高速切削加工是面向21世問紀(jì)的一項高新技術(shù),它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征狸眼,在汽車、航空航天浴滴、模具制造和儀器儀表等領(lǐng)域中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用拓萌,并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分升略。
高速切削加工的技術(shù)特征
高速切削是實現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)微王,工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率∑废可以說炕倘,高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。其技術(shù)特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
1)切削速度很高翰撑,通常認(rèn)為其速度超過普通切削的5~10倍:
2)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速很高激才,一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000~20000r/min以上;
3)進(jìn)給速度很高额嘿,通常達(dá)15~50m/min瘸恼,最高可達(dá)90m/min
4)對于不同的切削材料和所采用的刀具材料,高速切削的含義也不盡相同册养;
5)切削過程中东帅,刀刃的通過頻率(Tooth Passing Freqnency)接近于“機(jī)床-刀具-工件”系統(tǒng)的主導(dǎo)自然頻率(Dominant Natural Frequency)。
高速切削加工
1992年修梭,德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工(High Speed Manu facturing茴茁,HSM)的概念及其涵蓋的范圍,如圖1所示纸级。認(rèn)為對于?不同的切削對象泣奏,圖中所示的過渡區(qū)(Transition)即為通常所謂的高速切削范圍客洁,這也是金屬切削工藝相關(guān)的技術(shù)人員所期待的或者可望實現(xiàn)的切削速度。
與傳統(tǒng)加工相比县堰,由于高速切削顯著地提高了切削速度垢类,從而導(dǎo)致工件與前刀面的摩擦增大并導(dǎo)致切屑和刀具接觸面溫度的提高。在該接觸點茴支,摩擦帶來的高溫能達(dá)到工件材料的熔點革襟,使得切屑變軟甚至液化,因而大大減小了對切削刀具的阻力卓您,也就是減小了切削力鸭嗡,使得切削變得輕快,切屑的產(chǎn)生更加流暢浙炼。同時由于加工產(chǎn)生的熱量的70%~80%都集中在切屑上份氧,而切屑的去除速度很快,所以傳導(dǎo)到工件上的熱量大大減少弯屈,提高了加工精度蜗帜。高速切削加工技術(shù)的優(yōu)點主要在于:提高生產(chǎn)效率;提高加工精度和表面質(zhì)量季俩;降低切削阻力。
高速切削加工在汽車發(fā)動機(jī)及其配件的應(yīng)用
FTL:用高速加工中心組成高效率的柔性生產(chǎn)線(FTL)梅掠,具有小型化酌住、柔性突出以及易于變更加工內(nèi)容等顯著特點。圖2為上汽集團(tuán)某發(fā)動機(jī)公司利用該生產(chǎn)線加工發(fā)動機(jī)機(jī)體阎抒、氣缸蓋酪我、濾清器座等工件的實例。
為了發(fā)揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的高速切削加工技術(shù)和自動換刀功能的優(yōu)勢且叁,提高加工效率都哭,對復(fù)雜零件的加工應(yīng)盡可能采用集中工序的原則,即要求在一次裝夾中實現(xiàn)多道工序的集中加工逞带,淡化傳統(tǒng)的車欺矫、銑、鏜吱台、螺紋加工等不同切削工藝的界限姥憋,充分發(fā)揮設(shè)備和刀具的高速切削功能。同時苦爸,對刀具也提出了多功能的新要求拼肥,要求一種刀具能完成零件不同工序的加工,減少換刀次數(shù)瑟扁,節(jié)省換刀時間境仁,以減少刀具的數(shù)量和庫存量毕察,有利于管理和降低制造成本。較常用的有多功能車刀阿切、銑刀库绩、鏜銑刀、鉆銑刀玲崩、鉆-銑螺紋-倒角等刀具吸辽。在批量生產(chǎn)線上使用一些針對性的工藝策略,還需要開發(fā)的專用刀具盟步、復(fù)合刀具或智能刀具藏斩,以提高加工效率和精度,減少投資却盘。在高速切削條件下狰域,有的專用刀具可將零件的加工時間降至原來的1/10以下,效果十分顯著黄橘。
汽車發(fā)動機(jī)機(jī)體的頂部止口和主軸承座結(jié)合面的加工
汽車發(fā)動機(jī)機(jī)體的頂部止口和主軸承座結(jié)合面的加工而設(shè)計的高速切削工藝兆览。機(jī)體材料為灰鑄鐵,刀具為CBN不重磨復(fù)合刀具塞关,主軸轉(zhuǎn)速12000r/min抬探,切削余量為0.02mm。圖中兩處關(guān)鍵部位一次銑削到位帆赢,重要尺寸A靠復(fù)合銑刀本身保證小压。該工藝還有效地避免了由于單獨銑削主軸承座結(jié)合面刀桿較長而引起的顫振,大大提高了切削精度椰于、切削效率和表面質(zhì)量怠益。
FMS:由于產(chǎn)品壽命周期不斷地在縮短,品種數(shù)便不斷地增加姻眼。在這種情況下团春,如何縮短更換品種的時間成為一大關(guān)鍵問題;由于產(chǎn)品設(shè)計的改變娄缴,其加工設(shè)備如何靈活地與之相適應(yīng)(即具備柔性)又是一大課題兔卤。于是又出現(xiàn)了以高柔性的通用加工中心構(gòu)成的FMS。這里所說的“高柔性的通用加工中心”不同于一般概念下的加工中心摊梯,它們是專門為批量生產(chǎn)而開發(fā)的获踏,充分滿足了納入批量生產(chǎn)用的FMS時所具備的條件,即高生產(chǎn)率糯敢、省面積行贤、易排屑、安裝移位容易及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等瞎弥,是一種高速緊湊型加工中心播瓦。
“梭式FMS”
日本三菱重工為適應(yīng)批量生產(chǎn)之急需采用這種高速加工中心為主機(jī)驮觅,開發(fā)了所謂“梭式FMS”該FMS由8臺M-H5A三坐標(biāo)加工中心和位于機(jī)床前方的載有2個托板的無人運(yùn)載車(AGV)構(gòu)成,運(yùn)載車用于交換托板众琼,往復(fù)于托板裝卸工位和各機(jī)床之間闯捎。操作者只須在一個位置通過操作按鈕進(jìn)行工件裝卸就可以了,不必往返于機(jī)床之間许溅。運(yùn)載車依次行至即將完成加工的機(jī)床前面等待瓤鼻,待機(jī)床加工完之后在機(jī)床與運(yùn)載車之間實現(xiàn)托板交換,然后載著加工完的成品返回裝卸工位贤重。
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