机械制造过程高速切削工艺

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1、第七讲高速切削机床与工艺机硕1007班陈琛一.高速切削加工的定义高速切削加工技术中的“高速”是一个相对概念。对于不同的加工方法和工件材料与刀具材料，高速切削加工时应用的切削速度并不相同。如何定义高速切削加工，至今还没有统一的认识。目前沿用的高速切削加工定义主要有以下五种：1）1978年，CIRP切削委员会提出以线速度（500~700）m/min的切削速度加工为高速切削加工。2）对铣削加工而言，从刀具夹持装置达到平衡要求时的速度来定义高速切削加工。根据ISO1940标准，主轴转速高于8000r/min为高速切削加工。3）德国D

2、armstadt工业大学生产工程与机床研究所提出以高于（5~10）倍的普通切削速度的切削加工定义为高速切削加工。4）从主轴设计的观点，以沿用多年的DN值（主轴轴承孔直径D与主轴最大转速N的乘积）来定义高速切削加工。DN值达（5~2000）xmm．r/min时为高速切削加工。5）从刀具和主轴的动力学角度来定义高速切削加工。这种定义取决于刀具振动的主模式频率，它在ANSI/ASME标准中用来进行切削性能测试时选择转速范围。因此，高速切削加工不能简单地用某一具体的切削速度值来定义。根据不同的切削条件，具有不同的高切削速度范围。目前

3、，加工铝合金已达到2000－7500m/min；铸铁为900－5000m/min；钢为600－3000m/min；耐热镍基合金达500m/min；钛合金达150－1000m/min；纤维增强塑料为2000－9000m/min。二.高速切削的历史美国于1960年前后开始进行高速切削实验。1977年美国在一台带有高频电主轴的加工中心上进行了高速切削实验，其主轴转速可以在1800~18000r/min范围内无级变速，工作台的最大进给速度为7.6m/min。在德国，1984年国家研究技术部组织了以Darmstadt工业大学的生产工程

4、与机床研究所为首，包括41家公司参加的两项联合研究计划，全面而系统地研究了高速切削机床、刀具、控制系统以及相关技术。他们取得了国际公认的高水平研究成果，并在德国工厂广泛应用，获得了好的经济效益。日本与20世纪60年代就着手高速切削机理的研究，日本厂商现已成为世界上高速机床的主要提供者。我国早在20世纪50年代就开始研究高速切削，但由于各种条件限制，进展缓慢。三.高速切削加工基础高速切削加工切屑形成根据工件材料和切削条件的不同，切削时通常形成四种类型的切屑：连续切屑、节状切屑、单元切屑、崩碎切屑。高速切削时，特别是自动化加工中

5、，切屑的类型非常重要，长的连绵不断的连续切屑，缠绕工件或刀具，损坏工件和刀具表面，伤害操作者，无法正常切削，甚至损坏机床。周期性的节状或单元切屑，会造成高速切削力的高频变化，从而影响加工精度与表面粗糙度和刀具寿命。四.高速切削的优点1、随切削速度的大幅度提高，进给速度也相应提高5~10倍。高速切削的材料去除率通常是常规的3～6倍，甚至更高。同时机床快速空程速度的大幅度提高，也大大减少了非切削的空行程时间，从而极大地提高了机床的生产率。2、刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力均小。由于切削速度高，吃刀量很小，剪切

6、变形区窄，变形系数减小，切削力降低大概30%~90%。同时，由于切削力小，让刀也小，提高了加工质量。3、刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。4、工件表面质量好。工件粗糙度好，其次切削线速度高，机床激振频率远高于工艺系统的固有频率，因而工艺系统振动很小，十分容易获得好的表面质量。5、高速切削刀具热硬性好，且切削热量大部分被高速流动的切屑所带走，可进行高速干切削，不用冷却液，减少了对环境的污染，能实现绿色加工。6、可完成高硬度材料和硬度高达hrc40-62

7、淬硬钢的加工。如采用带有特殊涂层的硬质合金刀具，在高速、大进给和小切削量的条件下，完成高硬度材料和淬硬钢的加工，不仅效率高出电加工的3~6倍，而且获得十分高的表面质量，基本上不用钳工抛光。7、降低成本。五.高速切削机床的技术高速电主轴单元机电一体化的主轴，即所谓电主轴。现代化的主轴是电机与主轴有机地结合成一体，采用电子传感器来控制温度，自有的水冷或油冷循环系统，使得主轴在高速下成为“恒温”；又由于使用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术，使得主轴可以免维护、长寿命、高精度。由于采用了机电一体化的主轴，减去了皮带轮、齿轮箱等中间环节

8、，其主轴转速就可以轻而易举地达到0～42000r/min，甚至更高。不仅如此，由于结构简化，造价下降，精度和可靠性提高，甚至机床的成本也下降了。噪声、振动源消除，主轴自身的热源也消除了。电主轴是通过交流变频调速和矢量控制来实现主轴的宽调速的.它的优点不仅是简化了主传动结构,减少主传动系统的