如何運用機加工高速技術(shù)滿足量化生產(chǎn)

高速加工技術(shù)產(chǎn)生于近代動態(tài)多變的全球化市場經(jīng)濟環(huán)境。自20世紀80年代，高速加工技術(shù)基于金屬（非金屬）傳統(tǒng)切削加工技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，逐步發(fā)展成為綜合性系統(tǒng)工程技術(shù)�，F(xiàn)已廣泛實用于生產(chǎn)工藝流程型制造企業(yè)，如現(xiàn)代轎車、汽車的生產(chǎn)線等。隨著個性化產(chǎn)品的社會需求增加，其生產(chǎn)條件為多品種、單件小批制造加工，高速加工技術(shù)必將在生產(chǎn)工藝離散型或混和型企業(yè)中，如模具、能源設(shè)備、船舶、航天航空等制造企業(yè)中得到進一步應(yīng)用和發(fā)展。

　　高速切削是指刀具切削刃相對與零件表面的切削運動（或移動）速度超過普通切削5～10倍，主要體現(xiàn)在刀具快進、工進（CMM在線檢測）及快退3個環(huán)節(jié)上。對于整條生產(chǎn)自動線而言，高速加工技術(shù)表征是以較簡潔的工藝流程，較短、較快的生產(chǎn)節(jié)拍在生產(chǎn)線上進行生產(chǎn)加工。這就要突破機械加工傳統(tǒng)觀念，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，改革原有加工工藝方式：采用一工位多工序、一刀多刃（復(fù)合刀具），采用復(fù)合加工，以車、鉸、銑削替代磨削，以拉削、擠、滾壓替代車、插、銑削，盡可能地縮短整條生產(chǎn)線的工藝流程。對于某一產(chǎn)品而言，高速加工技術(shù)也意味著企業(yè)要以較短的生產(chǎn)周期，完成研發(fā)產(chǎn)品的各類信息采集與處理、設(shè)計開發(fā)、加工制造、市場營銷及信息反饋。

　　數(shù)控汽車零部件自動生產(chǎn)線中的高速加工技術(shù)

　　2000年以來，天津勤美達工業(yè)有限公司（CMT）引進了多條較先進的數(shù)控零部件加工生產(chǎn)自動線，使CMT加工制造得到發(fā)展。其中較典型的是來自韓國的DAWOO自動生產(chǎn)線，其處于國際20世紀90年代中期水平。其中應(yīng)用了較多實用的高速加工技術(shù)。從中可部分了解到世界高速加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。本文重點介紹加工生產(chǎn)線CYCLE TIME(生產(chǎn)節(jié)拍)的概況。

　　引進的數(shù)控汽車零部件自動生產(chǎn)線概述：由CMT汽車剎車支架和排氣管高速加工生產(chǎn)線組成。同步引進北美汽車公司并行工程管理模式與管理技術(shù)，經(jīng)營各條自動線生產(chǎn)運行，年加工能力3000pcs，制造節(jié)拍1.5～3分鐘/ 件。 生產(chǎn)線部分采用復(fù)合高速切削加工技術(shù)，其機械加工工藝流程反映了當代加工制造業(yè)中最先進的技術(shù)水平。

　　具體的情況包括零件毛坯狀況：關(guān)鍵零件毛坯均為CMT自行DISA線精密鑄造成型的高強度鑄鐵成形工藝。其高速加工技術(shù)要求在批產(chǎn)工藝過程中，材料可加工性能良好、穩(wěn)定，零件毛坯切削余量控制在（1.2～4）mm±0.3 mm以內(nèi)。

