高效率加工技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

/高效率加工技術(shù)的討論開(kāi)發(fā)覺(jué)狀高效率加工的新概念在金屬切削過(guò)程中，選擇很高的切削速度，并不肯定是提高加工效率的唯一方法。不要忽視在中等切削速度下的大進(jìn)給量加工方案，這是由大量切削實(shí)踐得出的結(jié)論?；谶@一新的認(rèn)得，為適應(yīng)汽車(chē)制造業(yè)和航空制造業(yè)的快速進(jìn)展形勢(shì)和不斷開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品的市場(chǎng)需要，近來(lái)進(jìn)展為一門(mén)嶄新的技術(shù)即高效率加工技術(shù)。他們認(rèn)為，通常所謂的高速切削，是選用很高的切削速度與很低的進(jìn)給量和很小的切削深度進(jìn)行切削的。這種切削方案實(shí)際存在著很多問(wèn)題，其中最大的問(wèn)題是：重要目的是用于提高生產(chǎn)效率的高速切削，實(shí)際上并沒(méi)有提高生產(chǎn)效率。它要求機(jī)床在高主軸轉(zhuǎn)速下切削，但為提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速來(lái)提高切削速度，往往是以降低進(jìn)給量﹑減小切削深度為代價(jià)的。所以切除率很低，生產(chǎn)效率不高。當(dāng)然，這時(shí)機(jī)床的主軸功率可以很小。這一點(diǎn)對(duì)于那些尺寸精度、表面粗糙度及表面完整性要求很高的零件的精加工（要求零件不變形，因而切削中產(chǎn)生的切削力要小等一系列極其苛刻條件下的加工），確是特別有利的。由PhilippAndrae教授開(kāi)發(fā)討論的高效率加工技術(shù)，從開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)切削加工中加工零件的質(zhì)量與生產(chǎn)效率的共同更大幅度的提高。該討論繼承了高速切削可以降低切削力﹑提高加工零件精度和表面質(zhì)量等特點(diǎn)。側(cè)重從極大地提高生產(chǎn)效率的目的啟程（提高粗加工中的切除率），進(jìn)行了大量的切削試驗(yàn)討論。從理論和實(shí)踐的結(jié)合上解決了很多技術(shù)難題。使高效率切削技術(shù)開(kāi)發(fā)討論取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。高效率加工技術(shù)的關(guān)鍵在于：實(shí)行了選用或新設(shè)計(jì)出具有充足的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速與較大地傳遞力矩的本領(lǐng)的高功率﹑高剛性機(jī)床，進(jìn)行大功率切削；選用目前最好的先進(jìn)刀具材料；選用適合高速﹑大功率切削的先進(jìn)的刀具夾頭；采納獨(dú)具風(fēng)格的特別加工方法以及選擇合理的切削參數(shù)等技術(shù)措施。不僅如此，在大量切削試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)切削理論討論上的新突破，也是使這項(xiàng)科研成果獲得成功的決議性因素。切削理論討論上的新突破他們從大量的切削試驗(yàn)討論中驚詫地發(fā)覺(jué)：在大功率的高效率切削中的動(dòng)力學(xué)條件，極其有利地影響著刀具的切削性能和磨損形式。其中：動(dòng)力學(xué)條件重要是指工件和刀具間極短的接觸時(shí)間、極其頻繁的接觸頻率、極其懸殊的切削溫度變化，以及在大功率的切削中,較大地影響刀具和工件接觸長(zhǎng)度的（切削前后的）很小的切屑厚度比等。這些發(fā)生在高效率加工中的動(dòng)力學(xué)條件，都使切削區(qū)產(chǎn)生很高的切削溫度，使切削區(qū)的工件材料軟化，使零件加工后的表面粗糙度變壞。但卻降低了切削力，減輕了刀具的磨損（此時(shí)使刀具磨損的沖突降為很次要的位置）。尤其是在有色金屬材料例如鋁合金零件的高效銑削中，這些現(xiàn)象體現(xiàn)得更為明顯。它可使切削區(qū)的切削溫度變高、使工件軟化，所以切削輕快。當(dāng)然，這不包括必需采納動(dòng)力學(xué)條件很差、技術(shù)上困難很大的小進(jìn)給量的平面與圓弧面的銑削加工。這樣的加工會(huì)引起由于工件軟化變形造成的加工尺寸精度不高等一系列問(wèn)題。但是，這一系列的技術(shù)難題，可在高效率加工中的精加工階段給以解決。以上結(jié)論與高速切削討論得出的結(jié)論基本吻合。但這是在大進(jìn)給量﹑大切削深度和中等切削速度條件下得到驗(yàn)證的，無(wú)疑是在切削理論方面的新的突破。有這一理論作基礎(chǔ)，才使高效率加工技術(shù)討論獲得成功。選用或新設(shè)計(jì)出能進(jìn)行大功率切削的機(jī)床要提高生產(chǎn)效率，就必需提高切除率。由切削原理可知，金屬切削中的切除量與切削速度﹑進(jìn)給量和切削深度有著緊密的關(guān)系。受切削動(dòng)力學(xué)的限制，在一般切削中，切削深度不能選擇太大，高效率切削也不例外。但高效率加工可以選擇大進(jìn)給量（除在短距離的切削中，由于受加速度的限制，只有選擇小進(jìn)給量加工外）與適當(dāng)大的切削深度進(jìn)行加工。