劉建蘭

（鄭州市技師學(xué)院,鄭州 450006）

0 引言

工業(yè)制造業(yè)中的高速加工技術(shù)具有導(dǎo)熱快、力度小、效率高的特點(diǎn)。高速加工技術(shù)的發(fā)展也受到很多因素的影響，如刀具、冷卻技術(shù)和機(jī)床技術(shù)等。這項(xiàng)技術(shù)已成為近年來(lái)一項(xiàng)重要的技術(shù)改革，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，給企業(yè)帶來(lái)了極大的生存壓力，要降低成本、提高服務(wù)水準(zhǔn)、加快跟新?lián)Q代速度、要求個(gè)性化這些市場(chǎng)要求對(duì)制造業(yè)模具的制造有很大的刺激作用，汽車領(lǐng)域的生產(chǎn)壓力也在不斷加大利潤(rùn)空間受到擠壓，大規(guī)模，小成本，快更新已經(jīng)成了汽車領(lǐng)域在中的重要法寶，所以高速加工技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)成了一個(gè)熱點(diǎn)話題。

1 高速加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展起源

高速加工技術(shù)是二十世紀(jì)中期，德國(guó)科學(xué)家提出的概念。他研究發(fā)現(xiàn)刀具的磨損和溫度的增加是隨著速度而增加的，當(dāng)速度超過(guò)某個(gè)零界點(diǎn)時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生一種力度和溫度雙雙降低效應(yīng)。研究證明不同材料的加工特性是不相同的，只有符合一定材料的加工速度才是最合適加工的速度，所以告訴加工不是僅僅提高加工速度決定的二是材料特性，加工工藝，刀具壽命等相關(guān)，這種技術(shù)從航空材料發(fā)展起步，加工受到設(shè)備冷卻能力和主軸的轉(zhuǎn)速影響，主軸在每分鐘6000—8000轉(zhuǎn)左右。汽車中的模具制造，多是塑料模具和壓鑄模具，以及沖壓型模具。硬度為大于洛氏55度，所以刀具才是加工限制條件轉(zhuǎn)軸速度成了次要影響因素。速度在45000轉(zhuǎn)以上是小型模具加工的速度，大型則要主軸達(dá)到125000轉(zhuǎn)以上方可。

1.2 差距和不足

受多方面因素的影響我國(guó)企業(yè)的高速加工技術(shù)和設(shè)施大部分從國(guó)外引進(jìn)，國(guó)內(nèi)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)性研究不足，高速加工技術(shù)優(yōu)化速度較慢，推廣和集成受到影響，與工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)還有一定差距。第一，產(chǎn)品的生命周期要以零件的材料選擇和加工工業(yè)的成形技術(shù)為依托。后續(xù)的制造工藝都受到這個(gè)前提的影響，生產(chǎn)過(guò)程的成本、快慢和品質(zhì)也會(huì)受到影響。但是國(guó)內(nèi)在零部件毛坯技術(shù)上自住研發(fā)力度不夠重視程度不足，工藝路線的發(fā)展受到阻礙。研究的科研成果轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力的程序復(fù)雜，第二，機(jī)床技術(shù)落后，高速技術(shù)需要高質(zhì)量的機(jī)床技術(shù)，雖然目前國(guó)內(nèi)機(jī)床技術(shù)有足量進(jìn)步，但是機(jī)床上的關(guān)鍵部件的研發(fā)與國(guó)外還是有很大的差距。第三，國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)不健全，制造企業(yè)的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)是一項(xiàng)重要的資源，對(duì)后續(xù)的研發(fā)和生產(chǎn)有重要的參考作用，但國(guó)內(nèi)很少有企業(yè)在做數(shù)據(jù)庫(kù)的研發(fā)和建立，這對(duì)高速技術(shù)的發(fā)展極為不利。另外刀具技術(shù)也與國(guó)外差距很大，高性能材料在刀具上的應(yīng)用，刀具的安全，刀具的使用，道具的表面涂層這些研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)仍處于起步階段。

