高效切削之我見

1、=高效切削之我見高效切削之我見【打印此頁】【返回】發(fā)布日期：[200518]共閱[42]次提高切削效率、降低成本提高切削效率、降低成本是金屬切削技術(shù)長期追求的目標(biāo)。一般地說，提高切削效率、降低成本的主要途徑有以下幾個方面：提高切削速度、提高進給速度和提高切削深度。一、高速切削從機械加工的發(fā)展歷史來看，人們以往采用的通常是通過發(fā)現(xiàn)和改進新的切削刀具材料來大幅度提升切削速度，從而提高切削效率，降低生產(chǎn)成本。切削速度的提高為機械制造業(yè)帶來了巨

2、大的技術(shù)經(jīng)濟效益，還反映著機械制造整體技術(shù)水平的進步。二十世紀八十年代以來，歐美刀具業(yè)經(jīng)過大量的試驗研究，對切削機理的認識有了新的突破，即當(dāng)切削速度的提高超過某個臨界值(不同材料有不同的臨界值)后，刀具的磨損并非按照泰勒曲線的規(guī)律急劇增加，反而在以后的一個區(qū)間內(nèi)隨切削速度的增加而有所減少，在經(jīng)歷一個谷底后再重新上升。雖然這一現(xiàn)象的理論解釋尚未得到統(tǒng)一，但這并不妨礙我們在那個谷底附近對高速加工技術(shù)進行應(yīng)用。按目前看，工業(yè)發(fā)達國家的航空，汽

3、車、動力機械、模具、軸承、機床等行業(yè)首先受惠于該項新技術(shù)，使上述行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，成本大幅度降低，獲得了市場競爭優(yōu)勢。理論分析和實踐證明，高速切削是一個系統(tǒng)工程。從技術(shù)的層面上，它涉及高速主軸單元、快速進給和高加高速主軸單元、快速進給和高加(減)速度的驅(qū)動系統(tǒng)、速度的驅(qū)動系統(tǒng)、高性能的快速高性能的快速CNC控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、高剛性的機床結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的處理和傳送、動平衡控制、超硬刀具材料和鍍層工藝技術(shù)等；從管理的層面上從管理的層面上

4、，它涉及高速加工理念、新的管理方法等。作為系統(tǒng)的一部分，各個環(huán)節(jié)只有互相協(xié)調(diào)，才能發(fā)揮其應(yīng)有的效益。例如，加工模具中的曲面，如果其它環(huán)節(jié)都符合了高速加工的要求，但其CAM的數(shù)據(jù)處理只使用直線插補而不是圓弧插補或樣條曲線插補來模擬工件表面的曲線，機床的進給系統(tǒng)總是處在不停的加減速過程中，就無法達到預(yù)定的進給速度，從而限制了切削效率的提高和生產(chǎn)成本的降低。同樣，如果您在高速銑削中選用了普通結(jié)構(gòu)的三刃立銑刀，由于其通常采用一齒過中心的結(jié)構(gòu)，動

5、平衡性能先天不足，同樣也會不能達到您的預(yù)定轉(zhuǎn)速，使您的加工效率無法達到預(yù)定目標(biāo)。瓦爾特是世界領(lǐng)先的金屬加工刀具企業(yè)，在與世界各地的制造業(yè)尤其是德國汽車業(yè)的合作中積累了大量的成功經(jīng)驗。瓦爾特(無錫)在中國早已開始了高速加工的實踐，也看到中國的高速切削正在快速的增長中，我們非常愿意與中國制造業(yè)共同分享高速切削的技術(shù)成果。作為您的系統(tǒng)刀具伙伴，我們認為中國的高速切削方興未艾，發(fā)展前景十分廣闊。這里，我想就刀具在高速切削中的應(yīng)用提出我的一管之見

