數(shù)控切削加工技術(shù)怎樣增效降本?這些技術(shù)必不可少
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發(fā)表時間：2020-05-12 16:16:28
數(shù)控切削加工作為制造技術(shù)的主要基礎(chǔ)工藝，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，近年來也取得了很大的進步，進入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的發(fā)展新階段。它是制造業(yè)中重要工業(yè)部門，如汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、軍事工業(yè)和新興的模具工業(yè)、電子工業(yè)等部門主要的加工技術(shù)，也是這些工業(yè)部門迅速發(fā)展的重要因素。因此，在制造業(yè)發(fā)達的美、德、日等國家保持著快速發(fā)展的勢頭。
金屬切削刀具作為數(shù)控機床必不可少的配套工藝裝備，在數(shù)控加工技術(shù)的帶動下，進入了“數(shù)控刀具”的發(fā)展階段，并顯示出高效率、高精度、高可靠性和專用化的“三高一專”新特點。模具網(wǎng)CEO、深圳市模具技術(shù)學(xué)會專家委員羅百輝分析認(rèn)為，當(dāng)前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削工藝已經(jīng)顯示很多的優(yōu)點和強大的生命力，成為制造技術(shù)提高加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。
硬切削是高速切削技術(shù)的一個應(yīng)用領(lǐng)域，即用單刃或多刃刀具加工淬硬零件，它比傳統(tǒng)的磨削加工有效率高、柔性好、工藝簡單、投資少等優(yōu)點，已在一些應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生較好的效果。在汽車業(yè)，用cbn刀具加工20crmo5淬硬齒輪(60hrc)內(nèi)孔，代替磨削，表面粗糙度可達0.22μm，已成為國內(nèi)外汽車行業(yè)推廣的新工藝。
當(dāng)前發(fā)展高速切削等新的切削工藝促進制造技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)代切削技術(shù)面臨的新任務(wù)。模具網(wǎng)CEO、深圳市模具技術(shù)學(xué)會專家委員羅百輝認(rèn)為，當(dāng)代的高速切削不是切削速度的局部提高，是需要在制造技術(shù)全面進步和進一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，包括數(shù)控機床、刀具材料、涂層、刀具結(jié)構(gòu)等技術(shù)的重大進步，才能達到的切削速度和進給速度的成倍提高，才能使制造業(yè)整體切削加工效率有顯著的提高。把當(dāng)前的高速切削水平實用化，使我國 整體切削效率提高1～2倍，縮小與工業(yè)發(fā)達國家的差距，是我國從事切削加工與刀具技術(shù)的專業(yè)人員在新世紀(jì)的努力目標(biāo)和面臨的重大挑戰(zhàn)。
在美國、德國和日本等工業(yè)發(fā)達國家，其模具工業(yè)近年來正在進行一場大規(guī)模的技術(shù)革命，這就是逐步用高速切削機床替代電加工設(shè)備，對模具型腔進行高效精密加工。這些機床主要包括各種高速數(shù)控銑床、加工中心等。
目前在模具加工制造過程中，主要以普通 和電火花加工為主。普通機床加工模具型腔一般都是在熱處理前進行粗加工、半精加工和精加工，然后磨削，打磨拋光，費時又費力。電火花加工是在退火后進行切削加工，然后進行熱處理、電火花加工，最后經(jīng)過打磨、拋光。
隨著消費類產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對模具的生產(chǎn)效率和制造品質(zhì)提出了越來越高的要求，電火花加工模具的生產(chǎn)效率低下和品質(zhì)不穩(wěn)定的缺點逐漸暴露出來。羅百輝表示,模具企業(yè)要縮短制造周期并降低成本，必須廣泛采用先進切削加工技術(shù),而代表先進制造技術(shù)的高速切削技術(shù)的出現(xiàn)，滿足了現(xiàn)代模具加工的要求與特點。
高速切削技術(shù)用于加工模具的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：
(1)大大提高了加工效率，不僅機床轉(zhuǎn)速高、進給快，而且粗精加工可以一次完成，極大地提高了生產(chǎn)效率，再結(jié)合數(shù)控技術(shù)，模具的制造周期可縮短約40%。
