推動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步的HSC和HPC
2008-05-07 10:26:57
十多年來(lái)，由于刀具材料、涂層和刀刃幾何形狀的不斷優(yōu)化和相互配合，以及高速加工機(jī)床、控制系統(tǒng)和編程技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，有力推動(dòng)了高速加工（HSC）和高效加工（HPC）技術(shù)的不斷發(fā)展。 <BR>高速加工 <BR>高速加工，由于顯著提高了切削速度和進(jìn)給速度，從而大大縮短了加工時(shí)間，提高了工件表面質(zhì)量和加工精度。導(dǎo)致減少加工工序、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，顯著降低了工件的加工費(fèi)用。這些諸多優(yōu)點(diǎn)，使得高速加工技術(shù)在模具、航空、汽車(chē)工業(yè)等制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，并促使這些行業(yè)的制造技術(shù)和生產(chǎn)方式的變革： <BR>(1) 高速加工使得“生產(chǎn)率”和“柔性”兩個(gè)相互矛盾的特征參數(shù)融合到一起，從而在中、大批生產(chǎn)行業(yè)中用高速加工中心組成的柔性生產(chǎn)線(xiàn)替代傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)線(xiàn)，由此推動(dòng)諸如汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。 <BR>(2) 高速加工也促成了工藝的替代，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程。最典型的例子是在模具制造中用高速硬銑替代電火花加工。在這里，淬硬后的工件在一次裝夾下通過(guò)粗銑（有時(shí)還需進(jìn)行半精銑）和高速精銑加工成成品。高速硬銑的應(yīng)用為模具制造實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/HSC的集成創(chuàng)造了條件，高速硬銑工藝無(wú)疑給模具制造技術(shù)帶來(lái)了一次重大的變革。 <BR>自高速加工興起的10多年來(lái)，高速加工技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的推廣和應(yīng)用，并且影響著整個(gè)加工技術(shù)的發(fā)展，可以說(shuō)，高速加工技術(shù)不僅是當(dāng)今加工技術(shù)中的關(guān)鍵工藝，而且也是屬于未來(lái)的加工技術(shù)。 <BR>在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過(guò)高速加工，顯著縮短了基本時(shí)間。然而，純粹的高速加工其不足之處是輔助時(shí)間相對(duì)基本時(shí)間占有很高的比例（輔助時(shí)間∶基本時(shí)間從過(guò)去的7%∶93%到目前的35%∶65%，而對(duì)于鋁合金材質(zhì)工件的加工，該比例更高達(dá)50%∶50%），輔助時(shí)間已占到整個(gè)加工時(shí)間的（1/3～1/2）。過(guò)去的十多年中，人們特別致力于減少基本時(shí)間，而目前降低輔助時(shí)間重新又成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。 <BR>高效加工 <BR>為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，近年來(lái)在采用高速加工的同時(shí)也越來(lái)越多地采用了高效加工（HPC）——通過(guò)提高單位時(shí)間材料切除量和對(duì)加工過(guò)程的全面考慮及優(yōu)化，進(jìn)一步降低切削過(guò)程中的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，進(jìn)一步降低加工費(fèi)用。 <BR>高效加工與高速加工不同的是，它并不只是限于提高切削速度和進(jìn)給速度，而是把優(yōu)化材料切除率放在首位，旨在通過(guò)提高單位時(shí)間的材料切除量和降低加工時(shí)間（基本時(shí)間和輔助時(shí)間）來(lái)進(jìn)一步降低加工費(fèi)用。 <BR>材料切除率（Q）決定于側(cè)吃刀量（ae）、背吃刀量（ap）和進(jìn)給速度（vf）。對(duì)于銑削加工，進(jìn)給速度（vf）又取決于每齒進(jìn)給量（fz）、刀齒數(shù)（z）和銑刀的轉(zhuǎn)速（n）。 <BR>單位時(shí)間的材料切除量可用如下公式來(lái)表示： <BR>Q=ae×ap×vf/1000=ae×ap×fz×z×n/1000(cm3/min)<BR>我們從上述表達(dá)式可以看出，材料切除率與5個(gè)切削參數(shù)有關(guān)，而且高效加工并不一定包括高速加工，但也可以包括高速加工，這意味著高效加工和高速加工之間不存在明顯的界限。應(yīng)該指出的是，對(duì)于高效加工，不論是采用的徑向吃刀量（側(cè)吃刀量ae），還是軸向吃刀量（背吃刀量ap），均要高于高速加工所采用的吃刀量。因此，在高效加工時(shí)，刀具要承受著較高的熱負(fù)荷，這就明顯限制了所采用的切削速度。 <BR>在高效切削工藝中，高效磨削和高效銑削占有重要的地位。隨著超硬CBN砂輪的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，磨削速度和進(jìn)給速度得到了大幅提高，采用高效磨削工藝，不僅具有很高的材料磨除率，并且還能達(dá)到很高的加工質(zhì)量。這種高效磨削工藝，使磨削工藝從純粹的精加工工藝發(fā)展成為一種通用的加工工藝。如采用電鍍CBN砂輪磨削合金灰鑄鐵的凸輪軸，工件直徑上的磨削余量為4.1mm，磨削速度90m/s，磨削時(shí)間只需12秒，其單位砂輪寬度的材料磨除率達(dá)到20mm3/mms。這樣，采用CBN砂輪進(jìn)行高效磨削，就免去了常規(guī)工藝流程中車(chē)削或銑削這樣的預(yù)加工工序，而直接通過(guò)磨削實(shí)現(xiàn)了工件的粗、精加工。 <BR>對(duì)于銑削加工，銑刀所能達(dá)到的材料切除率已成為衡量銑刀加工經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要指標(biāo)。近年來(lái)，諸如Franken、Fette和Iscar等許多刀具制造商相繼開(kāi)發(fā)出了眾多的能以高進(jìn)給速度進(jìn)行加工的銑刀。這些銑刀的結(jié)構(gòu)雖不盡相同，但他們的共同特點(diǎn)是具有適合于實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給的刀刃幾何形狀。這種幾何形狀的特點(diǎn)是切削刀刃具有一個(gè)很大的圓弧半徑，這不僅稍許限制銑刀的背吃刀量（ap），而且有利于獲得較好的加工表面質(zhì)量，以及由于銑刀較小的主偏角，使作用于銑刀上的徑向切削力大大減小，從而又有利于采用很高的每齒進(jìn)給量進(jìn)行加工，并獲得較高的材料切除率。 <BR>Franken公司(<A href="http://www.Frankentechnik.de">www.Frankentechnik.de</A>）的高效粗銑用的可轉(zhuǎn)位刀片Time-S-Cut，采用這種可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀與采用圓形可轉(zhuǎn)位刀<
