高效率加工技術(shù)的研究開發(fā)現(xiàn)狀

/高效率加工技術(shù)的討論開發(fā)覺狀高效率加工的新概念在金屬切削過程中，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給量加工方案，這是由大量切削實踐得出的結(jié)論。基于這一新的認(rèn)得，為適應(yīng)汽車制造業(yè)和航空制造業(yè)的快速進展形勢和不斷開發(fā)出新產(chǎn)品的市場需要，近來進展為一門嶄新的技術(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給量和很小的切削深度進行切削的。這種切削方案實際存在著很多問題，其中最大的問題是：重要目的是用于提高生產(chǎn)效率的高速切削，實際上并沒有提高生產(chǎn)效率。它要求機床在高主軸轉(zhuǎn)速下切削，但為提高機床主軸轉(zhuǎn)速來提高切削速度，往往是以降低進給量﹑減小切削深度為代價的。所以切除率很低，生產(chǎn)效率不高。當(dāng)然，這時機床的主軸功率可以很小。這一點對于那些尺寸精度、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教授開發(fā)討論的高效率加工技術(shù)，從開始就強調(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。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），進行了大量的切削試驗討論。從理論和實踐的結(jié)合上解決了很多技術(shù)難題。使高效率切削技術(shù)開發(fā)討論取得了長足的進展。高效率加工技術(shù)的關(guān)鍵在于：實行了選用或新設(shè)計出具有充足的機床主軸轉(zhuǎn)速與較大地傳遞力矩的本領(lǐng)的高功率﹑高剛性機床，進行大功率切削；選用目前最好的先進刀具材料；選用適合高速﹑大功率切削的先進的刀具夾頭；采納獨具風(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，在大量切削試驗的基礎(chǔ)上，對切削理論討論上的新突破，也是使這項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討論中驚詫地發(fā)覺：在大功率的高效率切削中的動力學(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：動力學(xué)條件重要是指工件和刀具間極短的接觸時間、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力學(xué)條件很差、技術(shù)上困難很大的小進給量的平面與圓弧面的銑削加工。這樣的加工會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。但這是在大進給量﹑大切削深度和中等切削速度條件下得到驗證的，無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)計出能進行大功率切削的機床要提高生產(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﹑進給量和切削深度有著緊密的關(guān)系。受切削動力學(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，只有選擇小進給量加工外）與適當(dāng)大的切削深度進行加工。再通過選擇盡量高而不是選擇很高的切削速度加以搭配，也能達到高切除率。但必需選用或新設(shè)計出具有充足的機床主軸轉(zhuǎn)速與較大地傳遞力矩的本領(lǐng)的高功率﹑高剛性機床，才能進行大功率切削。目前新設(shè)計的用于大功率切削的機床已能在24000r/min的（為機床設(shè)計的）中等切削速度條件下，對鋁合金零件進行大功率的粗銑加工。在一般高速切削中，機床供給的大功率通常是通過限制主軸轉(zhuǎn)速實現(xiàn)的。當(dāng)機床輸出功率不變，主軸轉(zhuǎn)速加添、切除率下降時，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。而削減進給量（加添了刀具與工件間的接觸時間），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，選擇很高的機床主軸轉(zhuǎn)速，實際上是無用的。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，對切削速度、進給速度和切削深度等切削參數(shù)進行認(rèn)真的選擇。例如：選用小直徑刀具加工鋁合金零件時，可以選擇高至100000r/min以上的主軸轉(zhuǎn)速和低進給速度加工。而加工大直徑的其它材料，相對選取稍低的主軸轉(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給速度，就可以使切除率達到5000cm/mm。由此可見，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)進行的保證之一。選用先進刀具材料從高效率切削原理方面來分析,在高效率切削過程中，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，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使切削系統(tǒng)產(chǎn)生猛烈的振動。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又能保證刀頭強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)計算機優(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，必需在使用前進行高精度平衡。選用先進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。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，實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)在試驗討論中，選擇在高功率的臥式加工中心上（由于它相對立式加工中心具有天然的自動排屑本領(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，使用機夾式多刃聚晶立方氮化硼（PCBN）立銑刀進行高精度的內(nèi)孔加工（通過程序掌控實行粗﹑精加工，進行內(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把鉸刀對孔進行粗精加工。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)省切削時間25%；另外，選用多刃涂覆硬質(zhì)合金粗銑刀，進行大平面去除余量的大功率銑削等獨具風(fēng)格的特別加工方案，都取得了良好的加工效果。目前，這項討論還處于開始階段，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)的市場競爭本領(lǐng)，具有很好的市場前景，因而必定會