2024年4月8日发(作者：)

２０１１年６月　

第３９卷第１２期　

机床与液压　

ＭＡＣＨＩＮＥ　ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ　

Ｊｕｎ．２０１１　

Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．１２　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１　１．１２．００６　

影响高速铣削加工质量的因素及ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ高速铣削加工策略　

彭新荣　，孙小捞　

（１．平顶山工业职业技术学院机械工程系，河南平顶山４６７００１；　

２．洛阳理工学院机械工程系，河南洛阳４７１０２３）　

摘要：研究影响高速铣削加工的因素，提出ＰｏｗｅｒＭＩＬ的高速铣削加工策略。并通过一个具体实例说明好的加工策略能　

大大提高加工效率，同时保证加工质量。　

关键词：高速铣削；影响因素；ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ软件；加工策略　

中图分类号：ＴＨＩ６；ＴＧ３６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—３８８１（２０１１）１２—０２２—２　

Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　Ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｌＩｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ｍｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ　Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ｍｉｌｌｉｎｇ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ　

ＰＥＮＧ　Ｘｉｎｒｏｎｇ　．ＳＵＮ　Ｘｉａｏｌａｏ　

（１．Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　Ｈｅｎａｎ　４６７００１，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｌｕｏｙａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ　Ｈｅｎａｎ　４７１０２３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ￣ｃｔｏｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　

Ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ａ　ｇｏｏｄ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｃｏｕｌｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｍｉｌｌｉｎｇ；Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒ；ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ　ｓｏｆｔｗａｒｅ；Ｍｉｌｌｉｎｇ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　

高速加工切削系统主要由高速切削的高速加工中　

心、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具、安全可　

靠的高速切削ＣＡＭ软件系统组成，因此说高速加工　

是一项庞大的工程。高速加工并不是将原来的工艺运　

行得更快；高速加工代表着加工复杂产品零件的更好　

的工艺方法；高速加工成功的关键是改变原来的加工　

策略。　

（６）影响刀具的模型缺陷将严重影响加工路径。　

好的加工模型，能大大节省编程和加工时间，提　

高制造效率。构造的ＣＡＤ模型必须满足以下条件：　

（１）确保造型精度至少要与加工精度一致；　

（２）注意在数据转换中造成的错误；　

（３）避免在加工模型中存在隐性特征，如需要　

刀具直径来保证的内部导角等；　

（４）避免在加工模型中存在不能或不必要的特征。　

１．２机床和数控系统的选择　

好的数控机床具有高精度、良好的刚性，能够保　

持动态平衡，同时其他辅助设备也应配置齐全。机床　

控制系统的好坏直接决定了加工质量的好坏。配备　

６４ｂｉｔＲＩＳＣ系统可提高数控系统处理速度；良好的数　

ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ是基于知识、工艺特征的、有多种独　

有加工方式、全程防过切、适用于高速加工的一款智　

能化ＣＡＭ系统。高速加工一般可分为：以去除余量　

为目的的粗加工、残留粗加工及以获取高质量的加工　

表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加　

工等。　

１　影响高速加工的主要因素　

１．１　ＣＡＤ模型的质量　

据服务器或硬盘可提高数据传输速率；具有ＮＵＲＢＳ　

曲线插补能力，从而允许用一系列曲线运动而不是大　

高速加工的ＣＡＤ模型与一般加工的ＣＡＤ模型有　

差别，主要表现在：　

量的短的直线运动来进行精加工，这样过程控制不再　

是速度瓶颈，因而加工速度就更加提高。由于每一段　

ＮＵＲＢＳ曲线更长，机床控制器能向前看得更远，这　

样，使得路径设计和进给速率设置更加智能化。同　

（１）工件的形状和公差。造型公差必须优于加　

工公差，使用接口导人的零件，需要检查精度是否满　

足要求；　

（２）余量模型的形状精度；　

（３）残余材料；　

时，使用曲线路径比使用一系列直线路径有更少的速　

度调整，如加速、减速，产生更适合高速加工的　

ＮＵＲＢＳ曲线控制代码。　

１．３主轴的选择　

对于高速加工，高速机床的主轴性能是实现高速　

（４）加工的结果与如何造型是无关的；　

（５）不影响刀具的模型缺陷将不会影响刀具路径；　

收稿日期：２０１０—０５—１４　

作者简介：彭新荣（１９６ｌ一），硕士，副教授，研究方向为机械制造。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｙｇｚｓｘｌ＠１６３．ｃｏｍ。　

