高速加工技术——数控机床高速化的发展趋势


  目前看来,机床的高速化和功率的集成化应该是总的发展趋势,而不断更新的功能更强大、操作更人性化的数控系统也是数控机床发展的前提。近年来,围绕着高速切削理论所发展的一系列机床及配套设备的改革堪称轰轰烈烈。高速切削可以说是近年来对数控机床发展影响最大的一种理论。
  瑞士米克朗公司作为铣削行业的先锋企业,一直致力于高速加工机床的研制开发。先后推出了主轴转速42000r/min和60000r/min的高速铣削加工中心,成为目前中国市场上占有率最高的高速铣床品牌
  高速加工涉及的关键技术
  高速加工是一个系统工程,它需要各方面的配合以形成完整的高速切削工艺,如切削刀具、冷却润滑介质和CAD/CAM系统等,甚至还包括合适的工件形状。
  近几年刀具大发展也都是围绕着高速加工进展的。首先是刀柄部分的革新,传统ISO系列的刀柄已不是适用转速5000r/min以上的高速切削,因此新型的刀柄结构HSK系列应运而生。刃具材料也是根据机床主轴转速的不断提高和工件材料的扩展而发展的。各种涂层刀具的应用使得高速机床能最大能量地发挥其优势。
  在高速加工中,冷却润滑介质也是至关重要的。在金属加工行业使用切削液已成习惯,大多数人认为切削液是取得良好的加工表面、提高刀具寿命的必要手段。可是研究和实践表明:由于今天的刀具材料有了很大的发展,情况也在不断地变化,新的硬质合金刃具特别是一些带涂层的刀具,在高速、高温的情况下不用切削液,切削效率更高。这是因为:铣削主轴高速旋转,切削液若要达到切削区,首先要克服极大的离心力;即使它克服了离心力进入切削区,也可能由于切削区的高温而立即蒸发,冷却效果很小甚至没有;同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化,容易导致裂纹的产生。因此米克郎公司的高速机床转速达到20000r/min以上时,均建议用户采用油/气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削,从而将大量的切削热带走。同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜,可有效地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。
  高速加工的优点和能获得的效益
  与普通机相比,高速加工采用全新的加工工艺,从刀具、切削参数到走刀路径的选择及程序的编制都不同于传统的加工。它在提高工件加工质量和效率、降低加工成本方面的优势是显而易见的。以模具加工为例,高速加工的模具的生产周期缩短至少60%,成本下降40%。并且高速加工的模具较之电火花加工的模具表面质量更佳,使用寿命更长。同时,高速加工切削力大副下降,配用合适的刀具可以实现一些传统方法难以实现的加工,如难切削材料(淬硬钢、石墨、钛合金)的加工、一些微小结构(小孔、细槽)的铣削加工、薄壁类零件的加工等。
  高速加工技术在一些领域的应用情况
  在模具领域的应用:模具制造是一个基础行业,长期以来模具加工费时、费力、成本高、效率低。然而随着我国逐渐成为各大跨国公司纷纷投资的生产基地,特别是入世以后,对模具加工的要求越来越高。如我们所熟悉的电子通信行业,由于市场竞争激烈,产品更新换代快,对模具从设计到制造的周期要求近乎苛刻,产品的大批量生产对模具的使用寿命提出了要求,因此,如果模具的加工方式不改就很难让制造业去适应上述市场新变化。高速切削为模具制造行业提供了发展新契机。它简化了加工手段,缩短了加工周期,提高了加工效率,降低了加工成本,但同时也向自动化生产提出了新的挑战。米克朗公司2001年开发的HSM系列高速铣削柔性单元正是在这样的市场背景下产生的,目的是为模具行业的用户提供最新的技术和最现代化的手段,以缩短模具的生产周期,提高效率,降低成本。
  高速加工的一个特点是应用范围广,它是在机加工领域普遍推广的新工艺,所以它的应用并不限于人们常常提到的模具行业。
  在航空航天领域的应用:高速加工应用的典型为薄壁类零件、微孔槽类零件和叶轮叶片等,如米克朗的HSM系列高速铣削柔性单元可加工薄壁至0.04mm的薄壁件,加工微孔最小直径可达0.08mm。HSM400U五轴联动高速铣则可大大提高叶轮加工效率,以12cm的小型铝制叶轮为例,用一台普通加工中心需要35分钟,而使用米克朗HSM400U则只需10分钟。目前,米克朗的高速加工机床在我国的航空航天领域都得到了应用。
  汽车行业领域的应用:高速加工体现在模具和零件的加工两个方面。汽车零件铸模以及内饰件注塑模的制造正逐渐采用高速加工。如著名的汽车零部件生产者浙江万向集团和钱江集团,都在应用米克朗的高速加工设备生产汽车模具和零件。

                 来源    中国机床工具网在线新闻中心  02-5-15

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