提高数控平面钻床的切削效率、降低加工成本是金属切削技术长期追求的发展目标。一般来讲,提高切削效率、降低加工成本主要有三个途径:提高切削速度、提高进给速度和提高切削深度。
1.高速切削
切削速度的提高反映了机械制造整体技术水平的进步,为机械制造业带来了的经济效益。从切削加工的发展历史来看,通常是通过开发和改进切削刀具材料来大幅度提升切削速度,从而达到提高切削效率、降低生产成本的目的。20世纪80年代以来,欧美刀具制造业经过大量的试验研究,对切削机理的认识有了新的突破,认为当切削速度的提高超过某个临界值(因材料而异)后,刀具的磨损并非按照泰勒曲线的规律急剧增加,而是在以后的某个区间内随切削速度的提高而有所减少,并在经历一个谷底后再重新上升。虽然对这一现象尚未得到一致的理论解释,但并不妨碍根据这一规律在此谷底附近区间进行高速加工技术的应用。目前,工业发达国家的航空、汽车、动力机械、模具、轴承、数控钻床等行业依据这个理论发展高速切削,使上述行业的产品质量明显提高,加工成本大幅度降低,获得了市场竞争优势。
移动龙门式平面钻床在高速切削加工中,应充分重视刀具安全性问题。铣削是目前高速切削应用的主要工艺,铣刀(包括面铣刀、立铣刀和模具铣刀)是主要的高速切削刀具。这类刀具在高速旋转时各部分都要承受很大的离心力,由于其作用远远超过切削力的作用(过大的离心力足以导致刀体破碎),因此成为刀具的主要载荷。德国在20世纪90年代初就开始了对高速铣刀安全性技术的研究,并在机器制造商协会的支持下,组成了由大学研究机构、刀具制造厂、研究所和刀具用户参加的工作组,从事高速铣刀安全性技术的研究。经过近十年的工作,取得了一系列阶段性成果,制定了德国国家标准并被采纳为欧洲标准,推动了世界范围内高速切削技术的发展。在此过程中,瓦尔特公司与工作组一起就高速铣刀的强度计算进行了研究。通过用于高速铣刀的有限元计算方法,分别开发了刀体、刀座、刀片、夹紧螺钉的计算模块,还可模拟刀片在刀座里的滑动、螺钉头在拧紧和工作载荷下的变形等。研究计算显示,当转速达到某临界速度时,螺钉达到临界应力而出现拉伸变形。而在达到临界速度之前,螺钉产生弯曲,实际长度变长,夹紧力下降,造成刀片产生位移。
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