高速切削加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

關(guān) 偉

遼寧省大連市機(jī)械工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校

高速切削加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

關(guān) 偉

遼寧省大連市機(jī)械工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校

隨著機(jī)械加工對(duì)切削效率和加工質(zhì)量的要求越來越高，高速切削加工作為一種新型的加工技術(shù)，在提高生產(chǎn)率、減少熱變形和切削力以及實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量零件加工方面具有顯著的優(yōu)越性，成為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

高速切削；先進(jìn)制造；方向

一、高速切削加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

高速切削的理念源于20世紀(jì)30年代德國(guó)物理學(xué)家Salomon博士的相關(guān)研究，提出了高速切削既能夠大幅減少切削工時(shí)，成倍提高機(jī)床效率，又能夠避免較高速切削溫度下出現(xiàn)劇烈的刀具磨損的假設(shè)。高速切削技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了理論的產(chǎn)生、機(jī)理的探索、應(yīng)用及成熟四個(gè)階段，現(xiàn)已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

當(dāng)前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中高速切削加工技術(shù)已經(jīng)成為切削加工的主流，廣泛地應(yīng)用于航空航天、磨具及汽車制造等領(lǐng)域。飛機(jī)制造工業(yè)中，骨架與機(jī)翼的加工采用高速切削技術(shù)可把時(shí)間縮短為原來的千分之一；磨具制造工業(yè)中，采用高速切削技術(shù)加工淬硬磨具型腔、鋁合金模型等，加工效率高、質(zhì)量好，減少了后續(xù)工序；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體，采用高速切削，極大提高了生產(chǎn)效率、降低成本。此外，高速切削技術(shù)還應(yīng)用于精密儀器制造、快速成形等領(lǐng)域。

現(xiàn)階段，高速切削機(jī)床已從單一的高速銑床發(fā)展成為高速車銑床、高速鉆銑床以及高速加工中心等。美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家先后生產(chǎn)了不同規(guī)格的高速切削機(jī)床，美國(guó)Cincinnati-Mil-acr HPMC型號(hào)的加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)20000r/min,最大進(jìn)給速度30m/min；日本松浦FX-5型號(hào)的加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)30000r/min,最大進(jìn)給速度25m/min[1]。

我國(guó)高速切削加工技術(shù)最早應(yīng)用于轎車工業(yè)，20世紀(jì)80年代后期相繼從美國(guó)、德國(guó)、日本引進(jìn)多條具有先進(jìn)水平的轎車自動(dòng)化生產(chǎn)線。如從德國(guó)引進(jìn)的一汽大眾捷達(dá)轎車和上海大眾桑塔納轎車的自動(dòng)生產(chǎn)線，其中大量應(yīng)用了高速切削技術(shù)。[2]近年來，我國(guó)在高速切削加工技術(shù)上也取得了一些成果。同濟(jì)大學(xué)開展了高速機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)的研究，已有了階段性的成果；廣東工業(yè)大學(xué)對(duì)主軸技術(shù)、直線電動(dòng)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究；南京航空航天大學(xué)開展鈦合金銑削和陶瓷刀具高速車削技術(shù)的研究。高速機(jī)床方面，由于我國(guó)在研究機(jī)床的關(guān)鍵部件上落后于市場(chǎng)需求，相關(guān)技術(shù)尚未掌握，各行業(yè)所需的高速切削機(jī)床主要依賴于進(jìn)口。總的來說，國(guó)內(nèi)較國(guó)外在高速切削加工上差距較大，隨著高速切削的深入研究，高速切削會(huì)有更大的潛力和應(yīng)用前景。

二、高速切削加工技術(shù)的展望

高速切削加工技術(shù)是一項(xiàng)綜合的、系統(tǒng)的加工技術(shù)，其特殊性對(duì)機(jī)床、刀具、監(jiān)控軟件等提出了更高的要求:

（一）高速主軸單元的開發(fā)與研制

高速主軸單元要求主軸具有大功率、高轉(zhuǎn)速、高剛性、抗震性、動(dòng)平衡精度高、良好的熱穩(wěn)定性、先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)和可靠的主軸檢測(cè)系統(tǒng)，作為高速機(jī)床的核心部件，其性能直接決定了高速機(jī)床的加工性能。

（二）適用于高速切削加工的刀具材料

刀具材料是實(shí)現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵。高速切削對(duì)刀具材料提出了更高的要求，高強(qiáng)度、高可靠性、高抗熱震性是刀具材料的研究和開發(fā)重點(diǎn)。納米復(fù)合材料與涂層技術(shù)協(xié)同作用的刀具材料的設(shè)計(jì)與研發(fā)將是高速切削刀具的發(fā)展方向[3]。

（三）適用于高速切削加工狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)

通過對(duì)加工情況、刀具狀態(tài)及各種參數(shù)的監(jiān)控，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率、延長(zhǎng)刀具使用壽命、保證人員和設(shè)備的安全。要充分利用現(xiàn)代化技術(shù)建立監(jiān)控系統(tǒng)、建立工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以提高整體的監(jiān)控技術(shù)水平。

（四）建立高速切削工藝數(shù)據(jù)庫

通過高速切削實(shí)驗(yàn)建立高速切削工藝數(shù)據(jù)庫，為高速切削的特性、高速切削刀具的選擇、切削參數(shù)等提供科學(xué)的理論依據(jù)，使高速切削設(shè)備發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。高速切削工藝數(shù)據(jù)庫的建立，可以加快高速切削技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

三、結(jié)束語

高速切削加工是現(xiàn)代制造的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)成為機(jī)械加工的主流。高速切削加工技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須將機(jī)床、刀具、工藝、材料、智能化和故障診斷等多領(lǐng)域相結(jié)合，充分發(fā)揮高速切削加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)高速切削領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的研究，對(duì)于縮短同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

[1]艾興.高速切削加工技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2003

[2]孫季初.用于高速加工的數(shù)控系統(tǒng)[J].世界制造技術(shù)與裝配市場(chǎng)，2000

[3]李合生,曾忠,曹煒.高速切削加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)制造，2005