我们需要应对的是客户需求。有些用户为了增加年产量、减少单件加工时间,经常有提升加工节拍的需求。那么最常用提升加工节拍的方法是从切削参数入手。因为,一旦加工工艺确定以后,基本上修改的空间很小,所以,通过调整切削参数来优化加工节拍是最直接、最高效的方式。需要注意的是,提升节拍的前提是保证加工质量和稳定性,那么修改切削参数会存在一定风险。需要结合实际加工条件,合理调整各项参数。下面,详细介绍一下切削参数对加工效率和切削效果的影响。
首先是切削深度的影响。增大切削深度可以减少粗车走刀次数,实现缩短加工节拍。限制条件是,切削深度必须在机床功率和刚性允许的范围内。如果超出范围,机床很可能因为过载出现振动。适当的切削深度可以通过听声音或观察加工状态来辨别。
比如,在加工过程中,机床出现低频振动,且切削声音比较沉闷,那么很可能是切削深度过大了。正常切削时,声音应均匀、轻快。无明显异常噪音。如果出现沉闷的“咯吱”声,说明刀具已进入损耗阶段,很快就会报废。频繁更换刀片即增加了生产成本,也降低了加工效率。
再有,就是观察加工表面痕迹。如果零件表面刀路非常均匀,没有产生毛刺和振纹,说明切削深度适中。同时注意,粗车时出现振纹后,较小切深精车,也会出现与粗车频率相同的振纹。所以,一定要控制好粗车的切削深度。
第二点是切削速度的影响。增加切削速度可以间接提高材料去除率,缩短加工时间,而且还能降低表面粗糙度值。但同时,提高切削速度也有条件限制和潜在风险。
首先,机床的最高转速是一个硬性限制。如果转速过高,机床和刀具可能会产生振动,影响加工精度和表面质量。另外,非标准的工装夹具也有最高转速限制,特别需要注意,在加工薄壁件或受力敏感的异形件时,为防止变形,夹盘压力可能需要调得很低,甚至只有零点几兆帕。在这种情况下,高速旋转产生的离心力,会使实际夹持压力低于夹盘压力表显示的压力,这个时候再叠加上切削力,零件很可能因夹持不牢而飞出来,带来极大安全隐患。
另外,高转速状态下的切削,还会影响刀具寿命。转速提高后,切削区域温度随之急剧升高,导致工件容易变形。如果冷却措施跟不上,无法有效控制热量,零件精度也难以保证。
加工一些粘性比较大的合金材质,比如钛合金或者不锈钢时。使用普通的硬质合金刀片,线速度要控制在100米每分钟以下,钛合金则需要更低,自己做过实验,线速度超过60,刀尖磨损非常快。如果使用专用切削耐热合金刀具,可以直接参考刀具厂家提供的线速度。
最后是进给率参数。进给率是提高加工效率最重要的参数,因为它直接影响材料去除率。在精加工中,进给率受到表面粗糙度的限制,要在保证加工质量的前提下,尽可能提高进给率。
粗加工中,提高进给率不仅可以提高材料去除率,还能减少振刀趋势,并且有助于断屑。
提高进给率,对加工过程的稳定性要求相对较低,可以考虑率先优化此项参数,来优化加工节拍。
总结一下,提升加工效率、缩短加工节拍的优先顺序是:首先提高进给量,因为它对刀具寿命和设备影响最低,其次增大切削深度;最后考虑提升切削速度。在实际加工过程中,通常是将这三者相结合,共同来提升加工效率。这里强调的优先顺序,希望能给大家提供一些优化节拍的思路。
下面介绍的是用户对机床的考核项目。首先,介绍一下机床的功率和扭矩对加工的影响。这两个概念大家都比较熟悉。通俗来说,功率不够,就不能长时间连续加工,可能会出现电机过热报警,或者加工状态不稳定。扭矩不够,则可能会出现切不动,发生“闷刀”的情况。
所以,加工新零件或者换产前,我们需要查阅相应产品的S1、S2主轴功率扭矩图。这些信息在技术协议上都能找的到。
一般来说,我们在加工尺寸较小的普通钢件,或者材质比较软的零件,很少会去计算功率和扭矩。需要计算的情况主要有以下几种:首先是直径较大的盘类或轴类零件的重切加工,以及直径比较大钻孔和攻丝。特别需要注意的是,直径较大的盘类零件,在粗车外圆和端面时,很容易出现“闷刀”。这种情况下,我通常会计算一下扭矩。
现在,电脑和手机都能下载瓦尔特计算软件,计算起来也比较方便。根据功率扭矩图,车床在重切削时,线转速控制在700转左右,一般情况下是比较稳定的。
下面介绍加工能力指数CMK和CPK。这2个指标不直接影响切削,售后同事也不需要去测试这两个指数,但我们需要掌握它们的概念和区别。它们是衡量加工能力和机床稳定性的关键性指标,也是判断机床加工能力是否下降的重要理论依据。 客户可能要求我们提相应数据。
CMK主要是针对机床本身的能力评估。它通常在理想状态下进行短时间测试,排除其他因素的干扰,只考虑机器本身的变异性。CMK主要用于新机和维护后的验收。
CPK则是衡量整个生产过程的稳定性,包括:操作者水平、机床本身的精度、加工材料、加工工艺、以及加工环境等多个因素的影响。它需要长期的数据收集,主要用于量产中的过程控制。我们通常在厂内做新机床的功能测试时,只做CMK测试。相比CPK,CMK的测试条件更苛刻,但是能反映出机床本身的加工能力和稳定性。
一般来说,CMK要求大于1.67,CPK因为涉及因素较多,要求相对宽松,一般大于1.33即可,具体还要视加工情况而定。
所以,当客户现场加工环境受限,只能提供CPK数据来说明设备精度下降时,我们需要和客户解释,不能简单地用CMK的指标去要求CPK。它们的侧重点不同,适用场景也不同。
下面分析车削加工对表面粗糙度值的影响。表面粗糙度值,可以反映设备的切削状态,即受到机床的精度和稳定性的影响,还和加工参数,刀具、零件材质等因素有直接的关系。
表面粗糙度通常用Ra、Rz、Ry三个指标来衡量:Ra(算术平均粗糙度)是通过测量离散点的偏差并计算其平均值;Rz(微观不平度十点高度)是测量5个最高点和5个最低点的平均值;Ry(轮廓最大高度)现在很少用,已被Rz取代。在车削中,Ra是我们最常用的指标,而Rz一般用于耐磨和耐疲劳性能要求较高的场合,比如齿轮或轴承滑道的表面。
在工艺系统足够稳定的前提下,可以使用提高切削转速,降低进给率,并使用较大刀尖圆弧半径的刀具,等方法降低表面粗糙度值。在精加工时,图纸通常会给出粗糙度要求。我们可以通过Rz的计算公式:进给量的平方除以8倍刀尖半径,来确定进给量。同时要把Rz,通过查表换算成Ra值。
此外,切削比较软的材料,需要适当提高转速。线速度最好在150米每分钟以上,因为线速度太低很容易产生积屑瘤。积屑瘤是影响表面加工质量重要因素之一。
还有刀具角度的因素,刀具的主偏角越小,粗超度越好,当刀具的中心高过高时,后角与零件接触面积增大,非常容易生成毛刺。
总结一下,表面粗糙度值变差的原因主要有以下几点:1. 机床主轴跳动值过大;2. 刀具磨损或者刀具中心高过高;3. 线速度过低;4. 冷却不到位;5. 出现振刀。这几点基本涵盖了表面粗糙度变差的常见原因。
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