随着技术的发展

《随着技术的发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《随着技术的发展（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 随着技术的发展，数控加工中心各功能部件作为柔性制造系统的基本设备构成已被企 业广泛使用，用户主要关心的已不再是它的柔性，而是它的生产效率。绝不能说拥有了加 工中心等数控设备，企业就有了很高的生产效率。据调查，许多加工中心的实际切削时间 不到工作时间的 55%。影响加工中心加工效率的因素很多，也很复杂。事实上，加工中心等 数控设备生产效率可以提升的空间是很大的。如何提高加工效率，降低废品率成了众多企 业共同探讨的问题。在柔性制造系统的应用实践中，影响生产效率的因素是多样性的。现在许多企业和科 研院所对生产中起较大作用的工艺重视程度不够，有些单位在系统设计中往往忽视工艺过 程设计，或者编制的工艺

2、指导性不强。这就使得实际生产过程中要花很长时间修改调整工 艺，甚至有些产品要返回设计部门重新设计，如此一来，加工中心的加工效率大大降低。为了提高加工中心的应用水平，优选刀具及自动生成工艺参数是一个极其重要而又难 以获得满意解决的问题。在实际工作中往往是依靠技术人员的经验和知识积累，因此要重 视培养这方面的技术人才；另一方面，要加大这方面的研究，建立基本切削数据库，运用 模糊数学，人工智能技术和基因遗传算法等研究成果，为解决这一难题开辟一条新途径。 加工中心加工效率很大程度上取决于切削时间占加工中心工作时间的比例，这个比值 越大，加工效率也就越高。现代加工设备的科技含量越来越高，对人员的素质要求

3、也越来 越高。如果操作不熟练，花在程序调试，加工中换工件等非加工时间上面的时间过长，致 使加工中心加工效率低下。加工中心的加工效率与整个企业的管理水平有着密切的关系，要提高加工效率，就要 研究和运用科学的生产管理，更要重视生产现场的管理数控机床的控制单元 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。 与普通机床相比，数控机床有如下特点： 加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的 35 倍）； 机床自动

4、化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用 于完成各种切削加工的机械部件。 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT 显示器、键盒、纸带阅 读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的 变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电 机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。 当几个进给联动时

5、，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排 屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和 数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 自从 1952 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业， 特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方 面，都有飞速发展。 加工中心 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工 中心上经一次

6、装夹后，能对两个以上的表面完成多种工序的加工，并且有多种换刀或选刀 功能，从而使生产效率大大提高。 加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四轴和五 轴加工中心。数控加工作为现代制造业先进生产力的代表，在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用。90 年代以来，欧、美、日各国竞相开发和应用新一代高速数控机床，加快了机床高速化发展步伐。高速主轴单元中电机主轴转速 15000100000r/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度 60120m/min，切削进给速度高达 60m/min，高速加工中心进给速度可达 80m/min，空运行速度可达 100m/mi

7、n 左右。美国CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，主轴转速已达60000r/min。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m 提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。而新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用与超高速切削紧密相关。 1.国内外加工中心切削水平的差异 目前先进国家的车削和铣削的切削速度已达到 50008000m/min 以上；机床主轴转数在 30000r/min(有的高达 10 万 r/min)以上。

8、例如：在铣削平面时，国外的切削速度一般大于 10002000m/min，而国内只相当于国外的 1/121/15，即国内干 1215 个小时的活相当于国外干 1 个小时。据调查，许多加工中心的实际切削时间不到工作时间的 55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现，普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光洁度低、工艺设备不配套等诸多问题。? 2.提高切削效率的途径（1）合理选择切削用量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出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。实践证明，

9、当切削速度提高 10 倍，进给速度提高 20 倍，远远超越传统的切削“禁区”后，切削机理发生了根本的变化。其结果是：单位功率的金属切除率提高了 30%40%，切削力降低了 30%，刀具的切削寿命提高了 70%，大幅度降低了留在工件上的切削热，切削振动几乎消失；切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看，要充分发挥先进刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积(材料切除率 Q)。在选择合理切削用量的同时，尽量选择密齿刀（在刀具每英寸直径上的刀齿数3） ，增加每齿进给量，提高生产率及刀具寿命。有关试验研究表明：当线速度为 165m/min，每齿进给为 0.04mm 时

10、，进给速度为341m/min，刀具寿命为 30 件。如果将切削速度提高到 350m/min，每齿进给为 0.18mm，进给速度则达到2785m/min，是原来加工效率的 817%，而刀具寿命增加到了 117 件。近年来，长城公司轿车发动机厂采用世界著名机床厂家的高速、高效加工中心组建了 3 条柔性机加生产线，与世界著名刀具厂家美国肯纳公司一起，结合所加工的产品精心选择刀具，正在努力实现高速高效切削。 （1）使用）使用 KSCM-AluMill 面铣刀：面铣刀： 在缸体和缸盖生产线，我们将肯纳 KSCM-AluMill 面铣刀用于铝合金缸体和缸盖的平面铣削加工。此刀具由钢制刀盘和铝制刀体组成，在

