廖振興，蔡艷

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

普通車床高速切削加工改造

廖振興，蔡艷

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

本文闡述對(duì)普通車床進(jìn)行高速切削加工改造，使工件與刀具的相對(duì)轉(zhuǎn)速達(dá)到 3000r/min以上。進(jìn)給率比常規(guī)切削加工提高2～3倍，單位時(shí)間材料切除率可提高2～3倍，可廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)大孔及大端面的零部件加工工藝中，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低成本。同時(shí)，通過極低成本對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造，解決了中小企業(yè)購買新機(jī)床的資金投入問題，還能較大幅度的提高產(chǎn)品質(zhì)量。

高速切削；設(shè)備改造；普通車床；低成本

高速加工 (High Speed Machining,HSM) 發(fā)展興于20世紀(jì) 80年代 ,以提高切削速度和進(jìn)給速度為特點(diǎn)，被認(rèn)為是 21世紀(jì)最有發(fā)展前途的先進(jìn)制造技術(shù)之一。高速切削機(jī)床以高速銑削為基礎(chǔ)，從而移用到高速車、鉆以及磨削中。美、德、日、法等幾個(gè)工業(yè)先進(jìn)國家的高速銑床已成商品投入市場。

隨著高速高效加工技術(shù)的發(fā)展,在汽車、航空航天、高速機(jī)車、能源以及模具等行業(yè)廣泛應(yīng)用，高速切削已成為切削加工的主流。目前，針對(duì)高速高效加工，從基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)制造、工藝方法到應(yīng)用實(shí)踐都有了相關(guān)的研究成果。而高速機(jī)床和刀具技術(shù)等因素是限制我國高速高效加工發(fā)展的主要因素。當(dāng)前，我國在汽車、航空航天、高速機(jī)車、能源以及模具等行業(yè)使用了大量的加工中心及銑削機(jī)床，而這些設(shè)備中不乏高速加工設(shè)備，高速加工技術(shù)得到了相應(yīng)的應(yīng)用。但國內(nèi)高速切削機(jī)床大部分都還依賴進(jìn)口，價(jià)格都較昂貴，只適合大型企業(yè)選用，小型企業(yè)無力購買。普通機(jī)床改造方面也只限于數(shù)控化和自動(dòng)化改造，在普通機(jī)床高速化改造方面研究尚少。

本文闡述利用普通車床進(jìn)行高速切削加工改造，工件與刀具的相對(duì)轉(zhuǎn)速達(dá)到 3000r/min以上。進(jìn)給率比常規(guī)切削加工提高2～3倍，單位時(shí)間材料切除率可提高2～3倍，可廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)大孔及大端面的零部件加工工藝中，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低成本。同時(shí)，通過極低成本對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造，提高了舊機(jī)床的利用率，極大減少了設(shè)備的投入，減少固定資金的投入，能得到極好的經(jīng)濟(jì)效益，解決了中小企業(yè)購買新機(jī)床的資金投入問題，可以以較少的設(shè)備投入來實(shí)現(xiàn)高速切削，在大幅降低產(chǎn)品加工成本的同時(shí)，還能較大幅度的提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 切削速度提高方法

（1）在切削速度方面，老式普通車床主軸轉(zhuǎn)速低，為了提高主軸的轉(zhuǎn)速，在普通車床溜板上安裝電動(dòng)機(jī)，刀柄與電機(jī)軸相連接，使主軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)刀具也能夠旋轉(zhuǎn)，從而相對(duì)轉(zhuǎn)速提高，可達(dá) 3000r/min以上。

（2）在進(jìn)給率方面，由于主軸的轉(zhuǎn)速提升了，故進(jìn)給率也應(yīng)提高，各種材料的切削進(jìn)給速度比常規(guī)普車加工應(yīng)提高2～3倍。

（3）在加工效率方面，單位時(shí)間材料切除率提高2～3倍。本次設(shè)備改造為了降低設(shè)備的投入，選擇了從報(bào)廢的舊銑床設(shè)備上拆下來的舊電動(dòng)機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)速 30～1500r/min，電機(jī)功率 7.5kW。設(shè)備改進(jìn)后，最高相對(duì)轉(zhuǎn)速可以達(dá) 4000r/min，切削進(jìn)給速度提高 3倍。

