切削加工技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用
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摘要：機(jī)械制造可應(yīng)用于建筑工程、電氣工程、紡織業(yè)以及運(yùn)輸業(yè)等，以提供精良的機(jī)械設(shè)備、器具等，在制造過程中應(yīng)用數(shù)控高速切削加工技術(shù)能夠進(jìn)一步的加工與改善，使得器具制造周期有效縮短，提高工作效率，而且還能延長切削刀具的使用壽命，以避免成本的損失。
關(guān)鍵詞：數(shù)控；高速切削加工技術(shù)；機(jī)械制造
0引言
我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開工業(yè)技術(shù)的支持，而國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也推動(dòng)了生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，提升數(shù)控機(jī)床技術(shù)的水平。機(jī)械制造是機(jī)械廠家根據(jù)企業(yè)的要求制作相應(yīng)成品的工業(yè)部門，例如機(jī)床、發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽車等機(jī)械產(chǎn)品，也可以制作組件或零件，其主要將原材料制作成企業(yè)或用戶需求的成品，需經(jīng)過編制生產(chǎn)計(jì)劃、材料準(zhǔn)備、毛坯鑄造、零件切削加工、組件、調(diào)試檢驗(yàn)、刷漆、入庫以及運(yùn)輸?shù)冗^程，其中切削加工是機(jī)械制造重要步驟，決定著零件的質(zhì)量以及成品的質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)影響著生產(chǎn)效率與成本消耗[1-2]。由于傳統(tǒng)的切削技術(shù)在當(dāng)下生產(chǎn)工業(yè)中較為落后，從而產(chǎn)生新的切削技術(shù)———高速切削加工技術(shù)，其在數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行切削加工，可有效提高生產(chǎn)率，還可保證加工質(zhì)量，有利于促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展[3]。
1數(shù)控高速切削加工技術(shù)的現(xiàn)狀
現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平得到質(zhì)的飛躍，使得機(jī)械制造工業(yè)傳統(tǒng)的組合機(jī)床技術(shù)無法滿足工業(yè)發(fā)展的需求，從而逐漸被替代[4]。相比之下，數(shù)控高速切削加工技術(shù)是一種先進(jìn)制造技術(shù)，其不僅消耗低、切削速度快、性能高，而且能夠大幅度降低切削振動(dòng)、留于工件的切削熱。常規(guī)的切削技術(shù)切削力較低，從而降低生產(chǎn)效率，針對(duì)加工剛性較差的金屬零件，可導(dǎo)致加工變形，損失加工成本，而通過使用高速切削加工技術(shù)可有效解決備受困擾的問題，而且能夠提高切削速度與進(jìn)給速度，同時(shí)也可高速排除切屑，減少工件熱應(yīng)力變形發(fā)生情況，從而有利于增加薄壁零件切削加工的可能性，逐漸減少機(jī)械制造切削加工的局限性，這給機(jī)械制造工業(yè)部門帶來廣闊的市場發(fā)展前景[5-6]。
2數(shù)控高速切削加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
2.1簡化加工工序
相對(duì)于傳統(tǒng)切削技術(shù)來說，需要在淬火的條件下進(jìn)行手工修整，從而修得成品，而采用數(shù)控高速切削技術(shù)可通過直徑小的道具進(jìn)行細(xì)節(jié)加工，減少切削量，同時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)表面硬化的情況，從而減少手工修整工序，節(jié)省大部分機(jī)械加工的工序，因此縮短成品的生產(chǎn)周期[7]。
2.2提高加工技術(shù)精密度
