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数控切削加工的工艺过程发展

2012年11月20日 16:33中国机床商务网点击:2865

jc35导读:数控切削加工作为制造技术的主要基础工艺,随着制造技术的发展,近年来也取得了很大的进步,进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备,在数控加工技术的带动下,进入了“数控刀具”的发展阶段,并显示出高效率、高精度、高可靠性和专用化的“三高一专”新特点。当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力,成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
  
  硬切削是高速切削技术的一个应用领域,即用单刃或多刃刀具加工淬硬零件,它比传统的磨削加工有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点,已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车业,用CBN刀具加工20crmo5淬硬齿轮(60hrc)内孔,代替磨削,表面粗糙度可达0.22μm,已成为国内外汽车行业推广的新工艺。
  
  当前发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。当代的高速切削不是切削速度的局部提高,是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上,包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步,才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高,才能使制造业整体切削加工效率有显着的提高。把当前的高速切削水平实用化,使我国机加工整体切削效率提高1~2倍,缩小与工业发达国家的差距,是我国从事切削加工与刀具技术的专业人员在新世纪的努力目标和面临的重大挑战。
  
  在美国、德国和日本等工业发达国家,其模具工业近年来正在进行一场大规模的技术革命,这就是逐步用高速切削机床替代电加工设备,对模具型腔进行高效精密加工。这些机床主要包括各种高速数控铣床、加工中心等。
  
  目前在模具加工制造过程中,主要以普通机加工和电火花加工为主。普通机床加工模具型腔一般都是在热处理前进行粗加工、半精加工和精加工,然后磨削,打磨抛光,费时又费力。电火花加工是在退火后进行切削加工,然后进行热处理、电火花加工,最后经过打磨、抛光。
  
  随着消费类产品更新换代速度的加快,对模具的生产效率和制造品质提出了越来越高的要求,电火花加工模具的生产效率低下和品质不稳定的缺点逐渐暴露出来。模具企业要缩短制造周期并降低成本,必须广泛采用先进切削加工技术,而代表先进制造技术的高速切削技术的出现,满足了现代模具加工的要求与特点。
  
  高速切削技术用于加工模具的优势主要体现在:
  
  (1)大大提高了加工效率,不仅机床转速高、进给快,而且粗精加工可以一次完成,极大地提高了生产效率,再结合数控技术,模具的制造周期可缩短约40%。
  
  (2)高速切削加工模具既不需要做电极,也不需要后续研磨与抛光,还容易实现加工过程自动化,提高了模具的开发速度。
  
  (3)采用高速切削技术可加工淬硬钢,而且可得到很高的表面质量,表面粗糙度低于Ra0.6μm,取得以铣代磨的加工效果,不仅节省了大量的时间,还提高了加工表面质量。
  
  为了实现模具型腔及其相关部位的高速加工,机床需要具备以下特点:
  
  (1)大承重和高刚性这是由于模具正在向大型化方向发展,加工设备必须具有足够大的台面尺寸和工作行程与之适应。现在,几吨到几十吨的模具非常普遍,要求机床工作台面能承受大重量。模具材料的强度和硬度都很高,加上常常采用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔,因此加工过程容易发生颤振。为了确保零件的加工精度和表面质量,用于模具制造的高速机床必须有很高的动、静刚度,以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。
  
  (2)高转速和大功率高速加工是发展方向,高速铣削在模具加工中已显示了极大的优越性。为了适应模具型腔曲面的加工,刀具的半径应小于型腔曲面最小圆周半径,以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”。由于刀具直径小,因此要求主轴转速非常高,国外高速加工机床主轴转速已达到40000~100000r/min,快速进给速度可达30000~60000min。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次装夹中完成,故主轴功率要大,中等尺寸模具铣床和加工中心的主轴功率常为10~40kW,有的甚至更高。
  
  (3)能多轴联动及良好的深孔腔综合切削能力模具型腔多为复杂的空间6曲面及沟槽所构成,且许多模具具有深孔腔。为了达到对3D曲面的高精度、高速度和高稳定性加工,机床需要多轴联动,且具有良好的深孔腔综合切削能力。可以采用五轴联动加工中心,除了三个坐标的直线运动外,还有两个旋转坐标的进给运动。铣头或工作台可以多轴联动进行连续回转进给,从而适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。
  
  复合加工是模具加工的发展方向之一。虽然加工中心已能将许多机加工工序复合在一台机床上实现,但这仍不能完全适应模具加工,将机械加工与电、化学、超声波等不同原理加工方法进行复合,兼备两种以上工艺特点的复合加工在今后的模具制造中将有广阔的前景。
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