石墨cnc加工机器
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提高石墨cnc加工机器切削效率的途径
数控加工作为现代制造业先进生产力的代表,在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用。90年代以来,欧、美、日各国竞相开发和应用新一代高速石墨cnc加工机器,加快了机床高速化发展步伐。
高速主轴单元中电机主轴转速15000~100000r/min,高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60~120m/min,切削进给速度高达60m/min,高速石墨cnc加工机器进给速度可达80m/min,空运行速度可达100m/min左右。HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,主轴转速已达60000r/min。
在加工精度方面,近10年来,普通级石墨cnc加工机器的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级石墨cnc加工机器则从3~5μm提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。而新一代高速石墨cnc加工机器特别是高速石墨cnc加工机器的开发应用与超高速切削紧密相关。
1、国内外石墨cnc加工机器切削水平的差异
目前,先进国家的车铣切削速度已达到5000-8000米/分钟以上,机床主轴转速超过30000r/min(有的高达10万r/min)。例如,在铣刨时,国外的切削速度一般大于1000-2000m/m in,而我国只有国外的1/12-1/15,也就是说,国内工作12-15小时相当于国外工作1小时。据调查,许多石墨cnc加工机器的实际切削时间不到工作时间的55%。因此,如何提高加工效率,降低废品率已成为许多企业共同面临的问题。根据对我国石墨cnc加工机器切削效率的调查,存在着刀具精度低、刀具跳动大、加工精度低、工艺设备不配套等问题。*
(1)合理选择石墨cnc加工机器切削量。
以高速切削为代表的新型切削加工,如干切削和硬切削,具有许多优点和强大的生命力,成为制造技术提高加工效率和质量,降低成本的主要途径。
实践证明,当切削速度提高10倍,进给速度提高20倍,远远超越传统的切削“禁区”后,切削机理发生了根本的变化。其结果是:单位功率的金属切除率提高了30%~40%,切削力降低了30%,刀具的切削寿命提高了70%,大幅度降低了留在工件上的切削热,切削振动几乎消失;切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看,要充分发挥先进刀具的高速加工能力,需采用高速加工,增大单位时间材料被切除的体积(材料切除率Q)。
在选择合理的切削量的同时,尽量选择齿刀(刀齿3的数量),增加各齿的进给量,提高刀具的生产率和使用寿命。试验结果表明,当线速度为165m/min时,进给速度为341m/min,刀具的使用寿命为30min。如果切割速度增加到350m/min,则每个齿的进给速率为0.18mm,进给速度达到2785m/min,这是初始加工效率的817%,并且刀具寿命增加到117个。差异
(2)选择性能良好的石墨cnc加工机器工具材料
在石墨cnc加工机器的加工中,金属刀具的功能不低于本发明的“497”。制造工具的材料必须具有较高的高温硬度和耐磨性,必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性,具有良好的可制造性(切削加工、锻造和热处理等),不易变形。
目前国内外具有良好性能的主要刀具材料为金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、多晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具。它们具有各自的特性,合适的工件材料和切削速度范围是不同的。CBN适用于切削高硬度淬火钢和硬铸铁,如陶瓷刀具和CBN刀具,主要用于加工高硬度淬火钢(50~67HRC)和冷硬铸铁,其中陶瓷刀具可用于加工硬度为60~65HRC的工件,而CBN刀具则用于切割65HRC以上的工件。PCD适合于切割无铁金属、合金、塑料和玻璃纤维等。加工铝合金零件时,主要采用PCD和金刚石镀膜工具。碳工具钢和合金工具钢现在仅用作文件、板齿和分接头。尽管硬质合金涂层工具(如涂覆的锡、TiC、TiCN、TiAlN等)。由于硬质合金涂层刀具的抗氧化温度一般不高,因此切割速度的提高也受到限制。一般钢零件可以在400~500m/min的范围内进行加工,而Al2O3涂层的高温硬度较高,在高速范围加工时,其耐磨性优于TiC、TiN涂层。
此外,刀具切削部分的几何参数对切削效率和质量有很大的影响。高速切削时刀具的前角一般比普通切削小10度,后角大5-8度。为了防止切削刃处的热磨损,主切削刃和辅助切削刃应磨圆或倒角,以增加局部切削刃角度,增加切削刃附近的切削刃长度和刀具材料的体积,从而提高刀具刚度,降低刀具破损率。*
(3)加快石墨cnc加工机器涂料技术发展
自刀具涂层技术问世以来,它对刀具性能的提高和加工技术的进步起到了非常重要的作用。涂层刀具已成为现代刀具的标志,占刀具总数的50%以上。21世纪初,涂层刀具的比例将进一步提高,有望突破CBN涂层技术,使CBN的优异性能应用于更多的刀具和刀具(包括精密和复杂的刀具和成形工具)中,从而全面提高黑色金属的切削加工水平。此外,纳米超薄、超多层及新型涂层材料的开发和应用也将加快,涂层将成为提高刀具性能的主要途径。
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