高速切削加工技术提升加工制造水平
作者：王娟娟
来源：《中国科技博览》2013年第26期
[摘要]本文简要分析在制造业中高效加工技术与企业经济效益的关系，从提高效率的方法、手段等方面阐述实现高效加工的途径。
[关键词]制造业生产效率刀具材料涂层切削速度进给量切削深度
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-016-01
1 前言
我国的制造业，经过半个多世纪的艰苦努力，取得了长足的进步和发展，世界的制造业已经和正在向中国转移，中国已成为一个制造大国，但我们要说，中国还不是一个制造强国。据报道，中国的劳动生产率只是德国的1/18，美国的1/23，日本的1/25，这些数据说明，我国的劳动力绝对价值是比较低，但由于劳动的效率有时极低，往往分摊到单个产品尤其是高附加值的产品的成本并不低。因此我们经常看到我们一些产品只有在劳动密集的行业中才有狭小的生存空间。
中国的改革开放以30年，靠增大投资、用市场换技术和低成本战略取得了一些成果。人民生活水平也获得了有目共睹的提高。但随之而来的，许多加工制造行业却因市场竞争，造成利润下降甚至亏损。我们已经到了必须重视加工效率，从而降低制造成本，提高竞争能力的时刻。
如果我们提高20%的且削速度，虽然可能带来刀具成本增加50%，但由于占机时间的缩短，机床费用、管理费用、厂房折旧等都得到了下降，总的加工成本反而下降将近15%。如果采用加大进给、加大切深的同时辅以略微降低切削速度，我们可以降低刀具成本的同时提高效率而降低成本，其成本的下降完全可以超过15%。不过由于刀具成本本身在加工费用比例较小，总体成本下降的变化率并不明显。
2 提高切削效率
众所周知，切削加工本身具有三大要素：切削速度、进给量、切削深度。我们说提高切削效率，其实质就是提高金属切除率，主要从三个方面及其交互作用来实现。
2.1 提高切削速度
提高切削速度是提高加工切削效率的一个非常有效的途径。100年来，经过切削专家的不断努力，主流刀具材料经过了从高碳钢、高速钢、硬质合金、涂层硬质合金刀具等几个阶段，
切削效率得到了极大的提高。某机床厂进行一个皮带轮钻孔的工艺改进。该厂原来长期使用高速钢麻花钻钻该皮带轮上12-φ45x600mm孔，需要12小时，加工效率已成为其产品的瓶颈。但他们对使用高效率可转为钻头心存疑虑，因为可转位钻头刀体的价格比他们正在使用的高速钢钻头高几十多倍，使用可转位钻头的经济性也许不太理想。在进行了一系列的试验后，钻一件皮带轮只需2小时，他们看到了由于切削效率的提高，加工工时大大减少，分摊在每个工件上的成本大大下降。刀具的消耗费用也相应减少。
2.2 提高进给速度
提高切削速度可以提高加工效率。可以降低制造成本，但其刀具本身的费用增加不少。那么，是否存在既可以提高加工效率，又可以在降低制造总成本的同时，也降低刀具本身的费用呢？我们的初步答案是采用修光刃技术进行大进给加工。
铣削的大进给已经存在很长时间了，而车削类的大进给则是近几年来国际上技术领先的那些刀具供应商在大力推广的一种新型技术，这种技术普遍称为“Wiper”技术，它用一个短的直线或短的大半径圆弧来联结刀尖圆角和副切削刃，从而降低以加工表面的粗糙度。使用这种技术能在维持原有生产节拍的条件下大幅度降低工件表面粗糙度的数值，提高表面质量；以切削加工取代磨削加工，可以在保持质量的前提下大大减少加工时间，提高加工效率。
提高进给的另一个常用的方法是通过使用更多齿数的刀具来提高进给速度。刀片的进给率常常受到刀片厚度的影响或表面质量的要求而局限在某一范围内，而采用密齿刀具或其它更多齿数的方法就可以在不改变切削速度和进给率的前提下提高进给速度。
2.3 大切深加工
大切深的加工对于提高加工效率同样是非常有效的。在加工余量比较大的场合，运用大切深加工可以有效减少走刀次数，从而提高金属切除率。
对于大切深而言，刀具的受力条件会恶化，大量的载荷集中作用在切削刃上，这对刀具的韧性提出了更高的要求。因此，这时的刀具材料应有更高的韧性。刃口增加倒棱和圆角，刀体对刀片的支承、夹持系统对刀杆的支持都必须得到加强。同时，选择合理的刀具几何参数，如减少主偏角以避免切削载荷过分集中等。常常都是必须加以考虑的。
大切深常常带来大的切削功率需求，这一点我们在应用时要注意机床和工艺系统的其它部分能否满其功率要求，同时，大切深加工对刀具结构也有一定的要求，如单面负型刀片要优与双面负型刀片，立装刀片要优于卧装刀片等等。
3 减少非加工时间
在我们的生产制造过程中，切削加工的时间所占的比例经常是非常有限的，据中国刀协的资料，即使一些生产任务非常饱满，生产设备数控化程度很高，管理也比较先进的大企业，在
数控机床上的加工时间也不超过30%。因此，如何减少非加工时间也是提高加工效率的一个重要方面，这里作一个简单的叙述：
3.1 减少加工工序
有些时候使用合理的技术可以较少加工工序。如肯纳金属的SE钻头，钻孔的圆柱度比普通钻头提高很多，在一些场合可以免去扩孔工序；又如硬模具直接铣削，可以大大减少加工工序，缩短模具制造周期。
3.2 减少换刀时间
减少换刀时间和换刀后的调整、试切时间，也会对减少非加工时间有帮助，如普通的数控车床在小批轮番生产时更换工件后需要重新对刀并在数控系统中设置刀长和刀具补偿，而采用可乐满Capto或肯纳德KM系统就能保证以后重新生产时不需要重新对刀，设置刀长和偏置，可以减少换刀时间。这些刀具系统都是径向、轴向、全面高精度定位，可以确保每次装卡后的尺寸一致。
减少换刀时间的另一个途径是运用合理的切削技术来延长刀具的寿命。
3.3 减少工件装卡时间
通过合适的装卡技术减少工件的因装卡而停止的加工时间也是减少非加工时间的一种方式。合适的机床附件可以做到这一点。卧式加工中心上的交换工作台就是一种典型的减少因等待工件装夹的停机时间的应用。如近来一些机床厂商提供的车铣复合加工机床、雄克等提供的快速装夹技术，都可以有效减少工件的装夹次数和装夹时间，从而提高加工效率。在生产线上应用随行夹具也是一个减少共建装夹时间的方法。
4 结束语
提高加工效率，实现高效加工的方法有很多。只要我们虚心学习，认真研究，敢于实践，敢于创新，我们一定会掌握更多的高效加工方法。中国成为制造强国需要我们共同努力提高加工效率和加工水平，提高我们的生产率。
参考文献：
[1] 王先逵. 机械制造工艺学. 北京：清华大学出版社，1989
[2] 《机床设计手册》编写组. 机床设计手册（第二、三册）. 北京：机械工业出版社.1986
[3] 《金属切削机床设计》编写组. 金属切削机床设计（上、下册）.上海：科学技术出版社.1979