第１２期　彭新荣等：影响高速铣削加工质量的因素及ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ高速铣削加工策略　・２３・　

切削加工的重要条件，需要同时保证在低速加工时的　

高扭矩和高速加工时的切削力要求。　

１．４加工刀具的选择　

雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极　

薄的微观保护膜，可有效延长刀具寿命并提高零件的　

表面质量。　

１．６加工策略的正确选择　

（１）高速加工特性　

高转速高进给进行轻切削以保证高的材料去除　

率；低的切削负载以保证高精度及减少变形；降低摆　

动以提高表面质量；排屑带走绝大部分切削热以减少　

在高速加工中，加工刀具对加工精度的影响很　

大，主要有以下几点：　

（１）刀具径向跳动的影响。刀具径向跳动带来　

的误差是其中的一个重要因素，它直接影响机床在理　

想加工条件下所能达到的最小形状误差和被加工表面　

的几何形状精度。　

（２）刀具动平衡对加工的影响。高速加工时，　

由于刀具系统的转速很高，刀具系统的不平衡会影响　

刀具寿命、加工精度和效率。　

下面是一个铝材料加工表面的实验。切削条件为：　

４齿硬质合金端铣刀，切深３．６　ｉｎｌｎ，切宽１９　ｔｏｎｉ，进　

给速度５　５００　ｍｍ／ｍｉｎ，主轴转速１２　０００　ｒ／ｍｉｎ。从图１　

明显可以看出在１００　ｇ／ｍｍ和１．５　ｇ／ｍｍ情况下加工质　

量的不同。　

（ａ）１００　ｇ，ｍｉｌｌ　（ｂ）１．５　ｇ／ｎｌｍ　

图１　刀具动平衡对加工的影响　

（３）刀具材料。刀具材料硬度要高，这样可以　

减少磨损，提高使用寿命。刀具材料要有一定的韧　

性，避免刀具碎裂。刀具材料还需要好的红硬性，使　

其在高温状态下，保持良好的切削性能。刀具涂层对　

高速加工也有较大的影响。　

（４）刀具形状。排屑性能好，表面精度高，则　

加工质量高。　

（５）刀柄系统　传统的７：２４锥度刀柄系统在进　

行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度　

不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具　

及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。目　

前应用较多的是ＨＳＫ高速刀柄和国外现今流行的热　

胀冷缩紧固式刀柄。　

１．５冷却的影响　

高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、　

高温的情况下不用切削液，要采用油／气冷却润滑的　

干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切　

削区产生的切屑，从而将大量的切削热带走，同时经　

热变形；适合于加工薄壁工件；可以直接加工硬材料　

（大于ＨＲＣ４０），减少后续加工工序。　

（２）高速加工的要求　

保持刀具许可的切削负载；保持恒定的切深和切　

宽；保持机床许可的加工速度和加速度；控制切削方　

向；避免尖角转向；保证最小的空程时间；保证最小　

的切削时间。　

高速加工的功能依赖于合适的加工策略，不适合　

的加工策略会造成不合格的工件、缩短刀具寿命甚至　

是灾难性的后果。高速加工不是用更快的速度来执行　

原加工程序，工件是不同的，需要采用不同的加工策　

略，简单的方式经常不是最优化的，所有的工件都需　

要从安全性方面进行考虑。　

要保障高速加工编程效果必须使用具备自动高速　

加工工艺特征和高计算速度的ＣＡＭ系统。使用高性　

能、内存空间大的计算机；使用最新的软、硬件技　

术，有充足的编程系统和操作人员，要考虑现场编程　

操作人员的培训，提供经常性的高速加工培训班，提　

高编程能力。　

（３）ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ高速铣削加工的粗加工　

高速加工的粗加工应采取的工艺方案是：高切削　

速度、高进给率和小切削量的组合。采用ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ　

进行粗加工（区域清除）时尽可能保持刀具负荷的　

稳定，减少任何切削方向的突然变化，从而减少切削　

