数控车床切削力控制算法 实际加工如何调参数

有不少人将切削力控制想得过于复杂, 实际上, 其核心包括三个变量, 分别是主轴转速, 进给量和切削深度。当前的数控系统大多采用自适应控制算法, 例如西门子840D或者发那科31i, 它们都内置了力矩监控与功率限制功能。然而, 即便算法再出色, 如果基础参数不正确, 那也是徒劳无功。

举例来说, 我们对一批精密衬套加工, 其材料为17 - 4PH不锈钢, 硬度大概在HRC35左右。并且倘若依照常规参数, 转速为800rpm, 进给是0.15mm/r, 切深为2mm, 那么切削力将会高达1200N, 进而导致工件表面粗糙度直接飙升到Ra1.6以上, 根本无法达到Ra0.4的要求。后续呢，我们将转速提升至1500rpm, 把进给降低到0.08mm/r, 把切深改为0.5mm进行分层加工, 如此一来, 切削力下降到400N左右, 粗糙度稳定于Ra0.2。

首要的要点在于, 算法里有着力与速度的耦合关联, 这关系是此处的关键所在。每当主轴转速增加为原来的两倍之时，切削力会大概降低百分之十五至百分之二十, 不过这有个前提条件, 那就是刀具的线速度千万不能超过刀具材料所能承受的极限。至于那些精密的零部件, 我通常会给出这样的建议, 要把切削力把控在五百牛以内, 如此这般, 既能确保尺寸的稳定性, 而且还可以延长刀具的使用寿命。举个例子, 我们曾做过一批销轴, 其公差要求为正负0.005毫米, 通过精确控制进给量在0.05毫米每转以内, 借助多轴联动加工中心的高刚性特点, 如此这般才将批次合格率提升到了99%以上。

针对批量大的加工, 其切削力控制逻辑, 与批量小的加工, 可谓全然有差异。对大厂, 能缓缓进行调试。然而, 我们是从事小批量定制的, 经常是一件起订就开始作业, 在短短72小时内便要完成交货任务, 根本就压根没有时间去进行试切操作。如此一来, 这便对算法提出了不得不需要有快速收敛能力的要求。

曾有一回让我印象极为深刻, 有客户提出要加工一批钛合金定位销, 其特定材料为TC4 , 直径只是6mm。钛合金有导热性能差 , 若是在切削环节力的控制稍有不慎便会出现烧刀现象。当时我们选用是走心机 , 它自身所有的主轴负载监控功能 , 与经过 custom 设定的切削力阈值相配合 , 将最大切削力有效限制在300N , 一旦超出便会自动降低速度。这实际上就是一种经过简化的力控制算法 , 相较于那些繁杂的模糊控制而言更为实用。

有部分客户提出对铜合金H62轴套加工的要求, 该材料质地软然而易于生成积屑瘤。在此种情况下, 切削力不可过小, 如果过小反而会出现振刀现象。我通常将进给设定于0.12mm/r , 转速设定为1200rpm , 以使切削力保持在200N左右, 如此表面质量最佳。那对铝合金7075材料制成的精密螺母, 得采取相反的方式, 采用高速且低进给的操作, 把转速提升至3000rpm以上, 将进给设定为0.1mm/r, 如此一来切削力较小, 而且光洁度也很好。

于实际生产当中, 每当更换一种材料, 算法参数便需重新进行标定。像不锈钢304与316的切削力特性大约相差20%, 17 - 4PH和普通304相比又低一个档次。我们历经多年的操作, 积攒了一套材料 - 参数映射表, 大体能达成一次调准。

倘若你同样正为切削力的控制而感到头疼不已, 那么不妨尝试从材料牌号和精度要求起步着手, 去匹配与之相对应的转速还有进给量。数控车床对切削力的控制并没有一个放之四海而皆准的万能公式, 但是只要能精准把握好上述提及的那几个关键要点, 再加上设备自身所有的精度保障, 那么问题出现的可能性大体上都不会太大。如果有类似的需求, 既可以咨询weeda.cn, 也能发送邮件至max@weeda.cn, 电话号码则是1565 - 1111 - 908。