一、先進制造技術(shù)發(fā)展階段與思考

1、當(dāng)我們進入21世紀(jì)的時候,從世界范圍觀察,我們正處在先

進制造技術(shù)空前快速發(fā)展的時期佛掖。由于數(shù)控機床(NC)的問世,發(fā)展一系列數(shù)控加工技術(shù),如加工中心(MC)练湿、柔性制造單元(FMC)场时、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)惧仪、甚至出現(xiàn)了不同于傳統(tǒng)機床的虛擬軸機床,和與機床同時相輔相成發(fā)展起來的高速加工新技術(shù)两猛、新刀具、新工藝的緊密結(jié)合,使機械加工中的勞動強度大大降低,輔助時間大大縮短,產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率大大提高,成為制造業(yè)乃至全球經(jīng)濟的發(fā)展起到巨大的推動作用蠕艳。制造技術(shù)正朝著高速椭肝、高效、柔性磺则、復(fù)合玩困、環(huán)保、網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展,現(xiàn)代切削技術(shù)是制造技術(shù)的主力軍之一牧俩。

2脉鼻、大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)及裝備,已成為世界各國政府的戰(zhàn)略決策,用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國制造業(yè)發(fā)展方向。在90代后期如德妨迈、日度姑、美、意四國的機床產(chǎn)值數(shù)控化率已達到51.75%以上呈枉。數(shù)控機床已成為當(dāng)今制造技術(shù)的主要裝備,數(shù)控加工技術(shù)成為先進制造技術(shù)的主流,開創(chuàng)著整個現(xiàn)代制造業(yè)的新時代趁尼。改革開放后,我國制造業(yè)的發(fā)展世界矚目,機床總產(chǎn)量和技術(shù)水平已邁入世界第一方陳,機床的進口消費量近年已達世界之首,我國已跨入世界制造大國之列；但還不是制造強國,就我國目前制造業(yè)勞動生產(chǎn)率只相當(dāng)于美國的1/23,日本的1/25,德國的1/18,與先進的工業(yè)國家相比,還存在著巨大的差距猖辫。

3．2002年和2003年,我國進口刀具的金額增長率高達61.21%和87.46%,說明國產(chǎn)刀具還難以滿足制造業(yè)的發(fā)展需要.國產(chǎn)數(shù)控刀具無論在壽命,可靠性等方面都存在明顯差距,還是在產(chǎn)品品種酥泞、性能和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了用戶的要求,這直接嚴(yán)重影響數(shù)控機床效率的發(fā)揮。還有相當(dāng)一部分生產(chǎn)企業(yè)還較普遍采用焊接式刀具,或幾十年一貫制的老工藝方法,嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)力的提高,是值得我們認(rèn)真思考和改進的啃憎。

二芝囤、高速加工(高速切削)發(fā)展的必然趨勢

1、首先回顧百年來切削發(fā)展史:1900年當(dāng)時的刀具材料為碳素工具鋼,如果加工一根直徑φ100mm,長500mm的碳鋼軸件,需要100分鐘才能完成,而在2000年,刀具材料為硬質(zhì)合金涂層刀具和立方氮化硼刀具,加工上述同樣一根軸,僅需要一分鐘完成,切削效率提高100倍辛萍。切削加工(含磨削)不僅現(xiàn)在而在整個21世紀(jì)仍是機械制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法,目前切削加工約占整個機械加工工作量的95%,據(jù)有關(guān)專家估計,21世紀(jì)的切削加工仍將占機械加工的90%以上悯姊。

2、提高切削效率首先要求機床不斷更新?lián)Q代,高速主軸采用陶瓷軸承,液體靜壓軸承贩毕、空氣靜壓軸承挠轴、磁浮軸承后,其主軸轉(zhuǎn)速可達10000-50000轉(zhuǎn)／分；小型機床可達100000轉(zhuǎn)／分耳幢。進給速度:滾珠絲杠可達40-60米／分,直線電機可達90-120米／分∨菲。可以看出輔助運動已達到了主運動的水平,為高速加工創(chuàng)造了最重要的保證條件痪僵。再加上刀具新材料、新工藝倍挚、新結(jié)構(gòu)的不斷研究創(chuàng)新,從而使切削加工進入了高速加工,即新一輪的高速與超高速切削發(fā)展新階段,與50年前的高速切削水平有了一個質(zhì)的飛躍暮诫。

3诵城、目前國際上對高速加工尚無統(tǒng)一定義。有兩種提法:一種是以切削速度在1000米/分以上稱為高速加工参唆。另一種從被加工材料和刀具材料兩個方面考慮,即切削速度與進給速度高于常規(guī)值的5——10倍的加工方法稱為高速加工慷组。例如:銑削:CBN銑削鑄鐵、切削速度可達1000-2000米／分躯殷。PCD銑削鋁合金溢棱、切削速度可達4000-7000米／分。車削:氮化硅陶瓷車削灰鑄鐵独府、切削速度可達500-700米／分吩伊。CBN車削淬火鋼(HRC60),切削速度可達100-200米／分。CBN車削鑄鐵剎車盤,切削速度可達700-1000米／分婆沟。鉆削:整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆灰鑄鐵,切削速度可達100米／分便螟。

