高速切削技術(shù)的發(fā)展

摘 要：隨著社會的進步和國家生產(chǎn)力水平的不斷提高，生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，降低生產(chǎn)成本也成了企業(yè)的首要任務(wù)。文章通過對高速切削技術(shù)與常規(guī)切削技術(shù)的比較，高速切削技術(shù)在實際應(yīng)用中輔助工具及配套設(shè)備的要求，體現(xiàn)高速切削技術(shù)的進一步研究與發(fā)展在實際應(yīng)用中的重要性。

關(guān)鍵詞：高速切削 比較 要求 應(yīng)用 發(fā)展展望

切削加工是機械加工應(yīng)用最規(guī)范的加工方法之一，而高速是它的重要發(fā)展方向，其中包括高速軟切削、高速硬切削、大進給切削等。高速切削能夠大幅度提高生產(chǎn)率，改善加工表面質(zhì)量，降低加工費用。

一、高速切削加工與常規(guī)加工的比較

高速切削加工與常規(guī)的數(shù)控加工方法主要區(qū)別在于進給速度、加工速度和切削深度這三個工藝參數(shù)值不同。高速切削加工采用高進給速度和小切削深度，而數(shù)控加工則采用低進給速度和大切削深度。高速切削加工對機床主軸、切削刀具、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)和數(shù)控編程方法的要求與常規(guī)的加工方式不同。

1.高速切削加工及其精密度。生產(chǎn)實踐表明，與傳統(tǒng)切削加工相比，用高速加工容易產(chǎn)生剪斷切削，當切削厚度減少時，切削溫度上升，切削更為碎小。而當應(yīng)力和切削都減少時，刀具負載變小，同時，由于產(chǎn)生的摩擦熱減少，大量的切削熱量被高速離去的切削帶走，故工件和刀具的熱變形很小，工件表面沒有變質(zhì)及微裂紋，大大改善了工件的加工質(zhì)量，具有加工循環(huán)時間短、所需的刀具數(shù)少、切削應(yīng)力小、產(chǎn)生切削量大、加工精度高等特點。一般來說高速加工精度可達10um以下，表面粗糙度Ra1um以下，能有效減少電加工和拋光工作量。

2.刀具壽命。高速加工工藝能夠保證刀具在不同速度下工作的負載恒定，加上刀具每刃的切削量較小，有利于延長刀具使用壽命。

3.高速加工可以在高速度、大進給的方式下完成淬硬鋼的精加工，提高加工件的表面質(zhì)量。而且由于高速加工切削量少，提高了加工及其后續(xù)表面光滑度，所以省去了過去機加工和電加工的磨削和拋光工序。

二、高速加工的刀具

高速切削刀具必須與加工的工件材料有較小的親和力，具有優(yōu)良的機械性能和熱穩(wěn)定性，即良好的抗沖擊、耐磨損抗熱疲勞的特性。目前，陶瓷、立方氮化硼、涂層硬度合金等刀具均可作為高速切削的刀具材料。如聚晶立方氮化硼的刀片硬度達3500～4500HV，已成為高速切削淬硬鋼的首選刀具材料。刀具的涂層技術(shù)是提高高速切削能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。

三、高速切削加工對機床的要求

1.主軸要求動平衡性能好，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性能，能傳遞足夠力矩和功率，能承受高的離心力，帶有測溫裝置和冷卻裝置。

2.機床機床必須具有足夠高的剛度和最佳的阻尼特性，以防止切削時刀具顫振對工件表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響；運動靈活，以適應(yīng)進給軸的快速移動；要有高的動態(tài)特性，除了高的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度外還有高的加減速度。

3.刀具夾緊技術(shù)應(yīng)采用錐部與主軸端面同時接觸的雙定位刀柄。夾緊裝置必須使銑刀刀柄與主軸很好地連接在一起，保證在高速下刀具不發(fā)生竄動。

四、高速加工對CAM軟件的要求

高速加工有著不同于傳統(tǒng)加工的特殊加工工藝要求，故應(yīng)用于高速加工的CAM，編程系統(tǒng)必須具有很高的計算機編程速度，具有全程自動化過切處理能力及自動刀柄干涉檢查功能，具有進給率優(yōu)化處理功能、待加工軌跡監(jiān)控功能、刀具軌跡編輯優(yōu)化功能、較前的插補功能，“加工殘余分析”功能。

五、高速切削的應(yīng)用

由于高速切削機床和刀具技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，高速切削技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于航空、航天、汽車、模具、機床等行業(yè)中。車、銑、鏜、鉆、拉、鉸、攻絲、磨削鋁合金、鋼、鑄鐵、鈦合金等所有傳統(tǒng)切削能加工的材料及傳統(tǒng)切削很難加工的材料。刀具材料主要使用碳素工具鋼、超高速鋼、硬質(zhì)合金鋼、涂層刀具、陶瓷刀具、天然金剛石等。國際上高速切削加工技術(shù)主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、工件本身或刀具系統(tǒng)剛性不足的加工領(lǐng)域及加工復雜曲面的領(lǐng)域。不同加工方式、不同工件材料有不同的高速切削范圍。高速切削還在進一步發(fā)展中，銑削加工鋁的切削速度可達到10000m/min，加工鑄鐵可達到5000m/min，加工普通鋼也將達到2500m/min，鉆削加工鋁切削轉(zhuǎn)速可達到30000r/min。隨著高速機床的高檔數(shù)控車床的發(fā)展，國內(nèi)大力推進高速切削技術(shù)，主要應(yīng)用于航空、航天、汽車工業(yè)和模具。高速切削在國內(nèi)的研究及應(yīng)用起步較晚，高速機床的高檔數(shù)控系統(tǒng)和開放數(shù)控系統(tǒng)正在深入研究中，目前主要還依賴進口。國內(nèi)刀具材料目前以高速鋼、硬質(zhì)合金刀具為主，先進刀具材料（如涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷刀具等）雖有一定基礎(chǔ)，但應(yīng)用范圍不夠廣泛。

六、高速切削存在的問題及發(fā)展展望

高速切削是切削加工發(fā)展的主要方向之一，它除依賴于數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展外，自身亦存在著一系列亟待攻克的技術(shù)問題，如刀具磨損嚴重，高速切削用刀具切入切出時破損問題，高速切削用刀具材料價格昂貴，銑、鏜等回轉(zhuǎn)刀具及主軸需要動平衡，刀具夾持要牢靠安全，主軸系統(tǒng)昂貴且壽命短，而且所有高速加工機床及其控制方法價格昂貴，使得高速切削的一次性投入較大，這些問題制約著高速切削的進一步推廣應(yīng)用。

總之，發(fā)展先進制造技術(shù)，振興我國制造業(yè)是建立強大工業(yè)國家的根本。高速切削技術(shù)是先進的制造技術(shù)，有廣闊的應(yīng)用前景。推廣應(yīng)用高速切削技術(shù)不但可以大幅度提高機械加工的效率、質(zhì)量、降低成本，而且可以帶動一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。加強高速切削技術(shù)的基礎(chǔ)研究，建立高速切削數(shù)據(jù)庫、高速切削安全技術(shù)標準，提高機床和工具行業(yè)的開發(fā)創(chuàng)新能力，加快高速切削刀具系統(tǒng)、高速切削機床系統(tǒng)的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化具有非常重要的意義。

參考文獻：

［１］艾興.高速切削加工技術(shù).國防工業(yè)出版社，2003年10月1日.

［２］張伯霖.高速切削技術(shù)及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，2003年4月1日.