試論數(shù)控高速切削加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究

呂雅妍

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

1 數(shù)控高速切削加工的含義

關(guān)于高速切削加工的范疇，一般有以下幾種劃分方法，一種是以切削速度來(lái)看，認(rèn)為切削速度超過(guò)常規(guī)切削速度5－10倍即為高速切削。也有學(xué)者以主軸的轉(zhuǎn)速作為界定高速加工的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為主軸轉(zhuǎn)速高于8000r/min即為高速加工。還有從機(jī)床主軸設(shè)計(jì)的角度，以主軸直徑和主軸轉(zhuǎn)速的乘積DN定義，如果 DN 值達(dá)到（5～2000）×105mm.r/min，則認(rèn)為是高速加工。生產(chǎn)實(shí)踐中，加工方法不同、材料不同，高速切削速度也相應(yīng)不同。一般認(rèn)為車(chē)削速度達(dá)到（700～7000）m/min，銑削的速度達(dá)到（300～6000）m/min，即認(rèn)為是高速切削。

2 數(shù)控高速切削加工的優(yōu)越性

高速切削由于在速度上要比傳統(tǒng)的切削技術(shù)高，所以具有很多的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)如下：第一，由于高速切削所采用的是小切削技術(shù)，所以在切削的過(guò)程中，對(duì)于軸承和刀具的所產(chǎn)生的振動(dòng)要小很多，減少了對(duì)設(shè)備的磨損，同時(shí)因?yàn)檎駝?dòng)幅度小，提高了加工的精度；第二，因?yàn)榍邢鞯乃俣忍嵘?，所以提高了加工的效率；第三，由于切削速度快，所以在切削的過(guò)程中，在產(chǎn)生的熱量還沒(méi)有傳遞到工件上時(shí)，就已經(jīng)被切削掉的切屑所帶走，減少了對(duì)工件所產(chǎn)生的熱變形，在物理角度講，提升了表面加工的精度；第四，由于在高速切削中，進(jìn)給量要小，所以在加工的過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)要小，這樣對(duì)于工件表面的加工精度和粗糙度都有很大的提升；第五，由于高速切削的速度快，提高了生產(chǎn)效率，那么對(duì)于機(jī)械設(shè)備的磨損大大的降低，降低了生產(chǎn)能耗，并且減少了對(duì)切削液的使用，是一種非常環(huán)保的切削技術(shù)。

3 數(shù)控高速切削技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域研究

鑒于以上所述高速切削加工的特點(diǎn)，使該技術(shù)在傳統(tǒng)加工薄弱的領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用潛力。首先，對(duì)于薄壁類(lèi)零件和細(xì)長(zhǎng)的工件，采用高速切削，切削力顯著降低，熱量被切屑帶走，可以很好的彌補(bǔ)采用傳統(tǒng)方法時(shí)由于切削力和切削熱的影響而造成其變形的問(wèn)題，大大提高了加工質(zhì)量。其次，由于切削抗力小，刀具磨損減緩，高錳鋼、淬硬鋼、奧氏體不銹鋼、復(fù)合材料、耐磨鑄鐵等用傳統(tǒng)方法難以加工的材料，可以研究采用數(shù)控高速切削技術(shù)來(lái)加工。另外，在汽車(chē)、模具、航天航空等制造領(lǐng)域，一些整體構(gòu)件需要比較大的材料切除率，由于數(shù)控高速切削的進(jìn)給速度可隨切削速度的提高而相應(yīng)提高，使得單位時(shí)間內(nèi)的材料切除率大大提高，因而在模具制造、汽車(chē)制造、航空航天制造中，數(shù)控高速切削技術(shù)的應(yīng)用將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。第四，由于高速切削時(shí)，加工過(guò)程平穩(wěn)、振動(dòng)小，與常規(guī)切削相比，高速切削可顯著提高加工精度1～2級(jí)，完全可以取消后續(xù)的光整加工，同時(shí)，采用數(shù)控高速切削技術(shù)，能夠在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件同時(shí)進(jìn)行粗、精加工，減少了轉(zhuǎn)工序中可能的定位誤差，因而也有利于提高工件的加工精度。因此，高速切削技術(shù)在精密制造中有著廣闊的應(yīng)用前景。

