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教你如何提升加工中心的切削效率
閱讀：105 發(fā)布時間：2020-8-12數(shù)控加工作為現(xiàn)代制造業(yè)*生產(chǎn)力的代表，在機械、航空航天和模具等行業(yè)發(fā)揮著重要的作用。90 年代以來，歐、美、日各 競相開發(fā)和應用新一代高速數(shù)控機床，加快了機床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元中電機主軸轉(zhuǎn)速 15000 ～100000r/min，高速且高加/ 減速度的進給運動部件的快移速度60～120m/min，切削進給速度高達60m/min，高速加工中心進給速度可達80m/min，空運行速度可達100m/min 左右。
一、國內(nèi)外加工中心切削水平的差異
目前*國家的車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min 以上；機床主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min(有的高達10 萬r/min)以上。例如：在銑削平面時，國外的切削速度一般大于1000～2000m/min，而國內(nèi)只相當于國外的1/12～1/15，即國內(nèi)干12～15 個小時的活相當于國外干1 個小時。據(jù)調(diào)查，許多加工中心的實際切削時間不到工作時間的 55% 。因此，如何提高加工效率，降低廢品率成了眾多企業(yè)共同探討的問題。對國內(nèi)數(shù)控加工中心切削效率部分調(diào)查發(fā)現(xiàn)，普遍存在如刀具精度低、刀片跳動量大、加工光潔度低、工藝設備不配套等諸多問題。
二、提高切削效率的途徑
（一） 合理選擇切削用量
當前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削工藝已經(jīng)顯示出很多的優(yōu)點和強大的生命力，成為制造技術(shù)提高加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。實踐證明，當切削速度提高10 倍，進給速度提高 20 倍，遠遠超越傳統(tǒng)的切削“”后，切削機理發(fā)生了根本的變化。其結(jié)果是：單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了 70% ，大幅度降低了留在工件上的切削熱，切削振動幾乎消失；切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍。根據(jù)目前機床的情況來看，要充分發(fā)揮*刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大單位時間材料被切除的體積( 材料切除率 Q) 。
在選擇合理切削用量的同時，盡量選擇密齒刀（在刀具每英寸直徑上的刀齒數(shù)≥ 3 ），增加每齒進給量，提高生產(chǎn)率及刀具壽命。有關(guān)試驗研究表明：當線速度為165m/min，每齒進給為0.04mm 時，進給速度為341m/min，刀具壽命為30 件。如果將切削速度提高到350m/min，每齒進給為0.18mm ，進給速度則達到2785m/min，是原來加工效率的817%，而刀具壽命增加到了117 件。
（二） 選擇性能好的刀具材料
在數(shù)控機床切削加工中，金屬切削刀具的作用不亞于瓦特發(fā)明的蒸氣機。制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強度、沖擊韌性和化學惰性，良好的工藝性( 切削加工、鍛造和熱處理等) ，并不易變形。目前國內(nèi)外性能好的刀具材料主要有：金屬陶瓷、硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石（PCD ）和立方氮化硼（CBN ）刀具等。它們各具特點，適應的工件材料和切削速度范圍各不相同。CBN 適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等，如加工高硬鋼件(50～67HRC)和冷硬鑄鐵時主要選用陶瓷刀具和 CBN刀具，其中加工硬度60～65HRC 以下的工件可用陶瓷刀具，而65HRC 以上的工件則用CBN 刀具進行切削；PCD 適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等，加工鋁合金件時, 主要采用 PCD 和金剛石膜涂層刀具；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具；硬質(zhì)合金涂層刀具（如涂層TiN 、TiC、TiCN、TiAIN 等）雖然硬度較高，適于加工的工件范圍廣，但其抗氧化溫度一般不高，所以切削速度的提高也受到限制，一般可在400～500m/min 范圍內(nèi)加工鋼鐵件，而Al2O3 涂層的高溫硬度高，在高速范圍內(nèi)加工時，其耐磨性較TiC、TiN 涂層都好。此外，刀具切削部分的幾何 數(shù)對切削效率的高低和加工質(zhì)量有很大影響，高速切削時的刀具前角一般比普通切削時小10°，后角大5°～8°。為防止刀尖處的熱磨損，主、副切削刃連接處應采用修圓刀尖或倒角刀尖，以增大局部刀尖角，增大刀尖附近切削刃的 度和刀具材料體積，以提高刀具剛性和減少刀具破損率。
