淺談高速切削加工技術

黃鑫

摘要：自德國人第一次提出高速加工的理念來，經過多年的發展，高速切削技術得到廣泛應用，以成為切削加工主流技術。高速切削是切削速度比普通切削速度高5-10倍的一種切削技術。高速切削包括了車削、銑削、鉆孔等，最突出的是高速銑削。本文以高速切削的特點，通過機床，刀具，工藝等幾方面來介紹高速切削加工。

關鍵詞：高速切削;高轉數機床;新刀具

一.引言

高速切削技術是先進制造技術的重要體現。以往，在切削過程中用于測量、調整、上下料的輔助時間大大超過加工總工時的70%，數控機床智能制造單元的發展和應用，降低了加工的輔助，切削時間就越來越多。因此，高速切削是提高效率的重要技術。

二.高速切削理念

2.1高速切削理念

高速切削是一個相對的，參照物不一樣，標準也就不同。通常來說只要比常規速度高出5～10倍，都可稱為超高速切削。

高速加工是德國物理學家提出的，人們用薩洛蒙曲線表示。切削溫度隨著加工速度的提升而提高，但任何材料都對應一個臨界速度，在此處速度加工溫度最高，加工速度超過臨界點，溫度不升反而會下降。

2.2高速加工技術的優點

高速切削效率比常規要高出幾個級別，其加工原理和常規不同。使高速切削技術有以下特點。

2.2.1加工中切削力會變小

由于切削速度高，快，切屑阻力會減少，變形會減小，切削力降低45%以上，軸承、刀具、工件受到的作用力會減少，適合精密加工、薄壁加工。

2.2.2變形小

高速加工時，80%以上的切削溫度來不及傳遞給零件就會被切屑帶走，工件受熱少，工件不升溫，不會因為溫度引起變形。

2.2.3材料切除率高

隨著轉速的提高，進給速度也會提高5～8倍，單位時間內材料去除率增大，在航空、汽車模具等制造領域，高速切削技術已成為加工最理想的制造技術。

2.2.4工藝振動小，能實現高精度加工

高速切削時，機床的激振頻率高，遠超出了機床、刀具、工件、工藝系統的固有頻率范圍，使加工過程平穩、振動小、可實現高精度加工。高速切削適合于光學等領域的加工。

2.2.5能加工特殊材料

高錳鋼、淬硬鋼、奧氏體不銹鋼、復合材料和耐磨鑄鐵等的切削加工難度大、切削效率低。高速切削時，切削力小、切屑阻力小、刀具磨損小，故可加工一些難加工材料。如航空制造中采用的鎳基合金、鈦合金材料，強度大、硬度高、耐沖擊、切削溫度高，一般采用很低的切削速度。如果采用高速切削，其切削速度可大大提高。

三.高速切削的技術

高速切削是一項系統的工程。高速切削不只是切削速度提高，它的發展涉及到諸多領域的技術創新。高速切削要獲得好的效果，必須配備高性能機床、刀具和最佳的加工工藝技術相結合。

3.1高速切削機床技術

高速切削機床是高速切削運用的基本條件。性能好的高速切削機床是實現高速切削的關鍵，而高精度的主軸和控制精度，則是高速切削機床技術的關鍵所在。

3.1.1高速主軸

高速主軸是機床的核心部位，很大程度上決定著機床能達到的切削速度。目前，適于高速切削的加工中心其主軸轉速都大于10000r/min，是普通機床的3倍左右;電動機功率在15～80kW。軸承是決定主軸壽命和負荷的關鍵部件。滾動軸承因具有剛度高、性能好、結構簡單、標準化程度高等優點，在實際中得到廣泛應用。

3.1.2高速進給

精度高的進給系統也是實現高速切削的關鍵技術。高速進給系統采用直線電機進給驅動，行程范圍不受限。直線電機進給驅動系統有以下優點：（1）高速響應性。（2）速度和加速度高。（3）定位精度高。

3.2切削用刀具

刀具是實現高速切削的保證。選擇刀具材料對于提高加工質量、延長刀具壽命和降低成本都有著重要作用。

3.2.1高速切削刀具材料

高速切削要求刀具材料具有高硬度、高強度和耐磨性、高韌度、良好的耐熱沖擊性、高熱硬性、良好的化學穩定性。

3.3高速切削工藝技術

高速切削工藝和常規工藝有很大不同。常規切削采用低轉速、大切深、緩進給;而高速切削則采用高轉速、低切深、快進給、多行程的加工工藝。在進行高速切削時，材料不同，所選用的刀具、工藝和切削參數也有很大不同。

四.高速切削技術的運用

4.1高速切削在航天領域中的運用

航空航天工業中大多數零件采用薄壁、細筋結構，由于工件剛度差，不允許采用大吃刀深度，因此，高速切削成為這類零件加工的唯一選擇。飛機上的一些零件為了提高可靠性、降低成本，將多個鉚接或焊接成的部件，改用整體實心材料制造，即“整體制造法”。有的構件的材料去除率高達90%，高速切削可極大提高生產效率和產品質量，降低制造成本。

4.2高速切削在制造業中的運用

高速加工技術被越來越多的國內外制造廠家使用。國內如一汽大眾轎車自動生產線，由沖壓、涂裝、總裝、發動機等高速生產線組成，年產轎車能力20萬輛;國外如美國GM發動機總成工廠的高速生產線、福特汽車公司的汽車生產線等。

五.結束語

高速切削技術已經成為切削加工的主流，高速切削技術對于制造業來說是一場深刻的技術改革，將對制造業產生重要的影響。高速切削技術的發展和應用是一項系統工程，它涉及到刀具、機床、工藝、材料、智能化和故障診斷等各個領域的技術發展和創新。為適應快速變化的市場和顧客需求，高速切削和高速加工技術將在生產中得到進一步發展和應用。

參考文獻：

[1]艾興高速切削技術國防工業出版社 2004.05

[2]張伯霖高速切削技術及應用 機械工業出版社 2003-04