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细说高效高速加工
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  提高生产率是机械制造领域的永恒课题,也是当前机械制造领域普遍关注的问题。高速加工是目前获得高生产率的重要手段,关键在于创造条件,迅速普及。

  机械制造领域当前发展的特点是:难切削材料的大量出现使加工难度明显增加;加工中也提出了许多需要迫切解决的课题,如硬切削;为了保护环境,要求少用或不用切削油剂,即实现干切削或半干切削。总之,机械制造面临许多难题,在这样的情况下,为了提高生产率,必须综合利用有关的一切技术进步。特别是航空航天工业系统,由于难加工材料多、结构复杂、研制周期短、单件小批量产品多的特点,如何提高生产率,缩短生产周期,一直是科技人员长期关注的重要问题,也是航空航天系统必须抓紧解决的问题。

  从另一方面看,当前科技发展迅速,如何将新的技术和工艺移植过来,十分迫切。值得注意的是,当今世界,科技发展迅速,极大地推动了机械制造各个方面的飞速发展,出现了提高生产率的多种方法和手段。众所周知,单晶天然金刚石刀具的研磨难度很大,一般采用高磷铸铁研磨盘,以金刚石粉末作磨料,效率极低。

  最近日本报道,采用低含碳量、低导热率的不锈钢304(日本的牌号)制造成圆盘,将金刚石压在4000r/min的回转盘上,温度控制在800℃,金刚石的去除率极高,达到0.94mm3/min,工作时不使用磨料,而是利用物理、化学的作用,被称为热化学加工,这是打破常规的方法;又如最近的快速成型(RP),可以在没有模具的情况下成型,省去了模具制造的周期;电火花线切割的切割速度在国内的快走丝机床上可以达到70mm2/min,瑞士的AGIE公司的机床可以达到500mm2/min,而日本三菱电机的机床则可达到550mm2/min,达到了一般的铣削速度现在开展的高速磨削速度已经达到60、120m/s,甚至到200m/s,在实验室已达到500m/s,而一般的磨削速度仅为30~35m/s。高速磨削是高效磨削方法,其切深浅,走刀速度大;另外一种蠕动磨削与高速磨削刚好相反,切深大,走刀速度小,但都是高效磨削,只是切削用量不同,所以有人形象地比喻为“龟兔赛跑”,各有所长。1931年,德国的CarlSalomon提出了有名的预言:一般切削速度与切削热是同步增加的,但是经过一个切削不了的死谷后,切削速度即使增加;反而会出现切削热下降,今天,铝的切削速度已经达到了5000m/min,CarlSalomon的预言将被揭示。

  综上所述,都是以提高切削速度作为提高生产率的重要手段,当然这不是全部,尚有待开发。因为高速加工主要体现在铣削方面,所以下面就以机械加工中心为主进行介绍。

  机床发展是高效高速加工的前提条件

  当前由于机床制造技术的迅速发展,机械制造领域正在酝酿着巨大的变化。数控机床发展成多轴机械加工中心,集约各种工序为一体,明显地缩短了辅助时间,提高了生产率,同时减少了工件的装夹次数,提高了加工精度。综上所述,当前机床的发展目标应是:减少工序的更换,明显提高效率;趋向于工序集约,易于提高精度;使用复合刀具、球头立铣刀等先进工具,可提高每单位时间的切削量;走刀速度加快,切削效率提高;能减少铣削后的打光工序;切削工具、托板的自动交换,自动化程度高,辅助时间显着缩短;由于复杂零件容易加工,促进零件结构的改进等。从航空航天的角度看,普遍认为机床的这种发展,非常适合于单件小批量生产,所以迅速地、较多地在单件小批量生产系统中充实了这些装备,实践也表明了自动化的设备是符合航空航天系统制造技术发展的需要的。

