تكنولوجيا القطع عالية السرعة: القوة التحويلية للتصنيع المخصص باستخدام الحاسب الآلي

في عام 1931، د. اقترح كارل سالوم من ألمانيا لأول مرة نظرية التصنيع النفاث عالي السرعة، ومنذ ذلك الحين، شهدت تكنولوجيا القطع عالية السرعة تاريخًا طويلًا من التطور. ومن مرحلة البحث والاستكشاف النظري، إلى مرحلة استكشاف البحوث الأساسية التطبيقية، ومن ثم إلى مرحلة البحث التطبيقي، دخلت الآن مرحلة التطوير والتطبيق.

في عملية التطوير، يتم تطوير التقنيات الرئيسية باستمرار. على سبيل المثال، تكنولوجيا المغزل عالية السرعة، منذ ظهور أدوات آلات القطع عالية السرعة في معرض اليابان الدولي الحادي عشر لأدوات الآلات في عام 1982، زاد عدد أدوات الآلات عالية السرعة بشكل ملحوظ سنة بعد سنة. لقد تم تطوير سرعة المغزل من أكثر من 10000r/min في البداية إلى 100000r/min أو حتى أعلى اليوم. تشمل التقنيات الرئيسية للمغزل عالي السرعة هيكل محمل السيراميك وتزييت رذاذ الزيت. في الوقت الحاضر، أنظمة مغزل الأدوات الآلية ذات قيم dn أعلى من 1.5×10⁶ كلها تقريبًا محامل سيراميكية.

إن التقدم في السرعة العالية والتسارع العالي لنظام التغذية رائع أيضًا. إن تطبيق لولب الرصاص الكبير وظهور وضع القيادة المباشرة للمحرك الخطي يلبي احتياجات أداء نظام التغذية لأدوات الآلة ذات المحرك الصفري، مع دقة تحديد موضع عالية، ودقة تحديد موضع متكررة وسرعة استجابة ديناميكية.

تتميز تقنية القطع عالية السرعة بخصائص تطوير مختلفة في مراحل مختلفة من التصنيع المخصص باستخدام الحاسب الآلي. في المرحلة المبكرة، كان الاستكشاف النظري بشكل أساسي، ومع التقدم التكنولوجي، أظهر تدريجياً مزايا في التطبيق العملي. اليوم، يتم استخدام تكنولوجيا القطع عالية السرعة على نطاق واسع في مجال الطيران والسيارات ومعالجة القوالب وغيرها من الصناعات، كما أنها تلعب دورًا متزايد الأهمية في مجال التصنيع المخصص باستخدام الحاسب الآلي.

حقق المغزل عالي السرعة اختراقات مستمرة في التكنولوجيا، وذلك باستخدام تقنيات متقدمة مثل المحامل الخزفية والمحامل الهيدروستاتيكية. يتميز المحمل الخزفي بخصائص الصلابة العالية، وقوة الضغط العالية، والتوصيل الحراري الجيد، ومقاومة التآكل، والتي يمكن أن تحسن بشكل فعال عمر المغزل وقدرة التحميل للمغزل عالي السرعة. في الوقت الحاضر، نظام المغزل أداة الآلة مع قيمة dn أعلى من 1.5×10⁶ جميعها تقريبًا تعتمد محامل سيراميكية. بالإضافة إلى ذلك، فإن تطوير المغزل الهوائي ومغزل دعم محمل ماجليف قد جلب أيضًا اختراقات جديدة للمغزل عالي السرعة. على سبيل المثال، مركز المعالجة ASV-40 الذي تم تصنيعه من قبل شركة Toshiba Machinery Company اليابانية يستخدم عمود دوران هوائي مع سرعة دوران تبلغ 80000r/min؛ مركز المعالجة عالي السرعة المصنوع بواسطة Mori Seiki، اليابان، يستخدم مغزل عالي السرعة مدعوم بمحامل maglev، ويمكن أن تصل سرعته إلى 40000r/min. تعمل تقنيات المغزل المتقدمة هذه على تحسين سرعة المغزل ودقته بشكل كبير، مما يوفر دعمًا قويًا للقطع عالي السرعة.

