提高加工中心切削效率的研究

张权

摘要：数控加工随着新型产品的日益出现以及不断加大的零件复杂程度，已经成为一个企业如何在不断竞争的市场上取得一席之地的关键l生因素。因此企业为提高竞争力在技术改造中优先选择加工中心，并目都希望在最少的投资情况下获得功能强、精度高、运行可靠的机床。由此可见如何提高加工中心的效率将成为一个极其重要的问题。

引言：数控加工在航空航天、机械和模具等行业发挥了非常重要的作用，是现代制造业先进生产力的代表。要根据零件设计的要求来选择不同的机床，不同的零件要在不同的机床上进行加工。对于箱体类的零件我们需要选择数控铣床或加工中心，而对于精度要求较高或复杂的零件需要选择加工中心。加工中心因其集高新技术于一体，因此已经成为现代机床发展的一个主流方向。目前由于加工中心受刀具材料、工艺安排、切削用量的限制使得数控加工不能发挥其最大优势，这也成为数控加工面临的一个严峻问题。

1.国内外加工中心切削水平的比较

目前发达国家的铣削和车削速度已经高达五千至八千米每秒以上，并且机床主轴的转数也在30000R/MIN以上。而我国只是国外的二分之一到十五分之一，甚至有些加工中心的实际切削时间不到工作时间的百分之五十五。所以，如何更高的提高加工效率，降低废品率已经成为国内许多企业共同探讨的问题。经过调差，国内数控加工普遍存在刀具精度低、加工光洁度低、刀片跳动量大、工艺设备不匹配等许多问题。

2.提高切削效率的途径

2.1合理切削量的选择

由于切削量对切削力、刀具耐用度及磨损、加工精度和表面质量有着显著的影响，因此它是加工中心加工的重要参数。为了提高切削率、保证质量降低成本，合理选择切削量成有着重要的作用。切削量包括切削速度、深度、进给量。选择正确的切削量：粗加工以提高生产率为主；半精或精加工时在保证质量的前提下综合考虑切削效率和经济性及加工成本。

目前以高速切削为代表的干切削和硬切削等这些新工艺已经显示出了强大的生命力和很多的优点，成为提高加工率及质量、降低成本的重要途径。首先如果要充分发挥刀具高速加工能的，就需要采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积，其次尽量选择密齿刀，通过增加每齿进给量从而提高生产率及刀具寿命。

2.2涂层技术的不断开发

自从问世以来，刀具涂层技术对改善刀具性能及不断进步的加工技术有着极其重要的作用。因此，涂层刀具已经成为现代刀具具有代表性的标志，在刀具中所占比例已经远远超过了50%。在21世纪初期，涂层刀具已经在技术上突破了CBN涂层技术，这使得CBN的优良性能在许多的刀具和切削加工中得到应用，从而全面提高了加工黑色金属的切削水平。此外，不断加快的纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发和应用，将使涂层成为改善刀具性能的主要途径。

2.3加工路线的优化

工艺设计的主要内容是加工中心加工零件的工艺路线，他对加工中心的使用效率、刀具数量、加工精度和经济性有着重要的影响。设计加工中心的加工方案应在保证加工精度和最大限度提高生产率的前提下，尽量做到工序集中、工艺路线最短、空行程及其他辅助时间较少。

数控机床尤其是四轴以上的加工中心，大都为一次装夹和多方位加工，并且都有刀库可以自动更换刀具，一次即可加工成形。所以确定一个正确又简洁的加工路线，是提高效率保证加工质量的基础。编程过程中确定路线的原则首先要保证零件的加工精度及表面粗糙度的要求，其次应尽量缩短加工路线，以减少刀具空程移动时间，最后使数值计算简单，程序段数量少，以便减少编程工作量。

2.4精度高的刀片的使用

如果刀片的精度低，则跳动量太大，面铣刀加工的平面光洁度就会降低，甚至出现沟状。所以机床上刀片的跳动量应控制在2 5 um。表面改性涂层处理随着数控机床的发展很大程度上提高了刀片的精度。同时，又出现了许多新型可转位刀片结构，例如高效刮光刀片、带前角铣刀刀片、高速铣刀刀片、球头立铣刀片等。目前可转位刀片已经进入了涂层、材料、槽型综合开发的阶段，可以根据此三项功能开发出最佳的加工效果的刀片片，来满足高速高寿命切削加工生产的不同要求。

2.5性能好的刀具材料的选择

金属切削刀具在数控机床切削加工中的作用不亚于瓦特发明的蒸汽机。制造道具的材料要求必须就有高温硬度和耐磨性，可靠地抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，优良的工艺性能及不易变形。目前在国内外性能较好的刀具材料主要有：金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、聚晶金刚石、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具等。以上刀具各具特点，因此适应的工件材料和切削速度的范围也不尽相同。立方氮化硼刀具适用于切削65HRC以上的工件，例如高硬度的硬铸铁等；陶瓷刀具适用于60 65HRC一下的工件；聚晶金刚石适用于不含铁的金属、合金、塑料和玻璃钢。硬质合金涂层刀具虽然硬度较高适用的范围广，但是抗氧化温度一般不高，所以切削速度的提高也受到限制。

3.结束语

除了硬件水平的不断提高，加工必须要以工序集中为首要原则，使每个工序中包括尽可能多的工序内容，如此既减少了工序数目也减少了工件安装时间，从而提高了加工切削效率。其次切削时间占加工中心工作时间的比例也很重要，其比值在很大程度上决定了加工中心的加工效率，比值越大加工效率也就越高。随着现在加工设备科技含量的不断提高，对人员的素质要求也就不断的提高。实际生产中由于技术人员操作不熟练、技术水平较低，造成花在程序测试、加工中换工件等一系列非加工时间的过长，从而导致加工中心加工效率低下。因此想要生产处高精度的产品还需要技术人员不断提高技能、不断尝试，通过积累数据及经验，来完善技术。通过各个方面的综合提高，才能将加工效率达到最大化。

参考文献

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[2] 王清明、王克琦，数控加工铣削参数的优化[J]，煤矿机械，2007，28（10）；13131314