高速切削技術的發展

摘 要：隨著社會的進步和國家生產力水平的不斷提高，生產效率、產品質量要求越來越高，降低生產成本也成了企業的首要任務。文章通過對高速切削技術與常規切削技術的比較，高速切削技術在實際應用中輔助工具及配套設備的要求，體現高速切削技術的進一步研究與發展在實際應用中的重要性。

關鍵詞：高速切削 比較 要求 應用 發展展望

切削加工是機械加工應用最規范的加工方法之一，而高速是它的重要發展方向，其中包括高速軟切削、高速硬切削、大進給切削等。高速切削能夠大幅度提高生產率，改善加工表面質量，降低加工費用。

一、高速切削加工與常規加工的比較

高速切削加工與常規的數控加工方法主要區別在于進給速度、加工速度和切削深度這三個工藝參數值不同。高速切削加工采用高進給速度和小切削深度，而數控加工則采用低進給速度和大切削深度。高速切削加工對機床主軸、切削刀具、計算機數控系統、伺服進給系統和數控編程方法的要求與常規的加工方式不同。

1.高速切削加工及其精密度。生產實踐表明，與傳統切削加工相比，用高速加工容易產生剪斷切削，當切削厚度減少時，切削溫度上升，切削更為碎小。而當應力和切削都減少時，刀具負載變小，同時，由于產生的摩擦熱減少，大量的切削熱量被高速離去的切削帶走，故工件和刀具的熱變形很小，工件表面沒有變質及微裂紋，大大改善了工件的加工質量，具有加工循環時間短、所需的刀具數少、切削應力小、產生切削量大、加工精度高等特點。一般來說高速加工精度可達10um以下，表面粗糙度Ra1um以下，能有效減少電加工和拋光工作量。

2.刀具壽命。高速加工工藝能夠保證刀具在不同速度下工作的負載恒定，加上刀具每刃的切削量較小，有利于延長刀具使用壽命。

3.高速加工可以在高速度、大進給的方式下完成淬硬鋼的精加工，提高加工件的表面質量。而且由于高速加工切削量少，提高了加工及其后續表面光滑度，所以省去了過去機加工和電加工的磨削和拋光工序。

二、高速加工的刀具

高速切削刀具必須與加工的工件材料有較小的親和力，具有優良的機械性能和熱穩定性，即良好的抗沖擊、耐磨損抗熱疲勞的特性。目前，陶瓷、立方氮化硼、涂層硬度合金等刀具均可作為高速切削的刀具材料。如聚晶立方氮化硼的刀片硬度達3500～4500HV，已成為高速切削淬硬鋼的首選刀具材料。刀具的涂層技術是提高高速切削能力的關鍵技術之一。

三、高速切削加工對機床的要求

1.主軸要求動平衡性能好，剛性好，回轉精度高，有良好的熱穩定性能，能傳遞足夠力矩和功率，能承受高的離心力，帶有測溫裝置和冷卻裝置。

2.機床機床必須具有足夠高的剛度和最佳的阻尼特性，以防止切削時刀具顫振對工件表面質量產生不利影響；運動靈活，以適應進給軸的快速移動；要有高的動態特性，除了高的主軸轉速和進給速度外還有高的加減速度。

3.刀具夾緊技術應采用錐部與主軸端面同時接觸的雙定位刀柄。夾緊裝置必須使銑刀刀柄與主軸很好地連接在一起，保證在高速下刀具不發生竄動。

四、高速加工對CAM軟件的要求

高速加工有著不同于傳統加工的特殊加工工藝要求，故應用于高速加工的CAM，編程系統必須具有很高的計算機編程速度，具有全程自動化過切處理能力及自動刀柄干涉檢查功能，具有進給率優化處理功能、待加工軌跡監控功能、刀具軌跡編輯優化功能、較前的插補功能，“加工殘余分析”功能。

五、高速切削的應用

由于高速切削機床和刀具技術及相關技術的迅速發展，高速切削技術已經應用于航空、航天、汽車、模具、機床等行業中。車、銑、鏜、鉆、拉、鉸、攻絲、磨削鋁合金、鋼、鑄鐵、鈦合金等所有傳統切削能加工的材料及傳統切削很難加工的材料。刀具材料主要使用碳素工具鋼、超高速鋼、硬質合金鋼、涂層刀具、陶瓷刀具、天然金剛石等。國際上高速切削加工技術主要應用于汽車工業、工件本身或刀具系統剛性不足的加工領域及加工復雜曲面的領域。不同加工方式、不同工件材料有不同的高速切削范圍。高速切削還在進一步發展中，銑削加工鋁的切削速度可達到10000m/min，加工鑄鐵可達到5000m/min，加工普通鋼也將達到2500m/min，鉆削加工鋁切削轉速可達到30000r/min。隨著高速機床的高檔數控車床的發展，國內大力推進高速切削技術，主要應用于航空、航天、汽車工業和模具。高速切削在國內的研究及應用起步較晚，高速機床的高檔數控系統和開放數控系統正在深入研究中，目前主要還依賴進口。國內刀具材料目前以高速鋼、硬質合金刀具為主，先進刀具材料（如涂層硬質合金、金屬陶瓷、陶瓷刀具等）雖有一定基礎，但應用范圍不夠廣泛。

六、高速切削存在的問題及發展展望

高速切削是切削加工發展的主要方向之一，它除依賴于數控技術、微電子技術、新材料等基礎技術的發展外，自身亦存在著一系列亟待攻克的技術問題，如刀具磨損嚴重，高速切削用刀具切入切出時破損問題，高速切削用刀具材料價格昂貴，銑、鏜等回轉刀具及主軸需要動平衡，刀具夾持要牢靠安全，主軸系統昂貴且壽命短，而且所有高速加工機床及其控制方法價格昂貴，使得高速切削的一次性投入較大，這些問題制約著高速切削的進一步推廣應用。

總之，發展先進制造技術，振興我國制造業是建立強大工業國家的根本。高速切削技術是先進的制造技術，有廣闊的應用前景。推廣應用高速切削技術不但可以大幅度提高機械加工的效率、質量、降低成本，而且可以帶動一系列高新技術產業的發展。加強高速切削技術的基礎研究，建立高速切削數據庫、高速切削安全技術標準，提高機床和工具行業的開發創新能力，加快高速切削刀具系統、高速切削機床系統的研究開發與產業化具有非常重要的意義。

參考文獻：

［１］艾興.高速切削加工技術.國防工業出版社，2003年10月1日.

［２］張伯霖.高速切削技術及應用.機械工業出版社，2003年4月1日.