高速切削的关键技术及应用

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1、高速切削的关键技术及应用　　机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造方向发展。机械加工技术中，切削加工是应用最广泛加工方法。近年来，高速切削技术蓬勃发展，已成为切削加工主流和先进制造技术一个重要发展方向。数控机床出现以前，用于工件上下料、测量、换刀和调整机床等辅助时间超过工件加工总工时70%；以数控机床为基础柔性制造技术发展和应用，大大降低了工件加工辅助时间，切削所占时间比例越来越大。，实现高速切削成为提高机床生产效率重要技术手段之一。目前，高速切削技术航空航天、模具生产和汽车制造等行业已经获广泛应用

2、，并产生了巨大经济效益。我国是机床消费大国，已经超过德国，成为世界第一大机床市场。高速切削作为一种新切削加工理念，对其深入研究具有重要意义。本文作者着重研究了高速切削关键技术——机床技术、刀具技术和工艺技术及其应用。1．高速切削技术概述1.1高速切削概念　　高速切削（HighSpeedCutting）是一个相对概念，迄今尚未有一个确切界定。高速切削通常指比常规切削速度和进给速度高出5倍～10倍切削加工，也称为超高速切削（Ultra2highSpeed-11-Cutting）。也有将主轴转速达到10000r/mi

3、n～60000r/min，快速进给速度40m/min以上，平均进给速度10m/min以上，加速度大于1g切削加工定义为高速切削。不同工件材料和加工工艺，高速切削速度（切削加工线速度，单位m/min）范围同。按工件材料划分，当切削速度对钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时，被认为是合适高速切削速度范围；按加工工艺划分，高速切削速度范围为：车削700m/min～7000m/min，铣削300m/min～6000m

4、/min，钻削200m/min～1100m/min，磨削5000m/min～10000m/min。　　高速切削概念是德国切削物理学家萨洛蒙（CarlSalomon）于1931年提出，现人们常用“萨洛蒙曲线”来表示。他认为，常规切削速度范围内，切削温度切削速度提高而升高，一定工件材料对应有一个临界切削速度，此处切削温度最高，但当切削速度超过临界值后，切削温度不升下降。每一种工件材料，都存一个速度范围，该范围内，切削温度太高，刀具材料无法承受，切削加工不能进行，这个范围称之为“死谷”。切削速度能越过“死谷”，高速区

5、工作，则有可能用现有刀具进行高速切削，切削温度与常规切削基本相同，大大减少切削工时，大幅度提高机床生产效率。1.2高速切削技术特点　　高速切削速度较之常规切削速度几乎高出1个数量级，其切削机制异于常规切削。切削机制改变，使高速切削技术具有如下特点。1.2.1切削力小　　切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力减少，切削变形减小，使切削力比常规切削降低30%以上，尤其是主轴轴承、刀具、工件受到径向切削力大幅度减少，特别适合于加工薄壁类刚性差工件，如飞机上机翼壁板等。1.2.2工件热变形小高速切削时，90%以上切

6、削热来不及传给工件就被高速流出切屑带走，工件积累热量少，工件温升不会超过3℃，基本保持冷态，不会温升导致热变形，特别适合于加工细长易热变工件。-11-1.2.3材料切除率高　　随切削速度提高，进给速度也相应提高5倍～10倍，单位时间内材料切除率可达常规切削3倍～6倍，适用于材料切除率要求大场合，航空航天、汽车和模具制造等领域，高速切削技术已成为加工整体构件最理想制造技术。2001年德国汉诺威举办欧洲机床展览会（EMO）上展出荷兰Unisign公司制造Unipro25型五轴立式加工中心（X行程1000mm、Y行程

7、800mm），电主轴功率100kW，最高转速25000r/min，最大扭矩90N•m，其铣削铝合金材料切除率已达8000cm3/min～10000cm3/min。1.2.4工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工　　高速切削时，机床激振频率很高，远远超出了“机床—刀具—工件”工艺系统固有频率范围（50Hz～300Hz），使加工过程平稳，振动小，可实现高精度、低粗糙度加工。高速切削加工获表面质量常可达磨削水平，常可省去铣削后精加工工序。例如，瑞士DIXI机械公司生产DHP50高精度卧式加工中心，工作台500mm

8、×500mm，双托盘，行程为700mm×700mm×700mm，主轴转速为12000r/min，功率为25kW，刀库容量65把，换刀时间4s（T2T），6s（C2C），定位精度4μm，重复定位精度2μm（按ISO23022标准），测量分辨率0.5μm。高速切削尤其适合于光学等领域加工。1.2.5可加工难加工材料-11-　　难加工材料如高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料和耐磨铸铁等切