　　生產(chǎn)線高速切削刀具、機床及加工工藝：其典型技術(shù)特點包括，刀具材料的選用，以超硬刀具材料為主。采用CBN、PCD、SiN陶瓷，Ti基陶瓷，TiCN涂層刀具材料加工高強度鑄鐵件，銑削速度達2200m/min；采用PCD、超細硬質(zhì)合金刀具加工高Si-mo鑄造件，銑削速度也達2200m/min，鉆、鉸削速度達80～240m/min；采用SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂層刀具加工鋼零件，車削速度達200m/min；采用高Co粉末冶金表面涂覆TiCN 的高速鋼整體拉刀，以及硬質(zhì)合金機夾組合專用拉刀，加工各種鋼件、鑄鐵件，拉削速度10～25m/min。

　　量化線刀具典型結(jié)構(gòu)與加工工藝。零件孔加工刀具采用多刃復(fù)合式（刀刃機夾、鑲焊組合）結(jié)構(gòu)，以鉸、擠削替代磨削，在一次性走刀過程中完成孔的精加工，轉(zhuǎn)速達3000rpm，走刀速度達1.5～3 m/min,精度可達5～7級，粗糙度Ra0.7μm（槍鉆轉(zhuǎn)速3000rpm， Ra2μm）；零件平面銑削刀具多采用密齒、過定位、重復(fù)夾緊結(jié)構(gòu)，徑、軸向雙向可調(diào)的高速密齒面銑刀。采用機床主軸內(nèi)置式U軸、一次走刀完成其球面成形銑削加工；一次走刀銑鉸削完成外圓、端面粗加工，替代單刃車削加工工藝。上述專用高速、高效刀具結(jié)構(gòu)不勝枚舉，與相應(yīng)專用數(shù)控機床組合成的加工工位，生產(chǎn)節(jié)拍為20～40秒。零部件的精度與質(zhì)量的60%～80% 決定于這些專用刀具及數(shù)控機床的精度和質(zhì)量 。

　　高速專用數(shù)控機床：關(guān)鍵零件的多數(shù)加工工藝突破了傳統(tǒng)機加工理念，其高速專用數(shù)控機床也突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。概括地講，其機床結(jié)構(gòu)設(shè)計是以各種高速多刃專用成形刀具和加工工藝為主導(dǎo)，以滿足整條生產(chǎn)線各加工工位、加工工序生產(chǎn)節(jié)拍均衡及穩(wěn)定的質(zhì)量與精度要求。在一次往復(fù)走刀過程中，高速加工發(fā)動機、曲軸各種零部件是按構(gòu)思設(shè)計和制造的。對機床數(shù)控系統(tǒng)、質(zhì)量與精度、零部件的材料性能等各項技術(shù)參數(shù)，是以各加工工位、工序的具體技術(shù)要求，分解成各個單一的技術(shù)指標，因而機床結(jié)構(gòu)相對簡潔、數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，其加工技藝數(shù)據(jù)庫固化在數(shù)控系統(tǒng)中。

　　縱觀CMT量化生產(chǎn)線機械制造工藝技術(shù)，其刀具切削與進給速度未達到某些理論中的高速切削概念指標，但其生產(chǎn)效率是屬于高速加工的范疇。在生產(chǎn)實踐中，這種相對低速切削更高效的加工技術(shù)，通過了市場競爭環(huán)境的嚴格考核。

　　目前與國外的差距

　　由于種種原因，一些高速加工技術(shù)基礎(chǔ)共性技術(shù)研究沒有優(yōu)化、集成和推廣應(yīng)用。國內(nèi)企業(yè)大都從外國引進高速加工技術(shù)，當然也存在一些差距。

　　零件毛坯制造技術(shù)：零件毛坯材料的選擇、成形工藝技術(shù)的優(yōu)化，直接影響到后序機制工藝過程、生產(chǎn)節(jié)拍快慢和產(chǎn)品質(zhì)量、成本，是產(chǎn)品全生命周期的起點。國內(nèi)少有科技人員下功夫去潛心系統(tǒng)研究，國外的快速成形工藝技術(shù)還未真正實用于企業(yè)生產(chǎn)流程中。更少有人從綠色制造、環(huán)保角度研討零件毛坯制造系統(tǒng)技術(shù)的變革與發(fā)展。

