鄒立國　郝　欣

[摘要]近年來,隨著新型產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)和零件復(fù)雜程度的不斷加大,數(shù)控加工以已經(jīng)成為一個(gè)企業(yè)爭取市場優(yōu)勢的決定因素之一。為此,介紹數(shù)控加工中采用高速切削工藝的優(yōu)勢,并從數(shù)控加工生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā),探討和總結(jié)一些提高數(shù)控加工中心切削效率的途徑。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控加工高速切削切削效率途徑分析

中圖分類號:TP2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710107-01

近年來,隨著新型產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)和零件復(fù)雜程度的不斷加大,數(shù)控加工以其強(qiáng)大的優(yōu)勢得到了迅速普及,已經(jīng)成為一個(gè)企業(yè)爭取市場優(yōu)勢的決定因素之一。因此,如何提高數(shù)控加工中心切削效率,充分發(fā)揮現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)勢,是當(dāng)前許多數(shù)控加工企業(yè)面臨的主要問題。本文從數(shù)控加工生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā),探討和總結(jié)一些提高數(shù)控加工中心切削效率的途徑。

一、數(shù)控加工中高速切削工藝的應(yīng)用

當(dāng)前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削工藝已經(jīng)顯示很多的優(yōu)點(diǎn)和強(qiáng)大的生命力,成為制造技術(shù)提高加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。因此,發(fā)展高速切削等新的切削工藝促進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)代切削技術(shù)面臨的新任務(wù)。當(dāng)代的高速切削不是切削速度的少量提高,是需要在制造技術(shù)全面進(jìn)步和進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上,包括數(shù)控機(jī)床、刀具材料、涂層、刀具結(jié)構(gòu)等技術(shù)的重大進(jìn)步,才能達(dá)到的切削速度和進(jìn)給速度的成倍提高,才能使制造業(yè)整體切削加工效率有顯著的提高。硬切削是高速切削技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,即用單刃或多刃刀具加工淬硬零件,它比傳統(tǒng)的磨削加工有效率高、柔性好、工藝簡單、投資少等優(yōu)點(diǎn),已在一些應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生較好的效果[1]。

二、數(shù)控加工中采用高速切削工藝的優(yōu)勢

高速切削得到工業(yè)界越來越廣泛的應(yīng)用,其具有的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):

1.可提高生產(chǎn)效率。高速切削加工允許使用較大的進(jìn)給率,比常規(guī)切削加工提高5～10倍,單位時(shí)間材料切除率可提高3～6倍[2]。

2.降低了切削力。由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度,因此切削力較小,與常規(guī)切削相比,切削力至少可降低30%。目前我國部分車削和銑削的切削速度已達(dá)到5000～8000m/min以上;機(jī)床主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min以上[1]。

3.提高了加工質(zhì)量。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小,使得刀具、工件變形小,保持了尺寸的精確性,也使得切削破壞層變薄,殘余應(yīng)力小,實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工[3]。

4.簡化了加工工藝流程。高速切削則可以直接加工淬火后的材料,在很多情況下可完全省去放電加工工序,消除

了放電加工所帶來的表面硬化問題,減少或免除了人工光整加工。

三、提高數(shù)控加工中心切削效率的途徑分析

(一)選擇性能好的刀具材料。在數(shù)控機(jī)床切削加工中,所使用刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性,必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性,良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等),并不易變形[4]。目前國內(nèi)外性能好的刀具材料主要有:金屬陶瓷、硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具等,適應(yīng)的工件材料和切削速度范圍各不相同。此外,為防止刀尖處的熱磨損,主、副切削刃連接處應(yīng)采用修圓刀尖或倒角刀尖,以增大局部刀尖角,增大刀尖附近切削的刃度和刀具材料體積,以提高刀具剛性和減少刀具破損率[2]。

