高速切削加工的應用

李學飛，郭 微

（包頭輕工職業技術學院，內蒙古 包頭 014035）

0 引言

在加工技術高速發展的21世紀，高速切削加工作為一項高新技術，它以高效率、高精度和高表面質量為基本特征，在汽車工業、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業中獲得了愈來愈廣泛的應用，并已取得了重大的技術經濟效益，是當代先進制造技術的重要組成部分。高速切削是實現高效率制造的核心技術，工序的集約化和設備的通用化使之具有很高的生產效率。其單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，可以說，高速切削加工是一種不增加設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術。

1 高速加工定義

有關高速切削加工的含義，目前尚無統一的認識，通常有如下幾種觀點：切削速度很高，通常認為其速度超過普通切削的5～10倍；機床主軸轉速很高，一般將主軸轉速在10000～20000r/min以上定為高速切削；進給速度很高，通常達15～50m/min，最高可達90m/min；對于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同；切削過程中，刀刃的通過頻率接近于“機床－刀具－工件”系統的主導自然頻率時，可認為是高速切削?？梢姼咚偾邢骷庸な且粋€綜合的概念。

2 高速加工的優越性

高速加工使單位時間內的材料切除率可增加5～10倍，縮短零件的切削加工工時，提高生產效率；切削力降低30%左右，背向力小，有利于加工薄壁、細長等剛性差的零件；大量的切削熱被切屑帶走，工件保持冷態，適合于加工易熱變形的工件；激振頻率高，工作平穩，振動小，可加工非常精密、光潔的零件，表面殘余應力小，可省切削后的精加工工序因此高速切削加工不僅可獲得極高的生產效率，而且可以顯著提高工件的加工精度和表面質量。

3 高速切削刀具

高速切削技術關鍵是高速切削刀具。高速切削刀具是實現加工技術的關鍵，高速切削的切削速度很快，加工線速度主要受刀具限制，在目前機床所能達到的高速范圍內，速度越高，刀具磨損越快。因此，高速切削對刀具材料提出了更高的要求，除了具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還應突出表現在高速切削刀具具備更高的內熱性、抗沖擊性、良好的高溫力學性能及更高的可靠性。高速切削技術的發展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出現及發展。目前常用的高速切削的刀具材料包括硬質合金、涂層刀具、陶瓷刀具、及金剛石刀具等等。

4 高速干切削

在高速切削條件下，95%～98%切削熱將被切屑帶走，切削力也可降低30%，因此，采用很高切削速度進行加工可以取得與使用切削液相同效果。干切削技術是上世紀90年代為適應全球日益高漲的可持續發展的要求而發展起來的一項綠色切削加工技術。目前歐美、日本等工業發達國家非常重視干切削研究，干切削技術已經成功應用到了生產領域，并且取得了良好經濟效益。高速干切削刀具要承受比濕切削更高的溫度，刀具與切屑、刀具與工件接觸面上摩擦系數也要盡可能小，而且還要求刀具有利于斷屑、排屑散熱，這就需要從刀具材料、刀具涂層以及刀具結構優化等幾個方面來解決。高速干切削加工從根本上解決了切削液帶來弊端，不僅有利于工人健康環境保護，而且可以降低加工成本，無疑一種很有發展前途綠色加工工藝。三菱綜合材料公司已開發出一種 “Q-ing銑刀”，可控制排屑方向，大大提高了高速銑削加工的安全性。

5 高速切削的CAM系統軟件

高速切削具有合適的CAM編程軟件也是至關重要的。高速加工CAM編程系統應具有很高的計算速度，較強的插補功能，全程自動過切檢查及處理能力，自動刀柄與夾具干涉檢查、繞避功能，進給率優化處理功能，待加工軌跡監控功能，刀具軌跡加工路徑優化功能，加工殘余分析功能，和拐角圓弧連接等。數控編程可分為CAD和CAM，在使用CAM系統進行高速加工數控編程時，除刀具和加工參數根據具體情況選擇外，加工方法的選擇和采用的編程策略就成為了關鍵。所以，還應有一名出色工藝設計師，對零件的幾何結構有一個正確的理解，具備對于理想工序安排以及合理刀具軌跡設計的知識和概念 。才能注意加工方法的安全性和有效性，盡一切可能保證刀具軌跡光滑平穩和刀具載荷均勻，使高速切削發揮其最大的效能。

6 結束語

高速切削因具有降低切削力，工件熱變形小等特點，為實現干切削提供了有利條件，高速干切削目標不僅要限制或停止使用切削液，而且要保證高加工效率加工質量。但因缺乏切削液冷卻潤滑排屑作用，高速干切削會導致切削區刀具與工件摩擦加劇，切削力增大，切削溫度上升，切削振動增強以及排屑不暢等情況，會影響機床加工性能刀具使用壽命，降低加工質量。因此，需要從刀具、機床輔助工藝等方面來進行研究并優化，使高速干切削技術能得到更廣泛應用。

[1]劉戰強，黃傳真，郭培全.先進切削加工技術及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]張世昌，李旦，高航.機械制造技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2007.