高速切削加工的應(yīng)用

李學(xué)飛，郭 微

（包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014035）

0 引言

在加工技術(shù)高速發(fā)展的21世紀(jì)，高速切削加工作為一項高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在汽車工業(yè)、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業(yè)中獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟效益，是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。高速切削是實現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)，工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率。其單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，可以說，高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。

1 高速加工定義

有關(guān)高速切削加工的含義，目前尚無統(tǒng)一的認(rèn)識，通常有如下幾種觀點：切削速度很高，通常認(rèn)為其速度超過普通切削的5～10倍；機床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000～20000r/min以上定為高速切削；進(jìn)給速度很高，通常達(dá)15～50m/min，最高可達(dá)90m/min；對于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同；切削過程中，刀刃的通過頻率接近于“機床－刀具－工件”系統(tǒng)的主導(dǎo)自然頻率時，可認(rèn)為是高速切削。可見高速切削加工是一個綜合的概念。

2 高速加工的優(yōu)越性

高速加工使單位時間內(nèi)的材料切除率可增加5～10倍，縮短零件的切削加工工時，提高生產(chǎn)效率；切削力降低30%左右，背向力小，有利于加工薄壁、細(xì)長等剛性差的零件；大量的切削熱被切屑帶走，工件保持冷態(tài)，適合于加工易熱變形的工件；激振頻率高，工作平穩(wěn)，振動小，可加工非常精密、光潔的零件，表面殘余應(yīng)力小，可省切削后的精加工工序因此高速切削加工不僅可獲得極高的生產(chǎn)效率，而且可以顯著提高工件的加工精度和表面質(zhì)量。

3 高速切削刀具

高速切削技術(shù)關(guān)鍵是高速切削刀具。高速切削刀具是實現(xiàn)加工技術(shù)的關(guān)鍵，高速切削的切削速度很快，加工線速度主要受刀具限制，在目前機床所能達(dá)到的高速范圍內(nèi)，速度越高，刀具磨損越快。因此，高速切削對刀具材料提出了更高的要求，除了具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還應(yīng)突出表現(xiàn)在高速切削刀具具備更高的內(nèi)熱性、抗沖擊性、良好的高溫力學(xué)性能及更高的可靠性。高速切削技術(shù)的發(fā)展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出現(xiàn)及發(fā)展。目前常用的高速切削的刀具材料包括硬質(zhì)合金、涂層刀具、陶瓷刀具、及金剛石刀具等等。

4 高速干切削

在高速切削條件下，95%～98%切削熱將被切屑帶走，切削力也可降低30%，因此，采用很高切削速度進(jìn)行加工可以取得與使用切削液相同效果。干切削技術(shù)是上世紀(jì)90年代為適應(yīng)全球日益高漲的可持續(xù)發(fā)展的要求而發(fā)展起來的一項綠色切削加工技術(shù)。目前歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家非常重視干切削研究，干切削技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到了生產(chǎn)領(lǐng)域，并且取得了良好經(jīng)濟效益。高速干切削刀具要承受比濕切削更高的溫度，刀具與切屑、刀具與工件接觸面上摩擦系數(shù)也要盡可能小，而且還要求刀具有利于斷屑、排屑散熱，這就需要從刀具材料、刀具涂層以及刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化等幾個方面來解決。高速干切削加工從根本上解決了切削液帶來弊端，不僅有利于工人健康環(huán)境保護(hù)，而且可以降低加工成本，無疑一種很有發(fā)展前途綠色加工工藝。三菱綜合材料公司已開發(fā)出一種 “Q-ing銑刀”，可控制排屑方向，大大提高了高速銑削加工的安全性。

5 高速切削的CAM系統(tǒng)軟件

高速切削具有合適的CAM編程軟件也是至關(guān)重要的。高速加工CAM編程系統(tǒng)應(yīng)具有很高的計算速度，較強的插補功能，全程自動過切檢查及處理能力，自動刀柄與夾具干涉檢查、繞避功能，進(jìn)給率優(yōu)化處理功能，待加工軌跡監(jiān)控功能，刀具軌跡加工路徑優(yōu)化功能，加工殘余分析功能，和拐角圓弧連接等。數(shù)控編程可分為CAD和CAM，在使用CAM系統(tǒng)進(jìn)行高速加工數(shù)控編程時，除刀具和加工參數(shù)根據(jù)具體情況選擇外，加工方法的選擇和采用的編程策略就成為了關(guān)鍵。所以，還應(yīng)有一名出色工藝設(shè)計師，對零件的幾何結(jié)構(gòu)有一個正確的理解，具備對于理想工序安排以及合理刀具軌跡設(shè)計的知識和概念 。才能注意加工方法的安全性和有效性，盡一切可能保證刀具軌跡光滑平穩(wěn)和刀具載荷均勻，使高速切削發(fā)揮其最大的效能。

6 結(jié)束語

高速切削因具有降低切削力，工件熱變形小等特點，為實現(xiàn)干切削提供了有利條件，高速干切削目標(biāo)不僅要限制或停止使用切削液，而且要保證高加工效率加工質(zhì)量。但因缺乏切削液冷卻潤滑排屑作用，高速干切削會導(dǎo)致切削區(qū)刀具與工件摩擦加劇，切削力增大，切削溫度上升，切削振動增強以及排屑不暢等情況，會影響機床加工性能刀具使用壽命，降低加工質(zhì)量。因此，需要從刀具、機床輔助工藝等方面來進(jìn)行研究并優(yōu)化，使高速干切削技術(shù)能得到更廣泛應(yīng)用。

[1]劉戰(zhàn)強，黃傳真，郭培全.先進(jìn)切削加工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]張世昌，李旦，高航.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2007.