高速加工技術應用研究

王文欣 劉國濱

（哈爾濱哈影電影機械有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

1 高速加工的技術優(yōu)勢

航空航天工業(yè)和模具加工制造業(yè)是高速加工的兩個重要應用領域。航空制造企業(yè)雖然約在20年前就開始進行鋁件的高速加工，但一直未得到應有的重視。隨著科技的發(fā)展，產品的多樣化、小批量使切削加工大量增加，保證高效率切削加工的同時達到高精度成為高速加工的發(fā)展傾向。世界各大機床制造國如美國、德國、日本等對此進行了大量研究，并不斷地推出高技術的高速高精度加工機床。

高速加工在切削原理上是對傳統(tǒng)切削認識的突破。據資料介紹，在國外的高速加工實驗中已經證實，當切削速度超過一定值(V=600m/min后，切削速度再增高，切削溫度反而降低。在切削過程中產生的熱量進入切屑并從工件處被帶走試驗室條件下的測試證明了在大多數應用情況下切削時工件溫度的上升不會超過3℃。相應地，在一已給定的金屬切除率下，當切削速度超過某一數值，約300～500m/min)后，隨著切削速度的增加，實際切削力會下降，切削速度繼續(xù)增加至一定數值之后，實際切削力會近似保持不變。

經過理想的高速加工后，切屑變形及其收縮已接近為零，傳到工件上的熱量很少，使得加工表面就不會產生任何顯著的表面硬化現(xiàn)象，有效地減少工件的變形；同時，較小的切削力和較少的切削熱減少了刀具磨損。國外對各種切削速度下刀具耐用度進行了比較研究，對涂層硬質合金刀具來說，最小磨損的切削速度約500m/min。

實驗證明，高速加工允許的進給速度比通常方除法可提高5～10倍，單位時間材料去率提高3～5倍，刀具耐用度可提高70%，同時，切削力減少30%，工件溫升低，可減少工件熱變形和熱膨脹，提高加工表面質量，有利于加工細長、薄壁類剛性差的工件。隨著高速加工不斷地普及，關注和探討高速加工的實現(xiàn)與應用對航空制造業(yè)有著重要的意義。高速加工自身必須是一個各相關要素相互協(xié)調的系統(tǒng)，是多項先進技術的綜合應用，為此，機床廠商應進行大力的開發(fā)研制，推出了與高速加工相關高新技術設備。

2 高速加工的特點

2.1 主軸高速

高速主軸是高速加工中心最關鍵的部件之一。目前主軸轉速在20000-4(XX)0dmin的加工中心越來越普及，一些歐洲的高速加工中心的主軸轉速已經達到60000r/rain。轉速高達t00(m/min以上超高速主軸也正在研制開發(fā)中。

2.2 進給系統(tǒng)高速提高切削進給速度是提升加工效率所必須的。目前高速加工中心的切削進給速度一般為20-40m/rain，有的直線電機驅動X、Y軸的立式加工中心超高速定位速度達140m/rain，有的高速加工中心進給速度高達208m/rain。要實現(xiàn)并準確控制這樣高的進給速度。對高速加工中心導軌、滾珠絲桿、伺服系統(tǒng)、工作臺結構等提出了新的要求。

2.3 CNC控制系統(tǒng)高速

高速加工中心要求CNC控制系統(tǒng)具有快速數據處理能力和高的功能化特性，以保證在高速切削(特別是四至五須選擇傳輸速度快，CPU運算速度快，預讀單節(jié)及NURBS功能等適當的CNC控制器，才能發(fā)揮高速切削加工的效能。軸坐標聯(lián)動加工復雜曲面時)仍具有良好的加工性能。高速加工中心。

