提高数控加工中心切削效率的途径分析

邹立国　郝　欣

[摘要]近年来,随着新型产品的不断出现和零件复杂程度的不断加大,数控加工以已经成为一个企业争取市场优势的决定因素之一。为此,介绍数控加工中采用高速切削工艺的优势,并从数控加工生产实践出发,探讨和总结一些提高数控加工中心切削效率的途径。

[关键词]数控加工高速切削切削效率途径分析

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710107-01

近年来,随着新型产品的不断出现和零件复杂程度的不断加大,数控加工以其强大的优势得到了迅速普及,已经成为一个企业争取市场优势的决定因素之一。因此,如何提高数控加工中心切削效率,充分发挥现代数控加工技术的优势,是当前许多数控加工企业面临的主要问题。本文从数控加工生产实践出发,探讨和总结一些提高数控加工中心切削效率的途径。

一、数控加工中高速切削工艺的应用

当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力,成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。因此,发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。当代的高速切削不是切削速度的少量提高,是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上,包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步,才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高,才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。硬切削是高速切削技术的一个应用领域,即用单刃或多刃刀具加工淬硬零件,它比传统的磨削加工有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点,已在一些应用领域产生较好的效果[1]。

二、数控加工中采用高速切削工艺的优势

高速切削得到工业界越来越广泛的应用,其具有的优越性主要表现在以下几点:

1.可提高生产效率。高速切削加工允许使用较大的进给率,比常规切削加工提高5～10倍,单位时间材料切除率可提高3～6倍[2]。

2.降低了切削力。由于高速切削采用极浅的切削深度和窄的切削宽度,因此切削力较小,与常规切削相比,切削力至少可降低30%。目前我国部分车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上;机床主轴转数在30000r/min以上[1]。

3.提高了加工质量。由于切削深度、切削宽度和切削力都很小,使得刀具、工件变形小,保持了尺寸的精确性,也使得切削破坏层变薄,残余应力小,实现了高精度、低粗糙度加工[3]。

4.简化了加工工艺流程。高速切削则可以直接加工淬火后的材料,在很多情况下可完全省去放电加工工序,消除

了放电加工所带来的表面硬化问题,减少或免除了人工光整加工。

三、提高数控加工中心切削效率的途径分析

(一)选择性能好的刀具材料。在数控机床切削加工中,所使用刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性,必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性,良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等),并不易变形[4]。目前国内外性能好的刀具材料主要有:金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具等,适应的工件材料和切削速度范围各不相同。此外,为防止刀尖处的热磨损,主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖,以增大局部刀尖角,增大刀尖附近切削的刃度和刀具材料体积,以提高刀具刚性和减少刀具破损率[2]。

(二)加快涂层技术的开发。刀具涂层技术自从问世以来,对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用,涂层刀具已经成为现代刀具的标志,在刀具中所占比例已超过50%[4]。在21世纪初期,涂层刀具在技术上已突破CBN涂层技术,使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用(包括精密复杂刀具和成形刀具),这将全面提高加工黑色金属的切削水平[2]。此外,纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快,涂层将成为改善刀具性能的主要途径。

(三)选择高精度刀片。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2～5μm。随着数控机床的发展,相应出现刀片的表面改性涂层处理(基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷),很大程度上提高了刀片精度。与此同时,出现了各种新型可转位刀片结构,如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段,可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能,开发出具有最佳加工效果的刀片,以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求[4]。

(四)选择合理的加工路线。数控机床特别是4轴以上加工中心,一般是一次装夹、多方位加工,并且都有刀库,可自动更换刀具,一次加工成形。因此确定正确简洁的加工路线,是保证加工质量和提高效率的基础。编程时确定加工路线的原则主要有:应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求;应尽量缩短加工路线,减少刀具空程移动时间;应使数值计算简单,程序段数量少,以减少编程工作量。如对于位置精度和尺寸公差要求高的孔加工来说,孔直径小于18～20mm的加工工艺路线为钻中心孔一钻孔一扩孔一铰孔,而对于孔直径大干18～20mm的加工工艺路线则为钻孔一扩孔一粗镗孔一精镗孔[3]。

(五)建立合理的刀具储备[4]。这里的刀具是指高切削效率刀具,而这些刀具的价格较高,相同直径的铣刀,好刀具的价格可能是普通刀具的几倍甚至十几倍。如果一个企业平常一把刀具也不储备,或储备数量太少,很快就用完了,而新刀具一时又买不到,这样必然会影响数控加工的效率。绝大多数企业的加工中心的刀库均可容纳40把刀具以上,并有60、90、120等不同刀数的刀库可供选择。刀具之间交换时间越来越短,德国STEINEL公司的BZ-26,日本MAKINO公司的MCC86,美国CINCINNATI公司的MAXIM500型加工中心的换刀时间只需3～4s。

四、结束语

纵观全文,本文介绍了数控加工中采用高速切削工艺的优势,并从数控加工生产实践出发,探讨和总结一些提高数控加工中心切削效率的途径。另外,采用数控高速切削加工必须以工序集中为原则,使每个工序中包括尽可能多的工序内容,这样不仅可减少总的工序数目,而且还可减少夹具数量及工件安装次数,从而进一步提高数控加工中心切削效率。

参考文献:

[1]胡笛川,数控加工切削参数的优化设计[J].水利电力机械,2007,29(10):1284～1288.

[2]赵红显、史耀耀,用离散矢量模型实现数控加工切削仿真[J].机床与液压,2006,03(01):65～66+74.

[3]王清明、王克琦,数控加工铣削参数的优化[J].煤矿机械,2007,28(10):1313～1314.

[4]廖万荣,基于VERICUT的数控加工程序切削参数优化[J].太原理工大学学报,2008,08(8):465～467.