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基于数控机床高速切削加工工艺的应用与分析

发布时间:2014-07-11 10:34

    摘要:本文主要针对数控机床使用传统方法加工过程中存在质量差、效率低的问题,将高速切削加工技术引入数控机床的加工过程中,并对加工工艺进行了改进。高速切削加工切削系统的工作频率远高于机床的低阶固有频率,振动较小,大大降低了加工表面粗糙度,提高了加工质量。基于高速切削加工转速高和切削力小的特点,取消卧式铣床升降台半精加工工序,提高了加工效率。

  关键词:升降台;加工工艺;高速切削;切削力

  
  目前,国内许多企业数控机床的加工仍然使用传统方法加工,由于传统加工工艺是针对当时的设备、刀具状况制定的,一直沿用了几十年,存在质量差、效率低的问题,远远不能适应激烈的市场竞争。各铣床生产厂家为了抢占市场,纷纷投入人力、物力,寻求新方法新工艺提高卧式铣床升降台的加工效率和加工质量。本研究将高速切削加工技术引入卧式铣床升降台的加工过程中,并根据高速切削加工的特点对卧式铣床升降台加工工艺进行了改进。

  1 卧式铣床升降台的结构特征

  卧式铣床包括床身、横梁、升降台、滑鞍、工作台、底座六大部件,其中滑鞍执行X向进给,工作台执行Y向进给,而升降台执行Z向进给,即升降进给,是连接床身、滑鞍、底座的关键零件。卧式铣床升降台的材质为灰口铸铁(HT200),属于较复杂的箱体零件,壁厚不均,刚性不足。
  图1 卧式铣床结构图

  2 使用传统方法加工存在的弊端

  卧式铣床升降台的传统加工工艺是上个世纪八十年代制定的,受到当时设备、刀具等条件的限制,在普通铣床和镗床上加工,存在的问题如下:工件壁厚不均,刚性不足。为了减少每道工序的切削量,传统加工工艺分粗加工、半精加工、精加工,工序长,效率低;设备主轴转速低,加工出的工件表面粗糙度差;设备落后,定位及重复定位精度差,不易保证加工质量;装卸工件的辅助时间太长;刀具磨损不易监控,容易造成废品;换刀由人工完成,劳动强度大;旧工装刚性差,易产生振动。

  3 高速切削的定义及优点

  3.1 高速切削加工的定义
  高速切削加工技术中的“高速”是一个相对概念。对于不同的加工方法和工件材料,高速切削加工时应用的切削速度并不相同。一般认为高于(5~l0)倍的普通切削速度的切削加工定义为高速切削加工。高速切削在实际生产中切削铝合金的速度范围为1500~5500m/min,铜材为lO00m/min以上,铸铁为500m/min~1500m/min,钢为300~800m/min,切削进给速度已高达4m/min~40m/min。对于不同的加工方法采用不同的切削速度,其中,车削为700~7000m/min,铣削为300~6000m/min,钻削为200~11OOm/min,磨削为9000~21600m/min。
  3.2 高速切削加工的优点
  随切削速度提高,采用较小的切削深度和厚度,刀具的每刃切削量极小,所以切削力随之减小,切削力平均可减小30%以上,有利于加工薄壁零件和脆性材料。随切削速度提高,单位时间内的金属切除率增加,加工效率提高。高速切削加工时,切屑很高的速度排出,带走了90%以上的切削热,传给工件的热量很少,减少了工件的内应力和热变形,提高加工精度。转速的提高,使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率,减小了振动,大大降低了加工表面粗糙度。由于采用新型高硬度材料,高速切削可加工硬度HRC(45~65)的淬硬钢铁件,取代磨削加工 。

  4 解决方法及措施

  针对传统工艺存在的问题,将高速切削加工技术引入新工艺中,对卧式铣床升降台平面和孔系的加工作了如下改进:由普通设备上加工改在高速加工中心加工;采用高速切削加工,切削力减少,可以将半精加工、精加工合并,减少工序,提高效率。有机械手自动换刀,减轻了劳动强度;主轴转速大大提高,加工出的工件表面粗糙度低;设备定位及重复定位精度高,保证加工质量;工况监测系统可监测刀具磨损情况及刀具断裂情况;因为高速加工中心有两个工作台,保证工件连续加工,缩短了辅助时间;工装系统做了如下改进:A增加辅助支撑:毛坯铸造时,在薄壁位置增加加强竖肋(2~3个);B增大夹紧力,在原工装系统上增加夹紧位置1个,并在所有夹紧位置适当增加夹紧力;C增加定位面面积,使用面积较大的定位块取代定位销。

  5 结束语

  高速切削加工技术在卧式铣床升降台的加工中,起到了重要的作用,大大提高了加工质量和效率,使单件卧式铣床升降台的生产周期从以往的300小时,缩短到现在的150小时左右,生产能力成倍增长,使卧式铣床生产企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。随着汽车、火车的提速,世界经济的发展被推向了新的高潮。随着高速切削加工技术的进一步完善,高速切削在机床行业乃至其它行业将会发挥越来越大的作用。

  
  参考文献:
  [1] 艾兴.高速切削加工技术[M],国防工业出版社,2008
  [2] 陈明,袁人炜,高速切削过程切削条件优化研究最新动态[J],机械设计与研究,2011(3):61-67
  [3] 艾兴,刘战强,黄传真,邓建新,赵军,高速切削综合技术[J],航空制造技术,2009(3):20-23



本文编号:1196

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