大赛的主题内容不仅符合国家技能鉴定标准，还要体现企业、行业一线现代生产工艺，同时还要体现专业文化、文明生产、安全生产的规范要求，大赛不仅使参赛选手亲身感受现代生产工艺，还采用赛程直播（直播视频技术）、制作光盘等形式对外公开直播比赛过程，让其他教师和学生了解观看赛场整体情况、比赛过程和参赛选手的具体表现，从而使大赛达到了以赛促学、以赛促教的目的，提高了职教师生对大赛训练和研究的积极性。大赛的工艺要求不仅要使学生掌握操作的基本技能、职业技能，更是有较高的拓展技能，这些综合技能是传统学科型教学模式无法培养的，将课程体系由"知识体系"转变为"工作体系"，构建任务引领的教学模式才能适应大赛的人才选拔模式。

结束语：高速加工可以提高零件的加工速度，但数控技能大赛竞争激烈，数铣技能大赛培训教师如何在进行对学生的赛前培训时，还须有效的结合理论在实际加工中不断训练。

作者简介:

谢秀连(1982.10-)女，现任广西理工职业技术学学校机械系教师，助理讲师。