高速加工在國(guó)際上廣泛應(yīng)用于航空航天制造、模具制造、汽車零部件加工及精密零部件加工等行業(yè)，已經(jīng)成為企業(yè)競(jìng)相攻關(guān)的技術(shù)方向。

高速切削工藝的優(yōu)點(diǎn)

高速切削不僅僅是切削速度的提高，還需要在制造技術(shù)全面進(jìn)步和進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，包括驅(qū)動(dòng)、刀具材料、涂層、刀具、測(cè)試及安全等技術(shù)的重大進(jìn)步，才能達(dá)到切削速度和進(jìn)給速度的成倍提高，才能使制造業(yè)整體切削加工效率有顯著的提高。高速切削工藝的優(yōu)點(diǎn)如下：

1.縮短生產(chǎn)時(shí)間

采用高速切削加工，切削速度和進(jìn)給速度成倍提高，整體切削加工效率有顯著的提高，加工時(shí)間顯著縮短。

2.降低制造成本

更高的生產(chǎn)力水平必然引起制造成本的下降。采用高速切削設(shè)備與刀具可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)下的最低制造成本。

3.高速切削吸收能量

采用高速切削加工，一方面減少了工件在加工過程中的發(fā)熱，特別在銑削加工中。因發(fā)熱量的降低，工件升溫小，加工尺寸穩(wěn)定，對(duì)刀具和設(shè)備造成的損害也??；另一方面，高速切削可加工硬質(zhì)材料，這一優(yōu)勢(shì)是普通機(jī)床所不能比擬的。

4.改善工件的加工質(zhì)量

采用高速切削加工，加工精度和切削表面的質(zhì)量可大大提高，零件表面粗糙度可達(dá)到微米級(jí)，減少和消除打磨、拋光等輔助工時(shí)。

發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的高速加工

如今，隨著新的工藝不斷采用，超硬材料刀具、涂層刀具與合金材料刀具的不斷開發(fā)，高速加工在普通加工中也變得愈發(fā)重要。發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的高速加工中心、高速外銑及CBN砂輪高速磨削等應(yīng)用十分普遍。

發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)在高速加工的應(yīng)用中以電主軸實(shí)現(xiàn)主軸高速和以直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)高直線移動(dòng)速度為主要特征，目的是用高主軸轉(zhuǎn)速和高速直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的單主軸加工中心來(lái)替代多主軸但難以實(shí)現(xiàn)高主軸轉(zhuǎn)速和高速進(jìn)給的組合機(jī)床。主軸最高轉(zhuǎn)速一般可達(dá)60000r/min，最大進(jìn)給速度100m/min左右。電主軸融合了許多尖端技術(shù)，如一般采用復(fù)合陶瓷材料或電磁懸浮的高速軸承、高速電機(jī)技術(shù)、定時(shí)定量油氣潤(rùn)滑以及自動(dòng)換刀裝置等。也有一些公司為降低成本，不用直線電機(jī)，而采用中空通冷卻液、加大直徑和加大導(dǎo)程的滾珠絲桿。

上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠采用高速加工中心、CBN砂輪等高性能機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了高速銑削加工和磨削加工。

銑削加工

目前發(fā)動(dòng)機(jī)中缸體、缸蓋大平面加工一般使用銑削技術(shù)。以鑄鐵材料的缸體在高速銑削加工中心上的銑削加工為例，采用了立方氮化硼(CBN)刀片，其切削速度可達(dá)到700～1500m/min。

銑削的生產(chǎn)效率大大提高。對(duì)于鋁合金材料的缸蓋，則采用面銑刀進(jìn)行高速切削加工。采用PCD刀片，銑刀直徑逐漸縮小，并向多工位復(fù)式加工發(fā)展。

