戴海劍

【摘 要】闡述了高速切削加工技術(shù)的定義、特點，并介紹了與高速切削加工技術(shù)相關(guān)的技術(shù)的發(fā)展趨勢

【關(guān)鍵詞】高速切削加工技術(shù)；制造；切削加工

制造技術(shù)的宗旨是縮短產(chǎn)品從設(shè)計到進人市場的時間，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，擴大產(chǎn)品的市場占有率，提高產(chǎn)品的競爭能力。目前.高速切削技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢已無需懷疑。與傳統(tǒng)加工方式對比，高速切削加工技術(shù)具有很多優(yōu)點，例如可加快精加工和精加工材料的切削速度；可直接切削高硬度材料，從而減少電極加工和磨削加工工序；可顯著減少精加工步驟，極大地提高精加工表面的加工質(zhì)量等。正是這些優(yōu)點，使高速切削加工越來越受到人們的關(guān)注，并有效應(yīng)用于企業(yè)的加工生產(chǎn)。本文通過分析高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用，展望高速切削加工技術(shù)的發(fā)展前景。

一 高速切削加工的定義

高速切削加工技術(shù)的起源，可以追溯到20 世紀30 年代初，德國的切削物理學家薩洛蒙（Carl Salomon）博士于1931 年發(fā)表了著名的高速切削理論，人們常用“薩洛蒙曲線”表示。其核心內(nèi)容是：當切削速度達到一定的數(shù)值時，切削刃處的切屑溫度和切削力開始下降。他同時給人們一個結(jié)論：用傳統(tǒng)刀具在更高切削速度下加工時，有可能提高生產(chǎn)率。他的理論推動了制造業(yè)的發(fā)展，自20 世紀80 年代起，高速加工技術(shù)在傳統(tǒng)切削加工技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展成為一門綜合性系統(tǒng)工程技術(shù)。

二 高速切削的主要優(yōu)點

生產(chǎn)實踐表明，與常規(guī)切削相比，高速切削主要優(yōu)點有：

（一）材料切除率高，切削力低

在高速切削中，如果刀具每齒切削厚度基本不變，進給速度可相應(yīng)提高5 一10 倍，通常達10 一50 11 1如in，甚至達20 m /m jll。這樣高速切削加工與常規(guī)切削相比，加工可提高3 一5 倍，而零件加工切削力可減少30 % 左右，尤其是徑向削力（垂直被加工表面的力）大為減少。

（二）忍熱變形小

高速切削加工過程中，極高的進給速度使得95 %切削熱被切屑帶走，工件基本上保持冷態(tài)，零件不會由于溫升導致變形，因而，高速切削特別適合于加工容易產(chǎn)生熱變形的零件。

（三）加工表面質(zhì)量高

高速切削機床激振頻率很高，已遠遠超出“機床一刀具一工件” 工藝系統(tǒng)的固有低頻范圍（50 一30 Hz），這就使零件加工處于“ 無振動” 切削狀態(tài)時獲得較高的表面加工質(zhì)量，同時在高切削速度下，積屑瘤、鱗刺、表面殘余應(yīng)力和加工硬化均受到抑制。

因此高速切削加工獲得的表面加工質(zhì)量兒乎可與磨削。

三 高速切削關(guān)鍵加工技術(shù)

（一）切削技術(shù)最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一

目前主軸轉(zhuǎn)速在1.5萬～3萬 的加工中心越來越普及，已經(jīng)有轉(zhuǎn)速高達10萬～15萬 的加工中心。高速主軸由于轉(zhuǎn)速極高，主軸零件在離心力作用下產(chǎn)生振動和變形，高速運轉(zhuǎn)摩擦熱和大功率內(nèi)裝電機產(chǎn)生的熱量，會引起熱變形和高溫，所以必須嚴格控制。為此，對高速主軸提出如下性能要求：

（1）結(jié)構(gòu)緊湊，總質(zhì)量小，慣性小，可避免振動和噪音，具有良好的啟停性能；

（2）足夠的剛性和高的回轉(zhuǎn)精度；

（3）良好的熱穩(wěn)定性；

（4）功率大；

（5）先進的潤滑和冷卻系統(tǒng)；

（6）可靠的主軸監(jiān)測系統(tǒng)。

（二）快速進給系統(tǒng)

