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高速加工(High SpeedMachining,簡(jiǎn)稱HSM),通常指的是在合理的速度和較高的表面進(jìn)給速度下進(jìn)行的加工。例如,在發(fā)動(dòng)機(jī)鋁缸體、缸蓋的加工中,材料去除率很高,這種加工就是我們所說的高速加工。- u# V; A. z& ]" c4 B
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高速加工能使我們以盡量短的時(shí)間加工出質(zhì)量合格的零件,提高一個(gè)企業(yè)的市場(chǎng)反應(yīng)能力。因此,高速加工越來越受到制造業(yè)的關(guān)注,尤其以企業(yè)新建的工程為主,他們?cè)诮ㄔO(shè)新工廠、新項(xiàng)目、生產(chǎn)線改造時(shí),優(yōu)先考慮高效加工方式,即順應(yīng)行業(yè)高速加工發(fā)展趨勢(shì),又滿足生產(chǎn)線精益生產(chǎn)要求,有效降低制造成本,使生產(chǎn)的產(chǎn)品有競(jìng)爭(zhēng)力。
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' G" F' h! O" N4 J 高速加工是一個(gè)系統(tǒng)工程,它需要各個(gè)方面的配合以形成完整的高速切削加工。在各環(huán)節(jié)中,除高速加工機(jī)床對(duì)整個(gè)工藝過程起著決定性作用外,刀具也是高速加工中非常重要的一個(gè)因素,因此,刀具的選擇與管理就非常重要,需要在實(shí)施中慎重考慮和精心策劃。- ^: ~# _: @, H4 `( Z
% [6 X5 ?. B# S一、刀具的選擇
: Y( x+ D9 g X" o 為了保證加工中設(shè)備效率與生產(chǎn)線節(jié)拍平衡,就需要考慮合適的刀具與生產(chǎn)線中的設(shè)備匹配。因而,刀具選用的合理與否將直接影響工件質(zhì)量和加工效率,因此,刀具的選擇應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行:: _3 o7 t7 Q: H
$ f5 Y6 A. X! N; Z% `1、加工設(shè)備
. Y( D1 r) r, C. v \) d 首先是了解加工設(shè)備的性能,只有了解了設(shè)備的性能,才能選用合適的刀具來匹配,否則,不管單獨(dú)選擇設(shè)備或者刀具,其效率都不能發(fā)揮出來。近年來的相關(guān)資料都表明,一把價(jià)值幾萬元的刀具,有可能影響一臺(tái)價(jià)值幾百萬元的設(shè)備效率的發(fā)揮。規(guī)劃過程中,對(duì)刀具的設(shè)計(jì)和安排在很大程度上決定了生產(chǎn)階段的制造成本和刀具費(fèi)用。$ S$ Y3 v8 v" J7 H1 b% }1 W) d( w
3 d1 Q7 k5 O- j, ]. {. l i% l2、刀具材質(zhì)
4 v2 p4 p$ o: l 制造技術(shù)的高速發(fā)展,對(duì)切削刀具的要求越來越高。為適應(yīng)高速切削的要求,新材料刀具已經(jīng)被廣泛使用。新材料刀具的使用使切削效率大大提高,高鈷、高釩、高性能、高速鋼刀具的耐用度可比普通高速鋼提高1.5-3倍,粉末冶金高速鋼的強(qiáng)度可提高20%-30%,韌性提高1.5-2倍,并且可靠性比普通高速鋼明顯提高,而CBN(立方晶氮化硼)、PCD(聚晶金剛石)刀具和陶瓷刀具等代表當(dāng)今技術(shù)發(fā)展水平的超硬刀具,切削速度可比硬質(zhì)合金提高數(shù)倍,大大提高加工效率。, \+ j3 y, j; ~* B
& A, J1 r; Z, F2 D( P3、刀具刀柄
4 q1 |# c2 O+ ?# S% L+ H4 T, U5 M1 v 刀具刀柄隨著切削速度的提高,主軸/刀柄聯(lián)接性能在離心力的作用下發(fā)生很大變化,直接影響工件的加工精度和表面粗糙度,因此,適應(yīng)數(shù)控機(jī)床和高速加工需要的刀具夾持及其與機(jī)床的連接件,如HSK刀柄、熱套刀柄、液壓刀柄等以及其他新型刀柄被廣泛應(yīng)用。
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# a C" F# u. [1 h& y: {. h4、刀具結(jié)構(gòu)方式
1 O5 N0 L6 {" t, E! O/ k4 x5 @ 為提高生產(chǎn)效率和減少換刀時(shí)間,在汽車零部件的加工中,越來越多地使用了各種復(fù)合刀具,如鉆鏜復(fù)合、鉆鉸復(fù)合、鉆孔和螺紋加工復(fù)合等各類復(fù)合刀具。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的展開式刀具滿足了很多特殊的加工要求,有些刀具甚至已發(fā)展成機(jī)、電、液一體化的裝置,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)的刀具的概念;由于動(dòng)力總成加工中大量采用的是流水生產(chǎn),上道工序的生產(chǎn)直接影響到下道工序的生產(chǎn),而為了提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本,又采用了大量的組合式刀具及由此引起的非標(biāo)刀具。' o" |* C# S: u N; W
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5、刀具的成本
8 A' l' K. Y; d2 t6 {+ k. d 刀具消耗量與很多因素有關(guān),需要具體情況具體分析。在看總的刀具消耗費(fèi)用的同時(shí),更重要的是看單件加工產(chǎn)品消耗的刀具成本。不僅要看直接的刀具成本,更要看刀具對(duì)生產(chǎn)效率的影響及其引起的總的制造成本的變化。新刀的性能、壽命及其采購價(jià)格對(duì)刀具費(fèi)用的影響非常大,而可重磨刀具的數(shù)量、重磨次數(shù)及修磨費(fèi)用高低,對(duì)刀具的總成本也有著顯著的影響;因此,需要考慮一次性設(shè)備和刀具投資與長(zhǎng)期性刀具消耗費(fèi)用之間的關(guān)系,需要綜合考慮和平衡。