數(shù)控高速切削技術(shù)不但能夠提高速度，而且在技術(shù)上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。數(shù)控高速切削技術(shù)整體系統(tǒng)可提高成品或零件密度精確率，同時(shí)刀具重復(fù)定位可有利于多次進(jìn)行成品修復(fù)，還可延長使用壽命；除此之外，在汽車模具制造中采用原NC程序，不需要再次編程，都可達(dá)到精確無誤的效果。由此可知，不管加工過程是處于動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，使用該技術(shù)都能夠穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到高速高精度的加工水平。因汽車覆蓋件模具加工尺寸較大，而且3D型面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以需要保證加工精度達(dá)到高水平，從而增加切削量。針對(duì)以上情況，采用數(shù)控高速切削加工技術(shù)，可有效提高生產(chǎn)效率與成品精密度。例如，以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)前罩翻邊模具的數(shù)控高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用情況：它的工件材料為CH-1，外形尺寸為2000mm×1400mm×400mm，工件硬度為HB330。因此，采用涂層硬質(zhì)合金刀具材料進(jìn)行加工，保證表面加工粗糙程度約1μm，時(shí)間控制24h左右，無需給予手工研磨，僅僅對(duì)其進(jìn)行油石拋光即可；其次，再配合鉗工修配（3h），共花27h。與傳統(tǒng)切削加工操作時(shí)間比較，其減少了83%左右。
2.3適用于遇熱易變性的零件
在切削加工過程中，切削熱會(huì)傳遞給工作臺(tái)，而針對(duì)遇熱易變性的零件加工的難度較大，極易出現(xiàn)變形，而數(shù)控高速切削技術(shù)能保持工件的冷態(tài)狀態(tài)，進(jìn)而能夠?qū)嶙冃蔚牧慵M(jìn)行加工，且補(bǔ)償進(jìn)度極高，還可解決加工誤差的問題，節(jié)省機(jī)械制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本[8]。
3數(shù)控高速切削加工技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用
3.1在刀具、刀柄加工中的技術(shù)應(yīng)用
因數(shù)控高速切削加工技術(shù)系統(tǒng)性強(qiáng)，且較為復(fù)雜多樣，因此對(duì)于刀具的制作要求更高，在加工與制作過程中，主要對(duì)刀具、刀柄的裝夾重復(fù)定位精度、幾何精度給予較高重視。在制造過程中，離心力、強(qiáng)烈振動(dòng)數(shù)可影響數(shù)控高速切削加工技術(shù)系統(tǒng)，以提高成品加工的高速動(dòng)平衡、剛度要求，還有效保證刀具與刀柄的安全性與質(zhì)量。在高速加工過程中，刀柄材料的要求也可影響加工的效率，因此需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。例如HSK高速刀柄較為適合高速加工應(yīng)用，其是一種具有熱脹冷縮緊固式特性的高速刀柄，可適應(yīng)高速切削環(huán)節(jié)。除此之外，在高速加工過程中刀具需要承受高溫、振動(dòng)、摩擦、高壓、沖擊等外界因素，所以需要結(jié)合刀具經(jīng)濟(jì)性能、工藝性能進(jìn)行高速加工。
3.2在銑削加工機(jī)床中的技術(shù)應(yīng)用
目前，在配有微電子技術(shù)、新材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)技術(shù)、CNC技術(shù)等條件下開展機(jī)床高速切削加工，從而可廣泛應(yīng)用于銑削加工機(jī)床中。由于機(jī)床系統(tǒng)較為復(fù)雜，且要求較高，需要重視應(yīng)用方式，以充分利用與結(jié)合機(jī)床高速切削加工技術(shù)。首先，應(yīng)提高機(jī)床系統(tǒng)的剛性要求，在銑削機(jī)床加工制造過程中，為最大限度發(fā)揮高速切削加工技術(shù)，需要提供配合高速供給驅(qū)動(dòng)器，且快進(jìn)速度要達(dá)到40m/min，銑削系統(tǒng)提供0.3m/s的減速度、0.4m/s的加速度，3D輪廓加工速度約10m/min。其次，還要保證刀柄和主軸的剛性能夠符合標(biāo)準(zhǔn)，所以保證系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為10000-50000r/min，為確保主軸與刀具之間的軸向間隙能夠有效控制在0.00762mm范圍內(nèi)，應(yīng)讓主軸壓縮空氣，冷卻系統(tǒng)。最后，還要保證技工工藝可靠性，在使刀具壽命與切削條件相互融合中，應(yīng)提高優(yōu)質(zhì)的工藝模型質(zhì)量，從而有效提高機(jī)床的利用率，即便是無人操作狀態(tài)下，依然保證加工技術(shù)具有較高的安全可靠性。
