推動生產(chǎn)技術(shù)不斷進步的HSC和HPC
2008-05-07 10:26:57
十多年來，由于刀具材料、涂層和刀刃幾何形狀的不斷優(yōu)化和相互配合，以及高速加工機床、控制系統(tǒng)和編程技術(shù)的長足進步，有力推動了高速加工（HSC）和高效加工（HPC）技術(shù)的不斷發(fā)展。 <BR>高速加工 <BR>高速加工，由于顯著提高了切削速度和進給速度，從而大大縮短了加工時間，提高了工件表面質(zhì)量和加工精度。導(dǎo)致減少加工工序、簡化生產(chǎn)工藝流程，顯著降低了工件的加工費用。這些諸多優(yōu)點，使得高速加工技術(shù)在模具、航空、汽車工業(yè)等制造業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，并促使這些行業(yè)的制造技術(shù)和生產(chǎn)方式的變革： <BR>(1) 高速加工使得“生產(chǎn)率”和“柔性”兩個相互矛盾的特征參數(shù)融合到一起，從而在中、大批生產(chǎn)行業(yè)中用高速加工中心組成的柔性生產(chǎn)線替代傳統(tǒng)的剛性自動線，由此推動諸如汽車行業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。 <BR>(2) 高速加工也促成了工藝的替代，從而簡化了生產(chǎn)工藝流程。最典型的例子是在模具制造中用高速硬銑替代電火花加工。在這里，淬硬后的工件在一次裝夾下通過粗銑（有時還需進行半精銑）和高速精銑加工成成品。高速硬銑的應(yīng)用為模具制造實現(xiàn)CAD/CAM/HSC的集成創(chuàng)造了條件，高速硬銑工藝無疑給模具制造技術(shù)帶來了一次重大的變革。 <BR>自高速加工興起的10多年來，高速加工技術(shù)得到了越來越廣泛的推廣和應(yīng)用，并且影響著整個加工技術(shù)的發(fā)展，可以說，高速加工技術(shù)不僅是當(dāng)今加工技術(shù)中的關(guān)鍵工藝，而且也是屬于未來的加工技術(shù)。 <BR>在生產(chǎn)實踐中，通過高速加工，顯著縮短了基本時間。然而，純粹的高速加工其不足之處是輔助時間相對基本時間占有很高的比例（輔助時間∶基本時間從過去的7%∶93%到目前的35%∶65%，而對于鋁合金材質(zhì)工件的加工，該比例更高達(dá)50%∶50%），輔助時間已占到整個加工時間的（1/3～1/2）。過去的十多年中，人們特別致力于減少基本時間，而目前降低輔助時間重新又成為人們關(guān)注的重點。 <BR>高效加工 <BR>為進一步提高生產(chǎn)效率，近年來在采用高速加工的同時也越來越多地采用了高效加工（HPC）——通過提高單位時間材料切除量和對加工過程的全面考慮及優(yōu)化，進一步降低切削過程中的基本時間和輔助時間，進一步降低加工費用。 <BR>高效加工與高速加工不同的是，它并不只是限于提高切削速度和進給速度，而是把優(yōu)化材料切除率放在首位，旨在通過提高單位時間的材料切除量和降低加工時間（基本時間和輔助時間）來進一步降低加工費用。 <BR>材料切除率（Q）決定于側(cè)吃刀量（ae）、背吃刀量（ap）和進給速度（vf）。對于銑削加工，進給速度（vf）又取決于每齒進給量（fz）、刀齒數(shù)（z）和銑刀的轉(zhuǎn)速（n）。 <BR>單位時間的材料切除量可用如下公式來表示： <BR>Q=ae×ap×vf/1000=ae×ap×fz×z×n/1000(cm3/min)<BR>我們從上述表達(dá)式可以看出，材料切除率與5個切削參數(shù)有關(guān)，而且高效加工并不一定包括高速加工，但也可以包括高速加工，這意味著高效加工和高速加工之間不存在明顯的界限。應(yīng)該指出的是，對于高效加工，不論是采用的徑向吃刀量（側(cè)吃刀量ae），還是軸向吃刀量（背吃刀量ap），均要高于高速加工所采用的吃刀量。因此，在高效加工時，刀具要承受著較高的熱負(fù)荷，這就明顯限制了所采用的切削速度。 <BR>在高效切削工藝中，高效磨削和高效銑削占有重要的地位。隨著超硬CBN砂輪的開發(fā)和應(yīng)用，磨削速度和進給速度得到了大幅提高，采用高效磨削工藝，不僅具有很高的材料磨除率，并且還能達(dá)到很高的加工質(zhì)量。這種高效磨削工藝，使磨削工藝從純粹的精加工工藝發(fā)展成為一種通用的加工工藝。如采用電鍍CBN砂輪磨削合金灰鑄鐵的凸輪軸，工件直徑上的磨削余量為4.1mm，磨削速度90m/s，磨削時間只需12秒，其單位砂輪寬度的材料磨除率達(dá)到20mm3/mms。這樣，采用CBN砂輪進行高效磨削，就免去了常規(guī)工藝流程中車削或銑削這樣的預(yù)加工工序，而直接通過磨削實現(xiàn)了工件的粗、精加工。 <BR>對于銑削加工，銑刀所能達(dá)到的材料切除率已成為衡量銑刀加工經(jīng)濟性的一個重要指標(biāo)。近年來，諸如Franken、Fette和Iscar等許多刀具制造商相繼開發(fā)出了眾多的能以高進給速度進行加工的銑刀。這些銑刀的結(jié)構(gòu)雖不盡相同，但他們的共同特點是具有適合于實現(xiàn)高速進給的刀刃幾何形狀。這種幾何形狀的特點是切削刀刃具有一個很大的圓弧半徑，這不僅稍許限制銑刀的背吃刀量（ap），而且有利于獲得較好的加工表面質(zhì)量，以及由于銑刀較小的主偏角，使作用于銑刀上的徑向切削力大大減小，從而又有利于采用很高的每齒進給量進行加工，并獲得較高的材料切除率。 <BR>Franken公司(<A href="http://www.Frankentechnik.de">www.Frankentechnik.de</A>）的高效粗銑用的可轉(zhuǎn)位刀片Time-S-Cut，采用這種可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀與采用圓形可轉(zhuǎn)位刀<
