丁明亮

摘 要：高速切削加工是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，擁有高效率、高精度及高表面質(zhì)量等特征。通過(guò)高速切削加工技術(shù)，可以解決在汽車模具常規(guī)切削加工中備受困擾的一系列問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高速;切削;加工;技術(shù)

高速切削在航空航天業(yè)、模具工業(yè)、電子行業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

一、高速切削加工工藝特點(diǎn)

（一）提高生產(chǎn)效率。提高切削用量、增大切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量，都可縮短基本時(shí)間，這是機(jī)械加工中廣泛采用的提高生產(chǎn)率的有效方法。要提高切削效率，縮短切削時(shí)間，就要提高單位時(shí)間內(nèi)材料的切除量，它與切削三要素都有關(guān)系，且最活躍、影響最大的要素是切削速度，這就是為什么把采用高速切削作為提高切削效率重要途徑的原因。與傳統(tǒng)切削加工相比，高速加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%～50%，切削力降低了40%，刀具的切削壽命提高了80%。例如，高速加工中心或高速銑床加工模具，可以在工件一次裝夾中完成型面的粗、精加工和汽車模具其他部位的機(jī)械加工。高速切削加工以高于常規(guī)切削15倍左右的切削速度對(duì)汽車模具進(jìn)行高速切削加工。由于高速機(jī)床主軸激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍，所以汽車模具的加工過(guò)程平穩(wěn)。

（二）提高加工質(zhì)量。由于采取了極小的步距和切深，高速切削加工可獲得很高的表面質(zhì)量，甚至可以省去鉗工修光的工序。高速切削時(shí)工件基本處于“無(wú)振動(dòng)”的平穩(wěn)狀態(tài)，加之切削力和切削熱的影響較小，所以更容易獲得較高加工精度的零件。而且由于在較高切削速度范圍內(nèi)切削，積屑瘤、表面殘余應(yīng)力等缺陷也得到了有效控制。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的精確性，也使得切削破壞層變薄，殘余應(yīng)力小，實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工。 因此，利用高速切削的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以高的切削速度和進(jìn)給速度、較小的走刀步距和切深、較薄的切屑厚度進(jìn)行切削加工，可以獲得良好的加工精度和表面質(zhì)量，減少模具拋光工作量70%～100%，大幅度縮短模具開(kāi)發(fā)周期。例如，汽車模具在使用過(guò)程中往往需要多次修復(fù)以延長(zhǎng)使用壽命，如果采用高速切削加工就可以更快地完成該工作，取得以銑代磨的加工效果

（三）降低加工能耗。由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低45%。同時(shí)，由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的在制時(shí)間短，從而提高了能源和設(shè)備的利用率，降低了切削加工在制造系統(tǒng)資源總量中的比例，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。在高速切削時(shí)，大部分的切削熱來(lái)不及傳給工件就被高速流出的切屑帶走，因此加工表面的受熱時(shí)間短，不會(huì)由于溫升導(dǎo)致熱變形，有利于提高表面精度。另外，高速則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來(lái)的表面硬化問(wèn)題，減少或免除了人工光整加工?，F(xiàn)在多數(shù)企業(yè)都算過(guò)這筆賬來(lái)了，加大刀具投入，用高速切削提高生產(chǎn)效率以降低總生產(chǎn)成本。

二、高速切削加工技術(shù)

