浅析高速切削技术发展

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅析高速切削技术发展 摘 要：高速切削技术具有随切 削速度提高切削力降低、切削温度的增 加逐渐变缓、加工表面质量和生产效率 提高、制造成本减少、产品开发周期缩 短等突出优势，是先进制造技术的最重 要的共性基础技术之一，已成为面向 21 世纪的先进制造技术的重要组成部分， 已在航空航天、汽车、模具、机床等行 业广泛应用。 中国论文网 /2/view-12900237.htm 关键词：高速切削；机床；刀具 1 高速切削概述 高速切削是指比常规切削速度高 出很多的速度下进行的切削加工，有时 也称为超高速切削。高速切削是一个相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 对的概念，当使用不同的加工方法和工 件材料与加工刀具时，高速切削速度会 有很大的不同。高速切削强调的是高的 速度，即要有高的主轴转速，高速切削 中的高速不是一个技术指标，而应是一 个经济指标。高速切削时由于切削速度 的大幅度提高，决定了高速切削具有以 下特点：一是生产效率提高；二是切削 力降低；三是工件的热变形减小；四是 工件振动减小；五是可加工各种难加工 材料；六是生产成本降低。 高速切削加工是面向F 代加工 社会的一项高新技术，它以效率高、精 度高和表面加工质量高为基本特征，在 汽车工业、航空航天和仪器仪表等行业 中应用非常广泛，并已获取了重大的技 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。有些 专家把高速切削技术的出现称作是机械 加工发展中的一个里程碑，是继数控技 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 术之后新技术的又一次重大变革。在常 规切削速度范围内，切削温度随着切削 速度的提高而升高。对于一种工件材料， 存在一个速度范围，在这个范围内，由 于切削温度太高，刀具无法承受，切削 加工不能进行。但当切削速度继续提高， 超过这个范围以后，切削温度反而会降 低，切削力也会大幅度下降。按照此假 设，对于一种工件材料存在一定的高速 区，在这个区域进行加工，会有比较低 的切削温度和比较小的切削力，不仅有 可能用现有的刀具进行超高速切削，从 而大幅度地减少切削时间，成倍地提高 机床的生产率，而且还将给切削过程带 来一系列的优良特性。 2 高速切削加工与常规加工的比 较 高速切削加工与常规的数控加工 方法主要区别在于进给速度、加工速度 和切削深度这三个工艺参数值不同。高 速切削加工采用高进给速度和小切削深 度，而数控加工则采用低进给速度和大 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 切削深度。高速切削加工对机床主轴、 切削刀具、计算机数控系统、伺服进给 系统和数控编程方法的要求与常规的加 工方式不同。 1、刀具寿命。高速加工工艺能 够保证刀具在不同速度下工作的负载恒 定，加上刀具每刃的切削量较小，有利 于延长刀具使用寿命。 2、高速加工可以在高速度、大 进给的方式下完成淬硬钢的精加工，提 高加工件的表面质量。而且由于高速加 工切削量少，提高了加工及其后续表面 光滑度，所以省去了过去机加工和电加 工的磨削和抛光工序。 3、高速切削加工及其精密度。 生产实践表明，与传统切削加工相比， 用高速加工容易产生剪断切削，当切削 厚度减少时，切削温度上升，切削更为 碎小。而当应力和切削都减少时，刀具 负载变小，同时，由于产生的摩擦热减 少，大量的切削热量被高速离去的切削 带走，故工件和刀具的热变形很小，工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 件表面没有变质及微裂纹，大大改善了 工件的加工质量，具有加工循环时间短、 所需的刀具数少、切削应力小、产生切 削量大、加工精度高等特点。 3 高速切削的关键技术 目前国际上高速切削加工技术主 要应用于汽车工业和模具行业，尤其是 在加工复杂曲面的领域，工件本身或刀 具系统刚性要求较高的加工领域，显示 了强大的功能，而它的发展则涉及到高 速切削机床技术、高速切削工艺技术、 高速切削刀具技术和高速切削加工中的 测试技术这四个方面的关键技术。 1、高速切削机床技术。性能良 好的机床是实现高速切削前提和关键， 而具有高精度高速主轴和控制精度高高 速进给系统，则是高速切削机床技术关 键。高速主轴是高速切削机床核心部件， 很大程度上决定着高速切削机床所能达 到切削速度、加工精度和应用范围。目 前，适于高速切削加工中心其主轴最高 转速一般都大于 10000r/min，有高达 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 60000r/min100000r/min，为普通机床 10 倍左右；主电动机功率 15kW80kW，以满足高速车削、高速 铣削之要求。控制精度高的高速进给系 统也是实现高速切削的重要技术之一。 在进行高速切削时，为了保证零件的加 工精度，随着机床转速的提高，进给速 度也必须大幅度提高，以便保证刀具每 齿进给量不变。 2、高速切削工艺技术。进行高 速切削时，工件材料不同，所选用切削 刀具、切削工艺和切削参数也有很大不 同。工件材料与刀具材料的匹配、切削 方式、刀具几何参数、切削参数、振动 和切削液等因素对都会对加工表面的粗 糙度的产生影响，因此在高速切削加工 时切削参数的选择和表面质量控制等工 艺技术也是需要重视的。 3、高速切削刀具技术。刀具的 使用是实现高速切削重要保证，如何正 确选择刀具材料和设计刀具系统对提高 零件的加工质量、延长刀具的使用寿命 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 和降低加工成本都起着重要作用。高速 切削要求刀具材料具有高硬度、高强度 和耐磨性；高韧度、良好耐热冲击性； 高热硬性、良好化学稳定性等性能，目 前使用最多的刀具材料有：涂层刀具、 陶瓷刀具、立方氮化硼材料和聚晶金刚 石材料等。 4、高速切削加工中的测试技术。 由于高速切削加工的速度相当高，当主 轴转速达 4000r/min 时，若有大片崩裂， 碎片就会像出膛的子弹，所以高速切削 加工是在密封的机床工作区间里进行的， 这样操作人员很难直接观察、操作和控 制，因此需要对加工情况、刀具的磨损 状态等进行监控，实现在线监测，这样 才能保证产品质量，提高加工效率，延 长刀具使用寿命，确保人员和设备的安 全。高速切削加工的测试技术包括传感 技术、信号分析和处理等技术。最近几 年，在线测试技术在高速机床中使用的 越来越多，如主轴发热情况、刀具磨损 状态测试和工件加工监测等。智能技术 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 也已经应用于测试信号的分析和处理中， 如神经网络技术应用于刀具磨损状态的 识别。还有一些技术正在进行研究，在 不断的进行测试，这些技术分别是传感 技术、信号分析技术和信号处理技术等 等。 4 高速切削存在的问题及发展展 望 高速切削是切削加工发展的主要 方向之一，它除依赖于数控技术、微电 子技术、新材料等基础技术的发展外， 自身亦存在着一系列亟待攻克的技术问 题，如刀具磨损严重，高速切削用刀具 切入切出时破损问题，高速切削用刀具 材料价格昂贵，铣、镗等回转刀具及主 轴需要动平衡，刀具夹持要牢靠安全， 主轴系统昂贵且寿命短，而且所有高速 加工机床及其控制方法价格昂贵，使得 高速切削的一次性投入较大，这些问题 制约着高速切削的进一步推广应用。 高速切削加工是具