(2)高速切削加工模具既不需要做電極，也不需要后續(xù)研磨與拋光，還容易實現(xiàn)加工過程自動化，提高了模具的開發(fā)速度。
(3)采用高速切削技術(shù)可加工淬硬鋼，而且可得到很高的表面質(zhì)量，表面粗糙度低于Ra0.6μm，取得以銑代磨的加工效果，不僅節(jié)省了大量的時間，還提高了加工表面質(zhì)量。
為了實現(xiàn)模具型腔及其相關(guān)部位的高速加工，機床需要具備以下特點：
(1)大承重和高剛性這是由于模具正在向大型化方向發(fā)展，加工設(shè)備必須具有足夠大的臺面尺寸和工作行程與之適應(yīng)?，F(xiàn)在，幾噸到幾十噸的模具非常普遍，要求機床工作臺面能承受大重量。模具材料的強度和硬度都很高，加上常常采用伸長量較大的小直徑端銑刀加工模具型腔，因此加工過程容易發(fā)生顫振。為了確保零件的加工精度和表面質(zhì)量，用于模具制造的高速機床必須有很高的動、靜剛度，以提高機床的定位精度、跟蹤精度和抗振能力。
(2)高轉(zhuǎn)速和大功率高速加工是發(fā)展方向，高速銑削在模具加工中已顯示了極大的優(yōu)越性。為了適應(yīng)模具型腔曲面的加工，刀具的半徑應(yīng)小于型腔曲面最小圓周半徑，以免加工過程中刀具與工件發(fā)生“干涉”。由于刀具直徑小，因此要求主軸轉(zhuǎn)速非常高，國外高速加工機床主軸轉(zhuǎn)速已達到40000~100000r/min，快速進給速度可達30000~60000min。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次裝夾中完成，故主軸功率要大，中等尺寸模具銑床和加工中心的主軸功率常為10~40kW，有的甚至更高。
(3)能多軸聯(lián)動及良好的深孔腔綜合切削能力模具型腔多為復(fù)雜的空間6曲面及溝槽所構(gòu)成，且許多模具具有深孔腔。為了達到對3D曲面的高精度、高速度和高穩(wěn)定性加工，機床需要多軸聯(lián)動，且具有良好的深孔腔綜合切削能力?？梢圆捎梦遢S聯(lián)動加工中心，除了三個坐標(biāo)的直線運動外，還有兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的進給運動。銑頭或工作臺可以多軸聯(lián)動進行連續(xù)回轉(zhuǎn)進給，從而適用于加工具有復(fù)雜型腔曲面的模具零件。
復(fù)合加工是模具加工的發(fā)展方向之一。雖然加工中心已能將許多 工序復(fù)合在一臺機床上實現(xiàn)，但這仍不能完全適應(yīng)模具加工，將機械加工與電、化學(xué)、超聲波等不同原理加工方法進行復(fù)合，兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點的復(fù)合加工在今后的模具制造中將有廣闊的前景。
金屬切削刀具作為數(shù)控機床必不可少的配套工藝裝備，在數(shù)控加工技術(shù)的帶動下，進入了“數(shù)控刀具”的發(fā)展階段，并顯示出高效率、高精度、高可靠性和專用化的“三高一專”新特點。模具網(wǎng)CEO、深圳市模具技術(shù)學(xué)會專家委員羅百輝分析認(rèn)為，當(dāng)前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削工藝已經(jīng)顯示很多的優(yōu)點和強大的生命力，成為制造技術(shù)提高加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。
硬切削是高速切削技術(shù)的一個應(yīng)用領(lǐng)域，即用單刃或多刃刀具加工淬硬零件，它比傳統(tǒng)的磨削加工有效率高、柔性好、工藝簡單、投資少等優(yōu)點，已在一些應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生較好的效果。在汽車業(yè)，用cbn刀具加工20crmo5淬硬齒輪(60hrc)內(nèi)孔，代替磨削，表面粗糙度可達0.22μm，已成為國內(nèi)外汽車行業(yè)推廣的新工藝。
當(dāng)前發(fā)展高速切削等新的切削工藝促進制造技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)代切削技術(shù)面臨的新任務(wù)。模具網(wǎng)CEO、深圳市模具技術(shù)學(xué)會專家委員羅百輝認(rèn)為，當(dāng)代的高速切削不是切削速度的局部提高，是需要在制造技術(shù)全面進步和進一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，包括數(shù)控機床、刀具材料、涂層、刀具結(jié)構(gòu)等技術(shù)的重大進步，才能達到的切削速度和進給速度的成倍提高，才能使制造業(yè)整體切削加工效率有顯著的提高。把當(dāng)前的高速切削水平實用化，使我國 整體切削效率提高1～2倍，縮小與工業(yè)發(fā)達國家的差距，是我國從事切削加工與刀具技術(shù)的專業(yè)人員在新世紀(jì)的努力目標(biāo)和面臨的重大挑戰(zhàn)。