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6、工藝方法& N) ^; U/ h7 t
為了充分發(fā)揮高效率柔性線的作用,刀具對(duì)工藝提出了許多新的要求,如盡量考慮同一種刀具能更多地完成同一工件不同工序的加工,努力減少刀具庫存量,限制換刀頻率,降低制造成本等;同時(shí),還要針對(duì)一些工藝難點(diǎn),設(shè)計(jì)專用刀具、復(fù)合刀具或智能刀具,以解決加工精度和加工效率之間的問題。
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! J9 s# I0 d! ]/ t/ G! ?! D7、刀具供應(yīng)商
) h1 h2 Z# {5 B! p, X% A 刀具的選用包括刀具供應(yīng)商的確定。由于切削加工是一個(gè)系統(tǒng)問題,工藝的變化、機(jī)床、夾具、切削液、切削參數(shù)都對(duì)刀具的壽命有著顯著的影響,而影響加工性能的刀具本身的結(jié)構(gòu)形式、刀具的材料、表面涂層等的確定又與工藝、切削參數(shù)、切削液等緊密相連。選用的刀具都必須經(jīng)過切削試驗(yàn),經(jīng)過切削試驗(yàn)后確定選用的刀具及其供應(yīng)商;同時(shí)現(xiàn)代汽車制造業(yè)還要求刀具供應(yīng)商不僅能提供切削加工整體解決方案,并能提供及時(shí)有效的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持,形成與汽車制造企業(yè)的一種合作伙伴關(guān)系。
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) G6 e [- Z& J5 X0 r: ]二、刀具的管理2 E1 S" }' {; S+ f' ]
切削方式采用了高速、高效加工,理論上應(yīng)能提高生產(chǎn)效率,但對(duì)于實(shí)行了流水作業(yè)的生產(chǎn)線來說,能否真正達(dá)到生產(chǎn)效率的提高,就需要對(duì)生產(chǎn)線的刀具進(jìn)行科學(xué)的管理。6 i+ w, }0 j3 a# j8 C+ Z. _
( S ^ g, g* q 為確保生產(chǎn)線能及時(shí)得到符合要求的、數(shù)量足夠的、性價(jià)比優(yōu)異的刀具,必須對(duì)刀具的維護(hù)和保養(yǎng)、預(yù)調(diào)整和檢測(cè)、刀具壽命等方面實(shí)施有效控制。當(dāng)發(fā)生加工問題或刀具問題時(shí),生產(chǎn)線得到快速的響應(yīng)和支持,迅速分析和解決出現(xiàn)的問題,以使生產(chǎn)正常進(jìn)行,將各種損失降低到最低限度,因此,刀具的管理從以下幾方面進(jìn)行:1 k3 U7 V$ y H* M" |" h
, T2 m* m9 r2 O1、刀具耐用度及換刀頻次高低、換刀時(shí)間長(zhǎng)短
1 `: q; |& l$ q- Q 以上因素直接影響機(jī)床開動(dòng)率,需合理設(shè)定刀具的壽命,并對(duì)換刀時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制,需要考慮如何在換一臺(tái)機(jī)床上的各把刀時(shí),使生產(chǎn)線設(shè)備的停機(jī)時(shí)間最少,同時(shí),要考慮刀具磨損到何種程度時(shí)進(jìn)行換刀能獲得較好的刃磨效果以及最長(zhǎng)的刀具壽命。8 f O( [9 E* l3 H& x
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2、生產(chǎn)線上的瓶頸設(shè)備
' P5 p5 P( K' p" R; q2 _2 O 要控制生產(chǎn)線上各臺(tái)設(shè)備的效率,通過工作使其達(dá)到同樣的效率,否則,高速加工帶來的高效率,由于生產(chǎn)線上某些設(shè)備的瓶頸效應(yīng),仍然不能實(shí)現(xiàn)。7 \) P& n+ z1 N" E
1 G$ O. i5 r, ?# b' o3、刀具的預(yù)調(diào)整和檢測(cè)
! o0 w' O1 f6 f8 X4 [ 高效加工刀具的預(yù)調(diào)整和檢測(cè)極為重要,調(diào)刀一次合格率對(duì)生產(chǎn)效率的影響很大,因此,需要考慮要有完善的系統(tǒng)和一系列的管理來確保生產(chǎn)線及時(shí)得到符合要求的、數(shù)量足夠的刀具,并在發(fā)生加工問題或刀具問題時(shí)得到快速的響應(yīng)和支持,迅速分析和解決出現(xiàn)的問題,以使生產(chǎn)正常進(jìn)行。9 A+ r+ u( u( ]! f4 R! @( C
. \4 J0 w9 L( C/ {& |4、刀具非正常消耗的預(yù)防和控制 P3 W5 O, y0 p" T) L' h/ n ?3 t
加強(qiáng)對(duì)刀具非正常消耗的預(yù)防和控制,設(shè)法控制有可能造成刀具非正常消耗的各個(gè)變量,如工件的毛坯質(zhì)量、機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行、切削液的質(zhì)量、刀具及其涂層的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性等,要采取各種必要有效的控制手段和預(yù)防措施。
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! {, N5 C6 B' H7 I5 c; [2 M5、刀具的保養(yǎng)和維護(hù)/ ^. N Y9 c. G/ E
建立類似于設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)那樣的刀具維護(hù)保養(yǎng)制度,定期對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具進(jìn)行拆檢、清洗、潤(rùn)滑等工作,進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)。
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