高速切削应用中的参数

制造经济学的研究成果表明，刀具费用一般只占零件制造成本的3%～5%，但由于采用先进刀具材料和刀具结构所带来的整体生产效率的提高可达20%～30%，因此采用高速高效切削是提高生产率最经济的途径之一。当然，机床的性能参数、刚性和动力性均应适应高速切削的要求。

2. 采用多刀加工缩短基本时间

缩短工序基本时间的另一个途径是采用多刀同时对不同表面进行加工。组合机床及自动线至今仍是生产效率最高的一种加工方式，其原因之一就是采用了多面多刀对零件的多个表面同时进行加工的缘故。目前采用组合机床自动线加工铝合金壳体零件，节拍可达到16s，加工铸铁壳体零件节拍可达27s。在产量足够大而产品品种单一（或少）、相对固定的情况下，组合机床自动线仍然是获得高效率的最佳选择。此外，还有多砂轮磨削、多轴加工中心等，都是实现多刀同时加工的优选设备。

在发动机的曲轴加工中，车－车拉和高速外铣机床及刀具（见图1、图2）的发明给曲轴加工带来了革命性的进步。利用一台外铣机床就可以加工曲轴的主轴颈、连杆颈、平衡块外圆及曲柄侧面，采用多刀盘车－车拉机床可以一次加工所有的主轴颈或同一相位的连杆轴颈，数十倍地提高加工效率和产品质量。

图1 曲轴车－车拉刀具

图2 曲轴外铣刀盘

缩短辅助时间

以往，辅助时间占单件工序时间的70%以上，虽然随着各种缩短辅助时间方法的采用以及自动控制技术的提高，辅助时间至今仍占工序时间的50%左右。缩短辅助时间的具体措施主要有：

1. 机床采用回转式、往复式工作台，一个工位进行切削加工的同时，另一个工位同时进行零件装卸。

2. 提高机床的快速移动速度和回转速度。现代数控加工中心越来越多地采用直线电机，X、Y、Z轴的移动速度都在60m/min以上，不少设备已超过100m/min，而加速度一般在1g左右，高档加工中心已达1.5～2.0g，甚至更高。

3. 采用各种快换刀柄及换刀机械手实现快速换刀。HSK快换刀柄的广泛应用不但提高了高速加工中刀具的安装精度，而且它与快速换刀机械手配合，可使加工中心的换刀时间缩短到1～2s。

4. 采用机外调刀、机上自动对刀等装置，缩短用钝刀具更换的调刀时间。

5. 采用复合刀具，如复合钻扩刀、复合钻铰刀、组合镗刀和复合扩铰刀等，使零件在一次装夹、一次换刀中完成多个加工表面的或同一加工表面的不同加工内容。图3所示的复合刀具上同时具有钻孔、镗削和倒角的功能，可大大减少换刀次数和时间。

图3 复合钻、镗刀

6. 数控复合加工机床是近年来机床发展的方向之一。各种多主轴、多刀架不同工艺和工序组合的复合机床发展迅速，各种车削中心、磨削中心、铣车中心和多轴联动加工中心（见图4）应运而生。一个工件在一台机床一次装夹中就能完成车、铣、钻、铰、攻丝、磨削以及镗等多种工艺，甚至可以完成一个工件的全部加工内容，减少了工件上下料和多次装夹的时间。

图4 工作中的五轴联动加工中心

7. 采用液压、气动快速夹紧的夹具，采用各种加工过程中自动检测的量仪，缩短装夹及测量等辅助性时间。

8. 采用各种形式的自动、半自动上下料装置及机械手。

缩短技术服务和组织服务时间

技术服务和组织服务时间虽然不是在生产每一个零件时都会产生，但它的长短也会对工序生产效率产生一定的影响。这部分时间与生产管理有关，缩短这两部分时间的途径主要有：

1. 合理安排刀具换刀时间，在选择刀具与确定切削参数时，应考虑所采用刀具的寿命与所确定的换刀时间相适应。一般尽量将换刀时间安排在交班或休息时间，尽量使所有的刀具寿命与所确定的换刀时间相同或为它的倍数，这样可避免在零件加工过程中频繁停机换刀。

2. 采用标准的刀柄，尽量采用线外调刀，以最大限度地减少换刀时的机床调速时间。

3. 配备排屑装置和防护装置，使切屑有序地排入切屑箱中，防止切屑及冷却液四处飞溅。采用大流量冷却与冲屑，实现冷却液集中供排，切屑集中收集。

结论

提高生产效率不仅是工艺理念的更新，也是管理理念的提升。在采用先进刀具、机床实现高速高效切削的同时，还要应用相关技术和管理手段，优化整个加工过程，采用多样化的途径实现加工效率的提高，实现从高速切削到高效切削再到高效加工的最终目标。