(二)加快涂層技術(shù)的開發(fā)。刀具涂層技術(shù)自從問世以來,對刀具性能的改善和加工技術(shù)的進(jìn)步起著非常重要的作用,涂層刀具已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標(biāo)志,在刀具中所占比例已超過50%[4]。在21世紀(jì)初期,涂層刀具在技術(shù)上已突破CBN涂層技術(shù),使CBN的優(yōu)良性能在更多的刀具和切削加工中得到應(yīng)用(包括精密復(fù)雜刀具和成形刀具),這將全面提高加工黑色金屬的切削水平[2]。此外,納米級超薄超多層和新型涂層材料的開發(fā)應(yīng)用的速度將加快,涂層將成為改善刀具性能的主要途徑。

(三)選擇高精度刀片。高精度數(shù)控機(jī)床上刀片的跳動(dòng)量應(yīng)控制在2～5μm。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展,相應(yīng)出現(xiàn)刀片的表面改性涂層處理(基體為高速鋼、WCo類硬質(zhì)合金、Ti基類金屬陶瓷),很大程度上提高了刀片精度。與此同時(shí),出現(xiàn)了各種新型可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu),如用于車削的高效刮光刀片、形狀復(fù)雜的帶前角銑刀刀片、球頭立銑刀刀片、防甩飛的高速銑刀刀片等?？赊D(zhuǎn)位刀片進(jìn)入了材料、涂層、槽型綜合開發(fā)的新階段,可根據(jù)加工材料和加工工序合理組合材料、涂層、槽型的功能,開發(fā)出具有最佳加工效果的刀片,以滿足高速、高壽命切削加工生產(chǎn)技術(shù)的不同要求[4]。

(四)選擇合理的加工路線。數(shù)控機(jī)床特別是4軸以上加工中心,一般是一次裝夾、多方位加工,并且都有刀庫,可自動(dòng)更換刀具,一次加工成形。因此確定正確簡潔的加工路線,是保證加工質(zhì)量和提高效率的基礎(chǔ)。編程時(shí)確定加工路線的原則主要有:應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;應(yīng)盡量縮短加工路線,減少刀具空程移動(dòng)時(shí)間;應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡單,程序段數(shù)量少,以減少編程工作量。如對于位置精度和尺寸公差要求高的孔加工來說,孔直徑小于18～20mm的加工工藝路線為鉆中心孔一鉆孔一擴(kuò)孔一鉸孔,而對于孔直徑大干18～20mm的加工工藝路線則為鉆孔一擴(kuò)孔一粗鏜孔一精鏜孔[3]。

(五)建立合理的刀具儲備[4]。這里的刀具是指高切削效率刀具,而這些刀具的價(jià)格較高,相同直徑的銑刀,好刀具的價(jià)格可能是普通刀具的幾倍甚至十幾倍。如果一個(gè)企業(yè)平常一把刀具也不儲備,或儲備數(shù)量太少,很快就用完了,而新刀具一時(shí)又買不到,這樣必然會影響數(shù)控加工的效率。絕大多數(shù)企業(yè)的加工中心的刀庫均可容納40把刀具以上,并有60、90、120等不同刀數(shù)的刀庫可供選擇。刀具之間交換時(shí)間越來越短,德國STEINEL公司的BZ-26,日本MAKINO公司的MCC86,美國CINCINNATI公司的MAXIM500型加工中心的換刀時(shí)間只需3～4s。

四、結(jié)束語

縱觀全文,本文介紹了數(shù)控加工中采用高速切削工藝的優(yōu)勢,并從數(shù)控加工生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā),探討和總結(jié)一些提高數(shù)控加工中心切削效率的途徑。另外,采用數(shù)控高速切削加工必須以工序集中為原則,使每個(gè)工序中包括盡可能多的工序內(nèi)容,這樣不僅可減少總的工序數(shù)目,而且還可減少夾具數(shù)量及工件安裝次數(shù),從而進(jìn)一步提高數(shù)控加工中心切削效率。

參考文獻(xiàn):

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[3]王清明、王克琦,數(shù)控加工銑削參數(shù)的優(yōu)化[J].煤礦機(jī)械,2007,28(10):1313～1314.

[4]廖萬榮,基于VERICUT的數(shù)控加工程序切削參數(shù)優(yōu)化[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,08(8):465～467.