4、高速加工的機理:早期有薩洛蒙“采用較高的切削速度”理論,在1931年曾獲德國專利,文中指出:“在一定的切削速度(比常規(guī)加工高5-10倍)下,在切削刃處的切屑去除溫度將會開始降低……這種高速加工將提高生產(chǎn)率唠摹”蹋”對于鋼鐵這種溫度降低程度較小,對于鋁和其它非金屬材料這種溫度降低程度較高。實踐證明:高速加工與常規(guī)加工相比,有許多突出的優(yōu)點:①單位時間的材料切除率可增加3-6倍勾拉；②切削力可降低30%以上,尤其是徑向切削力的大幅度減少,特別有利于薄壁細(xì)筋件(如航空煮甥、航天)的高速精密加工；③95-98%的切削熱被切屑帶走,工件可基本保持冷態(tài)望艺；④高速加工時機床的激振頻率特別高,遠(yuǎn)離“機床-刀具-夾具-工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率,切削平穩(wěn)振動小,能加工出非常光潔苛秕、精密的零件,例如高速銑削高速車削常可達到磨削水平找默；⑤由于切屑是在瞬間被切離工件,工件表面的殘余應(yīng)力非常小,這對航空航天工業(yè)產(chǎn)品有特殊重要的意義艇劫。

5、高速加工是一個系統(tǒng)工程,不是一種簡單的高切削速度加工惩激。高速加工新工藝,包括:軟切削店煞、硬切削、干切削风钻、大走刀切削等配套技術(shù)顷蟀。其中硬切削(切淬硬鋼件),干切削(無冷卻液)為代表,國際上提出了綠色機械加工的新概念。傳統(tǒng)機械加工主要有三個缺陷:①資源利用率不高缎选；②對環(huán)境污染大展管；③損害人體健康。70年代以來,隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展,地球環(huán)境日趨惡化否胜、據(jù)統(tǒng)計造成環(huán)境污染物有70%以上來自制造業(yè),由于人們對環(huán)境意識的加強瓣老、對清潔生產(chǎn)和綠色制造提出了新的要求。美國和歐洲一些公司加工閘輪和印刷機零件,采用干切削加工鑄件鋼件都非常成功〕缫眩總的發(fā)展趨勢很快,但孔加工的干切削還是個瓶頸,不少專家學(xué)者花力氣研究,采用空氣射流冷卻户挟、液氮射流冷卻、噴霧冷卻等方法,初步取得了成效贱起。

6中痴、20世紀(jì)80年代以來,我國相繼從德、美迫扫、法疮窟、日等國引進多條較先進的轎車數(shù)控生產(chǎn)自動線,使我國的轎車工業(yè)得到空前發(fā)展。較典型的是來自德國的一汽——大眾捷達轎車和上海大眾桑塔納轎車自動生產(chǎn)線,處于國際20世紀(jì)90年代中期水平刻渔。其中應(yīng)用了較實用的高速加工技術(shù),其刀具材料的選用以超硬材料為主的高性能刀具材料,使銑削速度達2200米/分,鉆與鉸削速度達80-240米/分,車削速度達200米/分以上,拉削速度達10-25米/分,剃齒速度達170米/分帅刀。孔加工采用多刃復(fù)合刀具,并以鉸擠削替代磨削和精密鏜削,在一次往復(fù)走刀中完成外元远剩、端面扣溺、內(nèi)孔的精加工,刀具轉(zhuǎn)速達3000轉(zhuǎn)/分,走刀速度達1.5-3米/分,精度可達5-7級,表面粗糙度值達Ra0.7μm。從中可部分了解到世界高速加工技術(shù)的概貌和發(fā)展趨勢瓜晤。

三锥余、充分認(rèn)識刀具在切削加工中的重要性

1、在機械加工中,金屬切削機床和刀具作為切削加工的基礎(chǔ)工藝裝備,刀具被稱為機床的“牙齒”和“孿生兄弟“,無論是什么樣的金屬切削機床,都必須依靠這個“牙齒”才能發(fā)揮作用,刀具性能和質(zhì)量直接影響到數(shù)百萬臺機床生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞,直接影響到整個機械制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟效益痢掠。所以說:“企業(yè)的紅利在刀刃上”,這是國外企業(yè)家的切身體會驱犹。古人云:“工欲善其事,必先利其器”,現(xiàn)代人說:“磨刀不誤砍柴功”,“把勁使在刀刃上”,這些都是我國勞動人民在長期的生產(chǎn)實踐活動中的經(jīng)驗總結(jié)。

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