高速切削加工在機(jī)械制造中的應(yīng)用

陶喜亮

摘 要：在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，新工藝、新材料和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并被廣泛應(yīng)用在社會(huì)生產(chǎn)生活中，做出了重大的貢獻(xiàn)。高速切削加工作為一種新式制造技術(shù)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在機(jī)械制造中廣泛應(yīng)用，逐漸成為切削加工領(lǐng)域中的前沿技術(shù)之一，呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景。為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)周期不斷縮短，加工成本降低的需求，高速切削加工經(jīng)過不斷完善和創(chuàng)新，逐漸成為制造技術(shù)中不可或缺的組成部分。本文就高速切削加工在機(jī)械制造中應(yīng)用進(jìn)行分析，提出合理的措施予以實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：高速切削加工；機(jī)械制造；應(yīng)用；輕合金

中圖分類號(hào)：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在切削技術(shù)不斷的發(fā)展和創(chuàng)新下，高速切削加工技術(shù)逐漸得到了廣泛應(yīng)用，作為一種高效制造加工過程?？梢詫?shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高精度的加工制造。尤其是在控制單元和數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)新，高速切削加工逐漸被廣泛應(yīng)用在航天工業(yè)鋁合金加工中，同時(shí)在電子元件和汽車制造領(lǐng)域中有所應(yīng)用。而高速切削加工由于自身研制周期短、切削力偏低，可以有效提升加工效率和質(zhì)量，得到了廣泛的應(yīng)用。由此看來，加強(qiáng)高速切削加工在機(jī)械制造中應(yīng)用研究，有助于為改善傳統(tǒng)技術(shù)中存在的缺陷和不足，提升加工作業(yè)效率和質(zhì)量。

一、高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

高速切削加工作為一種前沿的制造加工技術(shù)，較之傳統(tǒng)的加工技術(shù)而言優(yōu)勢(shì)更為突出，可以更好地滿足市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)需求的同時(shí)，還可以保證加工質(zhì)量和低成本需求。

（一）航空航天工業(yè)輕合金加工

在航空航天領(lǐng)域中，如何能夠減輕重量是相關(guān)工作者長(zhǎng)期以來的主要研究方向，在航空航天器研究制造中，通過焊接形成的組合構(gòu)件，合并為含有復(fù)雜零件的綜合體，通過整體制造法，將其中85%的材料剔除。由于金屬切割工序自身特性，切割難度大、工作量大，傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)較為陳舊，實(shí)際應(yīng)用中需要浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力，切削加工效率偏低。而高速切削加工技術(shù)的出現(xiàn)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用在航空航天加工領(lǐng)域中，有效改善傳統(tǒng)工藝中存在的缺陷和不足，取得了可觀的成效，無論是切削效率還是質(zhì)量，抑或是切削成本都得到了顯著的改善，實(shí)踐應(yīng)用成效更為突出。

（二）模具制造業(yè)

模具的生產(chǎn)制造更多的是采用高強(qiáng)度、耐磨性較強(qiáng)的合金材料，通過熱處理制造，所以加工難度較大。以往的加工工藝主要是通過電火花加工處理，生產(chǎn)效率和質(zhì)量偏低。而高速切削加工技術(shù)在模具加工中應(yīng)用，可以有效提升模具加工效率和精度，滿足高標(biāo)準(zhǔn)要求，帶來更大的效益。

（三）汽車業(yè)加工

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽缸蓋和箱體主要是采用組合機(jī)床加工方式，對(duì)于技術(shù)變化較快的零件，由于參數(shù)經(jīng)常變化，所以為后續(xù)的車輛維修和更換部件帶來一定的不便，現(xiàn)在主要是通過高速切削加工技術(shù)進(jìn)行加工，可以更好地滿足加工要求，提升加工效率和質(zhì)量。

（四）纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工

對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的加工處理，由于材料強(qiáng)度較高，所以切割刀具磨損十分嚴(yán)重，同聚晶金剛石PCD刀具高速加工和制造，實(shí)際效果較為可觀。同時(shí)，還可以有效避免層間剝離問題的出現(xiàn)，大大提升加工效率和質(zhì)量。

（五）擴(kuò)展領(lǐng)域

高速切削加工技術(shù)經(jīng)過不斷完善和創(chuàng)新，技術(shù)水平得到了顯著提升，而干式切削正是高速切削加工技術(shù)的拓展形態(tài)，以其快速成型和高密度零件加工優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用，大大提升加工制造質(zhì)量。

