至今為止,不同切削工藝之間的界限很清楚:銑削是以銑刀為主去加工工件表面,表面這種方法叫銑削或者車削,其材料去除率高,但精度要求不是很高。 相反,磨削不以刀具作為主要加工工具來加工工件表面的,磨削是利用磨具對工件表面進行加工,適用于精加工,可加工硬度較高的材料,如淬硬鋼等,加工的表面質量好。由于最近幾年技術的迅猛發展,使這種界限變得越來越模糊了。比如最近流行的高速銑技術,用高速銑加工的表面質量與磨削加工的表面質量已經非常接近,也可以經濟地加工淬硬材料。 磨削加工也具有同樣的發展趨勢。新型高效率深磨加工法的材料去除率與銑削或者車削幾乎相媲美。這就導致了最佳的加工工藝的選擇顯得更加復雜和嚴苛了。 那么,究竟應該依據什么標準選擇加工工藝呢?有很多不同的說法。但是有一點是肯定的,亦即所選擇的工藝必須符合工件必要的技術要求。然后才能考慮選擇的標準。另外,員工的技術知識水平也起著決定性的作用。只有經過培訓的且熟悉這項工藝的員工,才能使所選擇的加工工藝實現最高生產率。
圖1 加工系統對于切削的影響 還有很多因素影響加工系統(圖1)。加工參數和刀具的最佳調整非常重要。這些不僅適用于車削或者銑削,也適用于磨削加工。除此之外,冷卻液的選擇必須符合相應工藝,因為在加工過程中,有可能出現部分是銑加工和車削,也有可能是干式加工。還要考慮磨削工藝的參數,如冷卻液噴嘴的準確調整和全部修整過程。 修整使刀具重新獲得最佳狀態 工藝的選擇有機遇也有風險。借助于修整過程,刀具的幾何圖形可以重新被修整精確。在銑削和車削過程中,刀具將會受到磨損,其加工結果顯然是負面的。磨削過程中的磨具通過修整,磨具將重新成為有銳性的最佳磨具。由此會導致加工等級的形成,當受到磨損的鈍刀具通過時導致等級降低。修整也會導致新的幾何圖形很容易地形成。如果必須用成型銑刀產生幾何形狀,那么幾何形狀會產生小的變化。這時必須要一把新的銑刀。在磨削過程中,通過NC修整器的幫助可以使磨具獲得幾乎任意的幾何圖形。短時間內生成出新的幾何圖形,沒有費用的支出就獲得了新磨具。 決定性選擇的標準界限應該是指加工工藝的經濟性。一種工藝可使生產成本戲劇性的減少,這當然最理想的。在衡量經濟性時,所有的成本都必須要考慮進去。僅簡單分析加工時間往往不夠,因為工藝的不同,其刀具的成本也不一樣(大多數磨具價格比銑刀和車刀便宜)或者冷卻液(不同冷卻潤滑劑的回收成本要進行比較)。除此之外,還要考慮機床的安裝面積,耗能量和維護成本等。 為了能夠解釋清楚,下面列舉加工實例進行說明。一個非常復雜的零件就是飛機或者風力發電渦輪機的葉片。加工這類工件有很多不同的加工戰略。在過去的幾年,5軸高速銑的出現為此做出了貢獻,通過銑削工藝使精確的工件獲得了理想的加工表面質量。在Hamuel 的HSTM機床上加工的渦輪機葉片。由于技術的不斷優化,實現了好的表面質量和高的材料去除率。新型夾具使渦輪機葉片實現了一次裝卡完成全套加工。 這個應用領域不可忽視的重點是工藝流程的經濟性。特別值得注意的是渦輪機葉片的材料,越是難切削的材料,越要注重檢查刀具的磨損狀況。新型鈦鋁合金材料較難切削,采用指定的刀片加工非常困難,相反,磨削加工更為經濟。標準的渦輪機應用的工件則可采用經濟的銑加工。 另外一個加工實例是履帶汽車的鏈節加工。這里涉及到一個齒輪形式的幾何圖形, 其上部分與下部分精密相連,原材料的加工余量為4?mm。加工者采用的方案是,首先采用銑加工,然后再進行磨削工藝。這種方式不是特別的經濟,所以人們繼續探討研發,是否這種部件只能采用一種加工工藝。 復合機床的優勢 與推測相反,人們最好銑削加工部件,再轉換成磨削。為此Elb-Schliff公司采用了一種專業加工工藝,其磨削過程獲得了與眾不同的高材料去除率。同時必要的精度也得到了保證。在技術框架條件內(圖2),充分利用磨削的專業優勢。采用這種方法無需銑削用昂貴的成型刀具或者低效率的系列刀具,而修整工藝使機床產生任意的工具幾何圖形。也就是說,所加工的齒輪幾何形狀直接通過砂輪而形成。這對于加工是很大的提升。通過在機床上安裝的刀具更換裝置,使粗加工和精加工的砂輪變換使用。
圖2深磨加工具有很高的材料去除率 也不總是一種工藝被另一種工藝取代。一些工件采用復合加工更有優勢。應運而生的Millgrind系列機床可以滿足市場需求。Millgrind系列機床集中了兩種工藝的優點,為經濟加工做出了決定性的貢獻。這里特別要強調的是整體加工時間和裝調時間,如果部件在復合機床上進行銑削和磨削,復合機床只需要一次裝卡,那么就減少了一次裝卡的時間。另外,據新的研究報告指出,整體的加工時間也得到明顯的縮短。因為減少了單臺機床的靜止時間。另外的正面效果是部件的質量好,其質量因素取決于一次裝卡的優勢和相互之間的最佳的匹配,避免了換裝夾緊時產生的誤差。
圖3 復合機床GantrylineRT磨削加工
圖4 復合機床GantrylineRT銑削加工
圖5 換刀裝置增加了復合機床的靈活性 銑軸可轉換成車削工具 圖3~圖5顯示的是ELB GantrylineRT。該機床的成功使理想變成現實。工件一次被裝卡到圓形工作臺上。機床龍門的下部分分布的是不同的加工工位。在這種情況下,是2根磨削主軸和1根銑軸。模塊化的方案使不同的工藝和主軸的數量復合到一起。 通過圖3可以看到,一根主軸也可以作為回轉軸使用。這種設計方案的優點是高精度和高經濟性,當然需要在機床上安裝一套刀具變換裝置。 通過HSK接口,銑軸也可以變換成車削刀具。這樣機床也被轉換成車削加工過程。在車削過程中,銑軸被機械鎖緊,軸承卸載加工力。這種復合式加工機床適用于復雜和重型的有高精度要求的部件加工,為精密和經濟加工邁出了一大步。 從這里就可以看出,切削工藝的應用領域的界限越來越模糊了。除了定義清晰的加工任務,這其中或者只采用一種工藝或者由其他工藝代替,由于技術的發展進步,過渡應用范圍將更為廣泛。所以對于應用者更難做出決定,選擇什么加工工藝正確或者對于未來的部件加工哪些工藝正確。 銑削和磨削工藝復合應用范圍廣泛 對于一個企業的核心問題是,其加工戰略怎樣才能保證經濟和優化的持續發展。Elb-Schliff公司新開發的Millgrind系列機床集成了多種方案的優勢,可以滿足用戶的要求。各種不同的加工工藝集成在一臺機床里并可以靈活使用。在這里與選擇什么加工方法正確與否無關。我們的回答是銑削或者磨削,磨削或者銑削。 |
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