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力川机械对数控加工中心切削效率的提高


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15000~100000r/min,高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度 60~120m/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/min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10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。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5000~8000m/min以上;机床主轴转数在30000r/min(有的高达10万r/min)以上。例如:在铣削平面时,国外的切削速度一般大于1000~2000m/min,而国内只相当于国外的1/12~1/15,即国内干12~15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,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,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。

    (2)选择性能好的刀具材料

    在数控机床切削加工中,金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造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。

    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。它们各具特点,适应的工件材料和切削速度范围各不相同。CBN适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等,如加工高硬钢件(50~67HRC)和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具,其中加工硬度60~65HRC以下的工件可用陶瓷刀具,而65HRC以上的工件则用CBN刀具进行切削;PCD适用于切削不含铁的金属,及合金、塑料和玻璃钢等

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