随着技术的发展.doc

随着技术的发展，数控加工中心各功能部件作为柔性制造系统的基本设备构成已被企业广泛使用，用户主要关心的已不再是它的柔性，而是它的生产效率。绝不能说拥有了加工中心等数控设备，企业就有了很高的生产效率。据调查，许多加工中心的实际切削时间不到工作时间的55%。影响加工中心加工效率的因素很多，也很复杂。事实上，加工中心等数控设备生产效率可以提升的空间是很大的。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。在柔性制造系统的应用实践中，影响生产效率的因素是多样性的。现在许多企业和科研院所对生产中起较大作用的工艺重视程度不够，有些单位在系统设计中往往忽视工艺过程设计，或者编制的工艺指导性不强。这就使得实际生产过程中要花很长时间修改调整工艺，甚至有些产品要返回设计部门重新设计，如此一来，加工中心的加工效率大大降低。为了提高加工中心的应用水平，优选刀具及自动生成工艺参数是一个极其重要而又难以获得满意解决的问题。在实际工作中往往是依靠技术人员的经验和知识积累，因此要重视培养这方面的技术人才；另一方面，要加大这方面的研究，建立基本切削数据库，运用模糊数学，人工智能技术和基因遗传算法等研究成果，为解决这一难题开辟一条新途径。加工中心加工效率很大程度上取决于切削时间占加工中心工作时间的比例，这个比值越大，加工效率也就越高。现代加工设备的科技含量越来越高，对人员的素质要求也越来越高。如果操作不熟练，花在程序调试，加工中换工件等非加工时间上面的时间过长，致使加工中心加工效率低下。加工中心的加工效率与整个企业的管理水平有着密切的关系，要提高加工效率，就要研究和运用科学的生产管理，更要重视生产现场的管理数控机床的控制单元 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。 与普通机床相比，数控机床有如下特点： 加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。 加工中心 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工中心上经一次装夹后，能对两个以上的表面完成多种工序的加工，并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。 加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四轴和五轴加工中心。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/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60120m/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10m提高到5m，精密级加工中心则从35m提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。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50008000m/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10002000m/min，而国内只相当于国外的1/121/15，即国内干1215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。近年来，长城公司轿车发动机厂采用世界著名机床厂家的高速、高效加工中心组建了3条柔性机加生产线，与世界著名刀具厂家美国肯纳公司一起，结合所加工的产品精心选择刀具，正在努力实现高速高效切削。 （1）使用KSCM-AluMill面铣刀： 在缸体和缸盖生产线，我们将肯纳KSCM-AluMill面铣刀用于铝合金缸体和缸盖的平面铣削加工。此刀具由钢制刀盘和铝制刀体组成，在保证足够刚性的前提下减轻了重量，而且双金属结构也减少了加工振动。该刀具具有高金属去除率、低加工毛刺及高加工效率等特点，非常适用于高速切削。KSCM-AluMill面铣刀有5种形式的刀夹，不同刀夹相互搭配用于粗铣和精铣，可达到不同的表面粗糙度，也可同时安装粗铣和精铣刀夹，粗精加工一次完成，缩短加工时间，提高工作效率。 实际加工中我们选用了适用于加工低硅铝合金，具有高耐磨性、高寿命的KD1415和KD1420两种PCD切削材料刀夹。