二、高速切削加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）高速切削加工技術(shù)的要求

在高速切削加工技術(shù)應(yīng)用中，需要相應(yīng)的條件支持，而機(jī)床正是高速切削的關(guān)鍵性因素。高速切削加工技術(shù)應(yīng)用要求機(jī)床廠具備高動(dòng)態(tài)和高轉(zhuǎn)速特點(diǎn)、大功率、機(jī)床剛性更為突出，同時(shí)還可以有效降低加工和制造中產(chǎn)生的振動(dòng)，提升控制性能的同時(shí)，為高速切削加工提供安全防護(hù)，各項(xiàng)活動(dòng)有序開展。

其一，主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)，作為高速切削機(jī)床的核心部件，要求傳遞的扭矩和功率系數(shù)更大，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)具有良好的動(dòng)態(tài)特性。通過高精度陶瓷軸承和新潤(rùn)滑技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促使高速主軸轉(zhuǎn)速得到了顯著提升。進(jìn)給速度快，在提升高速主軸轉(zhuǎn)速的同時(shí)，還可以有效提升進(jìn)給速度，主要是采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌。

其二，進(jìn)給系統(tǒng)的加速度較高，機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作行程大概停留在幾十到幾百毫米左右，短行程中為了能夠保證切削穩(wěn)定，除了需要較高的進(jìn)給速度以外，還要保證進(jìn)給系統(tǒng)具備更高的加速度，保證切削作業(yè)活動(dòng)的有序開展。在滿足機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還可以推動(dòng)機(jī)床設(shè)計(jì)創(chuàng)新和發(fā)展。

其三，高速切削機(jī)床結(jié)構(gòu)要求較高，對(duì)于機(jī)床結(jié)構(gòu)的剛度和力學(xué)性能要求較高。

（二）高速切削加工對(duì)刀具的要求

對(duì)于優(yōu)質(zhì)刀具材料的選擇，在滿足高強(qiáng)度、耐磨性和經(jīng)濟(jì)型要求的同時(shí)，還需要具備更高的抗沖擊性和耐熱性，能夠在實(shí)際應(yīng)用中具備良好的力學(xué)性能。高速切削加工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，要求刀具壽命更高，提升加工質(zhì)量和加工精度，避免換刀帶來的不必要麻煩，影響到生產(chǎn)效率。此外，對(duì)于高強(qiáng)度、高溫韌性和高溫強(qiáng)度性能，是高速切削加工中刀具材料的基礎(chǔ)條件。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的高速切削刀具材料較為多樣，包括金屬陶瓷刀具、涂層刀具以及金剛石刀具等等。

對(duì)于高速切削的刀具結(jié)構(gòu)要求較高，刀具在高速切削作業(yè)中，以往的刀具由于接觸不可靠，所以切削加工效率低。而高速切削的刀具采用短錐柄，實(shí)際應(yīng)用中可以獲得更高的接觸剛度和切割精準(zhǔn)度。同時(shí)，在加工中高速切削可以實(shí)現(xiàn)快速換刀，由于其獨(dú)特的刀柄結(jié)構(gòu)，換刀時(shí)間得到有效地減少。但是需要注意的是，在高速切削刀具使用前，需要經(jīng)過充分的精密動(dòng)平衡處理，避免工作發(fā)生不同程度上的振動(dòng)問題。

（三）高速切削加工的工藝要求

其一，在選擇切削方式時(shí)，應(yīng)該盡可能通過順銑加工工藝，保證切削工作有序開展。主要是由于在切削初期，切屑厚度較大，逐漸減小。在逆銑時(shí)，由于刀具剛切入厚度最小，隨后逐漸增加，這樣可能加劇刀具和工件的摩擦，刀具熱量增加，徑向力隨之增加。

其二，金屬去除率穩(wěn)定，確保工件的切削時(shí)刀具承受的負(fù)荷均衡、穩(wěn)定，延長(zhǎng)刀具使用壽命的同時(shí)，確保切削活動(dòng)有序進(jìn)行，提升切削質(zhì)量和效率。

其三，走刀方式選擇中，對(duì)于敞口性強(qiáng)的區(qū)域，可以從選擇從材料外面走刀，這樣可以更加充分的了解到切削情況，同時(shí)盡可能降低刀具急速換向，保持單一的方向進(jìn)行切削，主要是由于在急速換向時(shí)要求機(jī)床停止，然后進(jìn)行后續(xù)的加工活動(dòng)。這樣將會(huì)造成時(shí)間的浪費(fèi)，影響到切削精度。故此，應(yīng)該盡可能降低刀具切入變向次數(shù)。

結(jié)論

綜上所述，高速切削加工逐漸被廣泛應(yīng)用在航天工業(yè)鋁合金加工中，同時(shí)在電子元件和汽車制造領(lǐng)域中有所應(yīng)用。而高速切削加工由于自身研制周期短、切削力偏低，可以有效提升加工效率和質(zhì)量，做出了突出的貢獻(xiàn)。

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