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高速切削的加工技术和高速机床

来源：信息中心　时间：2009-2-1 11:02:18

在现代机械切削加工技术中，高速切削正在越来越多地被人提及，其技术已开始被使用，随之而来的，首先是高速机床，那么，高速切削与传统切削技术究竟有什么不同? 其实现的条件是什么? 实现它有哪些益处? 其适用性怎么样呢? 本文将试

(1)由于采用小的切削深度和厚度，刀具每刃的切削量极小，因而机床主轴、导轨的受力就小，机床的精度寿命长，同时刀具寿命也延长了。

(2)虽然切削深度和厚度小，但由于主轴转速高，进给速度快，因此使单位时间内的金属切除量反而增加了，由此加工效率也提高了。

(3)加工时可将粗加工、半精加工、精加工合为一体，全部在一台机床上完成，减少了机床台数，避免由于多次装夹使精度产生误差。

(4)可以加工高硬度、难加工材料(可达62HRC左右)，可以钻ø1mm以下的小孔。

(5)最重要的是，加工时间短，经济性能好。

高速切削的应用

目前，高速切削已经不是实验室里的技术了，它更多的是应用于以下几个方面。(1)有色金属，如铝、铝合金，特别是铝的薄壁加工。目前已经可以切出厚度为0.1mm、高为几十毫米的成形曲面。

(2)石墨加工。在模具的型腔制造中，由于采用电火花腐蚀加工，因而石墨电极被广泛使用。但石墨很脆，所以，必须采用高速切削才能较好地进行成形加工。

(3)模具，特别是淬硬模具的加工。由于淬硬的材料可以直接从供应商处购买，因此采用高速切削可以直接将模具切出，这不单单是省去了过去机加工→电加工的几道工序；节约工时，还由于目前高速切削已经可以达到很高的表面质量(Ra≤0.4um)，因此省去了电加工后面的磨削和抛光的工序；相反，切削中形成的已加工表面的压应力状态，还会提高模具工件表面的耐磨程度有统计说模具寿命因此能提高3～5倍，这样，锻模和铸模仅经铣削就能完成加工已成为可能。

(4)硬的、难切削的材料，如耐热不锈钢等。

高速切削的适用性

高速加工作为一种新的技术，其优点是显而易见的，它给传统的金属切削理论带来了一种革命性的变化。那么，它是不是放之四海而皆准呢?显然不行。目前，即便是在金属切削机床水平先进的瑞士、德国、日本、美国，对于这一崭新技术的研究也还处在不断的摸索研究当中。实际上，人们对高速切削的经验还很少，还有许多问题有待于解决：比如高速机床的动态、热态特性；刀具材料、几何角度和耐用度问题，机床与刀具间的接口技术刀具的动平衡、扭矩传输、冷却润滑液的选择、CAD/CAM 的程序后置处理问题、高速加工时刀具轨迹的优化问题等等。迄今为止，国内目前真正在实际加工中使用的是瑞士MIKRON公司的主轴转速为42000r/min的机床，南京航空航天大学购买了MIKRON的主轴为18000r/min机床，上海交大、大连理工大学等也买了主轴转速为18000r/min的机床，山东工大、西安交大、北京理工大学都将购买高速机床做相应的研究。应该说，高速切削在我国，尚未正式进入大学课堂，如果一些教授、导师们的头脑中还是空白，那怎么去教学生、去发展相应的技术？更不要说国内的机床厂家的情况了。应该实事求是地讲，由于多年来国有企业科研投入少，现有的机制不能充分鼓励创新，基础研究和元器件水平薄弱，新产品开发滞后等诸多问题的影响，我国的机床行业与国外同行业一流水平的差距已经拉大，这一差距总的来说恐怕在十年以上。

现在看来，主轴转速为10～42000r/min这样的高速切削在实际应用时仍受到一些限制：

(1)主轴转速10～42000r/min时，刀具必须采用 HSK 的刀柄，外加动平衡，刀具的长度不能超过120mm，直径不能超过16mm，且必须采用进口刀具。这样，在进行深的型腔加工时便受到限制。

(2)机床装备转速为10～42000r/min的电主轴时，其扭矩极小，通常只有十几个N·m，最高转速时只有5～6N·m。这样的高速切削，一般可用来进行石墨、铝合金、淬火材料的精加工等。

(3)MIKRON公司针对这些情况开发了一些主轴最高转速为12000r/min、15000r/min、18000r/min和24000r/min的机床，尽力提高进给量(40000～60000mm/min)，以保证机床既能进行粗加工，又能进行精加工，既省时效率又高。

(4)针对传统的加工方式和不同的被切削材料，应选择合适的刀具材料来实现高速加工，而不能一味地追求高速，为高速而高速。如在美国的航天工业中，已经可以实现7500m/min的线速度来切削铝合金；但是切削钢和铸铁时，目前世界上实际进行的高速加工所能实现的最高速度，也只能达到加工铝合金的 1/3～1/5，约为1000～1200m/min，其原因是切削热会使刀尖产生热破损。由此可见，刀具材料的耐热性是加工黑色金属的关键。对超级合金，包括镍基、钴基、铁基和钛基合金而言，其共同特点是在高温下能保持高强度和高的耐腐蚀性，但它们又都是难加工材料。目前加工这种材料时的最高进给速度为500m/min，主要受制于刀具材料及其几何形状。

所以说，高速加工的刀具材料必须根据工件材料和加工性质来选择。一般而言，陶瓷(AlO，SiN)、金属陶瓷及PCBN刀具等适用于对钢、铁等黑色金属的高速加工；PCD 和CVD等刀具则适用于对铝、镁、铜等有色金属的高速加工。

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