KD1415刀片硬度较高，适于加工余量均匀，硬度一致的表面，因此将其用于缸体、缸盖上下和前后表面的精加工；KD1420刀夹，刀片韧性较好，适用于余量不均匀，硬度不一致的表面，将其用于粗加工。精加工后，缸体、缸盖上下面、前后面等大平面的平面度误差最大不大于0.02mm，最小达到0.0034mm，平均平面度误差不大于0.01mm，表面粗糙度低于Ra0.8，加工节拍满足要求。KSCM-AluMill面铣刀更换刀夹时，仅做轴向调整，不需要径向调整，具有调整方便、调整时间短和调整精度高的特点，在长城公司实际使用时实现了轴向调整偏差不大于0.003mm，使切削负荷均匀分布到每个刀齿上，有效地延长了刀具寿命。经几个月的试加工，KSCM-AluMill面铣刀铝合金加工效果良好。 仅举缸体顶、底面精铣为例，顶面精铣刀盘100、Z12（9个精铣刀夹、3个修光刀夹），修光量0.0080.002mm，整体焊接PCD刀片；加工参数：V2500m/min，fz=0.12mm/z，Vf11.5m/min；精铣后实测试件，表面粗糙度Ra0.8，平面度误差0.004，节拍满足要求。底面精铣刀盘200、Z24（18个精铣刀夹，6个修光刀夹），加工参数：V2500m/min，fz=0.12mm/z，Vf=14.3m/min；加工后实测试件，表面粗糙度Ra0.8，平面度0.004mm，节拍满足要求。 （2）复合加工刀具：复合加工是提高加工效率的一个非常有效的手段，几个加工内容用一把刀在一次加工中完成，减少了换刀次数，节约了辅助时间，提高了生产效率。阶梯钻是最简单也是最常见的一种复合加工刀具，带倒角刃的钻头就是最简单的阶梯钻。在缸体、缸盖孔系加工中，孔口需要倒角的钻孔加工都选用了这种简易阶梯钻，取得了良好的效果。例如，肯纳直槽180顶角TX阶梯钻头，钻孔时径向力几乎为零，4条直线刃带沿圆周对称分布，导向性好，兼具修光作用，使钻孔的直线度和位置度得到大幅提高。缸体和缸盖孔系加工中，选用的另一种复合钻头是圆周均布3个切削刃的TF钻头，它钻芯比二刃钻头厚、强度高，弥补了硬质合金韧性差的弱点；刀尖前端特殊形状，可自动定心，不需加工中心孔；切削刃多使每转进给量增大（切铝时可达20m/min），强度高，可进行高速切削（切铝时最高可达1000m/min），从而大幅度缩短了加工时间，提高了加工效率，尤其适于深孔加工，尺寸精度最高可达H9，位置精度最高可达11m，粗糙度Rz2025。 在长城曲轴生产线，选用了肯纳整体硬质合金SE阶梯钻头，与普通高速钢钻头相比有更高的钻孔圆度，高速钢钻头的钻孔圆度最高可达到20m，而SE钻头的钻孔圆度仅为前者的1/5。按照这一钻孔形状精度，我们完全可以考虑免去扩孔这一工序，在某种场合，甚至可以替代要求不高的铰孔（譬如挤压螺纹的螺纹底孔）。这种钻头的特点是横刃修磨的较短，可减少轴向力近50；钻芯附近前角为正值，因此切削刃更锋利；槽形为抛物线型，钻芯厚度更大，钻头强度更高、刚性更强；有两个喷油冷却孔，冷却条件好；圆弧形切削刃和排屑槽型布置合理，便于切屑断裂成小块顺利排出。该钻头用于曲轴前后端钻孔，效果良好。 （3）精密孔加工刀具：现代工业的飞速发展对孔的尺寸精度、几何形状及表面粗糙度提出了更高的要求，尤其是汽车工业，即要求高精度又要求大批量，因而迫切需要高效率的精密孔加工刀具。金刚石铰刀正是适应这种需要而发展起来的一种精密刀具。在缸盖生产线导管和座圈底孔等工位，使用了肯纳多刃整体焊接PCD铰刀；缸体缸盖定位孔的精加工，使用了肯纳Bencere分体式可转位PCD铰刀，实现了高速高效切削，充分发挥了高速加工中心的性能，大大提高了加工效率。现场实际抽测部分产品?8、?10和?13三组孔，尺寸变动范围在0.014之内，尺寸精度最大误差不到公差的60，平均误差小于0.005mm，孔的表面粗糙度Ra0.8。 缸体曲轴孔精加工和缸盖凸轮轴孔精加工使用了肯纳BencereQUATTRO-CUT刀具，4刃可转位刀片安装在高精度锯齿状刀窝中，尺寸精度控制在级。与传统分体式可转位刀具相比，QUATTRO-CUT刀具只需调整刀片径向高度，不需要调整刀片背锥，缩短了调整时间。按抽测记录，精镗曲轴孔。尺寸精度加工误差0.018mm，同轴度误差0.016mm，最小误差仅0.0021mm，粗糙度Ra1.6；精镗凸轮轴孔，同轴度误差0.007，最小误差为0.0014mm，圆度误差0.002mm，位置度误差0.063，最小误差为0.0148mm，尺寸精度偏差0.018mm，最小偏差为0.0044mm。两组孔的加工都能满足节拍要求，试加工至今已累计生产几百件，效果良好。 （4）缸孔和曲轴加工刀具：长城公司缸体生产线上的缸体，缸孔镶铸铸铁缸套，缸孔粗加工是大余量的铸铁加工，需要刀具有高的强度和韧性，经仔细斟酌使用了肯纳Fix-Perfect刀具。Fix-Perfect刀具系统是一个不同正负角组合的产品系列，其特点在于：刀片负的径向前角和正的轴向前角，正的轴向前角减小了轴向切削力，并且与负的径向前角形成了很好的剪切作用，便于断屑。正的轴向前角使切削力向着主轴，使铣刀工作更稳定；而且，负的径向前角能使最早切入工件的“冲击点”离开刀尖，对刀尖起保护作用。刀片立装，刀刃的下部有较强的实体支承，增加了刀刃强度。Fix-Perfect刀具加工精度、表面粗糙度都不错，惟一不足就是寿命太低。 在曲轴生产线上，主轴颈及前后端轴颈的加工全部使用了KM工具系统。KM工具系统由美国肯纳金属（Kennametal）公司及德国WIDIA公司联合研制，其基本形状与HSK很类似，也是采用了1:10的空心短锥配合和双面定位方式。其主要的差别在于夹紧机构的不同，KM刀柄是使用钢球斜面锁紧，夹紧时钢球沿拉杆凹槽的斜面被推出，卡在刀柄上的锁紧孔斜面上，将刀柄向主轴孔拉紧，刀柄产生弹性变形使刀柄端面与主轴端面贴紧。KM工具系统具有高刚度、高精度、快速装夹和维护简单等优点。试验证实，KM刀柄的动刚度比HSK系统更高。 在曲轴主轴颈、前后端轴颈的车削加工中使用了KC9315等涂层硬质合金刀片，该刀片CVD复合涂层中有很厚的K-MTCVD氧化铝层，抗磨损性能极佳，厚的KMTCVDTiCN涂层确保了长寿命，可以进行高速连续切削或者轻微断续切削，特别适合加工灰口铸铁或延展性铸铁。在曲轴加工中切削速度达到223m/min，节拍满足要求，实现了高速、高效加工。当前，机械行业的发展形势一派大好。能源、交通、基础设施建设等行业对机械产品的需求十分旺盛，使一些企业的产品订单已经排到了2008年甚至更远，企业完成生产任务的压力很大；与此同时，很多企业也还面临着来自市场的交货期与价格的竞争。在这样的形势面前，不少企业都面临着生产任务繁重与切削加工效率低下的矛盾，在想方设法提高加工的效率。 尽管近年来我国的切削加工及刀具技术已取得一定的进步，但与现代切削技术的先进水平相比，总体上仍存在着不小的差距。在这种情况下，应用先进的切削技术及刀具提高企业的加工效率大有潜力可挖，对于保证生产任务的完成可发挥重要的作用。这也是全行业难得的大抓切削技术的好时机。 那么，如何应用现代切削技术提高企业的加工效率呢？可以从以下几方面入手： 首先，近几年切削技术迅速发展的一个重要标志是刀具材料性能的不断改善和涂层技术的快速进步，尤其是量大面广的硬质合金材料及其车刀、铣刀可转位刀片。各刀具公司新开发的硬质合金刀片牌号似雨后春笋，其品种遍及切削加工的各个领域。通常一种新牌号的推出可使切削效率提高20%30%，有的甚至高达100%。 因此全面审视企业长期使用的老材质，淘汰一部分老牌号，采用相应的新材质、新牌号，尤其是用涂层牌号代替非涂层牌号，对于提高加工效率可以收到立竿见影的效果。 其次是快速发展的新的刀具结构，对提高加工效率同样有重要的作用。如山特维克可乐满新推出的CoroDrill880硬质合金可转位浅孔钻，由于在刀具(片)的结构上作了重大改进，与原来的浅孔钻比较，进给速度或切削速度可提高将近一倍，加工效率可提高70%左右，并且可以获得更好的加工精度和表面质量。又如哈尔滨汽轮机厂在生产国内首台60万千瓦超临界汽轮机组时，遇到了大直径深孔加工的难题，如果用传统的孔加工刀具加工，每个孔要6.7小时，便无法完成加工任务。后来该厂采用肯纳金属公司的一种复合钻，每个孔的加工时间只需0.5小时，减少加工时间约93%，原先40天没有完成的约200个深孔的加工任务，5天就全部完成了。可见企业应积极利用丰富的先进刀具资源提高加工效率或解决生产中遇到的加工难题，并以此为契机，不断提高企业切削技术和刀具的应用水平。 肯纳金属公司的复合钻第三，近几年工具工业为某些机械行业开发的新型刀具，具有高效或创新工艺的特点，对推动行业加工技术的进步起到重要作用。如为模具工业开发的插铣(钻)刀、多功能铣刀、大进给铣刀、牛角铣刀等刀具，对提高模具加工效率、革新模具加工工艺发挥了十分重要的作用。因此，企业要利用参加培训班、研讨会、参观展览会等学习机会，及通过杂志广告、专业网站等信息渠道，及时了解和收集本行业刀具的最新进展，为我所用，使企业始终保持着先进的切削加工水平和领先的加工效率。 此外，切削技术有一部分共性的成果，如代替焊接刀的可转位刀具、刮光车刀片和带前角的螺旋刃铣刀片等可转位刀片、可代替通用高速钢刀具的整体硬质合金钻头、立铣刀等刀具，这些刀具对提高量大面广的车、铣、钻工序的加工效率有普遍效果，并早已为生产实践所证明，目前已在我国的部分企业中得到应用。