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通過對整個金屬切削過程進行優(yōu)化，可以在加工中實現(xiàn)較高的生產(chǎn)率和利潤率。這項工作的基礎(chǔ)是明智地運用刀具切削參數(shù)，同時充分利用機床的加工能力。實現(xiàn)有效機床利用包含兩個重要組成部分。一是找到將機器可用于切削金屬的時間量較大化的方法，第二部分包括使這一時間富有成效、二是設(shè)法以富有成效、可靠、具盈利性的方式利用這一時間。
將可用時間較大化
機床的充分利用必須始于將其可用于切割金屬的時間較大化。即使一臺機器全年 365 天都在車間中，它的生產(chǎn)可用性。在每周工作五天，每天單個班次的情況下除去每年花費在假期和其他事情上的時間，每年可用于生產(chǎn)的時間約為 1,300 或 1,400 機時。即使這樣，在這些時間內(nèi)，機器也并非都在切割金屬。編程和設(shè)置會耗費一定時間。要使非生產(chǎn)時間盡可能短，制造商應(yīng)采用包含離線編程和模塊化設(shè)計方法的戰(zhàn)略。刀具庫和自動刀具轉(zhuǎn)換器加快了刀具搬運這另一耗時事件。機器人化工作處理和交換工作臺有助于減少裝載原始工件和卸載已完成零件所需的時間。通過提高編程速度、加快設(shè)置方法和簡化刀具及工作處理而節(jié)省的時間可以用于加工零件。
實施較大化切割金屬可用時間的戰(zhàn)略后，制造商面臨的問題是如何高效利用這些時間以盡可能低的成本生產(chǎn)盡可能多的產(chǎn)品。關(guān)鍵在于在切削刃與工件材料接觸時充分利用機床功能。另外，了解機床的功能局限性也非常重要。
當制定計劃以較有效的方式利用可用時間時，很顯然，無法改變加工工藝中的某些元素。加工工件的最終用途決定制造商應(yīng)選用的工件材料，而材料的可加工性指明了可以使用的初始切削參數(shù)。例如，鈦合金導(dǎo)熱性能較差，這就需要使用低切割速度和進給率來較大限度地減少熱量積聚。機床功能也是給定的，因為通常情況下更換機器并不是一個直接選項。制造商在評估生產(chǎn)成本時會意識到這些因素。然而，如果對機床特性評估不準確，并且采用了不可持續(xù)的切削工況，則會導(dǎo)致預(yù)計成本和實際成本相差甚遠。
在確定所有加工的初始切削參數(shù)時，需要遵守一些通用的規(guī)則。必須選擇適當?shù)那邢魃疃群瓦M給率以避免刀具破損，確保形成所需切片，并限制熱量的產(chǎn)生。切削速度過高將導(dǎo)致刀具快速磨損，而速度過低將使刀具無法高效工作。
快速切割通常會在較短時間內(nèi)制成工件。雖然加工時間縮短，但刀具壽命也會縮短，同時刀具成本將會升高。將需要更造成具來完成工作，并且需要轉(zhuǎn)位和更換刀具產(chǎn)生的停機時間會增加整體運營成本。實際上，快速切割、加工成本更高與慢速切割、運營成本更低之間是可以折衷的。穩(wěn)定的生產(chǎn)效率和工藝穩(wěn)定性介于兩種方法之間：不夠充分的切削參數(shù)會降低成本，但刀具不能高效工作，且生產(chǎn)率會下降；而越來越高的參數(shù)雖然會提高生產(chǎn)率，但刀具會快速磨損或斷裂。
此外，切削工況的選擇不僅僅取決于切削工具，大多數(shù)情況下，還取決于機床的功能。不同的機床具有不同的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性限制。顯而易見的限制是功率。
僅額定功率不會確定機器對特定應(yīng)用的功能。一個 60-kW 的機床似乎可以提供充足的功率，但如果計劃制造 12 m 長、3 m 直徑的扎輥，那么 60 kW 并不夠。切削特定工件所需的功率取決于工件材料及尺寸、切削深度、進給率和切割速度。由于切削力隨著轉(zhuǎn)速的提高而成倍增加, 功率需求將會提高。
因此，高切割速度可能需要超過機器額定功率的功率。
此外，極端切削參數(shù)可能超出機床其它功能的承受能力。極高的切削深度會產(chǎn)生高于機床結(jié)構(gòu)剛度的力，振動可能會降低零件質(zhì)量。同樣，過高的進給率會產(chǎn)生大量切屑，會干涉切削過程并堵塞排屑系統(tǒng)。
要較大程度地在其功能限度內(nèi)利用機床，需要在切割參數(shù)開發(fā)中應(yīng)用智能、平衡的方法。通常，會涉及到降低切割速度，同時相應(yīng)提高進給率和切削深度。在考慮機床穩(wěn)定性的情況下使用盡可能大的切削深度可以減少走刀次數(shù)，因此減短了加工時間。切削深度通常對刀具壽命的影響微乎其微，但切削速度對刀具壽命影響深遠。同時，盡管極端的進給率對工件表面拋光有負面影響，仍應(yīng)較大程度提高進給率。
當供應(yīng)商實現(xiàn)進給率和切削深度的可靠組合后，可以使用切削速度對加工進行最終校準。目的在于利用可提供富有成效的金屬切除率和工藝穩(wěn)定性的切削條件。機器性能和切削參數(shù)的較好組合可實現(xiàn)刀具成本、工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)率之間保持平衡。
如果意識到機床性能可對加工過程形成限制，更換機床并不是一種簡單、快速或經(jīng)濟的解決方案?？刂魄邢鞯毒邞?yīng)用參數(shù)以使現(xiàn)有機床達到較好性能是更快、更簡單的方式。即使對新機床的投資具備可行性，相對較長的設(shè)備工作壽命也是一個重要的考慮因素。某家公司可能購買性能匹配或超過其當前需要的機床，在接下來的五年、十年或更多年內(nèi)，零件工件材料、尺寸和體積等因素可以而且將會發(fā)生顯著變化，而機床仍可正常運行。為了應(yīng)對這些變化，必須以更加明智的方式改變切削條件。
找到較大程度增加機床可用于切削金屬的時間的方法后，推薦的做法是為工件材料和相關(guān)加工選擇具有適合的基體材料、鍍層和切削刃槽型的刀具。接下來是在保證刀具正常工作的情況下選擇較小的切削速度。之后，進給率和切削深度應(yīng)盡可能高，同時考慮機床的功率和穩(wěn)定性特征。已經(jīng)創(chuàng)建了有助于確定加工參數(shù)和機器性能較好匹配的數(shù)學(xué)公式。如有可能，車間可能傾向于執(zhí)行現(xiàn)場測試來獲得相似的結(jié)果。通常情況下，公式僅可確認事實情況。但在超過 90% 的情況下，簡單、實際的有效方在采用較大進給率和切削嘗試的同時使用較低的切削速度，并將切削速度作為校準工具。這一方法不僅可以成功地提供可靠且富有成效的加工，而且還能充分利用現(xiàn)有機床的加工能力。
