淺談機(jī)械高效加工技術(shù)

劉建南

摘要：制造業(yè)是一個國家經(jīng)濟(jì)的基石，只有擁有了強(qiáng)大的裝備制造能力，我國才能在武器制造、航空航天、船舶、鐵路、汽車、能源等涉及到國家經(jīng)濟(jì)命脈的領(lǐng)域不受制于人。機(jī)械加工是裝備制造業(yè)的重要領(lǐng)域之一，各種工業(yè)產(chǎn)品都要通過機(jī)床進(jìn)行加工生產(chǎn)。文章對機(jī)械高效加工技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；高速切削；快換工裝；陶瓷刀片；裝備制造業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2017）08-0109-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.052

機(jī)械制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一，同時也是國家工業(yè)水平的重要體現(xiàn)。盡管互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展吸引了眾多目光和投資，但是我們也決不能忽略了制造業(yè)的重要地位。因?yàn)橹圃鞓I(yè)是國家工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，關(guān)系到國計(jì)民生的各個領(lǐng)域，近幾年美國和歐洲紛紛提出要讓制造業(yè)回歸本土，也正說明了制造業(yè)的重要性。隨著市場競爭的越來越激烈，很多東南亞國家以其低廉的人工成本吸引了很多外商投資，我國的外貿(mào)機(jī)械加工正在失去以往的人力成本優(yōu)勢，而國內(nèi)的成本戰(zhàn)也日趨激烈。這些都促使著機(jī)械加工技術(shù)朝向高效率、低成本的方向發(fā)展，企業(yè)也越來越重視機(jī)械高效加工技術(shù)。本文從加工參數(shù)、刀具選取和工裝夾具三個方面簡要介紹幾種機(jī)械高效加工技術(shù)。

1 高速切削

高速切削是指通過大幅提高進(jìn)給速度和切削速度來提高加工精度、切削效率、表面質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。高速切削的進(jìn)給速度和切削速度為普通切削的5～10倍，線速度可以達(dá)到400m/min以上。高速切削的主軸轉(zhuǎn)速可以達(dá)到10000r/min以上。由于切削速度的提高，切削效率可以提高3～5倍，大大降低了加工成本。高速切削對于減少零件變形也有顯著效果。隨著切削速度的提高，可以減少切削力30%以上，減少零件的變形；切屑可以高速排出并帶走大量的切削熱，減少零件的熱變形。高速切削也能提高零件的表面質(zhì)量，由于高速切削的轉(zhuǎn)速高，使得整個加工過程的工作頻率超出機(jī)床設(shè)備的低階固有頻率，也能抑制加工中產(chǎn)生積屑瘤，加工硬化和殘余應(yīng)力等，因此可以提高零件表面的精度等級。高速切削對刀具系統(tǒng)的要求很高，必須具有很高的裝夾重復(fù)精度、剛度和幾何精度，而且必須保證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時安全可靠。刀具材料的進(jìn)步對高速切削技術(shù)的發(fā)展有重大意義，目前普遍采用的刀具材料有立方氮化硼、陶瓷刀片、硬質(zhì)合金刀片、金剛石刀具等。高速切削對設(shè)備的要求也很高，尤其是主軸系統(tǒng)的性能，需要具有緊湊的結(jié)構(gòu)、較輕的重量、好的剛性、較高的回轉(zhuǎn)精度、良好的減震功能、良好的熱穩(wěn)定性和可靠的主軸監(jiān)測系統(tǒng)。高速切削加工時的機(jī)床轉(zhuǎn)速相當(dāng)高，一旦發(fā)生崩刃或零件脫離裝夾的情況會非常危險(xiǎn)，因此采用高速切削的設(shè)備必須做好安全防護(hù)，刀具和零件的夾緊一定要安全可靠，做好刀具磨損的監(jiān)測和主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測等非常重要。

