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技術(shù)文章

高速加工中心如何進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用

閱讀:546          發(fā)布時(shí)間:2012-2-8
         近10年來在加工精度方面,普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級(jí)加工中心則從3~5μm提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm)。而新一代高速數(shù)控機(jī)床特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用與超高速切削緊密相關(guān)。
  1.國內(nèi)外加工中心切削水平的差異
  目前*國家的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(有的高達(dá)10萬r/min)以上。例如:在銑削平面時(shí),國外的切削速度一般大于1000~2000m/min,而國內(nèi)只相當(dāng)于國外的1/12~1/15,即國內(nèi)干12~15個(gè)小時(shí)的活相當(dāng)于國外干1個(gè)小時(shí)。據(jù)調(diào)查,許多加工中心的實(shí)際切削時(shí)間不到工作時(shí)間的55%。因此,如何提高加工效率,降低廢品率成了眾多企業(yè)共同探討的問題。對(duì)國內(nèi)數(shù)控加工中心切削效率部分調(diào)查發(fā)現(xiàn),普遍存在如*精度低、刀片跳動(dòng)量大、加工光潔度低、工藝設(shè)備不配套等諸多問題。
  2.提高切削效率的途徑
  (1)合理選擇切削用量
  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)顯示出很多的優(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。
  實(shí)踐證明,當(dāng)切削速度提高10倍,進(jìn)給速度提高20倍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的切削“禁區(qū)”后,切削機(jī)理發(fā)生了根本的變化。其結(jié)果是:?jiǎn)挝还β实慕饘偾谐侍岣吡?0%~40%,切削力降低了30%,*的切削壽命提高了70%,大幅度降低了留在工件上的切削熱,切削振動(dòng)幾乎消失;切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍。根據(jù)目前機(jī)床的情況來看,要充分發(fā)揮**的高速加工能力,需采用高速加工,增大單位時(shí)間材料被切除的體積(材料切除率Q)。
  在選擇合理切削用量的同時(shí),盡量選擇密齒刀(在*每英寸直徑上的刀齒數(shù)≥3),增加每齒進(jìn)給量,提高生產(chǎn)率及*壽命。有關(guān)試驗(yàn)研究表明:當(dāng)線速度為165m/min,每齒進(jìn)給為0.04mm時(shí),進(jìn)給速度為341m/min,*壽命為30件。如果將切削速度提高到350m/min,每齒進(jìn)給為0.18mm,進(jìn)給速度則達(dá)到2785m/min,是原來加工效率的817%,而*壽命增加到了117件。
    (2)選擇性能好的*材料
  在數(shù)控機(jī)床切削加工中,金屬切削*的作用不亞于瓦特發(fā)明的蒸氣機(jī)。制造*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。目前國內(nèi)外性能好的*材料主要有:金屬陶瓷、硬質(zhì)合金涂層*、陶瓷*、聚晶金剛石(PCD)和立方氮化硼(CBN)*等。它們各具特點(diǎn),適應(yīng)的工件材料和切削速度范圍各不相同。CBN適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等,如加工高硬鋼件(50~67HRC)和冷硬鑄鐵時(shí)主要選用陶瓷*和CBN*,其中加工硬度60~65HRC以下的工件可用陶瓷*,而65HRC以上的工件則用CBN*進(jìn)行切削;PCD適用于切削不含鐵的金屬,及合金、塑料和玻璃鋼等,加工鋁合金件時(shí),主要采用PCD和金剛石膜涂層*;碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具;硬質(zhì)合金涂層*(如涂層TiN、TiC、TiCN、TiAIN等)雖然硬度較高,適于加工的工件范圍廣,但其抗氧化溫度一般不高,所以切削速度的提高也受到限制,一般可在400~500m/min范圍內(nèi)加工鋼鐵件,而Al2O3涂層的高溫硬度高,在高速范圍內(nèi)加工時(shí),其耐磨性較TiC、TiN涂層都好。
  此外,*切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量有很大影響,高速切削時(shí)的*前角一般比普通切削時(shí)小10°,后角大5°~8°。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,增大刀尖附近切削刃的長(zhǎng)度和*材料體積,以提高*剛性和減少*破損率。
  (3)加快涂層技術(shù)的開發(fā)
  *涂層技術(shù)自從問世以來,對(duì)*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*已經(jīng)成為現(xiàn)代*的標(biāo)志,在*中所占比例已超過50%。在21世紀(jì)初,涂層*的比例將進(jìn)一步增加,有望在技術(shù)上突破CBN涂層技術(shù),使CBN的優(yōu)良性能在更多的*和切削加工中得到應(yīng)用(包括精密復(fù)雜*和成形*),這將全面提高加工黑色金屬的切削水平。此外,納米級(jí)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*性能的主要途徑。
  (4)選擇高精度刀片
