高速切削加工關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向淺議

廖振興，徐文慶，蔡艷

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002）

高速切削加工關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向淺議

廖振興，徐文慶，蔡艷

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002）

目前，高速切削加工技術(shù)在實(shí)際制造工作的過(guò)程中具有十分重要的作用，具有一定的實(shí)用性和先進(jìn)性，在制造工作之中的應(yīng)用十分廣泛和普遍，就目前的發(fā)展趨勢(shì)而言，高速切削加工技術(shù)的發(fā)展空間和前景十分廣闊和遠(yuǎn)大。在實(shí)際工作的過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用高速切削加工技術(shù)，能夠極大程度提高制造工作的整體效率，同時(shí)，還能夠確保整個(gè)切割加工的質(zhì)量。高速切削加工技術(shù)具有精準(zhǔn)度高、速度快等優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中能夠有效解決傳統(tǒng)加工技術(shù)中所存在的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)高速切削加工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)剖析，并以此為基礎(chǔ)展望高速切削加工技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

高速切削；加工技術(shù)；發(fā)展方向

湖南省教育廳研究課題：《普通車床高速切削加工改造研究》，主持人：廖振興，參與人：蔡艷、徐文慶。課題編號(hào)：14C0155。

近幾年來(lái)，以精準(zhǔn)度高、速度快為特點(diǎn)的高速切削加工技術(shù)迅速，并且成為現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。高速切削加工技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了高速切削的目的，同時(shí)，還能夠在實(shí)際使用的過(guò)程中確保切削的精準(zhǔn)程度。對(duì)要求十分精準(zhǔn)的航空航天、汽車以及模具等行業(yè)，在實(shí)際制造的過(guò)程中對(duì)于高速切削技術(shù)的應(yīng)用十分認(rèn)可，在一定程度上奠定了高速切削技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)的地位。為了能夠充分實(shí)現(xiàn)高速切削技術(shù)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，需要進(jìn)一步探究高速切削技術(shù)的應(yīng)用原則以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和方向。

1 高速切削技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

高速切削技術(shù)起始于20世紀(jì)80年代，主要是以提高切削速度和進(jìn)度為優(yōu)勢(shì)的一種加工技術(shù)，已經(jīng)被認(rèn)定是未來(lái)最具發(fā)展前途的加工技術(shù)之一。高速切削技術(shù)在美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)以及日本等國(guó)家的應(yīng)用十分廣泛，并且已經(jīng)形成的商品大批量的投入市場(chǎng)，伴隨越來(lái)越多高效、高速切削加工技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，在汽車、模具以及航空航天等行業(yè)的應(yīng)用逐漸廣泛和普遍，并且已經(jīng)成為制造加工行業(yè)的主要應(yīng)用技術(shù)之一。目前，對(duì)于高速高效的加工行業(yè)而言，基于設(shè)計(jì)制造、工藝手段等方面應(yīng)用和實(shí)踐的研究成果已經(jīng)比比皆是。而高速刀具和機(jī)床技術(shù)是導(dǎo)致我國(guó)高速高效制造行業(yè)發(fā)展緩慢的主要原因。目前，我國(guó)汽車、模具以及航空航天等行業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)和加工的過(guò)程中，大量應(yīng)用銑削機(jī)床以及加工中心，在此生產(chǎn)期間應(yīng)用了大量的高速加工設(shè)備，逐漸使得高速加工技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。但是，我國(guó)目前所應(yīng)用的高速切削機(jī)床大部分需要依靠國(guó)外進(jìn)口，增加了生產(chǎn)成本。

2 高速切削技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

高速切削技術(shù)之所以被生產(chǎn)加工行業(yè)的廣泛應(yīng)用和推廣，主要是由于其所具有傳統(tǒng)加工技術(shù)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