11、保证足够刚性的前提下减轻了重量，而且双金属结构也减少了加工振动。该刀具具有高金属去除率、低加工毛刺及高加工效率等特点，非常适用于高速切削。KSCM-AluMill 面铣刀有 5 种形式的刀夹，不同刀夹相互搭配用于粗铣和精铣，可达到不同的表面粗糙度，也可同时安装粗铣和精铣刀夹，粗精加工一次完成，缩短加工时间，提高工作效率。 实际加工中我们选用了适用于加工低硅铝合金，具有高耐磨性、高寿命的 KD1415 和 KD1420 两种 PCD 切削材料刀夹。KD1415 刀片硬度较高，适于加工余量均匀，硬度一致的表面，因此将其用于缸体、缸盖上下和前后表面的精加工；KD1420 刀夹，刀片韧性较好，适用于余

12、量不均匀，硬度不一致的表面，将其用于粗加工。精加工后，缸体、缸盖上下面、前后面等大平面的平面度误差最大不大于 0.02mm，最小达到0.0034mm，平均平面度误差不大于 0.01mm，表面粗糙度低于 Ra0.8，加工节拍满足要求。KSCM-AluMill 面铣刀更换刀夹时，仅做轴向调整，不需要径向调整，具有调整方便、调整时间短和调整精度高的特点，在长城公司实际使用时实现了轴向调整偏差不大于 0.003mm，使切削负荷均匀分布到每个刀齿上，有效地延长了刀具寿命。经几个月的试加工，KSCM-AluMill 面铣刀铝合金加工效果良好。 仅举缸体顶、底面精铣为例，顶面精铣刀盘 100、Z12（9 个

13、精铣刀夹、3 个修光刀夹），修光量 0.0080.002mm，整体焊接 PCD 刀片；加工参数：V2500m/min，fz=0.12mm/z，Vf11.5m/min；精铣后实测试件，表面粗糙度 Ra0.8，平面度误差0.004，节拍满足要求。底面精铣刀盘 200、Z24（18 个精铣刀夹，6 个修光刀夹），加工参数：V2500m/min，fz=0.12mm/z，Vf=14.3m/min；加工后实测试件，表面粗糙度 Ra0.8，平面度0.004mm，节拍满足要求。 （2）复合加工刀具：）复合加工刀具：复合加工是提高加工效率的一个非常有效的手段，几个加工内容用一把刀在一次加工中完成，减少了换刀次数

14、，节约了辅助时间，提高了生产效率。阶梯钻是最简单也是最常见的一种复合加工刀具，带倒角刃的钻头就是最简单的阶梯钻。在缸体、缸盖孔系加工中，孔口需要倒角的钻孔加工都选用了这种简易阶梯钻，取得了良好的效果。例如，肯纳直槽 180顶角 TX 阶梯钻头，钻孔时径向力几乎为零，4条直线刃带沿圆周对称分布，导向性好，兼具修光作用，使钻孔的直线度和位置度得到大幅提高。缸体和缸盖孔系加工中，选用的另一种复合钻头是圆周均布 3 个切削刃的 TF 钻头，它钻芯比二刃钻头厚、强度高，弥补了硬质合金韧性差的弱点；刀尖前端特殊形状，可自动定心，不需加工中心孔；切削刃多使每转进给量增大（切铝时可达 20m/min），强度高

15、，可进行高速切削（切铝时最高可达1000m/min），从而大幅度缩短了加工时间，提高了加工效率，尤其适于深孔加工，尺寸精度最高可达 H9，位置精度最高可达11m，粗糙度 Rz2025。 在长城曲轴生产线，选用了肯纳整体硬质合金 SE 阶梯钻头，与普通高速钢钻头相比有更高的钻孔圆度，高速钢钻头的钻孔圆度最高可达到20m，而 SE 钻头的钻孔圆度仅为前者的 1/5。按照这一钻孔形状精度，我们完全可以考虑免去扩孔这一工序，在某种场合，甚至可以替代要求不高的铰孔（譬如挤压螺纹的螺纹底孔）。这种钻头的特点是横刃修磨的较短，可减少轴向力近 50；钻芯附近前角为正值，因此切削刃更锋利；槽形为抛物线型，钻芯厚

16、度更大，钻头强度更高、刚性更强；有两个喷油冷却孔，冷却条件好；圆弧形切削刃和排屑槽型布置合理，便于切屑断裂成小块顺利排出。该钻头用于曲轴前后端钻孔，效果良好。 （3）精密孔加工刀具：）精密孔加工刀具：现代工业的飞速发展对孔的尺寸精度、几何形状及表面粗糙度提出了更高的要求，尤其是汽车工业，即要求高精度又要求大批量，因而迫切需要高效率的精密孔加工刀具。金刚石铰刀正是适应这种需要而发展起来的一种精密刀具。在缸盖生产线导管和座圈底孔等工位，使用了肯纳多刃整体焊接 PCD 铰刀；缸体缸盖定位孔的精加工，使用了肯纳 Bencere 分体式可转位 PCD 铰刀，实现了高速高效切削，充分发挥了高速加工中心的性能，大大提高了加工效率。现场实际抽测部分产品?8、?10 和?13 三组孔，尺寸变动范围在 0.014 之内，尺寸精度最大误差不到公差的 60，平均误差小于 0.005mm，孔的表面粗糙度Ra0.8。 缸体曲轴孔精加工和缸盖凸轮轴孔精加工使用了肯纳 BencereQUATTRO-CUT 刀具，4 刃