نظام التغذية عالي السرعة في هيكل الابتكار المستمر، واستخدام المسمار الكروي عالي السرعة، والمحرك الخطي والهياكل المتقدمة الأخرى، يحسن بشكل كبير من سرعة التغذية والتسارع. تصل سرعة تغذية اللولب الكروي عالي السرعة إلى 60 م / دقيقة، والأكثر شيوعًا هو 20 ~ 30 م / دقيقة. لقد أحدث تطبيق المحرك الخطي تغييرات ثورية في نظام التغذية عالي السرعة. يزيل المحرك الخطي الخلوص والتشوه المرن لنظام النقل الميكانيكي، ويقلل من احتكاك ناقل الحركة، ولا يوجد به تقريبًا أي خلوص عكسي. يتميز المحرك الخطي بخصائص تسارع وتباطؤ عالية، ويمكن أن يصل التسارع إلى 2 جرام، وهو ما يعادل 10 إلى 20 مرة من جهاز القيادة التقليدي، وسرعة التغذية هي 4 إلى 5 مرات من الجهاز التقليدي. يتم تشغيلها بواسطة محرك خطي، فهي تتمتع بمزايا واضحة تتمثل في الدفع الكبير لكل وحدة مساحة، وسهولة إنتاج حركة عالية السرعة، والهيكل الميكانيكي لا يحتاج إلى صيانة. إن تطبيق هذه التقنيات يلبي متطلبات الحركة السريعة والتموضع الدقيق لأدوات الآلة، ويوفر ضمانًا موثوقًا للقطع عالي السرعة.

تلعب أدوات القطع دورًا حيويًا في القطع عالي السرعة. مع زيادة سرعة القطع، تغيرت المواد والمعلمات الهندسية وهيكل جسم الأداة بشكل كبير. في الوقت الحاضر، مواد أدوات القطع عالية السرعة شائعة الاستخدام هي الماس متعدد البلورات (PCD)، ونيتريد البورون المكعب (CBN)، والسيراميك، والسيراميك الأساسي Ti (C، N)، والأدوات المطلية (CVD)، وكربيد الحبوب متناهية الصغر وما إلى ذلك. تتميز مواد الأدوات هذه بمقاومة عالية للحرارة ومقاومة للصدمات الحرارية وخصائص ميكانيكية جيدة لدرجات الحرارة العالية وموثوقية عالية. في الوقت نفسه، يجب أن يفي نظام أدوات القطع عالي السرعة بمتطلبات الدقة الهندسية الجيدة ودقة تحديد المواقع المتكررة عالية التثبيت وصلابة التثبيت وحالة التوازن الجيدة والسلامة والموثوقية أثناء التشغيل عالي السرعة. قم بتقليل كتلة جسم الأداة قدر الإمكان لتقليل قوة الطرد المركزي التي يعاني منها الدوران عالي السرعة، وتلبية متطلبات السلامة للقطع عالي السرعة، وتحسين وضع التثبيت للأداة.

يعد تحسين معلمات عملية القطع عالي السرعة أحد التقنيات الرئيسية التي تقيد تطبيق القطع عالي السرعة. نظرًا لأن القطع عالي السرعة هو وضع قطع جديد، فهناك نقص في أمثلة التطبيقات المرجعية ومعلمات القطع العملية وقاعدة بيانات معلمات التشغيل الآلي. لذلك، من الضروري دراسة واعتماد طريقة برمجة جديدة لجعل بيانات القطع مناسبة لمنحنى خصائص الطاقة للمغزل عالي السرعة، وإفساح المجال كاملاً لمزايا القطع عالي السرعة باستخدام الحاسب الآلي. يعتمد تطوير وتطبيق تكنولوجيا القطع عالية السرعة على التطوير الشامل لتقنيات الوحدة الرئيسية مثل المغزل عالي السرعة ونظام التغذية عالي السرعة وأدوات القطع عالية السرعة. فقط تنسيق التقنيات المختلفة يمكن أن يحقق كفاءة عالية ودقة عالية وموثوقية عالية للقطع عالي السرعة.