2.1 切削速度快

在切削速度方面，工件與刀具的相對(duì)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min以上，因此，提高切削速度是高速切削技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一，其在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中具有極快的切削速度，與傳統(tǒng)切削技術(shù)相比較而言，在進(jìn)給率方面，各種材料的切削進(jìn)給速度比常規(guī)普車加工提高2～3倍，極大程度提高了切削技術(shù)的應(yīng)用速度。對(duì)于大批量的加工零件而言，在處理和切削的過(guò)程中將會(huì)更加快捷和便利，特別是在航空航天事業(yè)的發(fā)展過(guò)程中占據(jù)十分重要作用，能夠增加單位時(shí)間材料的切除率。

2.2 降低切削力

高速切削技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，切削技術(shù)在切削力度方面得到大幅度的降低，根據(jù)研究和統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，相對(duì)于傳統(tǒng)切削技術(shù)而言，高速切削技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，能夠降低30%的切削力，這對(duì)于難以承受大力切削加工的零件而言是一種進(jìn)步和優(yōu)勢(shì)，能夠在一定程度上減少零件難以承受大的切削力所出現(xiàn)的變形情況，同時(shí)，利用高速切削時(shí)切削力小、切削熱影響小的特性，極大程度提高了切削零件的精準(zhǔn)程度和表面質(zhì)量。

2.3 減少影響力

高速切削技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，具有極快的切削速度，因此，在零件的切削過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量較少，并且由于切削時(shí)間較短，所產(chǎn)生的熱量將會(huì)快速脫離零件表面。被加工的零件難以聚集大量的熱量，這在一定程度上將會(huì)極大程度降低零件的變形幾率。對(duì)于部分零件而言，由于其熔點(diǎn)較低，在實(shí)際加工和生產(chǎn)的過(guò)程中，應(yīng)用高速切削技術(shù)具有十分重要的作用。

2.4 提高精準(zhǔn)度

高速切削技術(shù)的應(yīng)用，能夠在一定程度上降低加工設(shè)備的受迫振動(dòng)，在實(shí)際加工和切削的過(guò)程，能夠極大程度將零件的形態(tài)保留完好。在切削以及加工的過(guò)程中，極其重視零件加工的精準(zhǔn)程度。由于高速切削技術(shù)在制造和加工中的廣泛應(yīng)用，能夠極大程度解決傳統(tǒng)切削技術(shù)的精準(zhǔn)問(wèn)題，進(jìn)而提升零件切削的精準(zhǔn)程度，在一定程度上提高了加工工作的整體效率。

2.5 增加材料范圍

伴隨高速切削技術(shù)工藝的不斷提升，能夠加工傳統(tǒng)切削技術(shù)難以完成的大難度材料，采用大尺寸硬質(zhì)合金刀具，能夠提高刀具的剛性，同時(shí)，還能夠加工一些合金類型的材料，在一定程度上為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了無(wú)限好處。除此之外，高速切削技術(shù)的應(yīng)用可加工硬度為50HRC的零件，加工部位為直徑φ50～φ100的孔或任意直徑的零件端面或內(nèi)外螺紋。

3 高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 刀具技術(shù)

在實(shí)際切削和加工的過(guò)程中，通常情況下將會(huì)出現(xiàn)高熱高溫的情況，因此，在切削刀具的選擇過(guò)程中，需要選擇具有穩(wěn)定性、耐熱性的切削工具，只有這樣才能夠在加工的過(guò)程中提高切削效率和質(zhì)量。刀具的材料主要包括：金剛石、氮化硼、合金材料、陶瓷等材料。在實(shí)際切削的過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生大量的離心力，因此，在材料的選擇上需要注重其安全性。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的刀具技術(shù)，能夠在一定程度上降低刀具的磨損率加工成本。經(jīng)改進(jìn)后，刀具消耗的費(fèi)用僅為普通車床的1/5。

3.2 機(jī)床技術(shù)

高速切削技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中需要與機(jī)床設(shè)備相適應(yīng)，與此同時(shí)，對(duì)于機(jī)床的精準(zhǔn)程度等方面也提出了全新的要求。其中，切削機(jī)床技術(shù)包括高速單元和機(jī)床整機(jī)技術(shù)。高速單元技術(shù)的主軸單元是其核心部件，在一定程度上將會(huì)直接決定機(jī)床的整體作用，能夠有效而又合理的控制切削速度和精準(zhǔn)程度。

