高速切削发展现状与今后的课题

汽车行业面对的环境



进入21世纪后，制造业，尤其是汽车行业所面临的周边环境日益严峻。环保问题、用户需求的多样化、社会结构的变化等迫切要求汽车厂商必须适应这种现实，生产出能满足上述要求的制品。汽车的动力系统今后将采用电动汽车或燃料电池等清洁能源。但是，目前仍以活塞式发动机与变速箱组合而成的动力系统为主，今后若干年，这种结构仍将作为汽车主要的动力模式。然而，从生产现场的发展来看，则是必须尽快对应客户的要求，改进生产体制。从保护地球环境的观点出发，应大力开发减少工业废弃物和节省能源的汽车制品。从社会结构来看，社会老龄化、少子女倾向、职业妇女大量增加等种种变化，对商品开发、市场需求都有极大的影响。下面，从用户的角度来谈谈高速切削加工的动向与课题。



高速切削加工最近的动向



如上所述，汽车行业面临着种种挑战。其中，社会状况和环境问题应尽快引起注意，这是今后企业发展的重要课题，一切生产技术均必须与之相适应。以日产汽车公司为例，当前为了适应上述变化，需要解决下列问题：①缩短生产准备时间；②注意批量和品种的变化等。为了尽快解决这些问题，公司对现有设备进行了调整和更新，要求这些设备必须兼有两种特性：既能提高生产效率，又具有极大的柔性。其中，最关键的措施便是采用高速切削加工技术。



1．何谓高速切削



有关高速切削的含义，目前尚无统一的认识，迄今有三种观点：①切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5～10倍；②机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000～20000r/min以上定为高速切削；③进给速度很高，通常达15～50m/min。德国Schulz教授于1992年在CIRP上提出了高速切削(HSM)及其涵盖的范围。他提出的过渡区(Transition)即为通常所谓的高速切削范围，也是汽车制造相关技术人员所期待的或者可望实现的切削速度。HSM也可视为超高速切削范围。



2．高速切削加工的目标



高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。



高速切削加工的优点在于：①提高生产效率；②提高加工精度；③降低切削阻力。但随之也出现了值得注意的事项：①机床的耐用度降低；②工具寿命缩短；③排屑性能下降。解决上述问题是进一步发挥高速高效率加工的重要攻关课题。



3．高速切削的适用领域



(1)高效柔性生产线



日产汽车公司高效率柔性生产线的设计方案具有如下特点：①小型化；②柔性突出；③易于转变加工内容；④多列化。这是一种全新设计的FTL(Flexible Transfor Line)生产线。



(2)模具加工



为了尽快适应新车型的需要，汽车车体的轧制模具和树脂防冲挡的成形模具等均必须缩短制作周期和降低生产成本。模具的制作应比汽车零部件的生产先走一步，因此，必须下大力推进模具生产高速化的进程。日产汽车公司为此早已采用CBN立铣刀进行高速高精度加工。高速高精度加工的目标大致包括两个方面：①与过去的精加工相比，进一步实现高精度化，此项加工必须满足表面粗糙度、弯曲度的精度要求，为此应施以适当的手工精修加工。②由于切削速度的极大提高，与过去的精加工工序相比，加工周期应大幅度缩短。



高速切削加工技术现状



本文只简要介绍高速切削加工必不可少的技术因素，详细的机理分析留待有关专家去阐述。