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机床刀具与产品质量

随着现代工业规模的日益扩大,分工细致,协作单位繁多等特点逐步凸显,为满足并提高产品功能的需求,新一代产品几何技术规范(简称GPS)已成为工业技术发展的必然趋势。

新一代GPS包括几何尺寸公差、几何公差、表面结构公差三个部分(也即指产品精度),其中几何尺寸公差与几何公差关系密切,共同反映了作用尺寸的关系。为了使产品最终的精度满足功能使用要求,新一代GPS倡导“功能公差”的理念。

产品几何技术规范(GPS)标准体系(包括极限与配合、尺寸、形状与位置公差、表面结构等)作为非常重要的工程设计语言,已然开始逐步应用于国内外设计、生产与测量等制造过程的核心单元,极大满足了产品制造全过程的数字化需求,对于产品信息传递的一致性、产品制造全过程资源的优化分配、成本控制具有非常重要的作用。

以直径规范为例,设计人员规定了圆的允许变动区域,但应选择最小外接法,最大内接法、最小二乘法、最小区域法抑或两点距离来进行评判。采用坐标测量机(CMM)对同一圆要素进行测量,采用不同的评定方法测量结果可获知其差异性,使用者需理解规范不确定度及不同评定方法之区别,选择不当存在对测量结果的误判、及与产品实际装配要求不匹配的可能性,及可能的成本增加、产品功能、寿命或安全性能之影响。

产品几何技术规范(GPS)发展现状和发展潜能

当前我国于GPS标准体系与发达国家仍有一定的差距,如何更好地实现标准先行,如何实现GPS国家标准与国际标准的一致性,如何提升产业界对于GPS的认知,如何加大对于GPS国家标准体系的人员及科研投入等仍是应不断加强的方向。

随着智能制造的发展,现代GPS工程图纸正由二维向三维发展,实现三维环境下的三维标注,这些将在新版ISO 1101等GPS国际标准中得以体现,随着产品制造信息(PMI)在建模、设计、制造及测量等领域的应用,全新的GPS标准体系有助于大幅缩减设计、加工及测量等成本,通过对于GPS标准体系的合理应用,亦可有效加速产品上市时间。

产品质量的控制

任何机械产品均是按照产品设计图样,经过机械加工而获得的,不论加工设备和方法如何精密可靠,功能如何齐全,除了尺寸的误差外,所加工的零件和由零件装配而成的组件与成品不可能完全达到图样所要求的理想形状,也不可能完全达到相互间的准确位置及表面结构要求。影响产品质量的因素一般包括加工设备、刀具、夹具、原材料内应力、工艺、切削力等。为了保证产品的精度,减少误差产生,应根据产品功能要求选择加工设备:

(1)从结构上考虑优先选用静态、动态、热态刚度好的设备,以确保机床运行过程中的可靠性。

(2)机床设备的自身精度选择,根据用户对产品的最终精度及功能要求从最经济最实用的思维出发点按相关的国家标准和行业标准选择。

(3)保证各种材料切削功率需要,传动系统和主轴应尽量挑选电机功率大、传动结构合理、实现扭矩最大的,同时,主轴部分轴线跳动、轴线垂直、热态控制及切削拉刀定位机构均应可靠。

(4)机床动态定位精度及重复定位精度应满足产品最终精度要求,采用VDI3441标准。

(5)功能考验,根据验收大纲要求三、五坐标NAS件、圆锥台、S试切件进行试切,并按标准达到要求。

航空产品的功能特性要求产品重量轻,体积小,能满足高转速高负荷工作需求,如表面结构质量差(指Ra粗糙度)就可能在承受交变载荷情况下出现疲劳现象,甚至发生断裂;有些配合部位要求保证可靠的配合要求或较小的间隙,除尺寸精度高外,对表面粗糙度要求也极高。

在设备状态满足产品要求的情况下,刀具的配置将直接影响产品的表面结构,所以刀具设计制造参数的选择,也就成了刀具制造商的首选目标。所谓好马配好鞍,如只有好的设备,没有好的刀具及工装也不能最终满足产品要求:

(1)刀具体的静态、动态、热态刚度会直接影响产品的表面质量,强度好、抗冲击力好会提高粗糙度精度,减少波纹度,避免划伤已加工表面;

(2)在产品制造中,主轴定位锥孔与刀具锥柄检查基准不统一,不规范,造成二次定位误差,由于尺寸控制的误差引起拉刀力的变化,在动态状态下,易造成刀具振动而直接影响产品的表面结构精度;

(3)刀具除具备通用特性外,还需根据产品材料特性及产品工艺特性,选用合适的刀具材料及刀具的工艺性能,提高切削效率,减少切削应力,增加刀具切削寿命,可换刀具尺寸重复精度高。

展望

随着军工装备的发展, 为适应隐身、防电磁等功能需要,新型材料还会不断运用到航空产品中,对我们制造业来说要跟上军备发展的需要,制造工具的革命也近在眼前,一个好的产品除有好的加工设备外,还应具备好的切削刀具,以及相应先进的定位装置。


转自:刀具界