2 陶瓷刀片

新型刀具的使用能大幅提高機(jī)械加工效率。對于難以切削的材料，諸如鎳基和鈷基高溫合金使用陶瓷刀片進(jìn)行加工可以大幅提高材料的去除率，比使用硬質(zhì)合金刀片更為高效。硬質(zhì)合金刀片其硬度大于被加工零件，依靠刀具與零件的擠壓，用“硬”刀具去除“軟”零件的余量。而陶瓷刀片則是用切削所產(chǎn)生的熱量，將零件材料瞬間軟化而去除零件的材料。一般而言，硬質(zhì)合金刀具的工作溫度應(yīng)該在800℃以下，一旦高于這個溫度，其刀尖強(qiáng)度就會急劇下降以至無法完成正常的切削，因此硬質(zhì)合金刀具的切削速度一般控制在20～35m/min，而陶瓷刀具的切削速度可達(dá)到250～450m/min。當(dāng)切削速度越來越高，加工區(qū)域的溫度也不斷提高，從而達(dá)到陶瓷刀片工作的最佳溫度。雖然陶瓷刀片需要很高的工作溫度，但也需要澆切削液，因?yàn)榍邢饕翰粫档颓邢鲿r工作區(qū)域的溫度，只會使切屑更好地排出，因此需要澆注切削液。陶瓷刀片的脆性較大，振動對其壽命影響非常大，因此陶瓷刀片需要機(jī)床、夾具、刀桿都具有很高的剛性。陶瓷刀片的主要磨損形式為溝狀磨損，其耐磨性較差，可以在刀具加工過程中注意調(diào)整加工點(diǎn)的位置即刀具與零件接觸的部位，還可以采取變切深加工的方式來提高刀具壽命。在編制陶瓷刀片數(shù)控程序時，要尤其注意當(dāng)?shù)毒呓咏鼉蓚€型面相連接的轉(zhuǎn)角R處時，要降低進(jìn)給速度，避免刀具磨損，保證加工質(zhì)量。陶瓷刀具可廣泛應(yīng)用于加工鎳基、鈷基高溫合金、高硬淬火鋼、高硬度鑄鐵、不銹鋼等。但要注意的是，陶瓷刀片不能夠應(yīng)用加工鈦合金、鋁鎂合金，因?yàn)檫@些材料的燃點(diǎn)較低，在加工過程中溫度升高容易引起切屑燃燒。陶瓷刀具因其切削速度快，極大地減少了零件的生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率，可以廣泛應(yīng)用于零件的半精加工中。

3 快換工裝

零件的裝夾占用了加工過程的很大一部分時間，在裝夾期間機(jī)床只能停機(jī)等待，造成了極大的浪費(fèi)。應(yīng)用先進(jìn)的快換工裝系統(tǒng)能夠有效地減少設(shè)備停機(jī)時間，極大地提高了生產(chǎn)效率。零件的專用夾具設(shè)計(jì)有針對零件外圓或者內(nèi)徑的專用止口，止口可以控制零件在直徑方向上的位移和串動。加工前，操作者在機(jī)床上安裝機(jī)加工零件的專用夾具，找正夾具的圓周后將零件放入夾具止口中，靠止口固定零件，使用夾具能夠大大縮短零件的找正時間。但是不同零件大多有不同的夾具，更換夾具并重新找正夾具需要一定時間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，更換夾具的時間占整個加工時間的26%，采用快換工裝后可以大大減少夾具的更換時間?？鞊Q工裝的定位和夾緊是采用零點(diǎn)定位鋼球自鎖安裝系統(tǒng)，其制造精度非常高，保證了定位的精確性和夾緊的可靠性?？鞊Q工裝的主要結(jié)構(gòu)為與機(jī)床花盤相連接的通用底盤，各個零件的不同定位夾具與通用底盤利用零點(diǎn)定位鋼球自鎖安裝系統(tǒng)通過氣動方式進(jìn)行定位連接，從而實(shí)現(xiàn)了夾具的快速拆裝。定位裝置包括兩個部分：零點(diǎn)定位器和定位接頭，零點(diǎn)定位器通過大直徑高剛度的滾珠夾緊定位接頭，當(dāng)給零點(diǎn)定位器通入一定壓力的氣壓或液壓時，滾珠向四周散開，定位接頭可以插入定位器，切斷壓力供給后，滾珠向中心聚攏并鎖緊定位接頭。零點(diǎn)定位系統(tǒng)的重復(fù)定位精度小于0.005mm，其采取完全密封技術(shù)，可以在液體環(huán)境下使用，最大工作溫度不高于80℃。使用快換工裝以后，夾具的更換時間可以減少90%，大大提高了加工效率?？鞊Q工裝結(jié)合機(jī)器人技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的全自動無人加工，操作者在流水線下對夾具和零件進(jìn)行預(yù)找正，然后利用機(jī)械手將夾具與通用底盤進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)全程無人干預(yù)高效加工。

4 結(jié)語

機(jī)械加工的高效加工方式也在不斷發(fā)展和改進(jìn)，企業(yè)應(yīng)該依據(jù)自身情況合理選擇并應(yīng)用，應(yīng)特別注意的是企業(yè)不能一味地追求效率的提高而忽略了質(zhì)量，有些高效加工方式只適用于粗加工和半精加工，如果應(yīng)用于精加工，因?yàn)槠浼庸?shù)過高容易使零件產(chǎn)生變形。企業(yè)還要考慮成本因素，引入新的技術(shù)固然能提高效率，但還要結(jié)合自身產(chǎn)品特點(diǎn)和運(yùn)營情況，采用最優(yōu)的生產(chǎn)方式?？傊?，沒有最高效的加工方法，只有最適合的加工方法。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：王 波）