張大坤
摘要:隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)的機(jī)械行業(yè)的發(fā)展也有了進(jìn)展。在不具備刀具壽命監(jiān)控、刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)測(cè)量等功能的一般數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行批量化零件加工,研究如何保證數(shù)控刀具的加工可靠性。
關(guān)鍵詞:批量化生產(chǎn);數(shù)控刀具可靠性;研究
引言
數(shù)控刀具的大量應(yīng)用提高了我們的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量,滿足了客戶需求,同時(shí)也帶來(lái)了產(chǎn)品成本的上升。如果我們不能控制產(chǎn)品成本,將削弱企業(yè)的贏利能力甚至使企業(yè)喪失市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1數(shù)控刀具概述
1.1數(shù)控刀具的屬性分類
簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),數(shù)控刀具可分為兩大類:模塊化刀具和常規(guī)刀具。在這兩類數(shù)控刀具中模塊化刀具更能代表未來(lái)的發(fā)展方向,因?yàn)槟K化刀具有許多無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),最明顯的就是換刀停機(jī)時(shí)間大大縮短,極大地提高了數(shù)控生產(chǎn)加工的效率,經(jīng)濟(jì)效益更高。如果對(duì)數(shù)控刀具進(jìn)行詳細(xì)分類,按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同種類。首先,按照數(shù)控刀具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類,可細(xì)分為整體式、鑲嵌式與減振式三類;其次,按照數(shù)控刀具的制作材料進(jìn)行分類,同樣可以分為三大類,分別是高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具以及金剛石刀具;再次,按照數(shù)控刀具的切削工序進(jìn)行分類,可以詳細(xì)地分為內(nèi)孔、外圓、內(nèi)螺紋、外螺紋、切槽等種類。
1.2數(shù)控刀具的獨(dú)特之處
數(shù)控刀具作為一種機(jī)械加工中的重要工具,在機(jī)械制造中發(fā)揮了重要作用,而且因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了機(jī)械制造的發(fā)展。首先,數(shù)控刀具在加工生產(chǎn)的過(guò)程中通過(guò)設(shè)置科學(xué)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),可以保證刀具的質(zhì)量及可靠性,所以通過(guò)數(shù)控刀具生產(chǎn)的刀具或者刀片的經(jīng)濟(jì)壽命指標(biāo)及耐用度都更加合理;其次,數(shù)控刀具操作更加簡(jiǎn)便,對(duì)于刀片或刀具的切削控制更加靈活便利,斷削效果更佳;再次,數(shù)控刀具切削部分的幾何尺寸必須進(jìn)行嚴(yán)格控制,保證刀體刀片及刀桿反復(fù)裝卸精度的穩(wěn)定性,換句話說(shuō),就是將刀片或刀具切削參數(shù)及幾何參數(shù)等進(jìn)行規(guī)范,促進(jìn)其典型化;最后,數(shù)控刀具刀柄及刀片的自動(dòng)換刀及定位基準(zhǔn)系統(tǒng)需要不斷優(yōu)化,促進(jìn)其規(guī)格化、通用化等,同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的調(diào)整及控制尺寸的功能,或者直接配置能夠自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒吣p的裝置。
2數(shù)控車床加工刀具的改進(jìn)設(shè)計(jì)
改進(jìn)使用刀具時(shí),要使用標(biāo)準(zhǔn)化刀具。數(shù)控車刀要使用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀,具有較高的可靠性、精度,且刀具成本比較低。刀片重復(fù)定位精度高,有利于定位。如果出現(xiàn)刀尖磨損,只需要更換刀片,不需要對(duì)整刀進(jìn)行更換[3]。采用復(fù)合式夾緊結(jié)構(gòu),車刀結(jié)構(gòu)可靠,與刀架的快速換位和移動(dòng)相適應(yīng),自動(dòng)切削過(guò)程中不會(huì)發(fā)生松動(dòng)情況。對(duì)于不同形式的切削部件,能夠快速更換,生產(chǎn)效率提升,快速完成多種切削加工。刀片可以更換,并能批量生產(chǎn),不會(huì)增加刀具成本,保證耐用。
對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,使用盡可能少的加工出工件,獲得最大化的待加工表面,提升加工表面的位置精度,降低裝夾誤差。如果將兩把刀合成一把刀加工,可以保護(hù)定位銷釘,并且不旋轉(zhuǎn)刀架。定位“一把刀”,需要的定位銷釘只有一組;使用標(biāo)準(zhǔn)化刀具,只在刀尖松緊定位螺絲進(jìn)行換刀,不會(huì)損壞刀架的定位銷釘。只有“一把刀”加工,不需要旋轉(zhuǎn)刀架,不會(huì)磨損刀架,能夠有效減少故障。
3批量化生產(chǎn)中數(shù)控刀具可靠性的研究
3.1刀具損壞形式分析
