高速切削(hsc)技术、装备及应用初探

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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(Machinestadt大学建立了

2、项目合作关系，并获得初步成果。　　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。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

3、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

4、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20kin，它的标准化程度高，便于维护，价格低。　　3．高速伺服系统　　为了实现高

5、速切削加工，机床不但要有高速主轴，还要有高速的伺服系统，这不仅是为了提高生产效率，也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件。（1）直线电机伺服系统。直线电机是使电能直接转变成直线机械运动的一种推力装置，将机床进给传动链的长度缩短为零，它的动态响应性能敏捷、传动刚度高、精度高、加减速度大，行程不受限制、噪音低、成本较高，在加速度大于1g的情况下，是伺服系统的唯一选择。（2）滚珠丝杠驱动装置。滚珠丝杠仍是高速伺服系统的主要驱动装置，用AC伺服电机直接驱动，并采用液压轴承，进给速度可达40～60m/min，

6、其加速度可超过0.6g，成本较低，仅为直线电机的1/2.5。4．高性能的C控制系统。（二）高速切削刀具　　刀具是机械加工重要的技术装备之一。由于离心惯性力随着转速升高而迅速增大，高速主轴端部同刀柄头部的给合在结构和尺寸方面有许多特别之处。目前基本采用HSK形式和系列，需要根据机床主轴参数来确定刀柄参数，使它们相符吻合。由于切削和进给速度高，HSC加工中刀具的寿命一般会降纸，需要从刀具材料、几何参数、悬伸长度以及切削参数、切削几何关系、走刀路线、润滑冷却等各方面采取措施，尽可能减少寿命的降低。　　HSC

7、刀具与普通刀具前后角相比，一般HSC比普通切削的前角约小10°，后角约大5°～8°。同时HSC刀具的切削部位应尽量短，以提高刀具的刚性和减小刀刃的破损率。　　HSC刀具需选用能适应高速切削的材料。为了获得较高的工件加工质量及最佳寿命时间，除硬质合金、金属陶瓷、涂层切削材料和切削陶瓷外，还采用了单晶体和多晶体的切削材料。这些切削材料除技术要求外，还应满足占有重要位置的经济和环保性能的要求。在HSC加工中，选用PKD（多晶体金刚石）和CBN（立方氮化硼）可显著提高加工效率。　　除选择合适的刀具材料外，在刀

8、具设计过程中，首先应考虑在离心力作用下刀具构件固定的可靠性，并注意符合“平衡”的结构。需要对刀具进行最高转速的试验。此外，在制造刀具时，其良好的工艺性也是很重要的。有价值的和可靠的制造方法，对从刀具的预处理直至刀刃的制作都具有决定性的意义，特别是对带有PKD或CBN刀片的刀具更是如此。　　为了使在应用HSC刀具时达到最高加工质量和最佳经济性能，不仅应考虑刀具本身，同时也应考虑刀具和夹紧系统的接口部分，即主轴和刀具连接面及工件安装的稳定性。对接口部分和接长