（三） 加快涂層技術(shù)的開發(fā)
刀具涂層技術(shù)自從問世以來，對刀具性能的改善和加工技術(shù)的進步起著非常重要的作用，涂層刀具已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標志，在刀具中所占比例已超過 50% 。在21 世紀初，涂層刀具的比例將進一步增加，有望在技術(shù)上突破 CBN 涂層技術(shù)，使CBN 的優(yōu)良性能在更多的刀具和切削加工中得到應用( 包括精密復雜刀具和成形刀具)， 將全面提高加工黑色金屬的切削水平。此外，納米級超薄超多層和新型涂層材料的開發(fā)應用的速度將加快，涂層將成為改善刀具性能的主要途徑。
（四） 選擇高精度刀片
刀片精度低，跳動量太大，面銑刀加工的平面光潔度將降低，甚至出現(xiàn)溝狀。高精度數(shù)控機床上刀片的跳動量應控制在 2 ～5μ m 。隨著數(shù)控機床的發(fā)展，相應出現(xiàn)刀片的表面改性涂層處理（基體為高速鋼、ＷC ｏ類硬質(zhì)合金、Ｔi 基類金屬陶瓷），很大程度上提高了刀片精度。與此同時，出現(xiàn)了各種新型可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)，如用于車削的高效刮光刀片、形狀復雜的帶前角銑刀刀片、球頭立銑刀刀片、防甩飛的高速銑刀刀片等。可轉(zhuǎn)位刀片進入了材料、涂層、槽型綜合開發(fā)的新階段，可根據(jù)加工材料和加工工序合理組合材料、涂層、槽型的功能，開發(fā)出具有加工效果的刀片，以滿足高速、高壽命切削加工生產(chǎn)技術(shù)的不同要求。
（五） 提高加工表面質(zhì)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過程和增加切削阻尼，抑制顫振，相應地減少每個刀齒的進給量能降低切削表面軌跡形成的殘留高度，改善表面粗糙度，從而有利于精密零件和模具的加工。
（六） 建立合理的刀具儲備
這里的刀具是指高切削效率刀具，而這些刀具的價格較高，相同直徑的銑刀，好刀具的價格可能是普通刀具的幾倍甚至十幾倍。如果一個企業(yè)長期存放一大批好刀具，而這些刀具又可能長時間用不上，則造成資金積壓。但如果平常一把刀具也不儲備，或儲備數(shù)量太少，很快就用完了，而新刀具一時又買不到，這樣必然會影響數(shù)控加工的效率。絕大多數(shù)企業(yè)的加工中心的刀庫均可容納 40 把刀具以上，并有60、90、120 等不同刀數(shù)的刀庫可供選擇。刀具之間交換時間越來越短， 德國STEINEL 公司的BZ －26，日本MAKINO公司的MCC86，美國CINCINNATI 公司的MAXIM500 型加工中心的換刀時間只需3～4s。
（七） 設計簡易的磨刀夾具
機夾銑刀盤效率高，使用方便，深受操作者歡迎，但刀片消耗量大，使用成本高，而且多數(shù)情況下刀片的損壞是由于刃口磨損造成的，因此刀片的重磨再利用對工廠來說可獲得較高經(jīng)濟效益。硬質(zhì)合金刀片的硬度高，磨削效率低，采用單片磨削將達不到節(jié)約的目的，需設計出高效簡單的夾具，實現(xiàn)一次裝夾多個刀片。
（八） 加工方式的選擇
加工方式可分為順銑與逆銑兩種。而加工中心的機械傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)本身就有較高的精度和剛度，相對運動面的摩擦系數(shù)小，傳動部件的間隙小，運動慣量小，并有適當?shù)淖枘岜龋虼丝梢圆捎庙樸姷姆绞郊庸ぃ蕴岣呒庸ば省４送猓鶕?jù)加工經(jīng)驗，順銑比逆銑時刀具壽命要提高 1倍多，采用不對稱的立銑方法，刀具壽命可提高2～3 倍。 （9）選擇合理的加工路線數(shù)控機床特別是 4 軸以上加工中心，一般是一次裝夾、多方位加工，并且都有刀庫，可自動更換刀具，一次加工成形。因此確定正確簡潔的加工路線，是保證加工質(zhì)量和提高效率的基礎。編程時確定加工路線的原則主要有：應能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求；應盡量縮短加工路線，減少刀具空程移動時間；應使數(shù)值計算簡單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。如對于位置精度和尺寸公差要求高的孔加工來說，孔直徑小于 18 ～20mm的加工工藝路線為：鉆中心孔－鉆孔－擴孔－鉸孔，而對于孔直徑大于 18 ～20mm的加工工藝路線則為鉆孔－擴孔－粗鏜孔－精鏜孔。
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