高速切削机理和实验

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1、高速切削机理和实验1切削加工的任务和重要性1.1 切削加工的任务是： （1）去除毛坯上的余量；（2）形成零件的表面；（3）保证零件所需的精度。 1.2 切削加工的重要性： （1）制造业创造的财富占人类社会创造总财富的60～80%。 （2）切削加工工作量占机械产品制造劳动量的30～40%。 （3）切削加工是切除余量效率最高、成本最低的方法。 （4）各种零部件经过切削加工，约有10%的材料变为切屑。耗时、耗人工、耗资金很多，增产、节约的潜力也很大。 （5）21世纪的人类社会中，切削加工仍将发挥重要作用，且呈发展态势。前沿科学（工程），如材料科

2、学、信息科学、能源工程、生物科学、宇航工程等，无一不与切削加工密切相关。 1.3 切削加工技术新发展：（1）难加工材料切削技术。 （2）高效加工切削技术。 （3）精密加工切削技术。 （4）自动化加工切削技术。 （5）绿色制造的切削技术。 其中，高效切削中包含高速切削。 2提高切削加工生产率的措施 一个零件加工的工时等于“切削时间”与“辅助时间”之和。 以外园车削为例：切削时间tm=[（lw+Δ+y）/(n·f)]·（h/ap）(min) 材料切除率Q=ap·f·v·103(mm3/min) 式中，lw――零件被加工部分的长度（mm）；  

3、    Δ,y――零件加工时，刀具的切入和切出长度（mm）；      n――机床主轴或工件的转速（r/min）；      v――切削速度（m/min）,v=(πDn)/1000；      D――工件直径（mm）；      f――进给量（mm/r）；      ap――切削深度（mm）；      h――工件的加工余量（mm） 由此可见，加大切削深度ap、进给量f和切削速度v，是减少切削时间，加大材料切除率，即提高切削加工生产效率的途径。一般切削深度受毛坯余量的限制，故切削速度和进给量是提高加工效率的主要因素。 实际上，高速切削或高

4、效率的加工应包括提高切削速度（主轴转速）与进给量两个方面。人们如果只把注意力放在提高切削速度上，就带有一定的片面性。3高速切削的定义及其发展过程在一百年前，当时高速钢刀具开始使用，加工普通钢材的切削速度仅为25～30m/min。相对于碳素工具钢和合金工具钢而言，那种切削速度的加工即为“高速切削”。故“高速钢”（high speed steel）得以命名。在高速钢刀具刚刚出现的年代，美国泰勒（TaylorF.W.）工程师做了很多切削加工理论与实践的工作，建立了T-v方程。他在切削技术与工业管理方面都做出了很大的贡献。50年前，在二次世界大战

5、结束后不久，硬质合金刀具开始普遍使用，那时用硬质合金刀具切削普通钢材，可用80～100m/min的切削速度。当时称这样的切削速度为“高速切削”。近半个世纪，机床与刀具有了很大发展，而人类社会对提高生产率又有了新的要求，于是切削速度进一步提高。由此可见，高速切削的“高速”是一个相对概念。在不同历史时期，对于不同的工件材料、刀具材料和加工方法，高速切削加工应用的切削速度并不相同。自20世纪后期以来，关于界定高速切削，国际上有几种说法：（1）1978年，国际生产工程研究会（CIRP）切削委员会提出当切削线速度达到500~7000m/min的加工

6、为高速切削。（2）对铣削加式而言，主轴转速达到8000r/min以上为高速切削加工。（3）德国Darmstadt工业大学认为速度高于（5～10）倍普通切削速度的切削加工为高速切削。（4）从主轴设计的观点，以沿用多年的DN值（主轴轴承孔真径D与主轴最大转速N的乘积）来定义高速切削加工。DN值达到（5～2000）×105mm?r/min时为高速切削加工。德国舒尔茨（Schulz）教授于1992年提出不同工件材料大致的切削速度区域划分如图1所示。按照Schulz的观点，切削钢材时线速度达到400m/min以上即为高速切削。时至今日，机床制造技术

7、和刀具技术的长足进步已大大地提高了这个最小界限值。图1 切削速度区域划分图4高速切削的优越性（1）随切削速度提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减少，大幅度提高加工效率，降低加工成本。（2）在高速切削速度范围，随切削速度的提高，切削力随之减小，根据切削速度提高的幅度，切削力平均可减少30%以上，有利于对刚性较差和薄壁零件的加工。（3）从动力学的角度，高速切削加工过程中，随切削速度的提高使切削系统的工作频率远离机床低价固有频率，从而可减轻或消除振动。故高速切削加工可降低已加加工表面粗糙度，提高加工质量。（4）高速切削加工可加工硬度H

8、RC45~65的淬硬钢，实现以切代磨。（5）高速切削时随切削速度的提高，切削温度逐步升高，在低速度段，切削温度增幅较大；在高速度段，切削温度增幅减小。高速切削时切屑带走大部分热量，传入工件的热