تتمتع تقنية القطع عالية السرعة بالعديد من المزايا في الطحن عالي السرعة باستخدام الحاسب الآلي لقذيفة تجويف سبائك الألومنيوم. بادئ ذي بدء، يمكن أن يحسن كفاءة المعالجة، القطع عالي السرعة باستخدام الحاسب الآلي يسمح باستخدام معدل تغذية أكبر، أعلى من 5 إلى 10 مرات من القطع التقليدي، ويمكن زيادة معدل إزالة المواد لكل وحدة زمنية بمقدار 3 إلى 6 مرات. إنه ذو أهمية كبيرة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لأجزاء تجويف سبائك الألومنيوم ويمكن أن يقلل بشكل كبير من وقت المعالجة. ثانيًا، يمكنه ضمان جودة المعالجة، وبالمقارنة مع القطع التقليدي، يمكن تقليل قوة القطع بنسبة 30% على الأقل أثناء القطع عالي السرعة، مما يقلل من تشوه المعالجة. عملية القطع عالية السرعة سريعة، أكثر من 95٪ من حرارة القطع قليلة جدًا، ولن تسبب الأجزاء تشوهًا أو تشوهًا بسبب ارتفاع درجة الحرارة، ومناسبة بشكل خاص لمعالجة الأجزاء التي يسهل تشوهها بالحرارة. فيما يتعلق بأداة التصنيع واختيار سرعة التغذية، فإن سرعة القطع لمطحنة نهاية الكربيد الكاملة لمعالجة أجزاء سبائك الألومنيوم يمكن أن تصل بشكل عام إلى 1000 متر في الدقيقة. إذا تم استخدام مطحنة نهاية D8، يتم تحديد سرعة المغزل لتكون 18000r/min، ويتم ضبط سرعة تغذية التخشين على 6000mm/min، ويمكن اختيار سرعة التغذية النهائية لتكون 2000-3000mm/min مع الأخذ في الاعتبار صلابة تجويف قذيفة الشغل ومتطلبات جودة السطح للأجزاء. إذا كان أداء أداة الآلة عاليًا، فيمكن زيادة سرعة القطع وسرعة التغذية بشكل مناسب.

في الإنتاج الفعلي، تكنولوجيا التصنيع عالية السرعة لديها مجموعة واسعة من التطبيقات. إلى مثال خشن نموذجي، أول استخدام لطلاء TiAIN مقاس 5 بوصة، قاطع طحن ذو حافة حافة، سرعة المغزل 450 ~ 500 دورة في الدقيقة، معدل التغذية 150 ~ 175 صورة في الدقيقة، عمق القطع 0.050 بوصة، معالجة عدد كبير من الرقائق المتطايرة. بعد التخشين، يتم إرسال معظم قطع العمل إلى الخارج للمعالجة الحرارية. يبدأ نصف التشطيب بمجرد إرجاع قطعة العمل، عادةً باستخدام مطحنة ذات نهاية كروية مقاس 2 بوصة عند 2000 دورة في الدقيقة وسرعة تغذية تتراوح من 125 إلى 150 صورة في الدقيقة. بالنسبة للقطع الجانبي الذي يتبع نمط الطحن الترددي، تكون مسافة المسار في حدود 0.125 بوصة. بالنسبة للقطع المتعرج، يمكن استخدام سرعات وسرعات تغذية مماثلة، بعمق قطع يتراوح من 0.020 إلى 0.050 بوصة، ورأس صغير بقطر 2.5 بوصة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام أدوات أصغر لتوصيل الشطب.

