淺談高速切削加工技術(shù)

黃鑫

摘要：自德國人第一次提出高速加工的理念來，經(jīng)過多年的發(fā)展，高速切削技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，以成為切削加工主流技術(shù)。高速切削是切削速度比普通切削速度高5-10倍的一種切削技術(shù)。高速切削包括了車削、銑削、鉆孔等，最突出的是高速銑削。本文以高速切削的特點，通過機床，刀具，工藝等幾方面來介紹高速切削加工。

關(guān)鍵詞：高速切削;高轉(zhuǎn)數(shù)機床;新刀具

一.引言

高速切削技術(shù)是先進制造技術(shù)的重要體現(xiàn)。以往，在切削過程中用于測量、調(diào)整、上下料的輔助時間大大超過加工總工時的70%，數(shù)控機床智能制造單元的發(fā)展和應(yīng)用，降低了加工的輔助，切削時間就越來越多。因此，高速切削是提高效率的重要技術(shù)。

二.高速切削理念

2.1高速切削理念

高速切削是一個相對的，參照物不一樣，標(biāo)準(zhǔn)也就不同。通常來說只要比常規(guī)速度高出5～10倍，都可稱為超高速切削。

高速加工是德國物理學(xué)家提出的，人們用薩洛蒙曲線表示。切削溫度隨著加工速度的提升而提高，但任何材料都對應(yīng)一個臨界速度，在此處速度加工溫度最高，加工速度超過臨界點，溫度不升反而會下降。

2.2高速加工技術(shù)的優(yōu)點

高速切削效率比常規(guī)要高出幾個級別，其加工原理和常規(guī)不同。使高速切削技術(shù)有以下特點。

2.2.1加工中切削力會變小

由于切削速度高，快，切屑阻力會減少，變形會減小，切削力降低45%以上，軸承、刀具、工件受到的作用力會減少，適合精密加工、薄壁加工。

2.2.2變形小

高速加工時，80%以上的切削溫度來不及傳遞給零件就會被切屑帶走，工件受熱少，工件不升溫，不會因為溫度引起變形。

2.2.3材料切除率高

隨著轉(zhuǎn)速的提高，進給速度也會提高5～8倍，單位時間內(nèi)材料去除率增大，在航空、汽車模具等制造領(lǐng)域，高速切削技術(shù)已成為加工最理想的制造技術(shù)。

2.2.4工藝振動小，能實現(xiàn)高精度加工

高速切削時，機床的激振頻率高，遠超出了機床、刀具、工件、工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍，使加工過程平穩(wěn)、振動小、可實現(xiàn)高精度加工。高速切削適合于光學(xué)等領(lǐng)域的加工。

2.2.5能加工特殊材料

高錳鋼、淬硬鋼、奧氏體不銹鋼、復(fù)合材料和耐磨鑄鐵等的切削加工難度大、切削效率低。高速切削時，切削力小、切屑阻力小、刀具磨損小，故可加工一些難加工材料。如航空制造中采用的鎳基合金、鈦合金材料，強度大、硬度高、耐沖擊、切削溫度高，一般采用很低的切削速度。如果采用高速切削，其切削速度可大大提高。

三.高速切削的技術(shù)

高速切削是一項系統(tǒng)的工程。高速切削不只是切削速度提高，它的發(fā)展涉及到諸多領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。高速切削要獲得好的效果，必須配備高性能機床、刀具和最佳的加工工藝技術(shù)相結(jié)合。

3.1高速切削機床技術(shù)

高速切削機床是高速切削運用的基本條件。性能好的高速切削機床是實現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵，而高精度的主軸和控制精度，則是高速切削機床技術(shù)的關(guān)鍵所在。

3.1.1高速主軸

高速主軸是機床的核心部位，很大程度上決定著機床能達到的切削速度。目前，適于高速切削的加工中心其主軸轉(zhuǎn)速都大于10000r/min，是普通機床的3倍左右;電動機功率在15～80kW。軸承是決定主軸壽命和負荷的關(guān)鍵部件。滾動軸承因具有剛度高、性能好、結(jié)構(gòu)簡單、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點，在實際中得到廣泛應(yīng)用。

3.1.2高速進給

精度高的進給系統(tǒng)也是實現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵技術(shù)。高速進給系統(tǒng)采用直線電機進給驅(qū)動，行程范圍不受限。直線電機進給驅(qū)動系統(tǒng)有以下優(yōu)點：（1）高速響應(yīng)性。（2）速度和加速度高。（3）定位精度高。

3.2切削用刀具

刀具是實現(xiàn)高速切削的保證。選擇刀具材料對于提高加工質(zhì)量、延長刀具壽命和降低成本都有著重要作用。

3.2.1高速切削刀具材料

高速切削要求刀具材料具有高硬度、高強度和耐磨性、高韌度、良好的耐熱沖擊性、高熱硬性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

3.3高速切削工藝技術(shù)

高速切削工藝和常規(guī)工藝有很大不同。常規(guī)切削采用低轉(zhuǎn)速、大切深、緩進給;而高速切削則采用高轉(zhuǎn)速、低切深、快進給、多行程的加工工藝。在進行高速切削時，材料不同，所選用的刀具、工藝和切削參數(shù)也有很大不同。

四.高速切削技術(shù)的運用

4.1高速切削在航天領(lǐng)域中的運用

航空航天工業(yè)中大多數(shù)零件采用薄壁、細筋結(jié)構(gòu)，由于工件剛度差，不允許采用大吃刀深度，因此，高速切削成為這類零件加工的唯一選擇。飛機上的一些零件為了提高可靠性、降低成本，將多個鉚接或焊接成的部件，改用整體實心材料制造，即“整體制造法”。有的構(gòu)件的材料去除率高達90%，高速切削可極大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本。

4.2高速切削在制造業(yè)中的運用

高速加工技術(shù)被越來越多的國內(nèi)外制造廠家使用。國內(nèi)如一汽大眾轎車自動生產(chǎn)線，由沖壓、涂裝、總裝、發(fā)動機等高速生產(chǎn)線組成，年產(chǎn)轎車能力20萬輛;國外如美國GM發(fā)動機總成工廠的高速生產(chǎn)線、福特汽車公司的汽車生產(chǎn)線等。

五.結(jié)束語

高速切削技術(shù)已經(jīng)成為切削加工的主流，高速切削技術(shù)對于制造業(yè)來說是一場深刻的技術(shù)改革，將對制造業(yè)產(chǎn)生重要的影響。高速切削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是一項系統(tǒng)工程，它涉及到刀具、機床、工藝、材料、智能化和故障診斷等各個領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新。為適應(yīng)快速變化的市場和顧客需求，高速切削和高速加工技術(shù)將在生產(chǎn)中得到進一步發(fā)展和應(yīng)用。

參考文獻：

[1]艾興高速切削技術(shù)國防工業(yè)出版社 2004.05

[2]張伯霖高速切削技術(shù)及應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 2003-04