2 設(shè)備改裝注意事項(xiàng)

（1）改裝前應(yīng)檢測(cè)一下車床導(dǎo)軌的直線度、平行度。誤差不應(yīng)大于被加工零件位置公差的六分之一。刀夾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上應(yīng)使刀具的懸伸量盡量小，以提高刀具的剛度。

（2）刀夾系統(tǒng)與電機(jī)的聯(lián)接要牢固 ,刀夾系統(tǒng)剛性必須好。由于刀具設(shè)計(jì)過程中可能存在不對(duì)稱的現(xiàn)象，或?qū)Φ毒哌M(jìn)行新的調(diào)整，使得刀具系統(tǒng)不平衡。高速旋轉(zhuǎn)的刀柄如果不平衡量太大不僅會(huì)引起主軸及其部件的額外振動(dòng)，還會(huì)引起刀具的不規(guī)則磨損，縮短刀具壽命，降低零件的加工質(zhì)量。為了增加剛性，可以在電機(jī)前端面上加工幾個(gè)安裝孔，使刀夾系統(tǒng)不但有花鍵軸與電機(jī)軸相接觸，還有一法蘭面與電機(jī)平面相接觸。這樣可以方便增設(shè)一個(gè)定位套，使其與刀桿相配合，用以限制刀具的擺動(dòng)，保證產(chǎn)品加工質(zhì)量。同時(shí)，這樣可以很好的提高刀夾系統(tǒng)的剛度，保刀具與電機(jī)軸牢固聯(lián)接。

（3）可在導(dǎo)軌附近適當(dāng)位置設(shè)計(jì)行程開關(guān)，控制刀具的行程，同時(shí)，可安裝死擋鐵控制車削孔的深度。以提高勞動(dòng)效率。

表1

表2

（4）在溜板上注意設(shè)計(jì)安裝一個(gè)調(diào)整機(jī)構(gòu)，以用來根據(jù)需要，調(diào)整電機(jī)及刀夾系統(tǒng)的高度。在使用前，可調(diào)整此機(jī)構(gòu)，確保刀具的回轉(zhuǎn)軸線與主軸的軸線相平行。（5）設(shè)備改裝后使用時(shí)宜采用大尺寸硬質(zhì)合金刀具，提高刀具的剛性。同時(shí)注意刀柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，力爭保持刀具運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)平衡，刀柄影響同軸度和動(dòng)平衡，隨著速度的增加，對(duì)加工產(chǎn)品質(zhì)量的影響作用更大。

3 切削速度與表面質(zhì)量方面的關(guān)系研究

按此法改裝 C620-3普通車床車削下的聯(lián)軸器，產(chǎn)品的精度要求為大端面表面粗糙度 Ra6.3，φ64孔表面粗糙度 Ra1.6。

改裝前后大端面表面質(zhì)量如表1。

改裝前后內(nèi)孔表面質(zhì)量如表2。

可以得出一個(gè)結(jié)論：新改裝的設(shè)備切削速度快了兩倍多，表面質(zhì)量也得到了部分改進(jìn)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，如果刀具軸線與被加工表面之間角度太大的話，隨著進(jìn)給速度的增加，表面粗糙度也隨著增加，這主要是垂直于刀具的刀具方向的切削力在增大，從而使工藝系統(tǒng)振動(dòng)增大的原因所至。加工時(shí)應(yīng)使刀具的軸線與被加工表面的法線角度盡可能的小些。如果進(jìn)給速度增大，則相對(duì)轉(zhuǎn)速也應(yīng)該增大。同時(shí)，隨著相對(duì)轉(zhuǎn)速的增加，進(jìn)給速度也應(yīng)該要增加，以保證刀具每齒或工件每轉(zhuǎn)進(jìn)給量基本不變，否則會(huì)影響表面質(zhì)量。

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TG8；TH12

A

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