القطع عالي السرعة له متطلبات خاصة لأنظمة CNC. نظرًا لزيادة سرعة المغزل وسرعة تغذية القاطع لأدوات ماكينات القطع عالية السرعة بشكل كبير، يجب أن يكون لدى نظام CNC ما يكفي من سرعة الحوسبة السريعة وقدرة معالجة البيانات. يجب أن تكون آلية مؤازرة التغذية قادرة على تحقيق التعديل التعسفي في نطاق واسع من السرعة المنخفضة إلى السرعة العالية، والتغلب على تناقض النظام الكبير بعد الخطأ عندما تكون سرعة مؤازرة التغذية عالية. مطلوب من نظام CNC أن يكون لديه دورة مؤازرة أقصر ودقة أعلى، مع وجود وظيفة مراقبة المسار ليكون آليًا. القدرة على الاستيفاء منحنى.

في الوقت الحاضر، هناك بعض المشاكل في نظام CNC للقطع عالي السرعة. أولاً، البنية مغلقة، مما يحد من قابلية التوسع وتوافق النظام. ثانيًا، لا يوجد تكامل كافٍ مع الطبابة البديلة، مما يؤدي إلى برمجة ومعالجة أقل سلاسة وكفاءة. علاوة على ذلك، فإن المحرفين ووحدات التحكم في التغذية لأنظمة CNC لها قيود. يجب تحسين دقة الاستيفاء، ويجب استخدام وظيفة التغذية الأمامية وعدد كبير من مقاطع البرنامج المتقدمة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام تكنولوجيا التحكم الكنتورية مثل الاستيفاء NURBS، وتسريع الارتداد، والاستيفاء السلس، وتسريع الجرس والتباطؤ. تحتاج وحدة التحكم في التغذية إلى التعامل بشكل أفضل مع متطلبات التسارع العالي والاستجابة السريعة للقطع عالي السرعة.

تواجه أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ اتجاه تصلب العمل في عملية القطع عالية السرعة، الأمر الذي يجلب العديد من المشاكل للمعالجة. أنواع مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ بسبب الخصائص الميكانيكية والتركيب الكيميائي المختلفة، فإن صعوبة القطع باستخدام الحاسب الآلي ليست هي نفسها. ليس من السهل قطع القوة الحرارية العالية والمتانة أثناء القطع عالي السرعة باستخدام الحاسب الآلي، كما أن العمل المستهلك أثناء تشوه القطع كبير جدًا. يمكن أن يتراوح عمق طبقة تصلب العمل من عشرات الميكرونات إلى مئات الميكرونات، وظاهرة تصلب العمل الناتجة عن القطع السابق لها تأثير سلبي على القطع التالي، والصلابة العالية لطبقة تصلب العمل تتسبب في تآكل الأداة تكون سهلة الارتداء بشكل خاص.

من أجل حل مشكلة تصلب العمل، يمكنك اختيار الأداة المناسبة، مثل شكل متطور مع التركيز على الحدة، والحدة الجيدة يمكن أن تقلل من الحرارة الناتجة عن الاحتكاك بقطعة العمل، وبالتالي منع تصلب العمل. وفي الوقت نفسه، من الضروري ضبط أفضل ظروف المعالجة وأفضل إعدادات سائل التبريد.

يواجه تطبيق تكنولوجيا القطع عالية السرعة أيضًا تحديات مثل التصاق الرقائق القوي والتوصيل الحراري الضعيف. في عملية القطع باستخدام الحاسب الآلي، من السهل التصاق بقايا القطع أو ذوبانها على طرف الأداة والشفرة، مما يشكل ورمًا رقيقًا، مما يتسبب في تدهور خشونة سطح سطح معالجة قطعة العمل، مع زيادة الاهتزاز أثناء عملية القطع وتسريع تآكل الأداة. ولا يمكن إجراء كمية كبيرة من حرارة القطع في الوقت المناسب، وحتى الحرارة الناتجة عن القطع لا يمكن توصيلها إلى الشريحة بأكملها، مما يؤدي إلى حرارة إجمالية للأداة الواردة مقارنة بالفولاذ الكربوني العادي، بحيث تكون حافة القطع يفقد أداء القطع عند درجة حرارة عالية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن القطع عالي السرعة، كوضع قطع جديد، يفتقر إلى أمثلة التطبيق المرجعية ومعلمات القطع العملية وقاعدة بيانات معلمات التشغيل الآلي. وهذا يجعل من الضروري الاختبار والاستكشاف المستمر في التطبيقات العملية، مما يزيد من تكلفة المعالجة والوقت.

