關于機械高速銑削加工進行分析

劉翹

【摘要】高速切削加工是面向21世紀的一項高新技術，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。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。

【關鍵詞】高速切削 加工 模具加工 刀具 工藝

一、高速銑削加工

（1）高速銑削加工機床為了實現高速切削加工。一般采用高柔性的高速數控機床、加工中心，也有的采用專用的高速銑、鉆床。機床同時具有高速主軸系統和高速進給系統，高的主軸剛度特性，高精度定位功能和高精度插補功能，特別是圓弧高精度插補功能。高速切削加工對機床的工藝系統提出了更高的要求，主要表現在以下幾個方面：

高速銑削機床必須具有高速主軸，主軸的轉速10000～100000m/min，功率大于15kW。還應具有快速升速、在指定位置快速準停的性能。主軸的軸向間隙不大于0.0002m m 。高速主軸常采用液體靜壓軸承式、空氣靜壓軸承式、混合陶瓷軸承、磁懸浮軸承式等結構形式。主軸冷卻一般采用內部水冷或氣冷。

高速加工機床的驅動系統應能夠提供40～60m/min的進給速度，具有良好的加速度特性，能夠提供0.4m/s2 到10m/s2的加速度和減速度。為了獲得良好的加工質量，高速切削機床必須具有足夠高的剛度。機床床身材料采用灰鑄鐵，還可以在底座中添加高阻尼特性的混凝土，以防止切削時刀具顫振影響加工質量。具有高速數據傳輸率，能夠自動加減速。加工工藝有利于切削加工和提高刀具壽命。目前高速機床的廠家，通常在普通機床上進行低速、大進給的粗加工，然后進行熱處理，最后在高速機床上進行半精加工和精加工，在提高精度和效率的同時盡可能地降低加工成本。

（2）高速切削加工刀具。刀具是高速切削加工中最活躍重要的因素之一，它直接影響著加工效率、制造成本和產品的加工精度。刀具在高速加工過程中要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊和振動等載荷，因此其硬度和耐磨性、強度和韌性、耐熱性、工藝性能和經濟性等基本性能是實現高速加工的關鍵因素之一。高速切削加工的刀具技術發展速度很快，應用較多的如金剛石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷刀具、涂層硬質合金、（碳）氮化鈦硬質合金TIC（N）等。立方氮化硼具有很高的硬度、極強的耐磨性和良好的導熱性，與鐵族元素之間有很大的惰性，在1300℃也不會發生顯著的化學作用，還具有良好的穩定性。實驗表明，用CBN 刀具切削硬度HRC35～67 的淬火鋼可以達到很高速度。陶瓷材料具有良好的耐磨性和熱化學穩定性，其硬度、韌性低于CBN ，可用于加工硬度HRC<50的零件。硬質合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。采用刀具涂層技術，可以提高刀具硬度和切削加工的速度，適合切削硬度在HRC40～50 之間的工件。可用于耐熱合金、鈦合金、高溫合金、鑄鐵、純鋼、鋁合金及復合材料的高速切削，應用最為廣泛。精密加工有色金屬或非金屬材料時，選用聚晶金剛石或金剛石涂層刀具。

（3）高速加工工藝。高速切削的工藝技術也是進行高速切削加工的關鍵。切削方法選擇不當，會使刀具加劇磨損，達不到高速加工的目的。只有高速機床和刀具沒有好的工藝技術指導，高速切削加工設備也不能充分發揮作用。在高速切削加工中，應盡量選用順銑加工，順銑時刀具切入工件的切屑厚度為最大，隨后逐漸減小。高速切削加工適于淺的切深，切削深度不超過0.2mm，可避免刀具的位置偏差，確保加工零件的幾何精度。保證工件上的切削載荷恒定，以獲得好的加工質量。高速切削采用單一路徑順銑切削模式，盡量不中斷切削過程和刀具路徑，減少刀具的切入切出次數，以獲得相對穩定的切削過程。減少刀具的急速換向，在換向時NC機床必須立即停止或降速，再執行下一步操作。由于機床的加速度限制，易造成時間浪費，而且急停或急動會破壞表面精度。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件時，進給方向的改變應盡量采用圓弧或曲線轉接，避免采用直線轉接，以保持切削過程的平穩性。

二、高速銑削在模具加工中的應用

高速銑削作為高效切削加工的新方法，在模具制造中得到了廣泛應用。在常規生產連桿鍛模時，用電火花加工型腔需12～15h，電極制作2h。改用高速銑削后，采用高速立銑刀對硬度HRC60的淬硬工具鋼進行加工。整個鍛模加工只需3h20min，工效提高4～5 倍，加工表面粗糙度達Ra0.5～0.6m ，質量完全符合要求。高速切削技術是切削加工技術的主要發展方向之一，目前主要應用于汽車工業和模具行業，尤其是在加工復雜曲面、工件本身或刀具剛性要求較高的加工領域等，是多種先進加工技術的集成，其高效、高質量為人們所推崇。它不僅涉及到高速加工工藝，而且還包括高速加工機床、數控系統、高速切削刀具及CAD / CAM 技術等。模具高速加工技術目前已在發達國家的模具制造業中普遍應用，而在我國的應用范圍及應用水平仍有待提高，由于其具有傳統加工無可比擬的優勢，仍將是今后加工技術必然的發展方向。

三、結語

高速切削加工是一項先進的、正在發展的綜合技術，必須將高性能的高速切削機床、與工件材料相適應的刀具和對于具體加工對象最佳的加工工藝技術相結合，充分發揮高速切削技術的優勢。高速切削工具技術也是一項關鍵技術，為了適應和推動我國高速切削技術的發展，我們應該充分認識到，工具制造是一個高技術含量的行業，應加強該領域的基礎研究、工程研究和應用研究。

參考文獻：

[1]吳霞，周太平.數控加工中的工藝與夾具設計若干問題探討[J].煤礦機械，2010.

[2]楊偉群，關亮，熊軍權等.數控工藝培訓教程（數 控銑部分）[M].北京：清華大學出版社，2008.