高速銑削加工表面質量的發展

撰文/于海祥

■300350 天津中德應用技術大學 天津

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高速銑削加工表面質量的發展

撰文/于海祥

■300350 天津中德應用技術大學 天津

切削加工是高速銑削加工中使用最廣泛的一種方法，高速切削也是高速切削、高速硬切削、高速干切削、大進給切削等主要發展方向。高速切削可以大大提高生產效率和每單位時間的材料去除率，提高表面質量，降低加工成本。目前，對高速切削表面加工機理的研究已經取得了較為成熟的結論，并對高速切削在生產實踐中的應用有指導作用。關鍵詞：高速切削；表面質量；數控；工作原理

高速切削加工技術在世界上主要應用于汽車工業、工件本身或刀具系統的不足和復雜曲面的加工等加工領域。不同的加工方法和不同的工件材料具有不同的高速切削范圍。高速切削線速度的不同加工方法的范圍，在高速銑削加工中有幾種常見的工件材料。采取更完善的安全措施，確保操作者和機床工具在現場的安全，避免損壞機床、刀具、工件及相關設備；識別和避免可能造成重大事故情況，保證產品的產量和質量方面具有重要意義。

高速切削技術概念預定義

高速切削只是一個相對的概念，在定義中沒有達成共識。高速切削加工工件的加工方法不同，所以很難有高速切削速度范圍的精確定義。高速切削技術是在機床結構和材料、刀具設計與制造技術、高速主軸系統、進給系統、高性能數控系統、高性能刀具材料和刀具設計制造技術、高效率和高精度測量技術、高速切削加工、高速切削加工等相關硬件和軟件技術的基礎上發展起來的。因此，高速切削加工是一項復雜的系統工程，涉及到機床、刀具、工件、加工工藝參數和切削機構等多個方面。

高速切削技術現狀

國外近年來對高速加工都有研究，美國、法國、德國、日本、瑞士、英國、加拿大、意大利等國都制定了自己的高速切削機床。高速主軸是高速切削技術的關鍵技術，是最重要和最常用的主軸，集成電機主軸，無中間環節，直接驅動，主軸軸承一般采用陶瓷軸承，靜壓軸承和動壓軸承，油氣，噴氣潤滑技術，采用磁力軸承。進給系統開始采用直線電機或小導向工藝的大尺寸高質量的滾珠絲杠和導向成長螺桿，以提供更高的進給速度和更好的加速和減速特性。最大高達2～10g加速度。CNC控制系統采用多芯片32位或64位的CPU，以滿足高速加工的要求，具有快速的數據處理能力，目前使用大量先進的程序段執行處理功能，保證了高速加工的插補精度。高壓力和高效率的冷卻系統，以解決熱芯片的問題。溫度控制循環水（或其他介質）來冷卻電機主軸、主軸軸承、直線電機、液壓油箱、電氣柜，有的甚至冷卻主軸箱、橫梁、床身等組成。工件材料性質對加工方法產生影響，如鎳基合金、鈦合金、纖維增強塑料等難加工材料，在高速加工時容易被切割加工。不同材料和最佳切削速度也不同，工件材料或刀具和加工參數的選擇是一個重要的基礎，一般在高速切削加工，應采用高速，小深度的切割，以快速前進，旅行，但在高速加工工藝參數選擇，前國際沒有面對生產實際的數據庫可以參考。

高速切削技術表面加工的研究

對高速切削機理的研究主要包括高速切削加工的切屑形成機理、切削力和切削熱與切削刀具磨損機理的加工效率、加工精度和表面完整性及影響規律。目前，對表面高速切削機理的研究已經取得了較為成熟的結論，并對表面高速切削的生產實踐有指導作用。但在高速切削機理研究中的黑色金屬和難加工材料仍處于探索階段，高速切削加工工藝規范并不完善，是目前高速切削加工中的難點，也是切割領域的研究。此外，高速切削的應用已經進入了鉸孔和攻絲，機制也正在研究。目前高速切削的切削力、切削溫度、刀具磨損和刀具壽命、表面質量和加工精度有待進一步研究和探討。