上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠采用德國(guó)MAG公司的EX-CELL-O高速銑削加工中心，在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋線總共布置了104臺(tái)。該加工中心結(jié)構(gòu)，X軸的加工范圍為0～630mm，Y軸的加工范圍為0～630mm，Z軸的加工范圍為0～710mm，B軸可實(shí)現(xiàn)306°旋轉(zhuǎn)，W軸為帶有20個(gè)刀位的刀庫(kù)和相應(yīng)的鉆頭折斷檢查裝置。主軸為Weiss電主軸，轉(zhuǎn)速無(wú)極可調(diào)，最大為16000r/min，驅(qū)動(dòng)功率30kW，使用免維護(hù)內(nèi)冷刀柄，拉緊力達(dá)18000N，用永磁芯片跟蹤刀具壽命、尺寸及補(bǔ)償量等信息。設(shè)備附帶安裝了自動(dòng)冷卻站、切削廢屑沖洗回收裝置，可消除切屑飛散造成的機(jī)械故障，減輕機(jī)床清潔保養(yǎng)作業(yè)的強(qiáng)度，從而提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

缸體、缸蓋線的銑削、鉆孔、攻絲加工工藝全部由這104臺(tái)EX-CELL-O加工中心完成。

磨削加工

上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的曲軸加工中應(yīng)用高速磨削，采用4臺(tái)美國(guó)LANDIS公司制造的外圓磨床，實(shí)現(xiàn)對(duì)曲軸主軸頸、連桿頸、油封和心軸等外圓的磨削加工。在外圓磨削中采用了LANDIS公司的專利磨削技術(shù)，其使用CBN砂輪在一次夾緊工件的條件下對(duì)曲軸進(jìn)行磨削加工。LANDIS磨床有高切削功率，高精度的工件幾何外形，均勻的高精度尺寸及外表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，加工后，直徑公差可保證在±6mm之間，加工面的粗糙度可控制在Ra0.8mm以內(nèi)。LANDIS磨床能實(shí)現(xiàn)Marposs在線測(cè)量反饋，自動(dòng)補(bǔ)正，自動(dòng)修砂輪等功能，而且測(cè)量頭用冷卻液同步冷卻大大減小溫度對(duì)測(cè)量的影響，可大大提高加工柔性，CBN砂輪每修整一次，可加工5000～10000件曲軸。

車-車?yán)Y(jié)合高速外銑

曲軸車-車?yán)に噷④囅骱蛙嚴(yán)に嚱Y(jié)合在一起，使加工的柔性增大。不但可加工曲軸的主軸頸、連桿頸、法蘭和皮帶輪軸頸，而且還可同時(shí)加工軸頸的外圓軸肩、圓角和沿割槽。結(jié)合曲軸的高速外銑后可大大節(jié)省加工時(shí)間。上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的曲軸加工使用全球領(lǐng)先的德國(guó)BOEHRINGER公司的5臺(tái)車-車?yán)?，?shí)現(xiàn)對(duì)曲軸主軸頸、連桿頸和法蘭的加工。BOEHRINGER車-車?yán)彩褂秒p主軸，雙刀盤結(jié)構(gòu)，在保證加工精度的同時(shí)，提高了加工速度和生產(chǎn)效率。

鉆削加工

在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程中，孔加工的比例也比較高，尤其是缸蓋和缸體的孔加工作業(yè)量比較大。其中鉆削加工約占60%，其次為鏜削加工和攻絲加工。

上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的鉆削加工使用EX-CELL-O加工中心完成，而曲軸的斜油孔、法蘭端螺紋孔以及兩端定位孔等加工內(nèi)容，則使用日本HORKOS加工中心完成。曲軸生產(chǎn)線共采用10臺(tái)HORKOS加工中心，其中，兩臺(tái)OP10、4臺(tái)OP50、3臺(tái)OP60和1臺(tái)OP100。高速鉆削加工主要難點(diǎn)是如何提高排屑性能、提高工具剛性、防止鉆尖過熱和回轉(zhuǎn)平衡性等問題。HORKOS加工中心以優(yōu)良的表現(xiàn)，再配以優(yōu)質(zhì)內(nèi)冷刀具，成功解決了這些高速鉆削加工中常見的問題。