但是不可回避的事实是仍有相当多的企业因各种原因至今没有充分采用这部分技术，沿用着早已落后的刀具，从而长期制约着企业的发展。企业应有计划有步骤地采用通用的先进切削技术和刀具，迅速改变刀具的落后面貌。 以上关于刀具对企业发展的作用只说到了满足企业现实需求的方面，而切削技术和刀具作为机械加工最主要的基础工艺，对企业长远的发展有更加重要的作用，因为它是企业建设自主开发体系和提高技术创新能力的重要组成部分。企业的创新包括产品的创新和制造工艺的创新。对于产品创新，完成结构设计只是新产品开发的第一步，它的投产往往还要经过制造工艺的创新，并且只有包含着制造工艺决窍的新产品，才是一个有生命力的产品。因此制造工艺的创新是企业发展的关键技术。而在制造工艺创新中切削工艺和刀具的创新占有重要的地位。如目前飞机工业中使用新型的铝合金整体薄壁构件代替原来的焊接、铆接的组装构件，使构件的重量减轻、强度提高、制造成本降低，而这种整体薄壁构件的最终能够投产应主要归功于铝合金的高速切削新工艺的开发。 制造业发展的一个重要因素是不断引入新的材料。这些新材料往往可满足零件更恶劣的工作条件，从而提高产品的性能。可是这些新材料的一个共同特征是可切削性差。因此，新材料能否投产取决于能否开发出新的切削工艺和刀具。近几年，欧洲的汽车工业引入一种新的铸铁即蠕墨铸铁(CGI)用以制造发动机的缸体、缸盖等零件，可减轻发动机的重量和提高工作压力，有利于节能和环保，受到汽车工业的青睐，并预言它将引起汽车工业的革命。可是这种新材料可切削性比灰铸铁差，刀具寿命短，加工效率低，必须开发新的刀具和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/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60120m/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10m提高到5m，精密级加工中心则从35m提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。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50008000m/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10002000m/min，而国内只相当于国外的1/121/15，即国内干1215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350 m/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(5067HRC)和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具，其中加工硬度6065HRC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，加工铝合金件时,主要采用PCD和金刚石膜涂层刀具；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具；硬质合金涂层刀具（如涂层TiN、TiC、TiCN、TiAIN等）虽然硬度较高，适于加工的工件范围广，但其抗氧化温度一般不高，所以切削速度的提高也受到限制，一般可在400500m/min范围内加工钢铁件，而Al2O3涂层的高温硬度高，在高速范围内加工时，其耐磨性较TiC、TiN涂层都好。此外，刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量有很大影响，高速切削时的刀具前角一般比普通切削时小10，后角大58。为防止刀尖处的热磨损，主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，以增大局部刀尖角，增大刀尖附近切削刃的长度和刀具材料体积，以提高刀具刚性和减少刀具破损率。（3）加快涂层技术的开发刀具涂层技术自从问世以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，在刀具中所占比例已超过50%。