4 高速切削加工技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

高速切削技術(shù)是未來(lái)加工制造產(chǎn)業(yè)的常用技術(shù)之一，其在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中主要應(yīng)用微電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及新材料等常規(guī)技術(shù)，其在未來(lái)應(yīng)用和發(fā)展的過(guò)程中存在著一系列的問(wèn)題，如刀具磨損問(wèn)題、刀具使用時(shí)間短、刀具價(jià)格貴、刀具不牢固等問(wèn)題，因此，高速切削技術(shù)的發(fā)展方向需要具有以下方面。

4.1 大功率機(jī)床

目前，大部分高速切削機(jī)床主要是以串聯(lián)開鏈的結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)，環(huán)節(jié)繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，懸臂與各個(gè)環(huán)節(jié)之間存在不同程度的空隙，難以獲取較為理想的總體剛度，進(jìn)而導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中難以適應(yīng)高速切削加工技術(shù)的發(fā)展需求。為了能夠更好的解決上述問(wèn)題，則需要適當(dāng)開發(fā)有關(guān)告高速切削加工技術(shù)的新型數(shù)控加工中心，并在基礎(chǔ)理論以及加工技術(shù)等方面進(jìn)行系統(tǒng)而又詳細(xì)的研究。同時(shí)，發(fā)展大功率、小質(zhì)量以及高轉(zhuǎn)速的電主軸，研發(fā)適用于高速切削技術(shù)中心的高效、高速的數(shù)控系統(tǒng)，積極開發(fā)快速、高效的系統(tǒng)技術(shù)。加工內(nèi)孔時(shí)相當(dāng)于將車床的普通內(nèi)孔加工變成高速鏜孔加工，提高切削速度以及零件的表面質(zhì)量。

4.2 動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)定性

高速切削機(jī)床所具有的動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)，將會(huì)直接影響加工制造環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，此時(shí)，需要積極開展有關(guān)控制方法、機(jī)床結(jié)構(gòu)、切削參數(shù)等內(nèi)容，對(duì)于機(jī)床動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)定性的影響以及對(duì)于刀具壽命和制造質(zhì)量的影響探究，進(jìn)而為切削參數(shù)的選擇以及減少震動(dòng)等方面提供可靠的參考依據(jù)。

4.3 高速切削機(jī)理

目前，應(yīng)加強(qiáng)高速切削機(jī)理的研究，通過(guò)高速切削的大量研究和實(shí)驗(yàn)，大量研究高速切削變形機(jī)理以及切削溫度、刀具磨損以及切削力等方面變化規(guī)律，加強(qiáng)對(duì)于切削加工參數(shù)對(duì)于零件加工表面、加工效率以及加工精準(zhǔn)度等方面的研究力度。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，高速切削加工技術(shù)是一種新型的先進(jìn)加工技術(shù)之一，在發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)際生產(chǎn)和制造過(guò)程中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，能夠獲取極大的效益。

[1]王晶晶, 李新梅等． 高速切削加工技術(shù)及其重要應(yīng)用領(lǐng)域淺析[J]． 機(jī)床與液壓 , 2015, (4)．

[2]趙毅湘, 陳康華, 祝昌軍等． 涂層對(duì)鈦合金高速切削加工性能的影響 [J]． 硬質(zhì)合金 , 2015, (1)．

[3]山紅偉． 數(shù)控機(jī)床中高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用分析[J]． 時(shí)代農(nóng)機(jī), 2016, (11)．

[4]齊靖． 數(shù)控機(jī)床中高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用分析[J]． 現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化, 2016, (8)．

[5]張智藝． 高速切削加工中的刀具材料要求及選用[J]． 南方農(nóng)機(jī),2016, (6)．

[6]李志明． 高速切削加工技術(shù)在汽車覆蓋件模具制造中的應(yīng)用[J]． 科學(xué)家 , 2016, (9)．

[7]吳永浩． 基于機(jī)械化背景下數(shù)控高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用分析 [J]． 工程技術(shù) :全文版 , 2016(7)．

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1671-0711（2017）10（下）-0107-02