高速切削刀具的應(yīng)用

高速加工的發(fā)展史就是刀具材料不斷進(jìn)步的歷史。上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠SOP初期采用的大部分刀具均為進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化工作不斷取得突破，現(xiàn)在應(yīng)用比較普遍的刀具主要有CBN和PCD刀具、涂層硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具等。另外，絎磨刀具的國(guó)產(chǎn)化也已取得重大突破。

1.CBN及PCD刀具

高速切削的代表性工具材料是CBN以及PCD。端面銑削使用CBN刀具時(shí)，其切削速度可達(dá)5000m/min。用CBN刀具加工20CrMo5淬硬齒輪（60HRC）內(nèi)孔，表面粗糙度可達(dá)0.22μm，已成為國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)推廣的新工藝。凸輪軸和曲軸也采用CBN砂輪進(jìn)行高速磨削；在缸體、缸蓋鋁合金材料銑削加工中則廣泛采用PCD刀具，考慮到高速回轉(zhuǎn)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，因此刀體采用高強(qiáng)度鋁合金材料制作。

為氧化鋁砂輪，因?yàn)檠趸X基具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和有利的熱特性，綜合考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，主要應(yīng)用于磨削量大的主軸頸外圓磨床，而高端磨削刀具的代表CBN砂輪（見圖7）則應(yīng)用于隨動(dòng)要求更高的曲軸連桿頸外圓磨床。

2.硬質(zhì)合金刀具

硬質(zhì)件切削是高速切削技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，即用單刃或多刃刀具加工淬硬零件，它比傳統(tǒng)的磨削加工效率高，而且簡(jiǎn)化了工藝方法和環(huán)節(jié)，不僅節(jié)約了成本，而且更加柔性化。

在鉆削和銑削加工中，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金適合于大多數(shù)應(yīng)用，它們同時(shí)具有較高的韌性和優(yōu)異的耐熱性，從而可將有利的切削刃槽形與較大的前角及后角融為一體，這些特征的直接反映是降低了切削力和切削溫度；在攻絲時(shí)，特別高的扭矩以及在較高切削速度下升高的溫度需要采用非常堅(jiān)韌且具有高耐熱性的切削材料。

上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠采用內(nèi)冷的硬質(zhì)合金鉆頭代替過去的高速鋼鉆頭進(jìn)行孔加工，攻螺紋也采用硬質(zhì)合金絲錐來(lái)提高速度，缸蓋攻螺紋甚至采用無(wú)切削擠壓式絲錐。曲軸軸頸加工現(xiàn)改用硬質(zhì)件加工方式，配合磨削和拋光，達(dá)到表面粗糙度要求。

3.刀具涂層技術(shù)

為使切削工具既作到價(jià)格低廉，又具備優(yōu)異的性能，可有效降低加工成本的技術(shù)，目前當(dāng)首推涂層技術(shù)。

刀具涂層的作用：可提高耐磨性，提高刀具壽命，提高切削性能；涂層的存在，降低刀具與切屑間的磨擦，借以增加鉆深,

降低切削力；鮮艷的涂層外表(金黃色、火紅色等)，易觀測(cè)刀具的磨損情況；刀具表面存在涂層，可減少切削熱，降低熱量在刀具和工件上的相互作用（涂層隔離刀具和工件，杜絕化學(xué)反應(yīng)；涂層和刀具的導(dǎo)熱系數(shù)差異，可減少熱量在刀具上的積留）；優(yōu)質(zhì)涂層可提高刀具性能，減少積屑瘤和月牙洼的形成。

綜合分析涂層的經(jīng)濟(jì)性和性能，上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠高速加工使用的立銑刀大都采用TiAlN系的復(fù)合多層涂鍍技術(shù)進(jìn)行處理，不同涂層鉆頭壽命。

結(jié)語(yǔ)

在大規(guī)模使用高速加工機(jī)床的背景下，伴隨著高速切削刀具的使用，現(xiàn)代高速加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)35萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)能提供了保障。這些高速加工技術(shù)不但為上汽通用五菱發(fā)動(dòng)機(jī)工廠加工了滿足市場(chǎng)需求的大量發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，同時(shí)，高速加工機(jī)床的加工質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性，也為上汽通用五菱在市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先，提供了質(zhì)量保障。