在21世纪初，涂层刀具的比例将进一步增加，有望在技术上突破CBN涂层技术，使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用(包括精密复杂刀具和成形刀具)，这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外，纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快，涂层将成为改善刀具性能的主要途径。（4）选择高精度刀片刀片精度低，跳动量太大，面铣刀加工的平面光洁度将降低，甚至出现沟状。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在25m。随着数控机床的发展，相应出现刀片的表面改性涂层处理（基体为高速钢、C类硬质合金、i基类金属陶瓷），很大程度上提高了刀片精度。与此同时，出现了各种新型可转位刀片结构，如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段，可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能，开发出具有最佳加工效果的刀片，以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求。（5）提高加工表面质量在保持相同的切削效率(即相同Q值)下，提高切削速度可改善切屑形成过程和增加切削阻尼，抑制颤振，相应地减少每个刀齿的进给量能降低切削表面轨迹形成的残留高度，改善表面粗糙度，从而有利于精密零件和模具的加工（6）建立合理的刀具储备这里的刀具是指高切削效率刀具，而这些刀具的价格较高，相同直径的铣刀，好刀具的价格可能是普通刀具的几倍甚至十几倍。如果一个企业长期存放一大批好刀具，而这些刀具又可能长时间用不上，则造成资金积压。但如果平常一把刀具也不储备，或储备数量太少，很快就用完了，而新刀具一时又买不到，这样必然会影响数控加工的效率。绝大多数企业的加工中心的刀库均可容纳40把刀具以上，并有60、90、120等不同刀数的刀库可供选择。刀具之间交换时间越来越短，德国STEINEL公司的BZ26，日本MAKINO公司的MCC86，美国CINCINNATI公司的MAXIM500型加工中心的换刀时间只需34s。（7）设计简易的磨刀夹具机夹铣刀盘效率高，使用方便，深受操作者欢迎，但刀片消耗量大，使用成本高，而且多数情况下刀片的损坏是由于刃口磨损造成的，因此刀片的重磨再利用对工厂来说可获得较高经济效益。硬质合金刀片的硬度高，磨削效率低，采用单片磨削将达不到节约的目的，需设计出高效简单的夹具，实现一次装夹多个刀片。（8）加工方式的选择加工方式可分为顺铣与逆铣两种。而加工中心的机械传动系统和结构本身就有较高的精度和刚度，相对运动面的摩擦系数小，传动部件的间隙小，运动惯量小，并有适当的阻尼比，因此可以采用顺铣的方式加工，以提高加工效率。此外，根据加工经验，顺铣比逆铣时刀具寿命要提高1倍多，采用不对称的立铣方法，刀具寿命可提高23倍。（9）选择合理的加工路线数控机床特别是4轴以上加工中心，一般是一次装夹、多方位加工，并且都有刀库，可自动更换刀具，一次加工成形。因此确定正确简洁的加工路线，是保证加工质量和提高效率的基础。编程时确定加工路线的原则主要有：应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求；应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间；应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。如对于位置精度和尺寸公差要求高的孔加工来说，孔直径小于1820mm的加工工艺路线为：钻中心孔钻孔扩孔铰孔，而对于孔直径大于1820mm的加工工艺路线则为钻孔扩孔粗镗孔精镗孔。此外，通过对加工工艺的综合应用，减少工件的安装次数，可有效缩短搬运和装夹时间。例如将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。（10）工件装夹的选择数控加工时由于工序集中的原因，在对零件进行定位、夹紧设计以及夹具的选用和设计等问题上要全面考虑。首先，应尽量采用组合夹具，由于通用夹具的柔性差、定位精度相对较低，当产品批量比较大、加工精度要求高时可以设计专用夹具。其次，在选择工装时应有利于刀具交换和在线测量，避免发生碰撞干涉。（11）加工中心的辅助设备要配套在加工中心采用如刀具预调仪，自动测量装置，精密的检测仪等测量装置。