تتمتع تكنولوجيا القطع عالية السرعة بإمكانيات كبيرة في تحسين كفاءة الإنتاج بسبب سرعتها العالية ودقتها العالية وجودة سطحها العالية. بادئ ذي بدء، يمكن أن يؤدي القطع عالي السرعة إلى تقصير دورة الإنتاج بشكل كبير. على سبيل المثال، في صناعة تصنيع السيارات، يمكن لتكنولوجيا القطع عالية السرعة معالجة المكونات الرئيسية بسرعة مثل كتل المحرك وعلب ناقل الحركة، مما يقلل بشكل كبير من وقت المعالجة ويحسن كفاءة الإنتاج. وفقاً للإحصائيات ذات الصلة، بعد اعتماد تكنولوجيا القطع عالية السرعة، يمكن تقليل وقت معالجة قطع غيار السيارات بنسبة 30% إلى 50%. ثانيا، تكنولوجيا القطع عالية السرعة يمكن أن تقلل من تكاليف المعالجة. نظرًا لأن القطع عالي السرعة يمكن أن يحقق عمليات تصنيع تقريبية وشبه تشطيب وتشطيب، يتم تقليل استخدام العمليات والأدوات، وبالتالي تقليل تكاليف الإنتاج. بأخذ تصنيع القوالب كمثال، يمكن لتكنولوجيا القطع عالية السرعة أن تقلل من استخدام EDM، وتقلل من تكاليف المعالجة، وتحسن دقة وجودة سطح القالب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتكنولوجيا القطع عالية السرعة أيضًا تحسين جودة المنتج. عند القطع بسرعة عالية، تكون قوة القطع صغيرة والاهتزاز صغيرًا، ويمكنها معالجة أجزاء دقيقة جدًا، ويتم تقليل خشونة السطح بمقدار 1 إلى 2 مستوى، مما يلبي احتياجات الصناعة التحويلية الحديثة للمنتجات عالية الدقة.

إن تطوير تكنولوجيا القطع عالية السرعة سيعزز تطوير صناعة تصنيع الآلات في اتجاه الكفاءة العالية والدقة العالية والمرونة العالية والأخضر. من ناحية، فإن تطبيق تكنولوجيا القطع عالية السرعة سيعزز التقدم التكنولوجي لصناعة تصنيع الآلات. تتطلب تكنولوجيا القطع عالية السرعة دعم عدد من التقنيات المتقدمة مثل أدوات آلة القطع عالية السرعة، وأدوات القطع عالية السرعة، وأنظمة التحكم العددي عالية الأداء، كما أن تطوير هذه التقنيات سيدفع المستوى الفني للشركة بأكملها. صناعة تصنيع الآلات. على سبيل المثال، يتطلب البحث والتطوير لأدوات آلات القطع عالية السرعة تكنولوجيا مغزل متقدمة، وتكنولوجيا نظام التغذية وتكنولوجيا التصميم الهيكلي، وستوفر الاختراقات في هذه التقنيات معدات معالجة أكثر تقدمًا لصناعة تصنيع الآلات. ومن ناحية أخرى، فإن تعزيز تكنولوجيا القطع عالية السرعة سيحسن القدرة التنافسية لصناعة تصنيع الآلات. في ظل المنافسة الشرسة المتزايدة في صناعة التصنيع العالمية، يمكن لتكنولوجيا القطع عالية السرعة تحسين جودة المنتج، وتقليل تكاليف الإنتاج، وتقصير دورة الإنتاج، والفوز بمزايا تنافسية في السوق للمؤسسات. وبأخذ صناعة الطيران كمثال، يمكن لتكنولوجيا القطع عالية السرعة معالجة المواد خفيفة الوزن مثل سبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم، وتحسين أداء وسلامة الطائرات، وتعزيز القدرة التنافسية للمؤسسات في السوق الدولية.

