拓展高速加工应用仍需努力

作者:贺鑫元博士 文章来源:沈机股份中捷机床有限公司 发布时间:2010-12-27
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高速加工在我国制造业中的应用仍然受到制约,需要时间和措施加快其发展。

高速加工是指具备高主轴转速和高进给速度的加工方式,由于高速加工所产生的大量的切削热被切屑带走,从而使切削刃和工件的温度降低,同时随着铣削速度的提高,铣削力也会降低,表面质量提高,同时提升加工效率。高速加工多数采用干式切削,干式切削节省了具有较强污染的切削液,从而有益于操作人员的健康和大气环境;由于没有冷却液的参与,所加工的废屑很容易被回收利用,大大降低了切屑分离的成本;由于加工区域温度的稳定,减少了刀具和工件由于冷却液不充分造成的骤冷或骤热而导致的刀具蹦刃破损,从而减少了刀具的成本;由于高速加工的高效率,在同样的恒温车间进行的加工,单位时间内高速加工产出了更多的工件,从一定程度上减少了每个工件所承担的车间恒温成本。从宏观上来讲,高速高效加工技术,切实为国家的节能减排做出了一定的贡献。

高速加工机床有很多区别于传统机床的特点,如关键功能部件的选用,需要配有高速主轴单元,这关系到主轴的设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡及噪声等多项相关技术;高速进给系统,要求不仅仅能够达到高速运动,而且要求瞬时达到高速、瞬时准停等,所以要求具有很大的加速度承载能力以及较高的定位精度;高性能 CNC,要求系统具备快速的内部数据处理能力、快速处理刀具轨迹、预先前馈控制、反应及稳定的伺服系统等。

另外,高速加工机床的床身、立柱、工作台等主要结构件在保证运动部件的惯量的同时,如何保证整机静刚度、动刚度、热刚度等问题也是关键。高速刀具及刀柄,需要具备高速性能及高速加工性能。高速切削还需要高效的切屑处理和清除装置。而与工艺相关的要求是,切削方法和切削参数的选择与优化、对各种不同材料的加工方法、刀具材料和刀具几何参数的选择等。

目前,高速加工的高效性正在逐渐被认识,特别是在航空航天企业铝合金、发动机、注塑模具及电极等零部件以及碳纤维等轻质复合材料的加工中,一定程度上已经实现了高速加工。

但很多可以广泛应用高速加工的领域,如汽车模具制造等,现在还沿用传统的加工方式,究其原因,归结于技术实力落后,工艺人员及机床操作人员很难接受或很难掌握高速加工所需要的必备技能,如高速加工轨迹规划及程序优化、高速刀具及其加工参数的选择及优化等;另外,经济实力不足,无法购置具备高速加工性能的高档机床设备,同时很难配备相应的维修支持,一旦机床出现故障,对于企业就是致命的打击。

所以当前我国制造业首先要注重行业专业技能人才的培养,倡导大、中专院校加强实用性专业人才的培养;其次,要加大对企业高速机床应用的补贴鼓励,对购买高速高效加工设备的企业实施政策性的补贴,积极引导企业购买高速加工设备及从事高速加工技术的储备与研究,只有先让企业尝到应用高速加工所带来的甜头,企业自然就会逐渐地走到高速加工的高效之路上来;第三,从政策上逐渐淘汰落后产能,对采用了高速加工技术而保证了能源消耗减少的企业实施奖励,对仍然采用落后加工技术低产能的企业实施惩罚,从政策上淘汰落后的产能,实现企业应用的节能降耗。

基于高速加工的优势,在未来的加工领域必将占据举足轻重的地位。大力发展高速高效加工必定会为企业带来可观的收益,并保证行业经济的快速发展。当然,高速加工在技术角度仍然存在缺陷,还需要国家在该领域持续的支持和投入。例如着重于高速加工工艺、高速加工刀具研究,高速加工基本规律及切削机理、高速加工虚拟技术研究,高速加工机床设备的研究,其中特别是高性能功能部件的研究,如电主轴(大功率、大扭矩),进给驱动系统如丝杠、导轨、电机、系统等关键部件(主要采购国外产品);高端CAD/CAM系统的研究与开发,目前国内所使用的稳定可靠的CAD/CAM系统仍为国外进口,如CATIA、Proe、UGS等等。

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