摘要 汽車制造業(yè)中,切削加工的重要性和復(fù)雜性非常突出。近年來,汽車制造過程中切削加工的變化和發(fā)展尤為令人矚目,新工藝、新方法層出不窮。為什么說汽車制造業(yè)中,切削加工的重要性和復(fù)雜性極為突...
汽車制造業(yè)中,切削加工的重要性和復(fù)雜性非常突出。近年來,汽車制造過程中切削加工的變化和發(fā)展尤為令人矚目,新工藝、新方法層出不窮。 為什么說汽車制造業(yè)中,切削加工的重要性和復(fù)雜性極為突出?這是因為,大量的多種類零件需要進行精密、高速、高效加工;汽車生產(chǎn)自身大批量、嚴格按照節(jié)拍進行流水生產(chǎn)的特點;與此同時,激烈的巿場競爭也進一步加劇了對汽車生產(chǎn)柔性化和切削加工制造成本控制的要求。
近年來,可以看到汽車制造過程中的切削加工發(fā)生了很大變化并獲得全新發(fā)展,出現(xiàn)了不少新工藝、新方法。
比如,曲軸加工采用車–車拉、外銑或內(nèi)銑;連桿加工采用漲斷工藝;凸輪軸加工采用裝配式凸輪軸然後直接磨削成形的工藝方法;氣缸體主軸承孔、連桿大頭孔加工采用絞珩工藝等。生產(chǎn)過程中,大量采用數(shù)控加工中心機床組建的柔性加工綫,切削速度和進給量等切削參數(shù)普遍大幅提高,制造過程加速向著高速、高效加工的方向發(fā)展,創(chuàng)新的刀具結(jié)構(gòu)、全新的刀具材料和新型的表面涂層被不斷采用,等等。而且,對生產(chǎn)過程和加工質(zhì)量的穩(wěn)定性要求也更為嚴苛,對制造成本的控制亦趨緊。
所有這一切,都對切削加工提出了新挑戰(zhàn)。
切削加工是一個系統(tǒng)問題
在高精密、高速、高效率的大規(guī)模汽車制造切削加工生產(chǎn)中,有時會發(fā)生種種異常情況,包括工件加工尺寸超差;位置度不符合要求;加工的表面形貌不理想;刀具崩刃、折斷、異常磨損、刀具壽命短和刀具成本居高不下,等等。而這些問題需要在盡可能短的時間內(nèi)獲得解決,否則將給汽車制造的正常生產(chǎn)帶來很大影響。
1.只是因為刀具出了問題?
實際工作中,不少人往往有一種習(xí)慣性思維,切削加工中一旦出現(xiàn)異常,就認為是刀具出了問題,大量的工作和解決措施也多圍繞著刀具進行,其結(jié)果卻是花了很多精力和時間,原因仍不甚明了,問題得不到徹底解決。
其實,切削加工特別是高效加工是一個系統(tǒng)問題,刀具只是這個系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)。在切削加工中,所加工的工件毛坯、設(shè)備、刀具、夾具、切削液等共同組成了一個系統(tǒng),切削加工的問題是這個系統(tǒng)中多個因素和變量綜合作用之下的產(chǎn)物。
而且,對於不少企業(yè)而言,這個“系統(tǒng)”可能并不僅僅表現(xiàn)為一道工序或一臺設(shè)備,而是整條生產(chǎn)綫;而刀具自身又是其中的一個子系統(tǒng),包括刀具結(jié)構(gòu)、幾何形狀、刀體材料、切削刃材料、刀具涂層等等多個方面。
上述所有的因素綜合在一起,影響和決定著產(chǎn)品的尺寸、形狀、位置、表面形貌、加工精度等,而整個系統(tǒng)中的任何一個因素發(fā)生變化,都會對系統(tǒng)的輸出即加工質(zhì)量、加工效率和加工成本發(fā)生影響。
舉個很好理解的例子,在過去,人們雖然已經(jīng)感覺到切削液對切削加工有作用,但往往也只是將其作為生產(chǎn)加工中的一般輔助材料來處理。但現(xiàn)在的生產(chǎn)實踐卻告訴人們,作為整個切削加工系統(tǒng)之一環(huán)的切削液已經(jīng)重要到如此的程度,以至於如果切削液選擇不合適或是管理不當甚至?xí)斐缮a(chǎn)無法正常進行,刀具不能正常使用。
又比如,銑削加工出來的工件表面質(zhì)量達不到要求,更換多家刀具供應(yīng)商的不同改進的銑刀也仍是達不到要求,最終更換機床主軸後,所加工的工件質(zhì)量達到了要求,發(fā)現(xiàn)問題的真正根源并不在刀具,而是系統(tǒng)中的其它因素發(fā)生了問題。
2.廣義上的“切削加工系統(tǒng)”
機床主軸的跳動,加工過程中的振動,刀具的動平衡,切削液的品種、濃度、壓力和流量,刀具的預(yù)調(diào)整,以及切削參數(shù)的匹配等等,都會對切削加工的結(jié)果產(chǎn)生重大影響,而影響切削加工結(jié)果的原因遠遠不止這些。
為了提高切削加工效率,近年來高效切削獲得了廣泛應(yīng)用,可是需要注意的是,對於汽車制造業(yè)的切削加工來說,真正的高效加工追求的不僅僅是單臺機床的高切削效率,還要求實現(xiàn)整條生產(chǎn)綫的高切削效率,也即追求整個系統(tǒng)的高效率。這就需要合理地安排工藝、合適的機床設(shè)備和高效刀具,科學(xué)的管理和完善的過程控制體系以及快速、可靠的刀具供應(yīng)物流體系等。
站在這個高度看,切削加工這個系統(tǒng)就更大,它不僅是被加工工件和加工裝置、加工介質(zhì)組成的物質(zhì)系統(tǒng);還包括刀具的壽命控制、刃磨、調(diào)整、采購供應(yīng)管理、成本核算和控制等組成的管理系統(tǒng);切削參數(shù)設(shè)定和調(diào)刀與修磨規(guī)范等組成的技術(shù)系統(tǒng);切削數(shù)據(jù)庫和刀具管理軟件等組成的信息系統(tǒng)等等。
切削加工系統(tǒng)的構(gòu)成
1.組成要素
包括機床、夾具、刀具、切削液、被加工工件、操作者,等等。
2.各個子系統(tǒng)
包括工藝系統(tǒng)、切削摩擦學(xué)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、機床系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、刀具管理系統(tǒng)、切削質(zhì)量控制系統(tǒng),等等。
3.輸入
包括待加工的工件毛坯,各項加工要求等。這 要注意的是,工件毛坯是系統(tǒng)的輸入,可是它進入切削加工系統(tǒng)後,又成為切削加工系統(tǒng)中的一個部分,對切削加工系統(tǒng)中的其他變量和切削加工系統(tǒng)輸出產(chǎn)生影響。
4.輸出
即加工完成的產(chǎn)品,實現(xiàn)的加工結(jié)果,如加工質(zhì)量、加工效率、加工成本等。
5.反饋和控制
測量和控制形成了輸出對輸入的影響(如圖1),這是一種反饋。反饋有正反饋也有負反饋,輸出對輸入響應(yīng)的誤差,通過合適的反饋可得到及時糾正,使輸出向輸入要求的中心值收斂,否則輸出就會愈加偏離目標值,出現(xiàn)成批的加工不合格品。