通常條件下,刀具發(fā)生損壞情況主要是因?yàn)槟p和破損造成的,并且磨損和破損會(huì)相互應(yīng)影響。判斷損壞原因的條件有很多種,例如刀具本身的材料、零件材料等。對(duì)于那些磨損損壞的刀具,可以分析正常工作狀況下的切削用量和切削條件來(lái)判斷刀具的磨損壽命。出現(xiàn)破損、損壞的刀具,可以分析研究刀具破損壽命的分布規(guī)律等情況,并參考破損壽命與切削用量?jī)烧叩年P(guān)系,確定詳細(xì)的刀具破損壽命數(shù)據(jù)。在加工PCD(PolyCrys-tallineDiamond,聚晶金剛石)、陶瓷等一些具有較大脆性的和較高硬度的材料進(jìn)時(shí),在高速狀態(tài)下受到切削力和切削熱等多因素影響下,刀具非常容易出現(xiàn)崩刃、剝落和破碎等嚴(yán)重破損。刀具材料和加工工件的材質(zhì)有離散性特點(diǎn),再加上刀具制造工藝和切削條件的隨機(jī)性,這樣刀具的切削性能會(huì)明顯低于其平均性能,并在一定程度上影響到刀具可靠度的穩(wěn)定性??梢越柚鷶?shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)和概率分析這兩種方法來(lái)研究刀具的可靠性,并將其作為數(shù)控刀具可靠度的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
3.2建立刀具可靠度模型
數(shù)控刀具的可靠性存在著平均數(shù)量的特點(diǎn),同時(shí)也有很大的隨機(jī)性,因此需要結(jié)合利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)以及概率分析技術(shù),對(duì)刀具的可靠性展開(kāi)系統(tǒng)、全面的研究和分析。此外,還可以將耐用可靠度作為判斷和分析數(shù)控刀具可靠度精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。例如在對(duì)可轉(zhuǎn)位刀具進(jìn)行研究的過(guò)程中,整體的可靠度可以用RΣ(t)來(lái)表示,每一部分是由可靠度R1、夾緊零件可靠度R2、夾緊機(jī)構(gòu)可靠度R3、刀體可靠度R4等多個(gè)部分構(gòu)成。以此為基礎(chǔ)建立刀具可靠度模型,一級(jí)模型表示為RΣ(t)=R1×R2×R3×R4…×Rn。刀具的工作小時(shí)在達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后,刀片的可靠度、刀體可靠度、夾緊機(jī)構(gòu)可靠度等都會(huì)存在一定程度的下降。同時(shí)需要注意的是,人們需要在一級(jí)模型的基礎(chǔ)上建立二級(jí)模型。設(shè)置刀片可靠度是R1(t),刀片材料可靠度、性能可靠度、精度可靠度、裝夾方式可靠度、幾何參數(shù)可靠度分別是R11、R12、R13、R14、R15,那么R1(t)=R11×R12×R13×R14×R15。在可轉(zhuǎn)位刀具系統(tǒng)的幫助下,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的刀具模型的建立工作,此時(shí)需要將刀具制定為包含刀片、刀體、夾緊螺釘?shù)戎T多零部件共同組成的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中,如果有一個(gè)零部件出現(xiàn)了故障或問(wèn)題,導(dǎo)致無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用和功能時(shí),就判定這個(gè)刀具系統(tǒng)是失效的。這個(gè)系統(tǒng)可靠度RΣ(t)是由整個(gè)刀具的每個(gè)零部件的可靠度一起構(gòu)成的。在這種情況下,相對(duì)于單刃刀具來(lái)說(shuō),人們對(duì)于多刃刀具的可靠度的嚴(yán)格程度和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更加苛刻和繁多。人們操作數(shù)控機(jī)床展開(kāi)高速切削和加工的時(shí)候,對(duì)于整套設(shè)備的刀具系統(tǒng)的要求,通常最看重的是其可靠度,這不但要求刀具材料的可靠性,同時(shí)對(duì)于刀具整個(gè)系統(tǒng)所有組成零件的可靠性和夾緊機(jī)構(gòu)的可靠性也非常嚴(yán)格。因?yàn)橹挥羞@樣,才能有效保證刀具整體結(jié)構(gòu)的可靠性。從另一方面來(lái)講,首先就是刀具切削位置的材料可靠度必須非常高,其次是注重刀具系統(tǒng)內(nèi)部所有零件可靠度的高低,確保RΣ(t)無(wú)限地向1靠近,再次是要求所有零件的可靠度保持一致性,最后是使用合適的刀具可靠度,以此來(lái)保證加工操作的高質(zhì)量和高效率。
結(jié)語(yǔ)
在不具備刀具壽命監(jiān)控、刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)測(cè)量等功能的一般數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行批量化零件生產(chǎn),研究如何保證數(shù)控刀具加工可靠性,并提供了解決方案。實(shí)踐加工證明,此方案既保證了數(shù)控刀具加工可靠性,還實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)時(shí)間的可控;既防止了過(guò)早更換刀具造成的刀具浪費(fèi),又避免了因過(guò)晚更換刀具造成的零件報(bào)廢或刀具損壞,大大節(jié)約了加工成本。此方案還為本單位其他同類零件批量化生產(chǎn)加工提供了借鑒。并且通過(guò)建立批量化生產(chǎn)零件的相應(yīng)固化參數(shù)表及控制刀具壽命,為今后推行自動(dòng)化加工提供了數(shù)據(jù)支撐。
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