速度的变化，并且尽量采取顺铣的加工方式。　

粗加工较好的方式主要有赛车线加工（如图２　

所示）和摆线粗加工（如图３所示）。　

图２赛车线加工　图３摆线粗加工　

（４）ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ高速铣削加工的精加工　

（下转第５６页）　

・

５６・　机床与液压　

２．２仿真结果分析　０．　

当输入频率为５￡　：　

Ｈｚ、幅值为１×１０　Ｎ　。・　

（地震波施加给活塞　：　：　

杆的负载Ｆ，如图４　－ｉ０｜ｔ．　

所示）时，活塞杆位　

移曲线、缸筒位移曲　

线（建筑物位移）如　

图４地震波施加给活　

图５所示。　

塞杆的负载Ｆ　

图５仿真结果　

根据图５仿真曲线可得出：活塞杆及地面最大位　

移１５０　ｍｍ，而建筑物的最大位移量仅为２７　ｍｍ左右，　

有明显的减震效果。　

３实物模型　

根据液压仿真模拟　

结果，按一定的缩小比　

例制作了模型（如图６　

所示），通过在箱中加　

砝码模拟建筑物重量，　

手动施加一定频率的负　

载，观察“建筑物位　

移”情况，验证了该装　

置具备的显著的减震效　

果。　

４结论　

通过建筑物水平方　

及仿真研究，表明该装　

向液压减震装置的实验　

图６实物模型　

置对地震来临瞬间的建筑物有显著的减震效果，对工　

程结构设计有一定的参考价值。　

参考文献：　

【１】薛定宇，陈阳泉．基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的系统仿真技　

术与应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００２．　

【２】张彦．消能减震技术应用综述［Ｊ］．中小企业管理与科　

技，２００９（７）：２８３．　

【３】张宇，王华琪，冯峰，等．消能减震技术的应用研究［Ｊ］．　

中国新技术新产品，２００９（８）：８—９．　

（上接第２３页）　

精加工的基本要求是要获得很高的　

零件表面质量，轻松实现精细区域的加］　

主要目标是获得几何尺寸、形状精度及　

要求的工件。ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ提供了多种精力１　

持不同的精加工方式，如三维偏置精加］　

工、最佳等高精加工和平行精加工等。　

一

般有以下几种：（１）优化平行加工。　

的尖角处采用圆角的光顺处理，可显老　

率、延长刀具的寿命、减少对机床的冲击　

３Ｄ偏置加工。避免了平行加工策略和偏　

出现的频繁的方向突然改变，从而提高力　

少刀具磨损；（３）最佳等高加工方法。　

统会自动利用区域分析算法对陡峭和平　

理，计算适合等高及适合使用类似３Ｄ偏ｊ　

且同时可以使用螺旋方式，在很少抬刀自　

优化的刀具路径，获得更好的表面质量；　

度等高加工。按照残留量，自动计算等　

下切步距，可显著提高加工效率和曲面加　

２连杆锻模加工实例　

如图４，零件尺　

寸：３００　ｍｍ×１４５　ｍｍ，　

硬度ＨＲＣ５１，一次装　

夹完成加工，加工完　

成后无手工打磨即可　

使用。最小刀具直径　

为２　ｍｉｌｌ；进给速度　

５　０００　ｍｍ／ｍｉｎ；主轴　

图４连杆锺　

转速３５　０００　ｒ／ｍｉｎ。第　

一

件模具的加工时间约１０　ｈ，优化了加：　

工时间减少到１２５　ｍｉｎ。可见，好的加］　

提高加工效率，同时也能有效保证加工』　

３结束语　

影响高速加工的因素很多，在加工［　

互相作用。高速加工编程时所生成的刀』　

产品加工质量的主要因素，应根据高　

需要，合理使用ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ高速加工　

选加工方法和刀具走刀方式，保证高　

实现。　

参考文献：　

【１】艾兴，等．高速切削加工技术［Ｍ］．北京：　

社，２００３．　

【２】吴光明．模具高速铣削加工技术［Ｊ］．ＣＡＩ　

业信息化，２００６（２）：１１２—１１８．　

【３】杜智敏，何华妹，吴柳机．模具数控加工：　

典型实例［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２（　

【４】王贵成，王树林，董广强．高速加工工具署　

国防工业出版社，２００５．