　　高速刀具技術(shù)：差距主要表現(xiàn)在高性能刀具材料的研發(fā)（含表面涂層材料）、刀具制造工藝技術(shù)、刀具安全技術(shù)及刀具使用技術(shù)等領(lǐng)域。

　　高速機床技術(shù)：在市場經(jīng)濟引進技術(shù)設(shè)備的帶動下，我國高速機床技術(shù)有了長足進步，差距在于機床關(guān)鍵功能部件的研發(fā)上，落后于市場需求。如轉(zhuǎn)速20000 rpm以上的大功率高剛度主軸、無刷環(huán)形扭矩電機、直線電機、快速響應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)等在實用上處于空白；多功能復(fù)合機床設(shè)計、制造網(wǎng)絡(luò)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，還處于初級階段。

　　生產(chǎn)技藝數(shù)據(jù)庫：國內(nèi)制造企業(yè)（尤其是國營企業(yè)）普遍未重視建立自身企業(yè)（行業(yè)）生產(chǎn)技藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，其中包含制造工藝流程及相關(guān)的技藝(Know How)、金屬（非金屬）切削數(shù)據(jù)庫、專家機制知識庫、企業(yè)內(nèi)外有效資源數(shù)據(jù)庫等。另外，高速切削機理的基礎(chǔ)共性技術(shù)研究也處于初級階段。

　　機加工高速技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　機床（設(shè)備）技術(shù)的發(fā)展，就是滿足零件精度（質(zhì)量）、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本、刀具（工具）軌跡等技術(shù)要求的過程。機制科技領(lǐng)域里，零件（產(chǎn)品）、工具（刀具）與機床三者技術(shù)連體。因此在研討高速加工技術(shù)時，要三位一體地系統(tǒng)分析、考察；在當今信息時代，研討高速加工技術(shù)，必然要涉及到信息技術(shù)、自動化技術(shù)、經(jīng)營管理技術(shù)及系統(tǒng)工程技術(shù)。我們要應(yīng)用高速加工技術(shù)，必備上述信息時代4個科技領(lǐng)域的科普基礎(chǔ)知識。

　　本世紀在全球一體化制造環(huán)境里，高速加工系統(tǒng)工程技術(shù)必然在各類制造企業(yè)中得到更廣泛應(yīng)用。其中包括刀具技術(shù)：在制造業(yè)中將普遍應(yīng)用高速（超高速）干式切削技術(shù)；超硬刀具材料的應(yīng)用、復(fù)合（組合）式各類高速切削刀具（工具）的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)，將成為刀具（工具）品種發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。陶瓷及Ti基陶瓷領(lǐng)域發(fā)展更快、應(yīng)用更加廣泛。

　　機床技術(shù)：隨著數(shù)控系統(tǒng)、關(guān)鍵功能部件、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的進步與完善，企業(yè)將促使多軸聯(lián)動、多面高速加工中心，銑、車功能為一體的復(fù)合加工中心技術(shù)達到實用化；相應(yīng)出現(xiàn)各類數(shù)控專用高效率加工機床；將更加廣泛應(yīng)用激光技術(shù)于機械成形加工、切割加工領(lǐng)域；機床數(shù)控系統(tǒng)的功能將可實施網(wǎng)絡(luò)化通訊與生產(chǎn)，進一步提升數(shù)控機床的利用率。

　　量化自動生產(chǎn)線：將以各類高速加工中心組成，大力發(fā)展柔性、敏捷制造工程技術(shù)。

　　測量技術(shù)：隨著高速加工系統(tǒng)工程技術(shù)廣泛應(yīng)用，數(shù)字化CCD、激光圖形處理測量技術(shù)和隨機在線高速測量技術(shù)將廣泛應(yīng)用于柔性數(shù)控生產(chǎn)線及數(shù)控專用高效率加工機床上。

　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（DNC）控制：大力發(fā)展DNC寬帶網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。