摘要：制造业是一个国家经济的基石，只有拥有了强大的装备制造能力，我国才能在武器制造、航空航天、船舶、铁路、汽车、能源等涉及到国家经济命脉的领域不受制于人。机械加工是装备制造业的重要领域之一，各种工业产品都要通过机床进行加工生产。文章对机械高效加工技术进行了探讨。
关键词：机械加工；高速切削；快换工装；陶瓷刀片；装备制造业 文献标识码：A
中图分类号：TG659 文章编号：1009-2374（2017）08-0109-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.052
机械制造业是我国经济的重要支柱之一，同时也是国家工业水平的重要体现。尽管互联网技术和信息技术的迅速发展吸引了众多目光和投资，但是我们也决不能忽略了制造业的重要地位。因为制造业是国家工业发展的基础，关系到国计民生的各个领域，近几年美国和欧洲纷纷提出要让制造业回归本土，也正说明了制造业的重要性。随着市场竞争的越来越激烈，很多东南亚国家以其低廉的人工成本吸引了很多外商投资，我国的外贸机械加工正在失去以往的人力成本优势，而国内的成本战也日趋激烈。这些都促使着机械加工技术朝向高效率、低成本的方向发展，企业也越来越重视机械高效加工技术。本文从加工参数、刀具选取和工装夹具三个方面简要介绍几种机械高效加工技术。
1 高速切削
高速切削是指通过大幅提高进给速度和切削速度来提高加工精度、切削效率、表面质量的现代加工技术。高速切削的进给速度和切削速度为普通切削的5～10倍，线速度可以达到400m/min以上。高速切削的主轴转速可以达到10000r/min以上。由于切削速度的提高，切削效率可以提高3～5倍，大大降低了加工成本。高速切削对于减少零件变形也有显著效果。随着切削速度的提高，可以减少切削力30%以上，减少零件的变形；切屑可以高速排出并带走大量的切削热，减少零件的热变形。高速切削也能提高零件的表面质量，由于高速切削的转速高，使得整个加工过程的工作频率超出机床设备的低阶固有频率，也能抑制加工中产生积屑瘤，加工硬化和残余应力等，因此可以提高零件表面的精度等级。高速切削对刀具系统的要求很高，必须具有很高的装夹重复精度、刚度和几何精度，而且必须保证高速运转时安全可靠。刀具材料的进步对高速切削技术的发展有重大意义，目前普遍采用的刀具材料有立方氮化硼、陶瓷刀片、硬质合金刀片、金刚石刀具等。高速切削对设备的要求也很高，尤其是主轴系统的性能，需要具有紧凑的结构、较轻的重量、好的刚性、较高的回转精度、良好的减震功能、良好的热稳定性和可靠的主轴监测系统。高速切削加工时的机床转速相当高，一旦发生崩刃或零件脱离装夹的情况会非常危险，因此采用高速切削的设备必须做好安全防护，刀具和零件的夹紧一定要安全可靠，做好刀具磨损的监测和主轴转速监测等非常重要。
2 陶瓷刀片
新型刀具的使用能大幅提高机械加工效率。对于难以切削的材料，诸如镍基和钴基高温合金使用陶瓷刀片进行加工可以大幅提高材料的去除率，比使用硬质合金刀片更为高效。硬质合金刀片其硬度大于被加工零件，依靠刀具与零件的挤压，用“硬”刀具去除“软”零件的余量。而陶瓷刀片则是用切削所产生的热量，将零件材料瞬间软化而去除零件的材料。一般而言，硬质合金刀具的工作温度应该在800℃以下，一旦高于这个温度，其刀尖强度就会急剧下降以至无法完成正常的切削，因此硬质合金刀具的切削速度一般控制在20～35m/min，而陶瓷刀具的切削速度可达到250～450m/min。当切削速度越来越高，加工区域的温度也不断提高，从而达到陶瓷刀片工作的最佳温度。虽然陶瓷刀片需要很高的工作温度，但也需要浇切削液，因为切削液不会降低切削时工作区域的温度，只会使切屑更好地排出，因此需要浇注切削液。陶瓷刀片的脆性较大，振动对其寿命影响非常大，因此陶瓷刀片需要机床、夹具、刀杆都具有很高的刚性。陶瓷刀片的主要磨损形式为沟状磨损，其耐磨性较差，可以在刀具加工过程中注意调整加工点的位置即刀具与零件接触的部位，还可以采取变切深加工的方式来提高刀具寿命。在编制陶瓷刀片数控程序时，要尤其注意当刀具接近两个型面相连接的转角R处时，要降低进给速度，避免刀具磨损，保证加工质量。陶瓷刀具可广泛应用于加工镍基、钴基高温合金、高硬淬火钢、高硬度铸铁、不锈钢等。但要注意的是，陶瓷刀片不能够应用加工钛合金、铝镁合金，因为这些材料的燃点较低，在加工过程中温度升高容易引起切屑燃烧。陶瓷刀具因其切削速度快，极大地减少了零件的生产时间，提高了生产效率，可以广泛应用于零件的半精加工中。
3 快换工装
零件的装夹占用了加工过程的很大一部分时间，在装夹期间机床只能停机等待，造成了极大的浪费。应用先进的快换工装系统能够有效地减少设备停机时间，极大地提高了生产效率。零件的专用夹具设计有针对零件外圆或者内径的专用止口，止口可以控制零件在直径方向上的位移和串动。加工前，操作者在机床上安装机加工零件的专用夹具，找正夹具的圆周后将零件放入夹具止口中，靠止口固定零件，使用夹具能够大大缩短零件的找正时间。但是不同零件大多有不同的夹具，更换夹具并重新找正夹具需要一定时间。据统计，更换夹具的时间占整个加工时间的26%，采用快换工装后可以大大减少夹具的更换时间。快换工装的定位和夹紧是采用零点定位钢球自锁安装系统，其制造精度非常高，保证了定位的精确性和夹紧的可靠性。快换工装的主要结构为与机床花盘相连接的通用底盘，各个零件的不同定位夹具与通用底盘利用零点定位钢球自锁安装系统通过气动方式进行定位连接，从而实现了夹具的快速拆装。定位装置包括两个部分：零点定位器和定位接头，零点定位器通过大直径高刚度的滚珠夹紧定位接头，当给零点定位器通入一定压力的气压或液压时，滚珠向四周散开，定位接头可以插入定位器，切断压力供给后，滚珠向中心聚拢并锁紧定位接头。零点定位系统的重复定位精度小于0.005mm，其采取完全密封技术，可以在液体环境下使用，最大工作温度不高于80℃。使用快换工装以后，夹具的更换时间可以减少90%，大大提高了加工效率。快换工装结合机器人技術可以实现生产线的全自动无人加工，操作者在流水线下对夹具和零件进行预找正，然后利用机械手将夹具与通用底盘进行连接，实现全程无人干预高效加工。
4 结语
机械加工的高效加工方式也在不断发展和改进，企业应该依据自身情况合理选择并应用，应特别注意的是企业不能一味地追求效率的提高而忽略了质量，有些高效加工方式只适用于粗加工和半精加工，如果应用于精加工，因为其加工参数过高容易使零件产生变形。企业还要考虑成本因素，引入新的技术固然能提高效率，但还要结合自身产品特点和运营情况，采用最优的生产方式。总之，没有最高效的加工方法，只有最适合的加工方法。
参考文献
[1] 刘杰华.金属切削与刀具实用技术[M].北京：国防
工业出版社，2006.
[2] 艾兴，等.制造技术与机床高速切削技术刀具材料的
进展和未来[J].制造技术与机床，2001，（8）.
（责任编辑：王 波）
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