采用自动测量装置时，操作员无须对零件的定位保证非常精准，也不需要操作员时刻移动和调节零件以配合加工程序的某些固定坐标系，可以减少装夹时间。借助测量，原来包括装夹时间在内需要2.5小时的一个工序降低到了1.5小时。此外，这些测量装置的应用还可以降低加工误差。（12）操作人员技能与知识培训 加工中心的加工效率在很大程度上取决于切削时间占加工中心工作时间的比例，这个比值越大，加工效率也就越高。同时，现代加工设备科技含量越来越高，对人员的素质要求也越来越高。而实际生产中，由于人员技术水平低，操作不熟练，花在程序调试、加工中换工件等非加工时间上的时间过长，致使加工中心加工效率低下。另外，他们的专业知识太少，对数控加工的原理、数控工艺、数控刀具和切削参数的选择等方面缺乏科学性的指导。因此，建立一套完善的培训体系，编写适应现代切削加工技术发展的新教材，加强技术人员对理论知识的学习，加强企业内部和外部的技术交流是十分必要的。数控铣床加工的工件一般都比较复杂,也经常用到一些夹具,这样既有利于提高加工效率也利于保证加工精度。笔者在实际批量生产加工一种电子秤的零件时,就曾遇到了带有曲线对称零件的正、反面加工倒角的问题。 针对这类零件我设计了一套夹具,用此夹具装夹工件进行加工时,能有效地减少工件的装夹和定位时间,提高了加工效率和加工精度,工件批量较大时价值更加明显。下面将具体阐述以供大家参考。 1.问题提出 数控铣床加工吊耳零件(如图1所示)时要求倒角2mm45,工件其他工序已经完成,两大面已经加工好,两个孔已经镗削加工完毕,外圆弧余量23mm。在数控铣床上要求加工周边圆弧和倒角,圆弧边一次装夹可以加工完成,但是倒角需要正、反两次装夹才可以完成。在加工时外圆弧采用直径40mm的铣刀全厚度加工,为了提高效率不分层。具体加工工艺过程:工件找正加工外圆弧倒角翻面装夹进行反面倒角。这时关键就在于正、反两面要求倒角均匀一致,在加工过程中会存在以下几个问题: (1)工件在找正时存在不便。从图1可以看出这个工件只能以中心孔来进行定位装夹,而找平两个孔中心连线是比较费时、费事的,更何况是批量生产。 (2)就算找正了工件,加工中也会出现问题,外圆弧还好控制,但是两边的倒角就不好保证了。经常是正面加工合格,反面加工的时候,反面的圆弧就会出现一边过切一边切不到的情况。 (3)此工件基本上每个月都要加工一批,每批在50100件不等。 综上所述,在实际加工过程中有必要设计和制作一个简单的夹具,能使工件进行简便、快速、准确的定位装夹,以保证加工时的圆弧精度和倒角精度,而且夹具力求结构简单,制作方便,有一定的通用性,可供长期使用。 2.问题分析 对于这种加工要求的工件,首先是如何能准确地进行定位装夹,找正是关键。工件以两个孔来进行定位装夹,一般都采用一柱一销的方法。所以我们首先采用了图2所示的夹具来进行工件的装夹、加工。 1.垫板 2.圆柱定位销 3.开口压板 4.螺母 5.削边定位销 6.T形块 垫板1支撑工件,为加工外圆弧给刀具留出走刀空间,两个孔由镗床加工,保证孔距为工件标准孔距。圆柱定位销2、削边定位销5用来定位工件;开口压板3可以快速装卸工件提高效率;T形块6将夹具固定在工作台上。 方法步骤如下: (1)先将削边定位销紧固在工作台上。 (2)再将垫板、圆柱定位销装上,但是圆柱定位销不可紧固死,而是稍微给一定的预紧力即可。 (3)利用百分表找正两个销的中心轴线,使其水平,录入数控机床。 (4)装上工件,压紧压板。 (5)数控机床执行已经编制好的数控程序,首先加工外圆弧,然后倒角。 (6)卸下工件,翻转过来再次装夹,加工反面倒角。 经过几批零件生产实践后,我发现其中还是存在不少问题: 首先,工件找正、刀具对刀还是比较麻烦。例如:工件的找正只能用百分表测量两个圆柱的外圆,而且由于采用的削边销,找正就更为不便,误差有时比较大。 其次,由于整个工件在加工过程中是靠两个T形块、螺栓、螺母、压板进行压紧定位,紧固程度显得有些不够,加工过程中在切削力的作用下会发生微小位移。致使反面轮廓倒角经常出现一边有、一边无的情况。 再有,一旦出现夹具松动,又要进行重新找正。对于这类问题,我觉得关键在于夹具上,夹具不解决,效率、精度将无从谈起。所以对这个夹具做了进一步改进。 3.问题处理 那么如何解决此类问题,以便我们在加工过程中能够尽可能地提高效率、增大夹具刚性,我构思设计一个夹具,能实现以下功能: (1)夹具在机床上找正不再通过圆弧而是变为利用百分表找直线,这就简化了很多。 (2)将几个夹具零件合为一个,减少了定位误差,也增加了刚性。 (3)改变了夹持力的受力点,提高了加工过程中的稳定性。 