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切削加工:高效是目标 技术是保障

时间:2006-11-15 16:46:16

     切削加工是用切削工具,把坯料或工件上多余的材料层切去,使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。现代产业和工程领域所需要的机械,几乎没有不经过切削加工的。即使没有直接经过切削加工,但其生产过程中所使用的模具、夹具等仍少不了要求切削加工的。切削加工可以保证高精度、高效率,在制造技术中占有十分重要的位置,是机械装备制造过程最基本、最广泛和最重要的方法之一。

    切削加工时间包括切削时间和非切削时间。为了减少切削时间,提高切削加工效率,要大力发展应用各种高效切削加工技术和刀具技术。近年来,随着数控机床、控制系统等制造技术、刀具材料及其涂层技术和信息技术等高新技术的发展,切削技术已进入高效切削的新阶段,开创了高速、高精密、柔性、复合、环保的切削加工新技术,使切削加工的总体水平达到了一个新的高度,传统切削加工的面貌发生了根本的变化。高速切削、硬切削、干切削、精密和超精密切削、微细切削及虚拟切削已成为现代切削技术的主要标志。

    当前提高机床加工效率的侧重点仍是提高机床的速度和应用先进刀具。机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。高速切削机床(加工中心)的关键技术包括高速(电)主轴技术、高速且高加/减速度的进给技术、高性能数控和伺服技术等。先进切削刀具主要依赖的是刀具材料和涂层技术的进步及刀具结构的创新,向刀具要效率已成为广大制造业者的共识,先进刀具的采用是使加工效率提高的一条捷径。

    在金属切削过程中,选择很高的切削速度,并不一定是提高加工效率的唯一方法。不要忽视在中等切削速度下的大进给量加工方案,这是由大量切削实践得出的结论。基于这一新的认识,为适应汽车制造业和航空制造业的迅速发展形势和不断开发出新产品的市场需要,最近发展为一门崭新的技术—即高效率加工技术。高效加工技术的关键在于有足够的机床主轴转速与较大地传递力矩的能力的高功率﹑高刚性机床,能进行大功率切削,刀具材料和刀具夹头要适合高速﹑大功率切削的要求。在高效率加工中,根椐待加工零件材料等切削条件,合理地选取择切削参数,也是高效率加工顺利进行的保证之一。

    复合加工可在一次装夹中完成如车、铣、钻、镗、磨,甚至实现激光加工、电加工等各种加工,复合加工的概念目前已从过去的“加工工序复合”发展到“以最终完成整个零件加工为目的的复合”,广泛采用多坐标驱动技术,使加工的柔性和效率大大提高。使用复合刀具实现复合加工,也是提高加工效率的措施之一。

    尽管切削加工效率在不断提高,但目前切削时间只占整个加工时间的30%,非切削时间(包括准备时间、测量时间、工件装卸时间、等待时间等)常常占到整个加工时间的70%,减少非切削时间是我们进一步提高整个加工效率的重要方向。要减少非切削时间,就要大力发展和应用各种自动化技术(如工件自动装卸与输送、自动换刀等)、新型测量技术(如激光对刀系统、激光干涉仪、对刀臂、光学测头等)、控制技术(如自适应控制技术通过检测机床主轴的负载,运用内部的专家系统对采集的主轴负载信号和相应的刀具及工件材料数据进行分析处理,实时计算出机床最佳的进给速率并应用到数控加工过程中,从而提高生产效率,并在加工过程中稳定、连续、自动的控制进给速率,实现动态的刀具保护功能)和模拟仿真技术(如虚拟切削技术通过对零件的加工方法、工序顺序、工装的选用、工艺参数的选用,加工工艺性等建模仿真,可以提前发现加工缺陷,从而能够优化制造过程,提高加工效率)等。

   事业是人为的,只有人们学会并有效地利用技术时,技术才会为人类服务。提高加工效率,依赖于适应现代切削加工技术发展需要的一大批中高级技工和熟练工人,更仰赖于懂得切削基础知识、掌握切削技术最新发展、会灵活应用各种先进切削加工技术和先进生产管理模式的高素质人才。这些人的技能高低、工作效率和敬业精神都直接影响加工效率。高等教育、高等职业教育等应把具有较高素质的技能型人才作为培养目标和指导思想,确保培养质量,切实突出基础知识和职业能力的培养。

    可见,提高加工效率是一项系统工程,它需要机床、刀具、工艺、控制、管理和人等诸多因素的和谐统一。我国的制造水平与先进发达国家还有较大差距,主要表现在生产效率低,企业的核心竞争力差。针对制造业全球化挑战和制造科学与技术的发展趋势以及我国制造业存在的问题,我国制定了制造业必须依靠科技进步,开拓出一条资源消耗少、环境污染轻、技术含量高的制造业发展道路。提高加工效率是制造业发展的永恒目标,这个目标的实现,技术是保障,人才是关键。

    刘战强,男,1969年12月出生,博士,教授、博士研究生导师、博士后。从事专业为机械制造及自动化,主要研究方向为高效微细切削加工、虚拟制造技术等。1991年、1994年分获山东工业大学工学学士、硕士学位,1999年获香港城市大学哲学博士学位,2001年山东大学机械工程博士后流动站出站。2000年破格晋升副教授、2002年破格晋升教授,2003年被聘为博士研究生导师。2003年获霍英东教育基金高等院校青年教师基金资助, 2004年获教育部新世纪优秀人才支持计划资助,2004年获山东大学第二届优秀青年知识分子称号。

    中国机械工程学会高级会员,中国机械工业金属切削刀具技术协会会员、可转位刀具专业委员会副主任委员,山东省留学人员协会会员,山东省综合工程技术职务正高评审委员会委员,山东省制造业中长期规划专家组成员。共发表论文80余篇,出版4部专著,其中参著3部,另作为副主编出版教材1部。主持国家自然科学基金等多项科研项目。获科研奖励3项。

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