3.3高速數(shù)控切削加工技術(shù)的數(shù)控編程策略
高速數(shù)控切削加工技術(shù)不僅僅是提高常規(guī)加工進(jìn)給與轉(zhuǎn)速，其還有較為復(fù)雜與特殊的控制性能。特別是在數(shù)控編程過程中，要嚴(yán)格確保刀具的精準(zhǔn)度與安全性，同時(shí)也要保證機(jī)械制造表面質(zhì)量與精度，因此需要改善該技術(shù)的編程策略。在數(shù)控高速切削加工過程中，為保證加工的安全性與質(zhì)量水準(zhǔn)，不僅要確保刀具與機(jī)床不過載，還要限制工件、刀具與夾具之間碰撞與干涉，由于機(jī)床與刀具之間出現(xiàn)過載，可高度增加機(jī)械制造加工成本，而且還會(huì)影響成品的質(zhì)量與精確度，所以需要著手于以上因素進(jìn)行改變數(shù)控編程。此外，在編程過程中數(shù)控高速切削加工技術(shù)過程的主要特征是恒定切削載荷，為確保加工技術(shù)的質(zhì)量，要嚴(yán)格觀察與控制金屬切削層厚度，并保持適中恒定，與仿形加工比較，分層加工可有助于提高材料去除量的有效恒定效果；除此之外，刀具切入工件方式，要選擇平滑的刀具；其次要確保刀具軌跡能夠平滑過渡，不能夠出現(xiàn)直接過濾的情況。加工工件精度也是衡量切削技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)控高速切削加工過程中密切監(jiān)察加工工件精確度與質(zhì)量，最大限度減少刀具的切入次數(shù)，同時(shí)走刀方式要選擇合理的螺旋軌跡。合理控制切削進(jìn)給量，可減少切削振動(dòng)情況。若進(jìn)給量減少，可造成切削不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致振動(dòng)。因此，必須保持平衡狀態(tài)，從而能夠穩(wěn)定提升加工表面質(zhì)量。
4數(shù)控高速切削加工技術(shù)的影響因素
4.1工件材料因素影響
在冶煉環(huán)節(jié)中，工件材料若出現(xiàn)雜質(zhì)，會(huì)影響材料硬質(zhì)點(diǎn)，使切削過程受到一定的影響，若振動(dòng)較為強(qiáng)烈，可致使刀刃崩損，造成一定的危險(xiǎn)。在熱處理環(huán)節(jié)中，還會(huì)出現(xiàn)不同部位硬度問題，若粗加工后，再次經(jīng)淬火進(jìn)行精加工，可導(dǎo)致加工工件尺寸變形，從而直接影響其精度。因此，在高速切削加工技術(shù)中需要根據(jù)實(shí)際情況與條件，選擇合理的工件材料，以提高切削加工技術(shù)的質(zhì)量與效率。
4.2刀具因素影響
刀具系統(tǒng)應(yīng)用容易影響高速切削加工技術(shù)，若刀具系統(tǒng)的離心力較大，導(dǎo)致加工過程中會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)烈的振動(dòng)，可降低刀具的使用質(zhì)量，因此需提高幾何精度要求，以保證裝夾重復(fù)定位的精度。在數(shù)控加工高速切削中，傳統(tǒng)7:24錐度刀柄系統(tǒng)有剛性達(dá)不到常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，所以重復(fù)定位精度較差，還伴有其他不穩(wěn)定性問題，不建議應(yīng)用于高速切削中?，F(xiàn)如今，雙面接觸空心短錐刀柄HSK是能夠適應(yīng)高速切削應(yīng)用的常用刀具。
5結(jié)語
在機(jī)械制造過程中，數(shù)控高速切削技術(shù)應(yīng)用提高加工效率，增加毛坯材料的去除率，縮短切削時(shí)間，從而有效縮短產(chǎn)品的制造周期，在產(chǎn)品的市場競爭力占據(jù)重要優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該技術(shù)具有優(yōu)點(diǎn)，也必然存在一定的不足之處，其可受到工藝材料高速切割的適用性、數(shù)控編程系統(tǒng)的要求以及機(jī)床的要求的局限性。
參考文獻(xiàn)：
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作者：李世洪 戴愛麗 單位：貴州航天精工制造有限公司