高速銑削加工表面質(zhì)量的發(fā)展

撰文/于海祥

■300350 天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 天津

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高速銑削加工表面質(zhì)量的發(fā)展

撰文/于海祥

■300350 天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 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(fā)展方向。高速切削可以大大提高生產(chǎn)效率和每單位時間的材料去除率，提高表面質(zhì)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(jīng)取得了較為成熟的結(jié)論，并對高速切削在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用有指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：高速切削；表面質(zhì)量；數(shù)控；工作原理

高速切削加工技術(shù)在世界上主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、工件本身或刀具系統(tǒng)的不足和復(fù)雜曲面的加工等加工領(lǐng)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(xiàn)場的安全，避免損壞機床、刀具、工件及相關(guān)設(shè)備；識別和避免可能造成重大事故情況，保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量方面具有重要意義。

高速切削技術(shù)概念預(yù)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(shù)是在機床結(jié)構(gòu)和材料、刀具設(shè)計與制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、高性能數(shù)控系統(tǒng)、高性能刀具材料和刀具設(shè)計制造技術(shù)、高效率和高精度測量技術(shù)、高速切削加工、高速切削加工等相關(guān)硬件和軟件技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。因此，高速切削加工是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到機床、刀具、工件、加工工藝參數(shù)和切削機構(gòu)等多個方面。

高速切削技術(shù)現(xiàn)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(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，是最重要和最常用的主軸，集成電機主軸，無中間環(huán)節(jié)，直接驅(qū)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(shù)，采用磁力軸承。進給系統(tǒng)開始采用直線電機或小導(dǎo)向工藝的大尺寸高質(zhì)量的滾珠絲杠和導(dǎo)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(tǒng)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(shù)據(jù)處理能力，目前使用大量先進的程序段執(zhí)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(tǒng)，以解決熱芯片的問題。溫度控制循環(huán)水（或其他介質(zhì)）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(zhì)對加工方法產(chǎn)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(shù)的選擇是一個重要的基礎(chǔ)，一般在高速切削加工，應(yīng)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(shù)選擇，前國際沒有面對生產(chǎn)實際的數(shù)據(jù)庫可以參考。

高速切削技術(shù)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(guī)律。目前，對表面高速切削機理的研究已經(jīng)取得了較為成熟的結(jié)論，并對表面高速切削的生產(chǎn)實踐有指導(dǎo)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(guī)范并不完善，是目前高速切削加工中的難點，也是切割領(lǐng)域的研究。此外，高速切削的應(yīng)用已經(jīng)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(zhì)量和加工精度有待進一步研究和探討。

高速切削技術(shù)的應(yīng)用

國內(nèi)外刀具材料為高速鋼、硬質(zhì)合金刀具、先進的切削刀具材料如涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷刀具、CBN和PCD刀具，如雖然有一定基礎(chǔ)，但應(yīng)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(nèi)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(zhì)量等方面的規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究，并有更多的應(yīng)用。自20世紀(jì)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(tǒng)、全面的研究。切削過程監(jiān)控技術(shù)的研究有很多，但在生產(chǎn)過程中卻很少用到。

由于高速切削機床和刀具技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，高速切削技術(shù)已應(yīng)用于航空、航天、汽車、模具、機床等行業(yè)，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(tǒng)切削加工的材料，以及傳統(tǒng)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(zhì)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(shù)在世界上主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、工件本身或刀具系統(tǒng)的不足和復(fù)雜曲面的加工和加工領(lǐng)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(shù)仍在進一步發(fā)展，預(yù)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(zhuǎn)/分鐘。

實驗證明，這一技術(shù)的應(yīng)用在很多方面應(yīng)提起注意，其中有刀具組件的數(shù)量和接觸面的組成部分的刀具直徑等。相比之下，刀具的質(zhì)量比較輕，元件數(shù)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(zhì)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(yīng)用，使其具有較高的強度。在刀體的結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意避免和減小應(yīng)力集中，在刀體上的槽（包括刀座槽，讓芯片槽，鍵槽）會引起應(yīng)力集中，減少刀體強度。刀體的結(jié)構(gòu)在響應(yīng)于回轉(zhuǎn)軸、刀軸穿過重心。夾緊、調(diào)整刀片的結(jié)構(gòu)和刀應(yīng)盡可能消除，并要求反復(fù)清、好位置。目前，高速銑刀已廣泛應(yīng)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(tǒng)的剛度和重復(fù)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(fā)展趨勢，刀齒數(shù)減少，但也有利于提高強度和剛度的工具。結(jié)論：發(fā)展先進制造技術(shù)，是振興我國的制造業(yè)的基礎(chǔ)，也是迎接新世紀(jì)的挑戰(zhàn)建立一個強大的工業(yè)國家的根本。高速切削技術(shù)是一種先進的制造技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用，不僅大大提高了加工效率和質(zhì)量，降低了成本，而且也能導(dǎo)致一系列高新技術(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，提高高速切削技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的安全性，提高機床和工具行業(yè)的創(chuàng)新能力，加快高速切削刀具系統(tǒng)，是高速切削機床系統(tǒng)的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化是當(dāng)務(wù)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(fù)合材料薄壁件高速銑削表面質(zhì)量影響研究［J］.人工晶體學(xué)報， 2015（12）.

［2］張利堂.灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高速銑削表面質(zhì)量預(yù)測模型中的應(yīng)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(zhì)量及耐腐蝕性研究［D］. 山東大學(xué)， 2015.

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