劉翹

【摘要】高速切削加工是面向21世紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在汽車工業(yè)、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業(yè)中獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。高速切削是實(shí)現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)，工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率?？梢哉f(shuō)，高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】高速切削 加工 模具加工 刀具 工藝

一、高速銑削加工

（1）高速銑削加工機(jī)床為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工。一般采用高柔性的高速數(shù)控機(jī)床、加工中心，也有的采用專用的高速銑、鉆床。機(jī)床同時(shí)具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，高的主軸剛度特性，高精度定位功能和高精度插補(bǔ)功能，特別是圓弧高精度插補(bǔ)功能。高速切削加工對(duì)機(jī)床的工藝系統(tǒng)提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

高速銑削機(jī)床必須具有高速主軸，主軸的轉(zhuǎn)速10000～100000m/min，功率大于15kW。還應(yīng)具有快速升速、在指定位置快速準(zhǔn)停的性能。主軸的軸向間隙不大于0.0002m m 。高速主軸常采用液體靜壓軸承式、空氣靜壓軸承式、混合陶瓷軸承、磁懸浮軸承式等結(jié)構(gòu)形式。主軸冷卻一般采用內(nèi)部水冷或氣冷。

高速加工機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能夠提供40～60m/min的進(jìn)給速度，具有良好的加速度特性，能夠提供0.4m/s2 到10m/s2的加速度和減速度。為了獲得良好的加工質(zhì)量，高速切削機(jī)床必須具有足夠高的剛度。機(jī)床床身材料采用灰鑄鐵，還可以在底座中添加高阻尼特性的混凝土，以防止切削時(shí)刀具顫振影響加工質(zhì)量。具有高速數(shù)據(jù)傳輸率，能夠自動(dòng)加減速。加工工藝有利于切削加工和提高刀具壽命。目前高速機(jī)床的廠家，通常在普通機(jī)床上進(jìn)行低速、大進(jìn)給的粗加工，然后進(jìn)行熱處理，最后在高速機(jī)床上進(jìn)行半精加工和精加工，在提高精度和效率的同時(shí)盡可能地降低加工成本。

（2）高速切削加工刀具。刀具是高速切削加工中最活躍重要的因素之一，它直接影響著加工效率、制造成本和產(chǎn)品的加工精度。刀具在高速加工過(guò)程中要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊和振動(dòng)等載荷，因此其硬度和耐磨性、強(qiáng)度和韌性、耐熱性、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性等基本性能是實(shí)現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵因素之一。高速切削加工的刀具技術(shù)發(fā)展速度很快，應(yīng)用較多的如金剛石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷刀具、涂層硬質(zhì)合金、（碳）氮化鈦硬質(zhì)合金TIC（N）等。立方氮化硼具有很高的硬度、極強(qiáng)的耐磨性和良好的導(dǎo)熱性，與鐵族元素之間有很大的惰性，在1300℃也不會(huì)發(fā)生顯著的化學(xué)作用，還具有良好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明，用CBN 刀具切削硬度HRC35～67 的淬火鋼可以達(dá)到很高速度。陶瓷材料具有良好的耐磨性和熱化學(xué)穩(wěn)定性，其硬度、韌性低于CBN ，可用于加工硬度HRC<50的零件。硬質(zhì)合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。采用刀具涂層技術(shù)，可以提高刀具硬度和切削加工的速度，適合切削硬度在HRC40～50 之間的工件?？捎糜谀蜔岷辖稹⑩伜辖?、高溫合金、鑄鐵、純鋼、鋁合金及復(fù)合材料的高速切削，應(yīng)用最為廣泛。精密加工有色金屬或非金屬材料時(shí)，選用聚晶金剛石或金剛石涂層刀具。

（3）高速加工工藝。高速切削的工藝技術(shù)也是進(jìn)行高速切削加工的關(guān)鍵。切削方法選擇不當(dāng)，會(huì)使刀具加劇磨損，達(dá)不到高速加工的目的。只有高速機(jī)床和刀具沒(méi)有好的工藝技術(shù)指導(dǎo)，高速切削加工設(shè)備也不能充分發(fā)揮作用。在高速切削加工中，應(yīng)盡量選用順銑加工，順銑時(shí)刀具切入工件的切屑厚度為最大，隨后逐漸減小。高速切削加工適于淺的切深，切削深度不超過(guò)0.2mm，可避免刀具的位置偏差，確保加工零件的幾何精度。保證工件上的切削載荷恒定，以獲得好的加工質(zhì)量。高速切削采用單一路徑順銑切削模式，盡量不中斷切削過(guò)程和刀具路徑，減少刀具的切入切出次數(shù)，以獲得相對(duì)穩(wěn)定的切削過(guò)程。減少刀具的急速換向，在換向時(shí)NC機(jī)床必須立即停止或降速，再執(zhí)行下一步操作。由于機(jī)床的加速度限制，易造成時(shí)間浪費(fèi)，而且急?；蚣眲?dòng)會(huì)破壞表面精度。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件時(shí)，進(jìn)給方向的改變應(yīng)盡量采用圓弧或曲線轉(zhuǎn)接，避免采用直線轉(zhuǎn)接，以保持切削過(guò)程的平穩(wěn)性。

二、高速銑削在模具加工中的應(yīng)用

高速銑削作為高效切削加工的新方法，在模具制造中得到了廣泛應(yīng)用。在常規(guī)生產(chǎn)連桿鍛模時(shí)，用電火花加工型腔需12～15h，電極制作2h。改用高速銑削后，采用高速立銑刀對(duì)硬度HRC60的淬硬工具鋼進(jìn)行加工。整個(gè)鍛模加工只需3h20min，工效提高4～5 倍，加工表面粗糙度達(dá)Ra0.5～0.6m ，質(zhì)量完全符合要求。高速切削技術(shù)是切削加工技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，目前主要應(yīng)用于汽車工業(yè)和模具行業(yè)，尤其是在加工復(fù)雜曲面、工件本身或刀具剛性要求較高的加工領(lǐng)域等，是多種先進(jìn)加工技術(shù)的集成，其高效、高質(zhì)量為人們所推崇。它不僅涉及到高速加工工藝，而且還包括高速加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、高速切削刀具及CAD / CAM 技術(shù)等。模具高速加工技術(shù)目前已在發(fā)達(dá)國(guó)家的模具制造業(yè)中普遍應(yīng)用，而在我國(guó)的應(yīng)用范圍及應(yīng)用水平仍有待提高，由于其具有傳統(tǒng)加工無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，仍將是今后加工技術(shù)必然的發(fā)展方向。

三、結(jié)語(yǔ)

高速切削加工是一項(xiàng)先進(jìn)的、正在發(fā)展的綜合技術(shù)，必須將高性能的高速切削機(jī)床、與工件材料相適應(yīng)的刀具和對(duì)于具體加工對(duì)象最佳的加工工藝技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮高速切削技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。高速切削工具技術(shù)也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為了適應(yīng)和推動(dòng)我國(guó)高速切削技術(shù)的發(fā)展，我們應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到，工具制造是一個(gè)高技術(shù)含量的行業(yè)，應(yīng)加強(qiáng)該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、工程研究和應(yīng)用研究。

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