高速切削(HSC)技术、装备及应用初探.doc

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1、高速切削(HSC)技术、装备及应用初探【摘要】高速切削技术是当前各高校研究的重要课题之一，文章从高速切削的提出、所用装备和应用等方面较详细的介绍了高速切削的一些基本知识。　【关键词】高速切削；技术装备当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。　　一、高速切削技术（一）高速切削的提出　　1931年，德国切削物理学家萨洛蒙(Carl.J.Salomon)博士提出一个假设，即同年申请德国专利(Machinewithhighc

2、ut?鄄tingspeeds)的所罗门原理：被加工材料都有一个临界切削速度，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。切削塑性材料时，传统的加工方式为“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但进给速度低，切削力大。实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状发展，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的

3、机理也不同。（二）现代高速切削技术的概念　　所罗门原理出发点是用传统刀具进行高速度切削，从而提高生产率。到目前为止，其原理仍未被现代科学研究所证实。但这一原理的成功应该不只局限于此。高速切削技术是切削技术的重要发展方向之一，从现代科学技术的角度去确切定义高速切削，目前还没有取得一致，因为它是一个相对概念，不同的加工方式，不同的切削材料有着不同的高速切削速度和加工参数。这里包含了高速软切削、高速硬切削、高速湿切削和高速干切削等。　　事实上，高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的

4、研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能CNC控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等诸多相关的硬件和软件技术。只有在这些技术充分发展的基础上，建立起来的高速切削技术才具有真正的意义。所以要发挥出高速切削的优越性能，必须是CAD/CAM系统、CNC控制系统、数据通讯、机床、刀具和工艺等技术的完美组合。（三）高速

5、切削技术的发展现状与优点　　该项新技术始于20世纪80年代初期，美、德、法等国处于领先地位，英、日、瑞士等国亦追踪而上，至上世纪80年代后期，在上述国家里已形成了新兴的产业，年产值已达数十亿美元，并正在逐年上升。近期我国台湾省亦已起步，但大陆尚属空白。同济大学现代制造技术研究所已跟德国Darmstadt大学建立了项目合作关系，并获得初步成果。4　　按目前看，工业发达国家的航空、汽车、动力机械、模具、轴承、机床等行业首先受惠于该项新技术，使上述行业的产品质量明显提高，成本大幅度降低，获得了市场竞争优势

6、。超高速切削技术是未来切削加工的方向，也是时代发展的产物。　　二、高速切削的技术装备（一）高速切削机床　　高速机床是实现高速加工的前提和基本条件。在现代机床制造中，机床的高速化是一个必然的发展趋势。在要求机床高速的同时，还要求机床具有高精度和高的静、动刚度。　　为了适应粗精加工，轻重切削和快速移动，同时保证高精度（定位精度±0.005mm），性能良好的机床是实现高速切削的关键因素。其关键技术有以下几项：　　1．高速主轴。高速主轴是高速切削机床的核心部件，在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工

7、精度和应用范围。高速主轴单元的性能取决于主轴的设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡、噪声等多项相关技术，随着对主轴转速要求的不断提高，传统的齿轮———皮带变速传动系统由于本身的振动、噪音等原因已不能适应要求，取而代之的是一种新颖的功能部件———电主轴，它将主轴电机与机床主轴合二为一，实现了主轴电机与机床主轴的一体化。电主轴采用了电子传感器来控制温度，自带水冷或油冷循环系统，使主轴在高速旋转时保持恒温，一般可控制在20°～25°范围内某一设定温度，精度为±0.7°，同时使用油雾润滑、混合陶瓷轴

8、承等新技术，使主轴免维护、长寿命、高精度。　　2．高速精密轴承。高速轴承是高速切削机床的核心，是决定高速主轴寿命和负载容量的最关键部件。（1）磁悬浮轴承。磁悬浮轴承是用电磁力将主轴无机械接触地悬浮起来，其转速可达45000r/min，功率为20kW，精度高，易实现实时诊断和在线监控，是理想的支承元件，但其价格较高。（2）液体动静压轴承。采用流体动、静力相结合的办法，使主轴在油膜支撑中旋转，具有径、轴向跳动小、刚性好、阻尼特性好，适于粗、精加工，寿命长的优点。但其无通用