提高數控加工中心切削效率的途徑分析

鄒立國　郝　欣

[摘要]近年來,隨著新型產品的不斷出現和零件復雜程度的不斷加大,數控加工以已經成為一個企業爭取市場優勢的決定因素之一。為此,介紹數控加工中采用高速切削工藝的優勢,并從數控加工生產實踐出發,探討和總結一些提高數控加工中心切削效率的途徑。

[關鍵詞]數控加工高速切削切削效率途徑分析

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710107-01

近年來,隨著新型產品的不斷出現和零件復雜程度的不斷加大,數控加工以其強大的優勢得到了迅速普及,已經成為一個企業爭取市場優勢的決定因素之一。因此,如何提高數控加工中心切削效率,充分發揮現代數控加工技術的優勢,是當前許多數控加工企業面臨的主要問題。本文從數控加工生產實踐出發,探討和總結一些提高數控加工中心切削效率的途徑。

一、數控加工中高速切削工藝的應用

當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顯示很多的優點和強大的生命力,成為制造技術提高加工效率和質量、降低成本的主要途徑。因此,發展高速切削等新的切削工藝促進制造技術的發展是現代切削技術面臨的新任務。當代的高速切削不是切削速度的少量提高,是需要在制造技術全面進步和進一步創新的基礎上,包括數控機床、刀具材料、涂層、刀具結構等技術的重大進步,才能達到的切削速度和進給速度的成倍提高,才能使制造業整體切削加工效率有顯著的提高。硬切削是高速切削技術的一個應用領域,即用單刃或多刃刀具加工淬硬零件,它比傳統的磨削加工有效率高、柔性好、工藝簡單、投資少等優點,已在一些應用領域產生較好的效果[1]。

二、數控加工中采用高速切削工藝的優勢

高速切削得到工業界越來越廣泛的應用,其具有的優越性主要表現在以下幾點:

1.可提高生產效率。高速切削加工允許使用較大的進給率,比常規切削加工提高5～10倍,單位時間材料切除率可提高3～6倍[2]。

2.降低了切削力。由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度,因此切削力較小,與常規切削相比,切削力至少可降低30%。目前我國部分車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上;機床主軸轉數在30000r/min以上[1]。

3.提高了加工質量。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小,使得刀具、工件變形小,保持了尺寸的精確性,也使得切削破壞層變薄,殘余應力小,實現了高精度、低粗糙度加工[3]。

4.簡化了加工工藝流程。高速切削則可以直接加工淬火后的材料,在很多情況下可完全省去放電加工工序,消除

了放電加工所帶來的表面硬化問題,減少或免除了人工光整加工。

三、提高數控加工中心切削效率的途徑分析

(一)選擇性能好的刀具材料。在數控機床切削加工中,所使用刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性,必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性,良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等),并不易變形[4]。目前國內外性能好的刀具材料主要有:金屬陶瓷、硬質合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具等,適應的工件材料和切削速度范圍各不相同。此外,為防止刀尖處的熱磨損,主、副切削刃連接處應采用修圓刀尖或倒角刀尖,以增大局部刀尖角,增大刀尖附近切削的刃度和刀具材料體積,以提高刀具剛性和減少刀具破損率[2]。

(二)加快涂層技術的開發。刀具涂層技術自從問世以來,對刀具性能的改善和加工技術的進步起著非常重要的作用,涂層刀具已經成為現代刀具的標志,在刀具中所占比例已超過50%[4]。在21世紀初期,涂層刀具在技術上已突破CBN涂層技術,使CBN的優良性能在更多的刀具和切削加工中得到應用(包括精密復雜刀具和成形刀具),這將全面提高加工黑色金屬的切削水平[2]。此外,納米級超薄超多層和新型涂層材料的開發應用的速度將加快,涂層將成為改善刀具性能的主要途徑。

(三)選擇高精度刀片。高精度數控機床上刀片的跳動量應控制在2～5μm。隨著數控機床的發展,相應出現刀片的表面改性涂層處理(基體為高速鋼、WCo類硬質合金、Ti基類金屬陶瓷),很大程度上提高了刀片精度。與此同時,出現了各種新型可轉位刀片結構,如用于車削的高效刮光刀片、形狀復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。可轉位刀片進入了材料、涂層、槽型綜合開發的新階段,可根據加工材料和加工工序合理組合材料、涂層、槽型的功能,開發出具有最佳加工效果的刀片,以滿足高速、高壽命切削加工生產技術的不同要求[4]。

(四)選擇合理的加工路線。數控機床特別是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,可自動更換刀具,一次加工成形。因此確定正確簡潔的加工路線,是保證加工質量和提高效率的基礎。編程時確定加工路線的原則主要有:應能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求;應盡量縮短加工路線,減少刀具空程移動時間;應使數值計算簡單,程序段數量少,以減少編程工作量。如對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一鉆孔一擴孔一鉸孔,而對于孔直徑大干18～20mm的加工工藝路線則為鉆孔一擴孔一粗鏜孔一精鏜孔[3]。

(五)建立合理的刀具儲備[4]。這里的刀具是指高切削效率刀具,而這些刀具的價格較高,相同直徑的銑刀,好刀具的價格可能是普通刀具的幾倍甚至十幾倍。如果一個企業平常一把刀具也不儲備,或儲備數量太少,很快就用完了,而新刀具一時又買不到,這樣必然會影響數控加工的效率。絕大多數企業的加工中心的刀庫均可容納40把刀具以上,并有60、90、120等不同刀數的刀庫可供選擇。刀具之間交換時間越來越短,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間只需3～4s。

四、結束語

縱觀全文,本文介紹了數控加工中采用高速切削工藝的優勢,并從數控加工生產實踐出發,探討和總結一些提高數控加工中心切削效率的途徑。另外,采用數控高速切削加工必須以工序集中為原則,使每個工序中包括盡可能多的工序內容,這樣不僅可減少總的工序數目,而且還可減少夾具數量及工件安裝次數,從而進一步提高數控加工中心切削效率。

參考文獻:

[1]胡笛川,數控加工切削參數的優化設計[J].水利電力機械,2007,29(10):1284～1288.

[2]趙紅顯、史耀耀,用離散矢量模型實現數控加工切削仿真[J].機床與液壓,2006,03(01):65～66+74.

[3]王清明、王克琦,數控加工銑削參數的優化[J].煤礦機械,2007,28(10):1313～1314.

[4]廖萬榮,基于VERICUT的數控加工程序切削參數優化[J].太原理工大學學報,2008,08(8):465～467.