摘要 汽車制造業中,切削加工的重要性和復雜性非常突出。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中,切削加工的重要性和復雜性極為突...
汽車制造業中,切削加工的重要性和復雜性非常突出。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中,切削加工的重要性和復雜性極為突出?這是因為,大量的多種類零件需要進行精密、高速、高效加工;汽車生產自身大批量、嚴格按照節拍進行流水生產的特點;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生了很大變化并獲得全新發展,出現了不少新工藝、新方法。
比如,曲軸加工采用車–車拉、外銑或內銑;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。生產過程中,大量采用數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普遍大幅提高,制造過程加速向著高速、高效加工的方向發展,創新的刀具結構、全新的刀具材料和新型的表面涂層被不斷采用,等等。而且,對生產過程和加工質量的穩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。
切削加工是一個系統問題
在高精密、高速、高效率的大規模汽車制造切削加工生產中,有時會發生種種異常情況,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獲得解決,否則將給汽車制造的正常生產帶來很大影響。
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慣性思維,切削加工中一旦出現異常,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問題,刀具只是這個系統中的一個環節。在切削加工中,所加工的工件毛坯、設備、刀具、夾具、切削液等共同組成了一個系統,切削加工的問題是這個系統中多個因素和變量綜合作用之下的產物。
而且,對於不少企業而言,這個“系統”可能并不僅僅表現為一道工序或一臺設備,而是整條生產綫;而刀具自身又是其中的一個子系統,包括刀具結構、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,影響和決定著產品的尺寸、形狀、位置、表面形貌、加工精度等,而整個系統中的任何一個因素發生變化,都會對系統的輸出即加工質量、加工效率和加工成本發生影響。
舉個很好理解的例子,在過去,人們雖然已經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加工中的一般輔助材料來處理。但現在的生產實踐卻告訴人們,作為整個切削加工系統之一環的切削液已經重要到如此的程度,以至於如果切削液選擇不合適或是管理不當甚至會造成生產無法正常進行,刀具不能正常使用。
又比如,銑削加工出來的工件表面質量達不到要求,更換多家刀具供應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,所加工的工件質量達到了要求,發現問題的真正根源并不在刀具,而是系統中的其它因素發生了問題。
2.廣義上的“切削加工系統”
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,刀具的預調整,以及切削參數的匹配等等,都會對切削加工的結果產生重大影響,而影響切削加工結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用,可是需要注意的是,對於汽車制造業的切削加工來說,真正的高效加工追求的不僅僅是單臺機床的高切削效率,還要求實現整條生產綫的高切削效率,也即追求整個系統的高效率。這就需要合理地安排工藝、合適的機床設備和高效刀具,科學的管理和完善的過程控制體系以及快速、可靠的刀具供應物流體系等。
站在這個高度看,切削加工這個系統就更大,它不僅是被加工工件和加工裝置、加工介質組成的物質系統;還包括刀具的壽命控制、刃磨、調整、采購供應管理、成本核算和控制等組成的管理系統;切削參數設定和調刀與修磨規范等組成的技術系統;切削數據庫和刀具管理軟件等組成的信息系統等等。
切削加工系統的構成
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
包括工藝系統、切削摩擦學系統、刀具系統、機床系統、夾具系統、刀具管理系統、切削質量控制系統,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,工件毛坯是系統的輸入,可是它進入切削加工系統後,又成為切削加工系統中的一個部分,對切削加工系統中的其他變量和切削加工系統輸出產生影響。
4.輸出
即加工完成的產品,實現的加工結果,如加工質量、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,出現成批的加工不合格品。