2.4 切削刀具高速

已發(fā)展的刀具材料主要有聚晶金剛石(PCDl，聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬質含金涂層刀具、陶瓷刀具等。都能適應鋁合金、鑄鐵、鋼和耐熱合金的高速切削，其切削水平如下：鋁合金2500-5000m/min(Si含量≥12%為500-1500m/min)，鑄 鐵500～1500m/min，鋼300-1000m/min，淬硬鋼、耐熱臺金100-400m/min．鐵合金90-200m/min。有關研究機構正開發(fā)新酌刀具材料，向更高的切削速度發(fā)展。

2.5 加工中心溫控系統(tǒng)高速

高速加工中心的熱特性是指高速加工中心結構在其內部熱源和外部熱源的作用下，產生結構變形和對加工精度影響的特性。為了改善高速加工中心的熱特性，一般采用溫控循環(huán)水濺其他介質來冷卻主軸電機、主軸軸承、直線電機、液壓油箱、電氣柜．有的甚至冷卻主軸箱、橫粱、床身等大構件。此外，還可采用低膨脹系數的鑄鐵作高速加工中心的主軸箱體，以減少主軸的熱伸長和主軸部件的熱變形。

3 高速加工技術對我國制造業(yè)的影響

我國轎車自動生產線中引進高速加工技術20世紀80年代以來，我國相繼從德國、美國、法國、日本等國引進了多條較先進的轎車數控生產自動線，使我國轎車制造工業(yè)得到空前發(fā)展。其中較典型的是來自德國的一汽大眾捷達轎車和上海大眾桑塔納轎車自動生產線，其處于國際20世紀90年代中期水平。其中應用了較多且實用的高速加工技術。從中可部分了解到世界高速加工技術的理狀與發(fā)展趨勢。

一汽大眾捷達轎車自動生產線由沖壓、焊接、涂裝、總裝、發(fā)動機及傳動器等高速生產線組成。同步引進德國大眾汽車公司并行工程管理模式與管理技術，經營各條自動線生產運行，年產轎車能力15萬輛，制造節(jié)拍1．50min/輛。其中發(fā)動機、傳動囂生產線共擁有6：27臺各種機加工設備，進口253臺，國產374臺，其基本上屬于數控剛性自動生產線。自產發(fā)動機零件9種，傳動器零件27種，其余為社會配套。年產發(fā)動機27萬臺，傳動器18萬臺。生產國際20世紀90年代水平的4缸、6缸捷達奧迪轎車五氣門電噴發(fā)動機及配套的傳動器，生產節(jié)拍30-40s/臺，生產線部分采用風冷干式切削加工技術，其機械加工工藝流程反映了當代轎車制造業(yè)中最先進的技術水平。轎車營銷以國內市場為主。由于沒有轎車自主知識產權，新車型的研發(fā)，是以現(xiàn)有一汽一大眾捷達轎車生產自動線為本，持續(xù)從德國大眾汽車公司進口相關信息和技術(上海大眾桑塔納轎車自動生產線情況類同)。

一汽一大眾轎車發(fā)、傳生產線高速切削刀具、高速機床及加工工藝：一汽大眾捷達奧迪轎車發(fā)動機、傳動器零部件生產線上，幾乎所有的切削刀、輔具(工具)均為進口產品(來自49個外國公司)，關鍵工序的設各(機床)也是進1：3的專用剛性數控產品。

[1]張伯霖，楊慶東，陳長年.高速切削技術及應用[M].北京：機械工業(yè)出版2002.

[2]周彤.刀具涂層技術的應用[J].機械工人.冷加工，2002，(9)：22-25.

[3]段廣洪，李鐵民．并聯(lián)機器的起源和發(fā)展[J]．世界制造技術與裝備市場2006(1)．

[4]我國企業(yè)競相推出五軸聯(lián)動機床[J]．工具技術，2004(3)．

[5]薛兆云，康敏．基于力矩電動機的雙擺動銑頭設計[J]．現(xiàn)代制造工程，2007(3)．

[6]馬艷娣．5軸聯(lián)動高速加工技術及其對機床的要求[J]．世界制造技術2005(4)．