在美國、德國和日本等工業(yè)發(fā)達國家，其模具工業(yè)近年來正在進行一場大規(guī)模的技術(shù)革命，這就是逐步用高速切削機床替代電加工設(shè)備，對模具型腔進行高效精密加工。這些機床主要包括各種高速數(shù)控銑床、加工中心等。
目前在模具加工制造過程中，主要以普通 和電火花加工為主。普通機床加工模具型腔一般都是在熱處理前進行粗加工、半精加工和精加工，然后磨削，打磨拋光，費時又費力。電火花加工是在退火后進行切削加工，然后進行熱處理、電火花加工，最后經(jīng)過打磨、拋光。
隨著消費類產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，對模具的生產(chǎn)效率和制造品質(zhì)提出了越來越高的要求，電火花加工模具的生產(chǎn)效率低下和品質(zhì)不穩(wěn)定的缺點逐漸暴露出來。羅百輝表示,模具企業(yè)要縮短制造周期并降低成本，必須廣泛采用先進切削加工技術(shù),而代表先進制造技術(shù)的高速切削技術(shù)的出現(xiàn)，滿足了現(xiàn)代模具加工的要求與特點。
高速切削技術(shù)用于加工模具的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：
(1)大大提高了加工效率，不僅機床轉(zhuǎn)速高、進給快，而且粗精加工可以一次完成，極大地提高了生產(chǎn)效率，再結(jié)合數(shù)控技術(shù)，模具的制造周期可縮短約40%。
(2)高速切削加工模具既不需要做電極，也不需要后續(xù)研磨與拋光，還容易實現(xiàn)加工過程自動化，提高了模具的開發(fā)速度。
(3)采用高速切削技術(shù)可加工淬硬鋼，而且可得到很高的表面質(zhì)量，表面粗糙度低于Ra0.6μm，取得以銑代磨的加工效果，不僅節(jié)省了大量的時間，還提高了加工表面質(zhì)量。
為了實現(xiàn)模具型腔及其相關(guān)部位的高速加工，機床需要具備以下特點：
(1)大承重和高剛性這是由于模具正在向大型化方向發(fā)展，加工設(shè)備必須具有足夠大的臺面尺寸和工作行程與之適應(yīng)?，F(xiàn)在，幾噸到幾十噸的模具非常普遍，要求機床工作臺面能承受大重量。模具材料的強度和硬度都很高，加上常常采用伸長量較大的小直徑端銑刀加工模具型腔，因此加工過程容易發(fā)生顫振。為了確保零件的加工精度和表面質(zhì)量，用于模具制造的高速機床必須有很高的動、靜剛度，以提高機床的定位精度、跟蹤精度和抗振能力。
(2)高轉(zhuǎn)速和大功率高速加工是發(fā)展方向，高速銑削在模具加工中已顯示了極大的優(yōu)越性。為了適應(yīng)模具型腔曲面的加工，刀具的半徑應(yīng)小于型腔曲面最小圓周半徑，以免加工過程中刀具與工件發(fā)生“干涉”。由于刀具直徑小，因此要求主軸轉(zhuǎn)速非常高，國外高速加工機床主軸轉(zhuǎn)速已達到40000~100000r/min，快速進給速度可達30000~60000min。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次裝夾中完成，故主軸功率要大，中等尺寸模具銑床和加工中心的主軸功率常為10~40kW，有的甚至更高。
(3)能多軸聯(lián)動及良好的深孔腔綜合切削能力模具型腔多為復(fù)雜的空間6曲面及溝槽所構(gòu)成，且許多模具具有深孔腔。為了達到對3D曲面的高精度、高速度和高穩(wěn)定性加工，機床需要多軸聯(lián)動，且具有良好的深孔腔綜合切削能力?？梢圆捎梦遢S聯(lián)動加工中心，除了三個坐標(biāo)的直線運動外，還有兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的進給運動。銑頭或工作臺可以多軸聯(lián)動進行連續(xù)回轉(zhuǎn)進給，從而適用于加工具有復(fù)雜型腔曲面的模具零件。
復(fù)合加工是模具加工的發(fā)展方向之一。雖然加工中心已能將許多 工序復(fù)合在一臺機床上實現(xiàn)，但這仍不能完全適應(yīng)模具加工，將機械加工與電、化學(xué)、超聲波等不同原理加工方法進行復(fù)合，兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點的復(fù)合加工在今后的模具制造中將有廣闊的前景。
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