2 高速加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

高速加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有傳統(tǒng)行業(yè)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。首先切削工藝的效率得到很大提升，高速的給進(jìn)速度和切削速度是保證主軸在單位時(shí)間內(nèi)提高效率的關(guān)鍵。一次成型的技術(shù)讓加工的過(guò)程得到了很大簡(jiǎn)化，同時(shí)也提高了精準(zhǔn)度。高速銑床和高速加工中心可以實(shí)現(xiàn)一次性的完成所有的加工過(guò)程。比正常作業(yè)時(shí)間相比大大縮減，無(wú)需反復(fù)作業(yè)并且減少了一定的工序，例如后期的手工研磨和拋光作業(yè)。因此高速加工技術(shù)可以提高效率，增加產(chǎn)量。其次高速加工技術(shù)對(duì)制作零件的表面質(zhì)量有很大提升，高速加工下，只需要提高少量的加工速度就可以提高工業(yè)制品表面的精度減少瑕疵的出現(xiàn)。被高速加工所切削下來(lái)的工業(yè)廢料已經(jīng)脫離工件從而減少了清理程序，不影響下一步的加工。另外零件的受熱少、散熱快，零部件的加工時(shí)積攢的熱量已經(jīng)被切削廢料帶走，很少部分留在原料上，高速加工的力度小可以提高切削加工的效率。再次，對(duì)汽車模具加工工序有簡(jiǎn)化作用，傳統(tǒng)銑削應(yīng)該在淬火前，因?yàn)橹挥惺止げ艑?duì)淬火形成變形進(jìn)行修正，高速加工工藝的出現(xiàn)讓電極加工程序和電極材料和電加工過(guò)程的費(fèi)用都大大減少甚至扣除，汽車制作業(yè)的高速加工可以使用微型的刀具，有利于細(xì)微環(huán)節(jié)的加工和制作，人工修正和加工的環(huán)節(jié)就消除了，而且汽車模具的使用期限增長(zhǎng)，模具的修復(fù)次數(shù)增加。

3 高速加工對(duì)加工系統(tǒng)的要求

由于高速加工技術(shù)的特殊性，尤其是汽車制作行業(yè)高速加工技術(shù)的特殊性，不得不考慮到高速加工需要的技術(shù)設(shè)備的承受能力。第一，是機(jī)床的技術(shù)機(jī)床主軸的質(zhì)量關(guān)系到能否實(shí)現(xiàn)順利切割的重要保障，當(dāng)轉(zhuǎn)速為15000—150000r/min時(shí)候要求主軸必須能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)提升速度，所以高速主軸的速度常見(jiàn)方式是空氣靜壓式，磁懸浮軸承式，等其他結(jié)構(gòu)形式。第二，驅(qū)動(dòng)程序，機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要保持一定的高速度，小直徑刀具有利于減少對(duì)刀具的磨損程度，以常用的25-35m/m in的速度，用滾珠絲杠傳動(dòng)，可以提高到55m/m in，直線電機(jī)則可以提高到125m/min。加速度高，三維的復(fù)雜曲面輪廓對(duì)高速加工要求較高，需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠承受一定的加速度特性。當(dāng)速度增益因子達(dá)到Kv=30m/mim 時(shí)候三維動(dòng)態(tài)滯后性最小。第三，數(shù)控系統(tǒng)保障，模具加工已經(jīng)逐漸以數(shù)控為主導(dǎo)，傳統(tǒng)手工制作的領(lǐng)域越來(lái)越少，插補(bǔ)方法要有一定的先進(jìn)性，保證表面質(zhì)量和工件的幾何精度。智能的預(yù)處理功能，緩沖寄存器要一定是大容量可持續(xù)的，保證多個(gè)程序都可以提前受到檢查。另外還有一頂?shù)恼`差修補(bǔ)功能，包所有的主軸、電機(jī)、象限和測(cè)量方面的誤差都可以一定程度上及時(shí)發(fā)現(xiàn)并補(bǔ)償。另外汽車模具的高速加工工藝過(guò)程需要很高的數(shù)據(jù)傳輸程序，用最先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸可以達(dá)到2200kbps。