6、。我們在高速切削中首先應(yīng)充分重視刀具安全性問題。銑削是目前高速切削應(yīng)用的主要工藝，銑刀是主要的高速切削刀具，包括面銑刀、立銑刀和模具銑刀。這類刀具在高速旋轉(zhuǎn)時各部分都要承受很大的離心力，其作用遠遠超過切削力的作用，成為刀具的主要載荷，離心力過大足以導(dǎo)致刀體破碎。Ra0.4m的圓柱表面，當(dāng)?shù)都鈭A角為0.8mm，其進給量fz應(yīng)不超過0.10mmr。而現(xiàn)在刀具業(yè)已開始向用戶推薦高進給的Wiper刀片。作為Wiper車刀片，一般是按照事先安排的

7、主偏角副切削刃上制造出一個直線形的修光刃(也有用大直徑的圓弧作修光刃的)。在理論上，如果不考慮系統(tǒng)剛性和修光刃本身的微觀缺陷，只要進給量不超過其修光刃的寬度，工件的表面粗糙度僅受工件材料晶粒大小的影響，可以是微乎其微。在實踐中，瓦爾特的Wiper車刀片在上海某汽車零部件制造企業(yè)使用0.3mmr的進給量，表面粗糙度達到了Ra0.4m的要求，較其原有的加工效率提高3倍多。瓦爾特同時也致力于大進給銑刀的開發(fā)。作為發(fā)展方向小余量加工，如何提高加

8、工效率已經(jīng)成為我們的課題。今年，瓦爾特的大進給銑刀F2330已經(jīng)問世。這種銑刀具有一個變化的主偏角(最小處為0＆#176，外徑處的主偏角約15＆#176)，切深一般不超過2mm，而最大進給量可以達到每齒3.5mm。以工作直徑52mm的瓦爾特F2330銑刀為例，具有3個刀齒的刀具每轉(zhuǎn)進給量最大可以超過10mm。實現(xiàn)高進給切削時，減少由于高進給帶來的進給力增加、振動傾向加重等帶來的問題，我們在刀具系統(tǒng)方面應(yīng)該采取以下措施：減少徑向切削力(如

9、減小主偏角，加大前角和刃傾角等)；減小刀具懸伸，因為材料力學(xué)早已表明懸臂梁的剛性與其懸伸長度的3次方成反比；采用高彈性模量的刀桿材料，如硬質(zhì)合金的彈性模量比鋼高約3倍，也就是說整體硬質(zhì)合金刀桿的剛性比鋼刀桿高約3倍；加大刀桿直徑，因為刀具的剛性與刀桿直徑的4次方成正比，也就是說如果刀具直徑增加25%，刀具剛性將增加到原來的接近250%。三、大余量切削F2230銑刀在筆者看來，大余量切削雖然也是高效切削的一部分，但總體上并不能稱為新技術(shù)。

10、在國內(nèi)，我們一般將大余量切削稱為重切削。國際上原先只有少數(shù)幾家刀具商制造使用立裝刀片結(jié)構(gòu)的重切削銑刀，但近年來包括瓦爾特在內(nèi)的一些主要刀具商都已供應(yīng)多種重切削銑刀。筆者認為值得注意的是用于模具深腔粗加工的大余量切削銑刀。通常，我們在加工型腔時采用沿等高線切削的加工方法，即使采用爬坡法也屬于斜向切削。這兩種加工方法均有一定的徑向切削力存在，在深腔加工中由于刀具懸伸較長，為了避免在徑向切削力的周期性作用下產(chǎn)生振動，通常采用較低的切削用量，從

11、而帶來較低的切削效率。近年瓦爾特推出的插入式銑刀F2230，采用完全的軸向進給，從而在銑刀上幾乎沒有軸向切削力，切削用量和生產(chǎn)效率得以大幅度提高。2002年，我們在湖南一公司粗加工用30CrMnTi制造的傳動輪，客戶原先采用的是用國外著名刀具公司的玉米銑刀進行分層切削，由于整個粗加工時間長(耗時大約90分鐘)，在加工到一半時還需要更換刀片，而粗加工該工件的刀片消耗約300元人民幣?，F(xiàn)在采用瓦爾特F2230銑刀后加工效率大幅度提高，耗時減