劉建南

摘要：制造業(yè)是一個國家經(jīng)濟的基石，只有擁有了強大的裝備制造能力，我國才能在武器制造、航空航天、船舶、鐵路、汽車、能源等涉及到國家經(jīng)濟命脈的領(lǐng)域不受制于人。機械加工是裝備制造業(yè)的重要領(lǐng)域之一，各種工業(yè)產(chǎn)品都要通過機床進行加工生產(chǎn)。文章對機械高效加工技術(shù)進行了探討。

關(guān)鍵詞：機械加工；高速切削；快換工裝；陶瓷刀片；裝備制造業(yè) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2017）08-0109-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.052

機械制造業(yè)是我國經(jīng)濟的重要支柱之一，同時也是國家工業(yè)水平的重要體現(xiàn)。盡管互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展吸引了眾多目光和投資，但是我們也決不能忽略了制造業(yè)的重要地位。因為制造業(yè)是國家工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，關(guān)系到國計民生的各個領(lǐng)域，近幾年美國和歐洲紛紛提出要讓制造業(yè)回歸本土，也正說明了制造業(yè)的重要性。隨著市場競爭的越來越激烈，很多東南亞國家以其低廉的人工成本吸引了很多外商投資，我國的外貿(mào)機械加工正在失去以往的人力成本優(yōu)勢，而國內(nèi)的成本戰(zhàn)也日趨激烈。這些都促使著機械加工技術(shù)朝向高效率、低成本的方向發(fā)展，企業(yè)也越來越重視機械高效加工技術(shù)。本文從加工參數(shù)、刀具選取和工裝夾具三個方面簡要介紹幾種機械高效加工技術(shù)。

1 高速切削

高速切削是指通過大幅提高進給速度和切削速度來提高加工精度、切削效率、表面質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。高速切削的進給速度和切削速度為普通切削的5～10倍，線速度可以達到400m/min以上。高速切削的主軸轉(zhuǎn)速可以達到10000r/min以上。由于切削速度的提高，切削效率可以提高3～5倍，大大降低了加工成本。高速切削對于減少零件變形也有顯著效果。隨著切削速度的提高，可以減少切削力30%以上，減少零件的變形；切屑可以高速排出并帶走大量的切削熱，減少零件的熱變形。高速切削也能提高零件的表面質(zhì)量，由于高速切削的轉(zhuǎn)速高，使得整個加工過程的工作頻率超出機床設(shè)備的低階固有頻率，也能抑制加工中產(chǎn)生積屑瘤，加工硬化和殘余應(yīng)力等，因此可以提高零件表面的精度等級。高速切削對刀具系統(tǒng)的要求很高，必須具有很高的裝夾重復(fù)精度、剛度和幾何精度，而且必須保證高速運轉(zhuǎn)時安全可靠。刀具材料的進步對高速切削技術(shù)的發(fā)展有重大意義，目前普遍采用的刀具材料有立方氮化硼、陶瓷刀片、硬質(zhì)合金刀片、金剛石刀具等。高速切削對設(shè)備的要求也很高，尤其是主軸系統(tǒng)的性能，需要具有緊湊的結(jié)構(gòu)、較輕的重量、好的剛性、較高的回轉(zhuǎn)精度、良好的減震功能、良好的熱穩(wěn)定性和可靠的主軸監(jiān)測系統(tǒng)。高速切削加工時的機床轉(zhuǎn)速相當(dāng)高，一旦發(fā)生崩刃或零件脫離裝夾的情況會非常危險，因此采用高速切削的設(shè)備必須做好安全防護，刀具和零件的夾緊一定要安全可靠，做好刀具磨損的監(jiān)測和主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測等非常重要。