经过改进,在原来的夹具下面加了一块大的垫板,并将这块大的垫板与原来夹具中的垫板、圆柱定位销和削边定位销4个部分合成一体。为了保证精度,利用加工中心进行仔细加工,关键保证两点:大的垫板上边与两圆柱中心线要平行,平行度误差不大于0.015mm。这样夹具找正的时候只需要用百分表找正直边就可以了,而且方便易行。两圆柱与大垫板底面的垂直度误差不大于0.015mm。 改进后方法步骤如下: (1)找正夹具直边。 (2)数控机床执行已经编制好的数控程序,首先加工外圆弧,然后倒角。 (3)卸下工件,翻转过来再次装夹,加工反面倒角。 经过几批零件加工实践,效果很好,对刀找正方便、夹具整体刚性好、倒角对称均匀。零件外观质量得到了客户的好评。 4.效果总结 此夹具在实际生产应用中,极大地提高了装夹速度,提高了生产效率,同时加工精度也有了保证。我们将改进前与改进后的夹具做一个对比(一批零件50个): 使用改进前的夹具: (1)一批零件加工过程中至少要重新找正34次。 (2)由于夹具刚性不好,切削力不能过大,所以有时候不得不分层加工。 (3)经常出现倒角不均匀的现象,直接影响零件外观。 (4)加工一批零件50个要3天左右。 使用改进后的夹具: (1)一批零件加工过程中不用重新找正。 (2)刚性提高不用分层加工。 (3)倒角均匀,外观漂亮。 (4)加工一批零件50个一天半左右,效率提高一倍。 此夹具还可以用在其他的类似工件加工上,方便、高效、可靠。摘要如何利用和发展数控加工,实现高效数控加工(High Efficiency NC Machining)已成为企业普遍关心的大事。许多企业中数控加工效率低下,数控制造能力不足已成为较突出的共性问题。如何通过高效数控加工技术的研究提高数控制造技术水平,提高数控加工的能力,是摆在我们面前的严峻课题。实现高效数控加工对增强企业的综合竞争力,提高可持续发展能力都具有现实意义。 关键词提升效率 数控机床 切削刀具 一、提升数控加工的意义所在 数控机床具有生产效率和加工自动化程度高,零件的加工精度和产品的质量稳定性好,能完成许多普通机床难以加工或根本无法加工的复杂型面加工,几乎不要专用的工装卡具、减少在制品,提高经济效益和大大减轻操作工人的劳动强度等一系列优点。随着制造业的迅速发展,大力发展以数控机床为先导的装备制造业已成为我国政府的一项产业政策,将对数控机床的发展产生重大的影响。用好数控机床提高数控机床的利用率具有重要的现实意义,它不仅能增加企业的效益,而且还有助于提高我国制造业的整体素质和加快建设制造强国的进程。 二、影响数控机床加工的因素 1.数控机床应用水平不高 数控加工在中国制造业中已经有了较长的使用时间,虽然有严格的数控机床操作规范、良好的机床维护保养,但是其本身的精度损失是不可避免的。为了控制产品的加工质量,我们定期对数控设备进行检测维修,明确每台设备的加工精度,明确每台设备的加工任务。对于大批量成批生产的零件加工工厂,应严格区分粗、精加工的设备使用,因为粗加工时追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度,精加工则相反,要求高的加工精度。而粗加工时对设备的精度损害是最严重的,因此我们将使用年限较长、精度最差的设备定为专用的粗加工设备,新设备和精度好的设备定为精加工设备,做到对现有设备资源的合理搭配、明确分工,将机床对加工质量的影响降到了最低,同时又保护了昂贵的数控设备,延长了设备的寿命。 2.操刀次数及位置不合理 利用数控车床进行批量生产、特别是大批量生产时,在保证加工质量的前提下,提高加工效率、确保加工过程的稳定性是获得良好经济效益的基础。数控车削批量加工时,选择简便的换刀方式,是减少换刀辅助时间、减少机床磨损、降低加工成本的有效途径。改进换刀点设置是为达此目的进行的有效尝试之一。为此,在夹具选择、走刀路线安排、刀具排列位置和使用顺序等方面都要精细分析、优化设计,改进换刀点设置,减少运行成本,提高加工效率。 3.编程技巧不强 程序的效率直接影响着机床的工作效率,所以优化编程质量是提高数控机床工作效率的一个重要方法。首先,熟悉机床的指令,充分开发机床的内部功能,寻找高效的编程和加工方法。其次,大力推广计算机编程,加强计算机切削模拟,提高程序的可靠性,从而减少或取消在数控铣床上调试程序的时间。再次,合理编程,尽量减少机床走空刀的情况。三、提高数控机床加工效率的措施 1.培养优秀的数控技术人才 数控机床虽然智能程度提高,但是人的作用却至关重要。没有技术好的编程人员,数控机床的效率就不可能得到有效提高,没有好的机床操作者就达不到最佳加工方式,产品的废仿示突崽岣?同时也会大大降低数控机床的使用效率和缩短机床的使用寿命。