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                高速切削加工技術及其在汽車發動機上的應用

                點擊:次 更新日期:2018-06-01 15:58:39

                 高速切削加工是面向21世問紀的一項高新技術,它以高效率、高精度和高表面質量為基本特征,在汽車工業、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業中獲得了越來越廣泛的應用,並已取得了重大的技術經濟效益,是當代先進制造技術的重要組成部分。

                高速切削加工的技術特征

                高速切削是實現高效率制造的核心技術,工序的集約化和設備的通用化使之具有很高的生產效率。可以說,高速切削加工是一種不增加設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術。其技術特征主要表現在如下幾個方面:

                1)切削速度很高,通常認為其速度超過普通切削的5~10倍:

                2)機床主軸轉速很高,一般聞言將主軸轉速在10000~20000r/min以上;

                3)進給速度很高,通常達15~50m/min,最高可達90m/min

                4)對於不同的切削材料和所采用的刀具材料,高速切削的含義也不盡相同;

                5)切削過程中,刀刃的通過頻率(Tooth Passing Freqnency)接近於“機床-刀具-工件”系統的主導自◆然頻率(Dominant Natural Frequency)。

                  



                1992年,德國Darmstadt工業大學的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工(High Speed Manu facturing,HSM)的概念及其涵蓋的範圍,如圖1所示。認為對於•不同的切削對象,圖中所示的過渡區(Transition)即為通常所謂的高速¤切削範圍,這也是金屬切削工藝相關的技術人員所期待的或者可望實現的切削速度。

                與傳統加工相比,由於高速切削顯著地提高了切削速度,從琳達而導致工件與前刀面的摩擦增大並導致切屑和刀具接觸面溫度的提高。在該這麽詭異接觸點,摩擦帶來的高溫能達到工件材料的熔點,使得切屑變軟甚至液化,因而大大減小了對切削刀具的阻力,也就是減小了切削力,使得切削變得輕快,切屑的產生更加流暢。同時由於加工產生的熱量的70%~80%都集中在切屑上,而切屑的去除速度很快,所以傳導到工件上的熱量大大減少,提高了加工精度。高速切削加工技術的優點主要在於:提高生產效率;提高加工精度和表面質量;降低切削阻力。

                 高速切削加工在汽車發動機及其配件的應用



                FTL:用高速加工中心組成高效率的柔性生產線(FTL),具有向那些人點了點頭小型化、柔性突ぷ出以及易於變更加工內容等顯著特點。圖2為上汽集團某發動機公司利用該生產線加工發動機機體、氣缸蓋、濾清器座等工件的實例。

                為了發揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的高速切削加√工技術和自動換刀功能的優勢,提高加工效率,對復雜零件的加工應盡可能采用集中工序的原則,即要求在一次裝夾中實現多道工序的集中加工,淡化傳統的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限,充分發揮設備和刀具的高速切削功能。同時,對刀具也提出了多功能的新要求,要求一種刀具能完第375 蟲性狂化成零件不同工序的加工,減少換刀次數,節省換刀時間,以減少刀具的數量和庫存量,有利於管理和降低制造成本。較常用的有多功能車刀、銑刀、鏜銑刀、鉆銑刀、鉆-銑螺紋-倒角等刀具。在批量生產線上使用一些針對性的工藝策略,還需要開發的專用刀具、復合刀具或智能刀具,以提高加工效率和精度,減少投資。在高速切削條件下,有的專用刀具可將零件的加工時間降至原來的1/10以下,效果十分顯著。

                  



                圖3所示為筆者專門為汽車發動機機體的頂部止口和主軸承座結合面的加工而設計的高速切@削工藝。機體材料為灰鑄鐵,刀具為CBN不重磨復合刀具,主軸轉速12000r/min,切削余量為0.02mm。圖中兩處關鍵部位一次銑削到位,重要尺寸A靠復合銑刀本身保證。該工藝還有效地避免了由於單獨銑削主軸承座結合心中突然充滿了一種沮喪面刀桿較長而引起的顫振,大大提高了切削精度、切削效率和表面質量。

                FMS:由於產品壽命周期不斷地在縮短,品種數便不斷地增加。在這種情況下,如何縮短更換品種的時間成為一大關鍵問題;由於產品設計的改變≡,其加工設備如何靈活地與之相適應(即具備柔性)又是一大課題。於是又出現了以高柔性的通用加工中心構成的〇FMS。這裏所說這點的“高柔性的通用加工中心”不同於一般概念下的加工中心,它們是專門為批量生產而開發的,充分滿足了納入批量生產用的FMS時所具備的條件,即高生產率、省面積、易排屑、安裝移位容易及連續運轉性能優越等,是一種高速緊湊▲型加工中心。


                日本三菱重工為適應批量生產之急需采用這種高速加工中心為主機,開發了所謂“梭式FMS”(見圖4)。該FMS由8臺M-H5A三坐標加♀工中心和位於機床前方的載有2個托板的無人運載車(AGV)構成,運載車用於交換托板,往復於托板裝卸工位和各機床之間。操作者只須在一個位置通過操作按鈕進行工件裝卸就可以了,不必往返於機床之『間。運載車依次行至即將完成加工的機床前面等待,待機床加工完之後在機床與運載車之間實現托板交換,然後載著加工完的成品返回裝卸工位。
                 


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