  当然,从提高生产率的角度分析,除了自动化加工以外,仍然存在着如何更进一步、更合理地利用各种技术进步的问题。从机床的发展观察,机床主轴的高速化显着地提高了转速,高于10000r/min的机床已经比较普遍。轴承技术的进步,为此提供了可能。主轴的发展,最突出的是电主轴已经商品化。主轴的润滑技术十分关键,受到各方面的关注。多年来,从油脂润滑发展到油雾润滑、油气润滑、环下(under-race)润滑,甚至冷风润滑等。伴随着高速主轴的发展,油脂润滑已经不能适应,油雾润滑由于污染的原因使用也在减少,现在使用最为广泛的是油气润滑,更合理的是环下润滑,使关键的内环得到了更好的润滑。润滑性能的提高,使滚珠轴承也能承受70000r/min的高转速。美国原来在机床主轴上采用的是ABEC7级高精度轴承,现在已经发展到ABEC9级,说明轴承的精度提高是必须的。由于材料的发展,又出现了陶瓷滚珠,使得滚珠轴承的性能更加提高,这也是保证主轴高速化的需要。在提高主轴转速和精度方面,也有采用气浮静压轴承或者液浮静压轴承的,而磁力轴承则能达到更高的水平。

  几年前,美国J&L和Ingersoll公司推出了采用直线电机的高速机床,引起巨大的反响,在加大走刀速度方面起到了滚珠丝杠达不到的速度,但是当时因为成本太高,在具体的应用上,较多出现的是加大丝杠的螺距,增加头数,或者制造成中空的大直径丝杠,通以温控的水,保持适宜的温度。也有主张采用静压丝杠的,但是从性能上仍有比较大的差距,它最高可以达到加速度1~1.5g,而直线电机可以达到10g以上。后来由于直线电机制造技术的进步,其成本明显降低,应用明显增加。现在在电火花机床上也采用了直线电机,如日本的SODICK甚至采用3个直线电机。只有走刀的高速化,高速加工才能真正得到实现。当然,围绕高速加工仍有一系列的技术需要解决,例如,托板交换、工具交换的速度也要增大。

  德国的DIGMA、CHIRON、STAMA,日本的大隈,瑞土的MIKRON等公司都是世界上有名的高速机床制造商。CHIRON的小型机械加工中心的工具交换时间已经达到0.5s。同时也要求提高主轴的加减速度,使主轴能在极短的时间里停止或者达到最高速,现在已经可以达到2s左右。

  为了满足高效率加工的需要,机床的强度、刚度、稳定性、抗振性等都接受了挑战,所以从设计方面采用了CAD方法,预先打好基础;特别是在结构材料上有了比较明显的变化,出现了石质材料取代传统的铸铁和钢的方法,如采用花岗岩、陶瓷、人造花岗岩、人造大理石等。在超精密机床上还有采用零膨胀系数的微晶玻璃(德国称为Zerodur,日本称为玻璃陶瓷)的。近几十年来,机床为了适应生产率的发展要求,在结构材料方面发生了很大的变化,机床的性能有了长足的进步。我国较早研制成功人造花岗岩,在花岗岩的应用上已经有比较长的历史。德国DIGMA公司的高速机床结构材料就采用了复合聚合物混凝土,提高了机床的刚度,具有振动衰减性优越(为铸件的1/6~1/8)、低热变形(为铸件的1/25~1/40)的特点。淘宝网10大减肥产品丰胸产品有效的防晒霜排行榜好用抗氧化哪个好红血丝什么磨砂去角质好用

  近年来机床的发展日新月异,高速化、复合化、多功能化、高精度化的趋势比较明显,机械制造领域的主旋律则是提高生产率。例如DMG公司展示的激光铣削机械中心,将不同的工种集约在一台机床上;为了更好地解决排屑的问题,德国的EMAG公司研制了倒置机械加工中心;当前比较多的公司提供了5轴机械加工中心;特别是虚拟机床的出现,从机床的设计上发生了较大的变化,现在它依旧在发展之中。

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