高速切削加工的应用

李学飞，郭 微

（包头轻工职业技术学院，内蒙古 包头 014035）

0 引言

在加工技术高速发展的21世纪，高速切削加工作为一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。其单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。

1 高速加工定义

有关高速切削加工的含义，目前尚无统一的认识，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5～10倍；机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000～20000r/min以上定为高速切削；进给速度很高，通常达15～50m/min，最高可达90m/min；对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；切削过程中，刀刃的通过频率接近于“机床－刀具－工件”系统的主导自然频率时，可认为是高速切削。可见高速切削加工是一个综合的概念。

2 高速加工的优越性

高速加工使单位时间内的材料切除率可增加5～10倍，缩短零件的切削加工工时，提高生产效率；切削力降低30%左右，背向力小，有利于加工薄壁、细长等刚性差的零件；大量的切削热被切屑带走，工件保持冷态，适合于加工易热变形的工件；激振频率高，工作平稳，振动小，可加工非常精密、光洁的零件，表面残余应力小，可省切削后的精加工工序因此高速切削加工不仅可获得极高的生产效率，而且可以显著提高工件的加工精度和表面质量。

3 高速切削刀具

高速切削技术关键是高速切削刀具。高速切削刀具是实现加工技术的关键，高速切削的切削速度很快，加工线速度主要受刀具限制，在目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具磨损越快。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还应突出表现在高速切削刀具具备更高的内热性、抗冲击性、良好的高温力学性能及更高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削的刀具材料包括硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具、及金刚石刀具等等。

4 高速干切削

在高速切削条件下，95%～98%切削热将被切屑带走，切削力也可降低30%，因此，采用很高切削速度进行加工可以取得与使用切削液相同效果。干切削技术是上世纪90年代为适应全球日益高涨的可持续发展的要求而发展起来的一项绿色切削加工技术。目前欧美、日本等工业发达国家非常重视干切削研究，干切削技术已经成功应用到了生产领域，并且取得了良好经济效益。高速干切削刀具要承受比湿切削更高的温度，刀具与切屑、刀具与工件接触面上摩擦系数也要尽可能小，而且还要求刀具有利于断屑、排屑散热，这就需要从刀具材料、刀具涂层以及刀具结构优化等几个方面来解决。高速干切削加工从根本上解决了切削液带来弊端，不仅有利于工人健康环境保护，而且可以降低加工成本，无疑一种很有发展前途绿色加工工艺。三菱综合材料公司已开发出一种 “Q-ing铣刀”，可控制排屑方向，大大提高了高速铣削加工的安全性。

5 高速切削的CAM系统软件

高速切削具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度，较强的插补功能，全程自动过切检查及处理能力，自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能，进给率优化处理功能，待加工轨迹监控功能，刀具轨迹加工路径优化功能，加工残余分析功能，和拐角圆弧连接等。数控编程可分为CAD和CAM，在使用CAM系统进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为了关键。所以，还应有一名出色工艺设计师，对零件的几何结构有一个正确的理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念 。才能注意加工方法的安全性和有效性，尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳和刀具载荷均匀，使高速切削发挥其最大的效能。

6 结束语

高速切削因具有降低切削力，工件热变形小等特点，为实现干切削提供了有利条件，高速干切削目标不仅要限制或停止使用切削液，而且要保证高加工效率加工质量。但因缺乏切削液冷却润滑排屑作用，高速干切削会导致切削区刀具与工件摩擦加剧，切削力增大，切削温度上升，切削振动增强以及排屑不畅等情况，会影响机床加工性能刀具使用寿命，降低加工质量。因此，需要从刀具、机床辅助工艺等方面来进行研究并优化，使高速干切削技术能得到更广泛应用。

[1]刘战强，黄传真，郭培全.先进切削加工技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]张世昌，李旦，高航.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社，2007.