高效率加工的新概念

在金属切削过程中,选择很高的切削速度,并不一定是提高加工效率的唯一方法。不要忽视在中等切削速度下的大进给量加工方案,这是由大量切削实践得出的结论。基于这一新的认识,为适应汽车制造业和航空制造业的迅速发展形势和不断开发出新产品的市场需要,最近发展为一门崭新的技术——即高效率加工技术。他们认为,通常所谓的高速切削,是选用很高的切削速度与很低的进给量和很小的切削深度进行切削的。这种切削方案实际存在着许多问题,其中最大的问题是:主要目的是用于提高生产效率的高速切削,实际上并没有提高生产效率。它要求机床在高主轴转速下切削,但为提高机床主轴转速来提高切削速度,往往是以降低进给量﹑减小切削深度为代价的。所以切除率很低,生产效率不高。当然,这时机床的主轴功率可以很小。这一点对于那些尺寸精度、表面粗糙度及表面完整性要求很高的零件的精加工(要求零件不变形,因而切削中产生的切削力要小等一系列极其苛刻条件下的加工),确是非常有利的。

由PhilippAndrae教授开发研究的高效率加工技术,从开始就强调切削加工中加工零件的质量与生产效率的共同更大幅度的提高。该研究继承了高速切削可以降低切削力﹑提高加工零件精度和表面质量等特点。着重从极大地提高生产效率的目的出发(提高粗加工中的切除率),进行了大量的切削试验研究。从理论和实践的结合上解决了许多技术难题。使高效率切削技术开发研究取得了长足的进展。

高效率加工技术的关键在于:采取了选用或新设计出具有足够的机床主轴转速与较大地传递力矩的能力的高功率﹑高刚性机床,进行大功率切削；选用目前最好的先进刀具材料；选用适合高速﹑大功率切削的先进的刀具夹头；采用独具风格的特殊加工方法以及选择合理的切削参数等技术措施。

不仅如此,在大量切削试验的基础上,对切削理论研究上的新突破,也是使这项科研成果获得成功的决定性因素。

切削理论研究上的新突破

他们从大量的切削试验研究中惊奇地发现:在大功率的高效率切削中的动力学条件,极其有利地影响着刀具的切削性能和磨损形式。其中:动力学条件主要是指工件和刀具间极短的接触时间、极其频繁的接触频率、极其悬殊的切削温度变化,以及在大功率的切削中,较大地影响刀具和工件接触长度的(切削前后的)很小的切屑厚度比等。这些发生在高效率加工中的动力学条件,都使切削区产生很高的切削温度,使切削区的工件材料软化,使零件加工后的表面粗糙度变坏。但却降低了切削力,减轻了刀具的磨损(此时使刀具磨损的矛盾降为很次要的位置)。

尤其是在有色金属材料例如铝合金零件的高效铣削中,这些现象体现得更为明显。它可使切削区的切削温度变高、使工件软化,所以切削轻快。当然,这不包括必须采用动力学条件很差、技术上困难很大的小进给量的平面与圆弧面的铣削加工。这样的加工会引起由于工件软化变形造成的加工尺寸精度不高等一系列问题。

但是,这一系列的技术难题,可在高效率加工中的精加工阶段给以解决。以上结论与高速切削研究得出的结论基本吻合。但这是在大进给量﹑大切削深度和中等切削速度条件下得到验证的,无疑是在切削理论方面的新的突破。有这一理论作基础,才使高效率加工技术研究获得成功。

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