如何运用机加工高速技术满足量化生产

　　高速加工技术产生于近代动态多变的全球化市场经济环境。自20世纪80年代，高速加工技术基于金属(非金属)传统切削加工技术、自动控制技术、信息技术和现代管理技术，逐步发展成为综合性系统工程技术。现已广泛实用于生产工艺流程型制造企业，如现代轿车、汽车的生产线等。随着个性化产品的社会需求增加，其生产条件为多品种、单件小批制造加工，高速加工技术必将在生产工艺离散型或混和型企业中，如模具、能源设备、船舶、航天航空等制造企业中得到进一步应用和发展。

    　高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动(或移动)速度超过普通切削5～10倍，主要体现在刀具快进、工进(CMM在线检测)及快退3个环节上。对于整条生产自动线而言，高速加工技术表征是以较简洁的工艺流程，较短、较快的生产节拍在生产线上进行生产加工。这就要突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺方式：采用一工位多工序、一刀多刃(复合刀具)，采用复合加工，以车、铰、铣削替代磨削，以拉削、挤、滚压替代车、插、铣削，尽可能地缩短整条生产线的工艺流程。对于某一产品而言，高速加工技术也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及信息反馈。 数控汽车零部件自动生产线中的高速加工技术2000年以来，天津勤美达工业有限公司(CMT)引进了多条较先进的数控零部件加工生产自动线，使CMT加工制造得到发展。其中较典型的是来自韩国的DAWOO自动生产线，其处于国际20世纪90年代中期水平。其中应用了较多实用的高速加工技术。从中可部分了解到世界高速加工技术的现状与发展趋势。本文重点介绍加工生产线CYCLE TIME(生产节拍)的概况。

  　  引进的数控汽车零部件自动生产线概述：由CMT汽车刹车支架和排气管高速加工生产线组成。同步引进北美汽车公司并行工程管理模式与管理技术，经营各条自动线生产运行，年加工能力3000pcs，制造节拍1.5～3分钟/ 件。 生产线部分采用复合高速切削加工技术，其机械加工工艺流程反映了当代加工制造业中最先进的技术水平。

    　具体的情况包括零件毛坯状况：关键零件毛坯均为CMT自行DISA线精密铸造成型的高强度铸铁成形工艺。其高速加工技术要求在批产工艺过程中，材料可加工性能良好、稳定，零件毛坯切削余量控制在(1.2～4)mm±0.3 mm以内。
生产线高速切削刀具、机床及加工工艺：其典型技术特点包括，刀具材料的选用，以超硬刀具材料为主。采用CBN、PCD、SiN陶瓷，Ti基陶瓷，TiCN涂层刀具材料加工高强度铸铁件，铣削速度达2200m/min；采用PCD、超细硬质合金刀具加工高Si-mo铸造件，铣削速度也达2200m/min，钻、铰削速度达80～240m/min；采用SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂层刀具加工钢零件，车削速度达200m/min；采用高Co粉末冶金表面涂覆TiCN 的高速钢整体拉刀，以及硬质合金机夹组合专用拉刀，加工各种钢件、铸铁件，拉削速度10～25m/min。

    　量化线刀具典型结构与加工工艺。零件孔加工刀具采用多刃复合式(刀刃机夹、镶焊组合)结构，以铰、挤削替代磨削，在一次性走刀过程中完成孔的精加工，转速达3000r/min，走刀速度达1.5～3 m/min，精度可达5～7级，粗糙度Ra0.7μm(枪钻转速3000rpm， Ra2μm)；零件平面铣削刀具多采用密齿、过定位、重复夹紧结构，径、轴向双向可调的高速密齿面铣刀。采用机床主轴内置式U轴、一次走刀完成其球面成形铣削加工；一次走刀铣铰削完成外圆、端面粗加工，替代单刃车削加工工艺。上述专用高速、高效刀具结构不胜枚举，与相应专用数控机床组合成的加工工位，生产节拍为20～40秒。零部件的精度与质量的60%～80% 决定于这些专用刀具及数控机床的精度和质量。