2 陶瓷刀片

新型刀具的使用能大幅提高機械加工效率。對于難以切削的材料，諸如鎳基和鈷基高溫合金使用陶瓷刀片進行加工可以大幅提高材料的去除率，比使用硬質(zhì)合金刀片更為高效。硬質(zhì)合金刀片其硬度大于被加工零件，依靠刀具與零件的擠壓，用“硬”刀具去除“軟”零件的余量。而陶瓷刀片則是用切削所產(chǎn)生的熱量，將零件材料瞬間軟化而去除零件的材料。一般而言，硬質(zhì)合金刀具的工作溫度應(yīng)該在800℃以下，一旦高于這個溫度，其刀尖強度就會急劇下降以至無法完成正常的切削，因此硬質(zhì)合金刀具的切削速度一般控制在20～35m/min，而陶瓷刀具的切削速度可達到250～450m/min。當(dāng)切削速度越來越高，加工區(qū)域的溫度也不斷提高，從而達到陶瓷刀片工作的最佳溫度。雖然陶瓷刀片需要很高的工作溫度，但也需要澆切削液，因為切削液不會降低切削時工作區(qū)域的溫度，只會使切屑更好地排出，因此需要澆注切削液。陶瓷刀片的脆性較大，振動對其壽命影響非常大，因此陶瓷刀片需要機床、夾具、刀桿都具有很高的剛性。陶瓷刀片的主要磨損形式為溝狀磨損，其耐磨性較差，可以在刀具加工過程中注意調(diào)整加工點的位置即刀具與零件接觸的部位，還可以采取變切深加工的方式來提高刀具壽命。在編制陶瓷刀片數(shù)控程序時，要尤其注意當(dāng)?shù)毒呓咏鼉蓚€型面相連接的轉(zhuǎn)角R處時，要降低進給速度，避免刀具磨損，保證加工質(zhì)量。陶瓷刀具可廣泛應(yīng)用于加工鎳基、鈷基高溫合金、高硬淬火鋼、高硬度鑄鐵、不銹鋼等。但要注意的是，陶瓷刀片不能夠應(yīng)用加工鈦合金、鋁鎂合金，因為這些材料的燃點較低，在加工過程中溫度升高容易引起切屑燃燒。陶瓷刀具因其切削速度快，極大地減少了零件的生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率，可以廣泛應(yīng)用于零件的半精加工中。

3 快換工裝

零件的裝夾占用了加工過程的很大一部分時間，在裝夾期間機床只能停機等待，造成了極大的浪費。應(yīng)用先進的快換工裝系統(tǒng)能夠有效地減少設(shè)備停機時間，極大地提高了生產(chǎn)效率。零件的專用夾具設(shè)計有針對零件外圓或者內(nèi)徑的專用止口，止口可以控制零件在直徑方向上的位移和串動。加工前，操作者在機床上安裝機加工零件的專用夾具，找正夾具的圓周后將零件放入夾具止口中，靠止口固定零件，使用夾具能夠大大縮短零件的找正時間。但是不同零件大多有不同的夾具，更換夾具并重新找正夾具需要一定時間。據(jù)統(tǒng)計，更換夾具的時間占整個加工時間的26%，采用快換工裝后可以大大減少夾具的更換時間?？鞊Q工裝的定位和夾緊是采用零點定位鋼球自鎖安裝系統(tǒng)，其制造精度非常高，保證了定位的精確性和夾緊的可靠性?？鞊Q工裝的主要結(jié)構(gòu)為與機床花盤相連接的通用底盤，各個零件的不同定位夾具與通用底盤利用零點定位鋼球自鎖安裝系統(tǒng)通過氣動方式進行定位連接，從而實現(xiàn)了夾具的快速拆裝。定位裝置包括兩個部分：零點定位器和定位接頭，零點定位器通過大直徑高剛度的滾珠夾緊定位接頭，當(dāng)給零點定位器通入一定壓力的氣壓或液壓時，滾珠向四周散開，定位接頭可以插入定位器，切斷壓力供給后，滾珠向中心聚攏并鎖緊定位接頭。零點定位系統(tǒng)的重復(fù)定位精度小于0.005mm，其采取完全密封技術(shù)，可以在液體環(huán)境下使用，最大工作溫度不高于80℃。使用快換工裝以后，夾具的更換時間可以減少90%，大大提高了加工效率?？鞊Q工裝結(jié)合機器人技術(shù)可以實現(xiàn)生產(chǎn)線的全自動無人加工，操作者在流水線下對夾具和零件進行預(yù)找正，然后利用機械手將夾具與通用底盤進行連接，實現(xiàn)全程無人干預(yù)高效加工。

4 結(jié)語

機械加工的高效加工方式也在不斷發(fā)展和改進，企業(yè)應(yīng)該依據(jù)自身情況合理選擇并應(yīng)用，應(yīng)特別注意的是企業(yè)不能一味地追求效率的提高而忽略了質(zhì)量，有些高效加工方式只適用于粗加工和半精加工，如果應(yīng)用于精加工，因為其加工參數(shù)過高容易使零件產(chǎn)生變形。企業(yè)還要考慮成本因素，引入新的技術(shù)固然能提高效率，但還要結(jié)合自身產(chǎn)品特點和運營情況，采用最優(yōu)的生產(chǎn)方式。總之，沒有最高效的加工方法，只有最適合的加工方法。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：王 波）