4 汽車模具開發(fā)中的高速加工技術(shù)應(yīng)用

有報(bào)道稱大眾汽車公司在上海的工廠已經(jīng)采用了高速加工技術(shù)替代了原來(lái)的技術(shù)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和缸蓋等大平面的加工，都是高速加工技術(shù)的應(yīng)用之地。高估鉆削技術(shù)開始應(yīng)用到缸體模具的打孔中，電主軸方式也開始在主軸加工研磨床上推廣運(yùn)用。高達(dá)65000r/min的轉(zhuǎn)速在直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用下更加的穩(wěn)定了生產(chǎn)的過(guò)程提高了生產(chǎn)效率。便捷柔性生產(chǎn)線也是以高速加工技術(shù)為基礎(chǔ)的，歐美的許多汽車生產(chǎn)大國(guó)都普遍采用了該項(xiàng)技術(shù)開設(shè)了高速柔性的生產(chǎn)線。汽車生產(chǎn)過(guò)程中的模具制作是該生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵因素，只有良好的模具才能有高質(zhì)量的汽車零部件，模具生產(chǎn)開發(fā)的速度決定著產(chǎn)品的好壞和生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)度的快慢。高速加工技術(shù)的出現(xiàn)直接成了汽車磨具制造的關(guān)鍵性突破。樹立了現(xiàn)代汽車磨具生產(chǎn)的技術(shù)典范。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸模具、汽車覆蓋件的模具、其它零件模具。其中覆蓋件最重要，它決定著一輛汽車的外觀和型號(hào)，是研究的重要內(nèi)容，近期的重點(diǎn)研究課題是有關(guān)設(shè)備的使用標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)床的調(diào)試和安裝，刀具的使用，高速加工的軟件編程和測(cè)量技術(shù)，這些研究很好的滿足了汽車模具生產(chǎn)企業(yè)的要求。高速加工技術(shù)具有高轉(zhuǎn)速，大給進(jìn)，高精度和長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)符合了汽車生產(chǎn)模具制作中多曲面多類型的生產(chǎn)需求。降低了模具制作過(guò)程的切削力度，減少了刀具的磨損，切削的熱量也被廢料帶走，這些因素可以加速汽車生產(chǎn)的更新?lián)Q代。高速加工的技術(shù)基礎(chǔ)是人們前期總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，讓效率和工藝互相提升。另外系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)也在不斷的更新，CAD等相關(guān)軟件也在幫助高速加工技術(shù)的不斷推進(jìn)，選擇不同的清除廢棄物的方法。

5 高速加工技術(shù)的趨勢(shì)

首先今后高速加工技術(shù)的發(fā)展必然迎來(lái)一個(gè)材料范圍擴(kuò)大的局面，不僅僅是鋁合金的加工，其它高硬度和高難度加工的材料都可以通過(guò)高速加工技術(shù)完成，濕式切割將逐漸替代干式切割，高速切割的溫度升高致使大量的冷卻液產(chǎn)生并污染環(huán)境，研發(fā)能在一定干度條件下順利進(jìn)行高速切割。其次，為了滿足更過(guò)的生產(chǎn)需求不斷研究CAD和CAM等相關(guān)軟件，讓高速機(jī)床的控制技術(shù)更加成熟和穩(wěn)定，保證安全生產(chǎn)方面可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)將會(huì)有關(guān)于遠(yuǎn)程監(jiān)控和安全防護(hù)的技術(shù)出現(xiàn)在該領(lǐng)域。最后，研發(fā)和實(shí)驗(yàn)將會(huì)得到重視，從理論到實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)到實(shí)踐是不斷推動(dòng)科技進(jìn)步的規(guī)律。加大對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)力度將是主要努力方向。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代工業(yè)制作業(yè)的發(fā)展離不開高速加工技術(shù)的發(fā)展，是汽車模具制造的必由之路和主要研究方向。繼續(xù)研發(fā)和推廣該技術(shù)不僅可以提高汽車工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率還能降低成產(chǎn)成，提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)調(diào)整。

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