    　高速专用数控机床：关键零件的多数加工工艺突破了传统机加工理念，其高速专用数控机床也突破了传统结构设计形式。概括地讲，其机床结构设计是以各种高速多刃专用成形刀具和加工工艺为主导，以满足整条生产线各加工工位、加工工序生产节拍均衡及稳定的质量与精度要求。在一次往复走刀过程中，高速加工发动机、曲轴各种零部件是按构思设计和制造的。对机床数控系统、质量与精度、零部件的材料性能等各项技术参数，是以各加工工位、工序的具体技术要求，分解成各个单一的技术指标，因而机床结构相对简洁、数控系统稳定可靠，其加工技艺数据库固化在数控系统中。

  　  纵观CMT量化生产线机械制造工艺技术，其刀具切削与进给速度未达到某些理论中的高速切削概念指标，但其生产效率是属于高速加工的范畴。在生产实践中，这种相对低速切削更高效的加工技术，通过了市场竞争环境的严格考核。
目前与国外的差距 由于种种原因，一些高速加工技术基础共性技术研究没有优化、集成和推广应用。国内企业大都从外国引进高速加工技术，当然也存在一些差距。

   　 零件毛坯制造技术：零件毛坯材料的选择、成形工艺技术的优化，直接影响到后序机制工艺过程、生产节拍快慢和产品质量、成本，是产品全生命周期的起点。国内少有科技人员下功夫去潜心系统研究，国外的快速成形工艺技术还未真正实用于企业生产流程中。更少有人从绿色制造、环保角度研讨零件毛坯制造系统技术的变革与发展。

    　高速刀具技术：差距主要表现在高性能刀具材料的研发(含表面涂层材料)、刀具制造工艺技术、刀具安全技术及刀具使用技术等领域。

    　高速机床技术：在市场经济引进技术设备的带动下，我国高速机床技术有了长足进步，差距在于机床关键功能部件的研发上，落后于市场需求。如转速20，000r/min以上的大功率高刚度主轴、无刷环形扭矩电机、直线电机、快速响应数控系统等在实用上处于空白；多功能复合机床设计、制造网络、通讯网络技术的应用，还处于初级阶段。
生产技艺数据库：国内制造企业(尤其是国营企业)普遍未重视建立自身企业(行业)生产技艺系统数据库，其中包含制造工艺流程及相关的技艺(Know How)、金属(非金属)切削数据库、专家机制知识库、企业内外有效资源数据库等。另外，高速切削机理的基础共性技术研究也处于初级阶段。

    　机加工高速技术的发展趋势机床(设备)技术的发展，就是满足零件精度(质量)、生产率、生产成本、刀具(工具)轨迹等技术要求的过程。机制科技领域里，零件(产品)、工具(刀具)与机床三者技术连体。因此在研讨高速加工技术时，要三位一体地系统分析、考察；在当今信息时代，研讨高速加工技术，必然要涉及到信息技术、自动化技术、经营管理技术及系统工程技术。我们要应用高速加工技术，必备上述信息时代4个科技领域的科普基础知识。

   　 本世纪在全球一体化制造环境里，高速加工系统工程技术必然在各类制造企业中得到更广泛应用。其中包括刀具技术：在制造业中将普遍应用高速(超高速)干式切削技术；超硬刀具材料的应用、复合(组合)式各类高速切削刀具(工具)的结构设计与制造技术，将成为刀具(工具)品种发展的主导技术。陶瓷及Ti基陶瓷领域发展更快、应用更加广泛。

   　 机床技术：随着数控系统、关键功能部件、网络通讯技术的进步与完善，企业将促使多轴联动、多面高速加工中心，铣、车功能为一体的复合加工中心技术达到实用化；相应出现各类数控专用高效率加工机床；将更加广泛应用激光技术于机械成形加工、切割加工领域；机床数控系统的功能将可实施网络化通讯与生产，进一步提升数控机床的利用率。

    　量化自动生产线：将以各类高速加工中心组成，大力发展柔性、敏捷制造工程技术。

    　测量技术：随着高速加工系统工程技术广泛应用，数字化CCD、激光图形处理测量技术和随机在线高速测量技术将广泛应用于柔性数控生产线及数控专用高效率加工机床上。

    　网络技术(DNC)控制：大力发展DNC宽带网及网络安全技术。

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