  刀片精度低,跳動(dòng)量太大,面銑刀加工的平面光潔度將降低,甚至出現(xiàn)溝狀。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*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。
  (5)提高加工表面質(zhì)量
  在保持相同的切削效率(即相同Q值)下,提高切削速度可改善切屑形成過程和增加切削阻尼,抑制顫振,相應(yīng)地減少每個(gè)刀齒的進(jìn)給量能降低切削表面軌跡形成的殘留高度,改善表面粗糙度,從而有利于精密零件和模具的加工。
  (6)建立合理的*儲(chǔ)備
  這里的*是指高切削效率*,而這些*的價(jià)格較高,相同直徑的銑刀,好*的價(jià)格可能是普通*的幾倍甚至十幾倍。如果一個(gè)企業(yè)長(zhǎng)期存放一大批好*,而這些*又可能長(zhǎng)時(shí)間用不上,則造成資金積壓。但如果平常一把*也不儲(chǔ)備,或儲(chǔ)備數(shù)量太少,很快就用完了,而新*一時(shí)又買不到,這樣必然會(huì)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*以上,并有60、90、120等不同刀數(shù)的刀庫可供選擇。*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。
  (7)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的磨刀夾具
  機(jī)夾銑刀盤效率高,使用方便,深受操作者歡迎,但刀片消耗量大,使用成本高,而且多數(shù)情況下刀片的損壞是由于刃口磨損造成的,因此刀片的重磨再利用對(duì)工廠來說可獲得較高經(jīng)濟(jì)效益。硬質(zhì)合金刀片的硬度高,磨削效率低,采用單片磨削將達(dá)不到節(jié)約的目的,需設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的夾具,實(shí)現(xiàn)一次裝夾多個(gè)刀片。
  (8)加工方式的選擇
  加工方式可分為順銑與逆銑兩種。而加工中心的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)本身就有較高的精度和剛度,相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的摩擦系數(shù)小,傳動(dòng)部件的間隙小,運(yùn)動(dòng)慣量小,并有適當(dāng)?shù)淖枘岜?,因此可以采用順銑的方式加工,以提高加工效率。此外,根?jù)加工經(jīng)驗(yàn),順銑比逆銑時(shí)*壽命要提高1倍多,采用不對(duì)稱的立銑方法,*壽命可提高2~3倍。
    (9)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*,一次加工成形。因此確定正確簡(jiǎn)潔的加工路線,是保證加工質(zhì)量和提率的基礎(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*空程移動(dòng)時(shí)間;應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單,程序段數(shù)量少,以減少編程工作量。如對(duì)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-鉆孔-擴(kuò)孔-鉸孔,而對(duì)于孔直徑大于18~20mm的加工工藝路線則為鉆孔-擴(kuò)孔-粗鏜孔-精鏜孔。
  此外,通過對(duì)加工工藝的綜合應(yīng)用,減少工件的安裝次數(shù),可有效縮短搬運(yùn)和裝夾時(shí)間。例如將五面五軸加工中心與立車復(fù)合構(gòu)成加工中心,可實(shí)現(xiàn)一次裝卡完成零件的大部分(或全部)加工。
    (10)工件裝夾的選擇
  數(shù)控加工時(shí)由于工序集中的原因,在對(duì)零件進(jìn)行定位、夾緊設(shè)計(jì)以及夾具的選用和設(shè)計(jì)等問題上要全面考慮。首先,應(yīng)盡量采用組合夾具,由于通用夾具的柔性差、定位精度相對(duì)較低,當(dāng)產(chǎn)品批量比較大、加工精度要求高時(shí)可以設(shè)計(jì)夾具。其次,在選擇工裝時(shí)應(yīng)有利于*交換和在線測(cè)量,避免發(fā)生碰撞干涉。
  (11)加工中心的輔助設(shè)備要配套
  在加工中心采用如*預(yù)調(diào)儀,自動(dòng)測(cè)量裝置,精密的檢測(cè)儀等測(cè)量裝置。采用自動(dòng)測(cè)量裝置時(shí),操作員無須對(duì)零件的定位保證非常,也不需要操作員時(shí)刻移動(dòng)和調(diào)節(jié)零件以配合加工程序的某些固定坐標(biāo)系,可以減少裝夾時(shí)間。借助測(cè)量,原來包括裝夾時(shí)間在內(nèi)需要2.5小時(shí)的一個(gè)工序降低到了1.5小時(shí)。此外,這些測(cè)量裝置的應(yīng)用還可以降低加工誤差。
  (12)操作人員技能與知識(shí)培訓(xùn)
  加工中心的加工效率在很大程度上取決于切削時(shí)間占加工中心工作時(shí)間的比例,這個(gè)比值越大,加工效率也就越高。同時(shí),現(xiàn)代加工設(shè)備科技含量越來越高,對(duì)人員的素質(zhì)要求也越來越高。而實(shí)際生產(chǎn)中,由于人員技術(shù)水平低,操作不熟練,花在程序調(diào)試、加工中換工件等非加工時(shí)間上的時(shí)間過長(zhǎng),致使加工中心加工效率低下。另外,他們的專業(yè)知識(shí)太少,對(duì)數(shù)控加工的原理、數(shù)控工藝、數(shù)控*和切削參數(shù)的選擇等方面缺乏科學(xué)性的指導(dǎo)。因此,建立一套完善的培訓(xùn)體系,編寫適應(yīng)現(xiàn)代切削加工技術(shù)發(fā)展的新教材,加強(qiáng)技術(shù)人員對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部和外部的技術(shù)交流是十分必要的。

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