因此,要提高数控加工的效率,就必须培养出优秀的数控技术人员。 2.对数控机床实施科学管理 数控机床不同于普通机床,不能把管理普通机床的方法照搬到数控机床上。据一些使用数控机床较早的用户多年管理实践证明,凡是数控机床较多的单位,以相对集中管理的方式较好,即“专业管理,集中使用”的办法。工艺技术准备由工厂工艺技术部门负责,生产管理由工厂下达任务统一平衡。有条件的可以采用计算机集成管理的生产方式。由计算机把数控机床生产所需的各种作业和加工信息管理起来,实行信息共享,以减少生产准备时间,优化物流路线,可有效的提高生产率。 3.合理选择切削刀具 刀具的选择是保证加工质量和提高加工效率的重要环节。为了提高生产率国内外数控机床尤其是加工中心正向着高速、高刚性和大功率方向发展。这就要求具必须具有能够承受高速切削和强力切削的性能,而性能要稳定。在选用刀具材料时,凡加工情况允许选硬质合金刀具时,就不应选用高速钢刀具。有条件的选用性能更好更耐磨的刀具,如涂层刀具、立方氮化刀具、陶瓷刀片等。 这里特别强调一下球头刀具的使用,在进行自由曲加工时,由于球头刀具的端部切削速度为零,因此为保加工精度,切削行距一般取得很密,故加工效率很低。平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头具。因此,只要保证不过切,无论是曲面的粗加工还是加工,都应优先选择平头刀。 4.编制理想的加工程序 数控机床使用水平的高低不但与设备操作者的技术水平有关,而且很大程度上取决于编程人员的编程技巧和机械加工工艺水平的高低。一个好的程序应该是:在保证加工质量的前提下,程序段最少、工件的加工周期最短。为了缩短非切削时间,提高效率。在编程时可考虑下列问题:指令并行执行,由于数控程序的执行方式是逐行执行,降低非切削时间,可将各种指令结合在同一行执行。即根据各类指令所完成的动作“使不会发生动作干涉的部分指令并行执行。”例如:可把主轴的启动&停转与快速移动、定位相重合。把刀具的准备与寻位,切削过程相重合。这样就减少了非切削时间,减少换刀次数。除了,在优化工艺路线中,提及的措施外,在有一定的生产批量。且在机床功率和主轴刚度允许的情况下,可以采用复合刀具。多轴小动力头,多刃刀具进行加工,这就能够减少换刀次数及其辅助时间,多点位换刀,编程人员为了保证加工中心换刀时的安全,刀具不碰到工件或夹具和编程方便。换刀点一般都设在远离工件的位置并将换刀点固定。即所有的换刀都在这个确定的换刀点进行,这种方法的好处是:换刀安全、简单、方便。其不足是:此方法可能造成退刀路径的增加,退刀过程中转折点的增多,从而导致换刀时间的延长,致使加工效率下降。为了解决这一问题,可根据各工步加工表面的位置及刀具、工件、夹具之间的空间关系。设置多个换刀点,以减少退刀过程中的停顿,定位次数。由于这样减少了换刀过程中主轴快速移动距离和移动中的停顿定位次数”故有效降低了非切削的辅助时间。摘 要：螺纹加工是加工中心非常重要的应用之一，螺纹的加工质量和效率将直接影响零件的加工质量及加工中心的生产效率。本文通过总结实际加工中常用的螺纹加工方法，对螺纹加工刀具的选择、数控编程方法及注意事项进行了分析和说明，使数控加工工艺人员能够较快的掌握螺纹加工方法，提高加工中心的使用效率。摘 要：螺纹加工是加工中心非常重要的应用之一，螺纹的加工质量和效率将直接影响零件的加工质量及加工中心的生产效率。本文通过总结实际加工中常用的螺纹加工方法，对螺纹加工刀具的选择、数控编程方法及注意事项进行了分析和说明，使数控加工工艺人员能够较快的掌握螺纹加工方法，提高加工中心的使用效率。关键词：螺纹 丝锥加工 铣削加工螺纹加工是加工中心非常重要的应用之一，螺纹的加工质量和效率将直接影响零件的加工质量及加工中心的生产效率。随着加工中心性能的提高及切削刀具的改进，螺纹加工的方法也在不断改进，螺纹加工的精度和效率也在逐渐提高。为了使工艺人员能够在加工中合理选择螺纹加工方法，提高生产效率，避免质量事故，现将在实际中常用的几种螺纹加工方法总结如下：1. 丝锥加工法1.1 丝锥加工的分类及特点采用丝锥加工螺纹孔是最常用的加工方法，它主要适用于直径较小（30），孔位置精度要求不高的螺纹孔。在20世纪80年代，螺纹孔均采用柔性攻丝方法，即采用柔性攻丝夹头夹持丝锥，攻丝夹头可做轴向补偿，补偿机床轴向进给与主轴转速不同步造成的进给误差，保证正确螺距。柔性攻丝夹头结构复杂，成本较高，容易损坏，加工效率较低。近年来，加工中心的性能逐步提高，刚性攻丝功能成为加工中心的基本配置。因此，刚性攻丝成为目前螺纹加工的主要方法。