高速切削技術的應用

國內外刀具材料為高速鋼、硬質合金刀具、先進的切削刀具材料如涂層硬質合金、金屬陶瓷、陶瓷刀具、CBN和PCD刀具，如雖然有一定基礎，但應用范圍不夠廣泛。一般而言，切削速度一般較低，切削加工效率低，加工效率低。高速切削理論起步較晚，自80年代以來，國內陶瓷刀具在高速切削加工中切削溫度、切削力、刀具磨損與破損、刀具壽命和加工質量等方面的規律進行了系統的研究，并有更多的應用。自20世紀90年代以來，高速切削鋁合金、鋼、鑄鐵、高溫合金、鈦合金切削力、切削溫度、刀具磨損和刀具壽命的研究與討論，但目前還沒有系統、全面的研究。切削過程監控技術的研究有很多，但在生產過程中卻很少用到。

由于高速切削機床和刀具技術和相關技術的迅速發展，高速切削技術已應用于航空、航天、汽車、模具、機床等行業，車、銑、鏜、

鉆、鉸孔、攻絲、研磨鋁合金、鋼、鑄鐵、鈦合金、鎳基合金、鉛、銅及銅合金、纖維增強合成樹脂幾乎所有傳統切削加工的材料，以及傳統的切削難加工材料。工具材料主要采用超高速鋼、高速鋼、硬質合金、刀具涂層、陶瓷刀具、立方氮化硼、天然金剛石、人造金剛石、多晶金剛石等。高速切削表面加工技術在世界上主要應用于汽車工業、工件本身或刀具系統的不足和復雜曲面的加工和加工領域。不同的加工方法和不同的工件材料具有不同的高速切削范圍。高速切削線速度的不同加工方法的范圍，見表示在高速銑削加工的幾種常見的工件材料。高速切削表面交工技術仍在進一步發展，預計銑削鋁切割速度可以達到10000米/分鐘，鑄鐵加工可以達到米/分鐘，普通鋼材加工將達到2500米/分鐘；鉆削加工鋁合金切削速度可以達到30000r/ min，加工鑄鐵達到20000r/min，與普通鋼達到1000轉/分鐘。

實驗證明，這一技術的應用在很多方面應提起注意，其中有刀具組件的數量和接觸面的組成部分的刀具直徑等。相比之下，刀具的質量比較輕，元件數量和接觸面少，刀具的爆速極限速度越來越高。采用鈦合金作為刀具材料，可以降低合金的質量，提高刀具的斷裂極限和極限速度。但由于鈦合金對切口的敏感性，不適合于刀體的加工。因此，高強度鋁合金在高強度鋁合金中的應用，使其具有較高的強度。在刀體的結構，應注意避免和減小應力集中，在刀體上的槽（包括刀座槽，讓芯片槽，鍵槽）會引起應力集中，減少刀體強度。刀體的結構在響應于回轉軸、刀軸穿過重心。夾緊、調整刀片的結構和刀應盡可能消除，并要求反復清、好位置。目前，高速銑刀已廣泛應用于HSK刀柄與機床主軸連接的鼻子，大大的提高了刀具系統的剛度和重復定位精度，有利于刀具破裂的極限速度提高。此外，夾持式高速銑刀的直徑呈較小的直徑的發展趨勢，刀齒數減少，但也有利于提高強度和剛度的工具。結論：發展先進制造技術，是振興我國的制造業的基礎，也是迎接新世紀的挑戰建立一個強大的工業國家的根本。高速切削技術是一種先進的制造技術，具有廣闊的應用前景。高速切削技術的推廣應用，不僅大大提高了加工效率和質量，降低了成本，而且也能導致一系列高新技術產業的發展。加強高速切削技術的基礎研究，建立高速切削數據庫，提高高速切削技術標準的安全性，提高機床和工具行業的創新能力，加快高速切削刀具系統，是高速切削機床系統的研究開發和產業化是當務之急。

參考：

［1］焦可如，黃樹濤，許立福等.銑削方式對高體分SiCp/Al復合材料薄壁件高速銑削表面質量影響研究［J］.人工晶體學報， 2015（12）.

［2］張利堂.灰色神經網絡在高速銑削表面質量預測模型中的應用［J］. 機床與液壓， 2014（7）:63-66.

［3］仲照琳.高速銑削鋁合金7050-T7451表面質量及耐腐蝕性研究［D］. 山東大學， 2015.

［4］趙永哲.高速銑削淬硬鋼刀具參數及加工表面質量的研究［D］.昆明理工大學， 2014.