高速切削時，為了保持刀具每齒進給量基本不變，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，進給速度也必須大幅度提高，目前切削時進給速度一般為30～60 ）"，最高達120 要實現(xiàn)并準確控制這樣高的進給速度，對機床導軌、滾珠絲桿、伺服系統(tǒng)、工作臺結(jié)構(gòu)等提出新的要求。而且，由于機床的直線運動行程一般較短，高速加工機床必須實現(xiàn)快速的進給加減速才有意義。

（三）高速的CNC 控制系統(tǒng)

高速切削加工要求CNC 控制系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能性特性，以保證在高速切削時，特別在4～5 軸坐標聯(lián)動加工復雜曲面，仍具有良好的加工性能。高速CNC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力的兩個重要指標：

一是單個程序段處理時間，為了適應(yīng)高速，要求單個程序段處理時間要短，為此需使用32位CPU、64位CPU，并采用多處理器；

二是插補精度，為確保高速下的插補精度，要有前饋和大數(shù)目超前程序段預(yù)處理功能。

（四）高速切削刀具技術(shù)

高速切削刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)。刀具材料對高速加工技術(shù)的發(fā)展，具有決定性意義。目前已發(fā)展的刀具材料，主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂層刀具和超細晶粒硬質(zhì)合金刀具等。

金剛石刀具主要用于高速加工鋁、銅及其合金等有色金屬和非金屬以及鈦和鈦合金；

立方氮化硼和陶瓷刀具主要適用于高速加工鑄鐵及其合金和淬硬鋼以及鎳基合金等高溫合金；

陶瓷刀具和涂層刀具等，適用于高速加工鋼及其合金；

超細晶粒硬質(zhì)合金適于小尺寸整體刀具，高速加工孔、攻絲和齒輪，也可以較高速度加工鈦及其合金和高溫合金等超級合金。

由于刀具壽命的限制，鋼及其合金和超級合金等只能以較高速度進行精加工和半精加工，發(fā)展具有更加優(yōu)異高溫力學性能、高化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性及高抗熱震性刀具材料，是推動高速切削技術(shù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用的重要前提。

四 高速切削加工技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展

（一）高速切削技術(shù)在國外的發(fā)展

高速切削加工的研究，在國外起步較早，水平較高。在此技術(shù)領(lǐng)域，處于領(lǐng)先地位的有德國、日本、美國。自20 世紀80年代中后期以來，商品化的高速切削機床不斷出現(xiàn)，高速機床由單一的高速銑床發(fā)展成為高速車銑床，鉆銑床及各種高速加工中心等。瑞士、英國、日本也相繼推出自己的高速機床，日本日立精機的主軸轉(zhuǎn)速最高達3.6 萬～4.0 萬r/min。

（二）高速切削技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展

我國高速切削加工技術(shù)研究起步較晚，與國外有很大的差距。在高速機床方面，目前我國與國外的主要差距，在于機床的關(guān)鍵功能部件的研發(fā)落后于市場需求。各個部門需要的高速加工中心還是依賴進口，在高速切削刀具方面，我國已經(jīng)取得一定的成果，特別是陶瓷刀具。初步具備了開發(fā)高速切削刀具的能力，但是金剛石、立方氮化硼、涂層刀具和超晶粒硬質(zhì)合金刀具的性能和品牌，與國外差距很大。

五 結(jié)語

高速切削技術(shù)因其具有高效、高精度、工序簡化等優(yōu)點而受到高度重視，隨著汽車、航空航天、能源等行業(yè)的產(chǎn)品性能不斷提高，欽合金、高溫合金、高強度鋼、復合材料、耐磨鑄鐵、硅鋁合金等難加工材料及大型整體結(jié)構(gòu)、復雜薄壁結(jié)構(gòu)等難加工結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越廣泛，對高速切削加工提出了新的要求，質(zhì)量、效率、成本、綠色、可預(yù)測性成為加工技術(shù)水平最重要的考量。

參考文獻：

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[5] 林明山.高速切削加工與刀具技術(shù)[J].機電技術(shù)，2007，（4）：33- 36.

作者簡介：

高速切削加工技術(shù)項目作業(yè)

指導教師：謝偉東

團隊成員：李偉

金澤

王剛

任超

齊齊哈爾工程學院

團隊分工明細

一、行動的分工

李偉：整編論文

金澤：排版和布局

王剛：網(wǎng)絡(luò)查找和書籍查找

任超：后期打印和校正

二、論文分工

李偉：一 高速切削加工的定義

金澤：二 高速切削的主要優(yōu)點

王剛：三 高速切削關(guān)鍵加工技術(shù)

任超：四 高速切削加工技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展

（作者單位：長三角新能源汽車研究院有限公司）