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(jìn)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(zhì)量好。由于最近幾年技術(shù)的迅猛發(fā)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(shù),用高速銑加工的表面質(zhì)量與磨削加工的表面質(zhì)量已經(jīng)非常接近,也可以經(jīng)濟(jì)地加工淬硬材料。 磨削加工也具有同樣的發(fā)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(dǎo)致了最佳的加工工藝的選擇顯得更加復(fù)雜和嚴(yán)苛了。 那么,究竟應(yīng)該依據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)選擇加工工藝呢?有很多不同的說法。但是有一點(diǎn)是肯定的,亦即所選擇的工藝必須符合工件必要的技術(shù)要求。然后才能考慮選擇的標(biāo)準(zhǔn)。另外,員工的技術(shù)知識水平也起著決定性的作用。只有經(jīng)過培訓(xùn)的且熟悉這項(xiàng)工藝的員工,才能使所選擇的加工工藝實(shí)現(xiàn)最高生產(chǎn)率。
圖1 加工系統(tǒng)對于切削的影響 還有很多因素影響加工系統(tǒng)(圖1)。加工參數(shù)和刀具的最佳調(diào)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(yīng)工藝,因?yàn)樵诩庸み^程中,有可能出現(xiàn)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(shù),如冷卻液噴嘴的準(zhǔn)確調(diào)整和全部修整過程。 修整使刀具重新獲得最佳狀態(tài) 工藝的選擇有機(jī)遇也有風(fēng)險(xiǎn)。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(huì)受到磨損,其加工結(jié)果顯然是負(fù)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(huì)導(dǎo)致加工等級的形成,當(dāng)受到磨損的鈍刀具通過時(shí)導(dǎo)致等級降低。修整也會(huì)導(dǎo)致新的幾何圖形很容易地形成。如果必須用成型銑刀產(chǎn)生幾何形狀,那么幾何形狀會(huì)產(chǎn)生小的變化。這時(shí)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(shí)間內(nèi)生成出新的幾何圖形,沒有費(fèi)用的支出就獲得了新磨具。 決定性選擇的標(biāo)準(zhǔn)界限應(yīng)該是指加工工藝的經(jīng)濟(jì)性。一種工藝可使生產(chǎn)成本戲劇性的減少,這當(dāng)然最理想的。在衡量經(jīng)濟(jì)性時(shí),所有的成本都必須要考慮進(jìn)去。僅簡單分析加工時(shí)間往往不夠,因?yàn)楣に嚨牟煌涞毒叩某杀疽膊灰粯?大多數(shù)磨具價(jià)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(jìn)行比較)。除此之外,還要考慮機(jī)床的安裝面積,耗能量和維護(hù)成本等。 為了能夠解釋清楚,下面列舉加工實(shí)例進(jìn)行說明。一個(gè)非常復(fù)雜的零件就是飛機(jī)或者風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)的葉片。加工這類工件有很多不同的加工戰(zhàn)略。在過去的幾年,5軸高速銑的出現(xiàn)為此做出了貢獻(xiàn),通過銑削工藝使精確的工件獲得了理想的加工表面質(zhì)量。在Hamuel 的HSTM機(jī)床上加工的渦輪機(jī)葉片。由于技術(shù)的不斷優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了好的表面質(zhì)量和高的材料去除率。新型夾具使渦輪機(jī)葉片實(shí)現(xiàn)了一次裝卡完成全套加工。 這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域不可忽視的重點(diǎn)是工藝流程的經(jīng)濟(jì)性。特別值得注意的是渦輪機(jī)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(jīng)濟(jì)。標(biāo)準(zhǔn)的渦輪機(jī)應(yīng)用的工件則可采用經(jīng)濟(jì)的銑加工。 另外一個(gè)加工實(shí)例是履帶汽車的鏈節(jié)加工。這里涉及到一個(gè)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(jìn)行磨削工藝。這種方式不是特別的經(jīng)濟(jì),所以人們繼續(xù)探討研發(fā),是否這種部件只能采用一種加工工藝。 復(fù)合機(jī)床的優(yōu)勢 與推測相反,人們最好銑削加工部件,再轉(zhuǎn)換成磨削。為此Elb-Schliff公司采用了一種專業(yè)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(shí)必要的精度也得到了保證。在技術(shù)框架條件內(nèi)(圖2),充分利用磨削的專業(yè)優(yōu)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(jī)床產(chǎn)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(jī)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(fù)合加工更有優(yōu)勢。應(yīng)運(yùn)而生的Millgrind系列機(jī)床可以滿足市場需求。Millgrind系列機(jī)床集中了兩種工藝的優(yōu)點(diǎn),為經(jīng)濟(jì)加工做出了決定性的貢獻(xiàn)。這里特別要強(qiáng)調(diào)的是整體加工時(shí)間和裝調(diào)時(shí)間,如果部件在復(fù)合機(jī)床上進(jìn)行銑削和磨削,復(fù)合機(jī)床只需要一次裝卡,那么就減少了一次裝卡的時(shí)間。另外,據(jù)新的研究報(bào)告指出,整體的加工時(shí)間也得到明顯的縮短。因?yàn)闇p少了單臺(tái)機(jī)床的靜止時(shí)間。另外的正面效果是部件的質(zhì)量好,其質(zhì)量因素取決于一次裝卡的優(yōu)勢和相互之間的最佳的匹配,避免了換裝夾緊時(shí)產(chǎn)生的誤差。
圖3 復(fù)合機(jī)床GantrylineRT磨削加工
圖4 復(fù)合機(jī)床GantrylineRT銑削加工
圖5 換刀裝置增加了復(fù)合機(jī)床的靈活性 銑軸可轉(zhuǎn)換成車削工具 圖3~圖5顯示的是ELB GantrylineRT。該機(jī)床的成功使理想變成現(xiàn)實(shí)。工件一次被裝卡到圓形工作臺(tái)上。機(jī)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(shù)量復(fù)合到一起。 通過圖3可以看到,一根主軸也可以作為回轉(zhuǎn)軸使用。這種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是高精度和高經(jīng)濟(jì)性,當(dāng)然需要在機(jī)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(jī)床也被轉(zhuǎn)換成車削加工過程。在車削過程中,銑軸被機(jī)械鎖緊,軸承卸載加工力。這種復(fù)合式加工機(jī)床適用于復(fù)雜和重型的有高精度要求的部件加工,為精密和經(jīng)濟(jì)加工邁出了一大步。 從這里就可以看出,切削工藝的應(yīng)用領(lǐng)域的界限越來越模糊了。除了定義清晰的加工任務(wù),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(shù)的發(fā)展進(jìn)步,過渡應(yīng)用范圍將更為廣泛。所以對于應(yīng)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(fù)合應(yīng)用范圍廣泛 對于一個(gè)企業(yè)的核心問題是,其加工戰(zhàn)略怎樣才能保證經(jīng)濟(jì)和優(yōu)化的持續(xù)發(fā)展。Elb-Schliff公司新開發(fā)的Millgrind系列機(jī)床集成了多種方案的優(yōu)勢,可以滿足用戶的要求。各種不同的加工工藝集成在一臺(tái)機(jī)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(guān)。我們的回答是銑削或者磨削,磨削或者銑削。 |
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