4 實(shí)現(xiàn)數(shù)控高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 高速切削機(jī)床技術(shù)模塊：高速切削機(jī)床需要高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)和高速CNC控制系統(tǒng)。高速加工要求主軸單元能夠在很高的轉(zhuǎn)速下工作，一般主軸轉(zhuǎn)速10000r/min以上，有的甚至高達(dá)60000－100000r/min，且保證良好動(dòng)態(tài)和熱態(tài)性能。其中關(guān)鍵部件是主軸軸承，它決定著高速主軸的壽命和負(fù)載容量，也是高速切削機(jī)床的核心部件之一，主軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和性能的提高是高速機(jī)床的一項(xiàng)重要單元技術(shù)。另一項(xiàng)重要的單元技術(shù)是高速進(jìn)給系統(tǒng)。隨著機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的提高，為保證刀具每齒或每轉(zhuǎn)進(jìn)給量不變，機(jī)床的進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度也相應(yīng)提高，同時(shí)空行程速度也要提高。因此，機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)必須快速移動(dòng)和快速準(zhǔn)確定位，這顯然對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌、伺服系統(tǒng)、工作臺(tái)結(jié)構(gòu)等提出了新的更高要求，是制約高速機(jī)床技術(shù)的關(guān)鍵單元技術(shù)。

4.2 高速切削刀具技術(shù)模塊：在高速切削技術(shù)中，刀具的應(yīng)用十分重要，刀具和機(jī)床共同組成了加工工藝系統(tǒng)，其中刀具是關(guān)鍵技術(shù)。在加工工藝系統(tǒng)中，刀具是直接作用在工件上的工具，所以刀具的使用直接影響到速度。由于運(yùn)行的速度較高，所以對(duì)于刀具的標(biāo)準(zhǔn)要求較高，對(duì)其在材料、幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)等方面都有很高的標(biāo)準(zhǔn)要求。由于是高速切削，所以不僅要保證刀具的運(yùn)行速度和質(zhì)量，同時(shí)對(duì)于刀具運(yùn)行的安全性也有很高的要求，這就要求對(duì)于刀具的安裝要高標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)要求。盡量的保證刀具本身的重量要輕，防止因?yàn)楦咚龠\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力而發(fā)生危險(xiǎn)，并且要對(duì)刀具的夾緊方式有所改變。這些都是我國(guó)的刀具在未來(lái)的時(shí)間內(nèi)需要改進(jìn)的地方。

5 高速切削技術(shù)應(yīng)用方面研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)

高速切削技術(shù)目前在我國(guó)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還停留在理論研究上，在相關(guān)的技術(shù)方面還有待進(jìn)一步提升。但是在美、日、德等國(guó)家已經(jīng)有了很高的技術(shù)性的研究，并且已經(jīng)應(yīng)用在了實(shí)際的生產(chǎn)中，由于高速切削可以帶來(lái)巨大的生產(chǎn)效益，所以有些國(guó)家已經(jīng)研究出了超高速機(jī)床并且應(yīng)用到了商業(yè)中。因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)可以為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的效益，為一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造巨大的價(jià)值，所以這是各個(gè)國(guó)家竟想研究的重要領(lǐng)域，并且在未來(lái)的發(fā)展中，將會(huì)對(duì)其在質(zhì)量、速度和效率方面有更深的研究，具有很大的潛力。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)控高速切削技術(shù)在我國(guó)還不夠完善，和國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)相比，我國(guó)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，技術(shù)上還不夠成熟，有待提升。隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于數(shù)控高速切削技術(shù)的應(yīng)用比較迫切，對(duì)于我國(guó)的航空、汽車(chē)和模具等各個(gè)方面的發(fā)展都有極其重要的影響，所以我國(guó)應(yīng)該在相關(guān)技術(shù)方面給予足夠的重視，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造更為有利的環(huán)境。

[1]H·舒爾茨著，高速加工發(fā)展概況，王志剛譯，機(jī)械制造與自動(dòng)化[J].2002（1）.

[2]孫文誠(chéng).高速切削加工模具的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2008(5).