（一）應(yīng)用高速切削機(jī)床。高速切削要獲得良好的應(yīng)用效果，必須將高性能的高速切削機(jī)床、與工件材料相適應(yīng)的刀具和對(duì)于具體加工對(duì)象最佳的加工工藝技術(shù)相結(jié)合。機(jī)床必須被認(rèn)為是整個(gè)工藝中不可分割的一部分，在這點(diǎn)上，機(jī)床結(jié)構(gòu)通常需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)新情況，有時(shí)甚至需要重新設(shè)計(jì)。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床首先要求其機(jī)構(gòu)具有高剛性，要能吸收高頻振動(dòng)及高慣性G值，以確保高速切削精密度及穩(wěn)定度。高速切削的機(jī)床由于其在運(yùn)行時(shí)，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度非常之高，因此要求它的機(jī)床結(jié)構(gòu)擁有較高的剛性，同時(shí)還能吸收高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)，以此保證高速切削的精度和穩(wěn)定性。必須強(qiáng)調(diào)的是這些優(yōu)點(diǎn)只有使用滿足高速切削要求的機(jī)床才能體會(huì)到。出色的動(dòng)力特性、智能和高效的控制系統(tǒng)以及最新的主軸技術(shù)是重要的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）選擇適合高速切削的刀具。高速切削用的刀具，尤其是高速旋轉(zhuǎn)刀具，從保證加工精度方面以及操作安全方面考慮，都要求刀具及刀柄有更好的質(zhì)量和性能。由于高速切削高轉(zhuǎn)速和快進(jìn)給等特點(diǎn)，除了良好的耐磨性和高的強(qiáng)度韌性的先進(jìn)刀具材料，優(yōu)良的刀具涂層技術(shù)，合理的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和高同心度的刀刃精度質(zhì)量等因素外，還需特別注意其它因素對(duì)刀具耐用度的影響。合理安排刀具換刀時(shí)間，在選擇刀具與確定切削參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮所采用刀具的壽命與所確定的換刀時(shí)間相適應(yīng)。一般盡量將換刀時(shí)間安排在交班或休息時(shí)間，盡量使所有的刀具壽命與所確定的換刀時(shí)間相同或?yàn)樗谋稊?shù)。刀具軌跡應(yīng)避免多余空刀，可通過(guò)對(duì)刀具軌跡的鏡像、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等功能，避免重復(fù)計(jì)算。高速機(jī)床的這種刀具軌跡編輯、變換、優(yōu)化處理等功能非常重要。實(shí)踐證明，如果只有高速機(jī)床和刀具而沒(méi)有良好的工藝技術(shù)作指導(dǎo)，昂貴的高速加工設(shè)備也不能充分發(fā)揮作用。

（三）優(yōu)化高速切削加工參數(shù)。高速切削的主要目標(biāo)之一是通過(guò)高生產(chǎn)率來(lái)降低生產(chǎn)成本。它主要應(yīng)用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具鋼。另一個(gè)目標(biāo)是通過(guò)縮短生產(chǎn)時(shí)間和交貨時(shí)間提高整體競(jìng)爭(zhēng)力。所以，在高速切削中，必須對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。其中包括優(yōu)化切削刀具控制，如刀具接近工件的方向、接近的角度、移動(dòng)的方向和切削過(guò)程（順銑還是逆銑）等。例如，一般主軸轉(zhuǎn)速在11000-21000r/min以上的為高速切削;進(jìn)給速度很高，通常達(dá)16-53m/min，最高可達(dá)98m/min。目前，可在工業(yè)上使用的速度達(dá)63000轉(zhuǎn)/分的主軸已是最新技術(shù)趨勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)，要求刀具以及刀夾的加速度達(dá)到3g以上時(shí)，刀具的徑向跳動(dòng)要小于0.015mm，而刀的長(zhǎng)度不大于刀具直徑的5倍。為了使刀具每齒進(jìn)給量基本保持不變，以保證零件的加工精度、表面質(zhì)量和刀具的耐用度，則進(jìn)給量也必須相應(yīng)提高15倍左右，達(dá)到70m/min以上，有的甚至高達(dá)140m/min。

三、結(jié)束語(yǔ)

高速切削加工技術(shù)是21世紀(jì)的一種先進(jìn)制造技術(shù)，有著強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。高速切削加工不僅包含著切削過(guò)程的高速，還包含工藝過(guò)程的集成和優(yōu)化，是一個(gè)可由此獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的高速度的切削加工，是技術(shù)和效益的統(tǒng)一。隨著高速切削技術(shù)的發(fā)展，高速切削加工以其加工效率高、切削力小、工件的熱變形和熱膨脹小、加工表面質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)效益高及適宜加工復(fù)雜和細(xì)長(zhǎng)薄壁件等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于航空航天整體結(jié)構(gòu)件的加工中。

參考文獻(xiàn)

[1]宋志國(guó).淺談高速切削機(jī)床的選購(gòu)方法[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008年01期

[2]魯方霞，鄧朝暉.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀[J].工具技術(shù)，2006年03期

[3]姜香梅.基于高速切削的模具加工技術(shù)[J].淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009年04期

[4]鞏麗，張根保，劉潤(rùn)愛(ài)，黃強(qiáng).零傳動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)的精度分析[J].機(jī)床與液壓，2006年02期