في المستقبل، سوف تتطور أبحاث التكنولوجيا الرئيسية لتكنولوجيا القطع عالية السرعة في اتجاه سرعة أعلى ودقة أعلى وأكثر ذكاءً. فيما يتعلق بأدوات آلة القطع عالية السرعة، سيتم تحسين سرعة المغزل وسرعة التغذية بشكل أكبر، وسيتم تطوير أنظمة مغزل وأنظمة تغذية أكثر تقدمًا لتحسين صلابة واستقرار أداة الآلة. على سبيل المثال، يمكن لنظام المغزل الذي يستخدم تقنية الرفع المغناطيسي وتقنية الضغط الجوي أن يصل إلى أكثر من 100000 دورة في الدقيقة؛ يمكن لنظام التغذية الذي يستخدم المحرك الخطي وتقنية ردود الفعل على نطاق الشبكة تسريع ما يصل إلى 5 جرام ويمكن أن تصل دقة تحديد المواقع إلى مستوى ميكرون. فيما يتعلق بأدوات القطع عالية السرعة، سيتم تطوير مواد الأدوات وتقنيات الطلاء الأكثر تقدمًا لتحسين صلابة الأدوات ومقاومة التآكل ومقاومة الحرارة للأدوات. على سبيل المثال، يمكن زيادة صلابة الأداة التي تستخدم تقنية الطلاء النانوي بمقدار 2 إلى 3 مرات، ويمكن زيادة مقاومة التآكل بمقدار 5 إلى 10 مرات. وفيما يتعلق بأنظمة التحكم العددي، سيتم تطوير تكنولوجيا برمجة وخوارزميات تحكم أكثر تقدمًا لتحسين سرعة الحوسبة وقدرة معالجة البيانات لأنظمة التحكم العددي. على سبيل المثال، يمكن لأنظمة التحكم العددي التي تستخدم تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا تحليل البيانات الضخمة تحسين معلمات القطع تلقائيًا وفقًا لخصائص مواد وأدوات التشغيل، مما يحسن كفاءة المعالجة وجودتها.

على مستوى التطبيق، ستستمر تكنولوجيا القطع عالية السرعة في توسيع مجال التطبيق وتحقيق نطاق أوسع من التطبيقات. فمن ناحية، سيتم استخدام تكنولوجيا القطع عالية السرعة على نطاق أوسع في الصناعات التحويلية التقليدية. على سبيل المثال، في مجالات تصنيع الآلات وتصنيع السيارات وصناعة الطيران، ستحل تكنولوجيا القطع عالية السرعة محل تكنولوجيا القطع التقليدية تدريجيًا وتصبح طريقة المعالجة السائدة. ومن ناحية أخرى، سيتم تطبيق تكنولوجيا القطع عالية السرعة في قطاع التصنيع الناشئ. على سبيل المثال، في مجالات الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصنيع الجزئي والنانوي والتصنيع الطبي الحيوي وما إلى ذلك، يمكن دمج تكنولوجيا القطع عالية السرعة مع تقنيات التصنيع المتقدمة الأخرى لتحقيق تصنيع عالي الدقة للأجزاء ذات الأشكال المعقدة. بالإضافة إلى ذلك، ستتطور تكنولوجيا القطع عالية السرعة في اتجاه التصنيع الأخضر. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي استخدام تكنولوجيا القطع الجاف وتكنولوجيا التشحيم الجزئي إلى تقليل استخدام سائل القطع، وتقليل التلوث البيئي، وتحقيق التصنيع الأخضر.