再通過(guò)選擇盡量高而不是選擇很高的切削速度加以搭配，也能達(dá)到高切除率。但必需選用或新設(shè)計(jì)出具有充足的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速與較大地傳遞力矩的本領(lǐng)的高功率﹑高剛性機(jī)床，才能進(jìn)行大功率切削。目前新設(shè)計(jì)的用于大功率切削的機(jī)床已能在24000r/min的（為機(jī)床設(shè)計(jì)的）中等切削速度條件下，對(duì)鋁合金零件進(jìn)行大功率的粗銑加工。在一般高速切削中，機(jī)床供給的大功率通常是通過(guò)限制主軸轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)機(jī)床輸出功率不變，主軸轉(zhuǎn)速加添、切除率下降時(shí)，其原因是：由于主軸轉(zhuǎn)速的加添，提高了主軸空轉(zhuǎn)所消耗的功率。而削減進(jìn)給量（加添了刀具與工件間的接觸時(shí)間），反而加添了刀具與工件間的摩擦力。所以在高效率切削的粗加工中，選擇很高的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，實(shí)際上是無(wú)用的。還要根椐欲加工零件材料﹑刀具材料及尺寸大小等切削條件，對(duì)切削速度、進(jìn)給速度和切削深度等切削參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真的選擇。例如：選用小直徑刀具加工鋁合金零件時(shí)，可以選擇高至100000r/min以上的主軸轉(zhuǎn)速和低進(jìn)給速度加工。而加工大直徑的其它材料，相對(duì)選取稍低的主軸轉(zhuǎn)速。在高效率加工中，只需選擇18000r/min的切削速度與很大的進(jìn)給速度，就可以使切除率達(dá)到5000cm/mm。由此可見(jiàn)，在高效率加工中，根椐欲加工零件材料等切削條件，合理地選取擇切削參數(shù)，也是高效率加工順當(dāng)進(jìn)行的保證之一。選用先進(jìn)刀具材料從高效率切削原理方面來(lái)分析,在高效率切削過(guò)程中，作用在切削刀具上的切削力的大小，取決于切削區(qū)內(nèi)的切削溫度的高處與低處。同時(shí)，切削中切削刀具受離心力的作用的影響也相當(dāng)嚴(yán)重，由于很小的離心力都會(huì)使切削系統(tǒng)產(chǎn)生猛烈的振動(dòng)。所以，必需選擇高硬度﹑高韌性的刀具材料和利于降低切削力同時(shí)又能保證刀頭強(qiáng)度的刀具的幾何形狀。例如，選擇硬質(zhì)合金（涂覆與非涂覆）、金屬陶瓷、陶瓷材料、聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）等最好的刀具材料；刀具幾何形狀方面，均采納經(jīng)計(jì)算機(jī)優(yōu)化了的切削刀具的幾何形狀，且與適應(yīng)于高速高效率切削的刀具夾頭相搭配，同時(shí)，必需在使用前進(jìn)行高精度平衡。選用先進(jìn)的刀具夾頭在高效率加工中，最常常使用的刀具夾頭是液壓可漲式夾頭和熱漲冷縮式夾頭。后者具有剛性好和能傳遞極大力矩的本領(lǐng)。但存在替換速度慢和適應(yīng)性（柔性）差的缺點(diǎn)。而液壓可漲式夾頭則相反，裝卸便利快速，但傳遞力矩小，只能用于所需夾緊力不大的有色金屬，例如小型鋁合金零件的高效率精加工。采納特別的加工方法為充分發(fā)揮高效率加工的高效率優(yōu)勢(shì)，實(shí)行一些特別加工方法，也是使切除率提高的緊要環(huán)節(jié)。例如，該大學(xué)在試驗(yàn)討論中，選擇在高功率的臥式加工中心上（由于它相對(duì)立式加工中心具有天然的自動(dòng)排屑本領(lǐng)），用多刃的聚晶金剛石（PCD）或涂覆金剛石制成的（鉆頭與鉸刀）復(fù)合式孔加工刀具加工高精度內(nèi)孔；為提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，使用機(jī)夾式多刃聚晶立方氮化硼（PCBN）立銑刀進(jìn)行高精度的內(nèi)孔加工（通過(guò)程序掌控實(shí)行粗﹑精加工，進(jìn)行內(nèi)孔尺寸加工的調(diào)整）。例如，在鋁合金箱體零件上加工6個(gè)不同直徑、范圍為12mm～32mm的孔,通常的加工方法是至少使用6把鉆頭、6把鉸刀對(duì)孔進(jìn)行粗精加工。而現(xiàn)在，只需選用1把粗銑刀和1把精銑刀進(jìn)行高效率加工，就可保證加工高精度的質(zhì)量要求，并節(jié)省切削時(shí)間25%；另外，選用多刃涂覆硬質(zhì)合金粗銑刀，進(jìn)行大平面去除余量的大功率銑削等獨(dú)具風(fēng)格的特別加工方案，都取得了良好的加工效果。目前，這項(xiàng)討論還處于開(kāi)始階段，且由于是一種技術(shù)多而雜涉及面廣泛的系統(tǒng)工程，還需多方面的協(xié)作與合作，進(jìn)行大量的討論工作。目前多數(shù)還只能用于需要大批量高效率加工的航空和汽車(chē)用鋁合金等有色金屬零件。但由于它能極好地提高制造企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)本領(lǐng)，具有很好的市場(chǎng)前景，因而必定會(huì)