高速切削加工技术论文

高速切削加工技术

齐齐哈尔工程学院机械本113 唐钊伟

摘要：介绍高速切削加工的定义，高速切削加工中机床的选择，高速切削加工刀具材料的介绍及高速切削加工工艺的有关知识。

关键词：高速切削加工；高速切削刀具；高速切削工艺；

一、高速切削加工的定义。

高速切削加工是一种比常规切削速度高得多的先进制造工艺。它的巨大吸引力在于不但可以大幅度提高零件的加工效率、降低加工成本。而且可以使零件的表面加工质量和加工精度达到更高的水平。高速加工已在航空、航天、汽车以及超精密微细加工等领域获得了广泛的应用。资料表明，一般模具和工具。有6O％的机加工量可用高速切削加工工艺来完成的。高速切削概念起源于德国切削物理学家Carl Salmon的著名切削试验及其物理引伸。他认为一定的工件材料对应有一个临界切削速度，其切削温度最高。在常规切削范围内。切削温度随着切削速度的增大而提高，但当切削速度提高到一定的程度时。切削温度不但不升高反而会降低。对每一种工件材料都存在一个速度范围。在该速度范围内。由于切削温度过高，刀具材料无法承受。即切削加工不可能进行，称该区为“死谷”。因此。只有越过“死谷”才可用现有的刀具进行高速切削。所以高速切削是一个相对概念。通常把采用比常规切削速度高得多(一般为5一l0倍)的切削加工称为高速切削。如当切削速度对钢材达到380m／min以上、铸铁700 m／rain以上、铜材1000m／min 以上、铝材1100m／min以上时称为高速切削加工。

二、高速切削加工技术优势。

高速切削加工技术是21世纪的一种先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景。通过高速切削加工技术,可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题。近几年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗于一身，已成为国际模具制造工艺中的主流。通过国内外汽车模具制造行业的高速切削加工技术实践应用，高速切削加工技术具有如下优势：（一）、高速切削加工提高了加工速度

（二）、高速切削加工生产效率高

（三）、高速切削加工可获得高质量的加工表面

（四）、简化加工工序

（五）、高速切削加工使汽车模具修复过程变得更加方便

（六）、高速切削加工可加工形状复杂的硬质汽车模具

三、高速切削加工机床的选用。

机床的基本结构有床身、底座和立柱等，高速切削会产生很大的附加惯性力，因而机床床身、立柱等必须具有足够的强度、和刚度和高水平的阻尼特性。很多高速机床和立柱材料用聚合物混凝土你，这种材料阻尼特性为铸铁的7~10倍，比重只有铸铁的1/3.提高机床刚性的另一个措施是改革床体结构，如将立柱和底座合为一个整体，使得机床可以依靠自身的刚性来保持机床精度。高速主轴是实现高速切削加工关键的技术之一。高速主轴由于转速极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩擦和大功率内装电机产生的热会引起高温和变形，所以必须严格控制。为此对主轴提出如下性能要求：

1.高转速和高转速范围；

2.足够的刚性和较高的回转精度；

3.良好的热稳定性；

4.大功率；

5.可靠的工具装卡性能；

6.先进的润滑和冷却系统；

7.可靠的主轴监测系统。除此之外机床还应具有高速进给结构；高速切削时，为了保持刀具每齿进给基本不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅度地提高。要实现并准确控制这样的进给速度，对机床导轨。滚珠丝杠、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。当然高速CNC控制系统也是高速切削加工所必须的；CNC控制系统具有快速数据处理能力和高的功能化特性，以保持在高速切削时仍具有良好的加工性能。在高速切削加工时安全的问题也是至关重要的。高速切削的速度相当的高，当主轴转速达40000r/min时，若有刀片崩裂，掉下来的刀具碎片就像出膛的子弹。因此，对高速切削引起的安全问题必须注意。

四、高速切削刀具材料的选用。

高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲合力要小，并具有优异的力学性能、热稳定性、抗冲击和耐磨损。目前国内外适用于高速切削的刀具材料主要有：陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和涂层刀具等。1.陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，它的硬度高、耐磨性好，刀具寿命可比硬质合金高几倍以至十几倍。陶瓷刀具在1200％以上的高温下仍能进行切削，这时陶瓷的硬度与200～600％时硬质合金的硬度相当。陶瓷刀具优良的高温性能使其能够以比硬质合金刀具高3—10倍的切削速度进行加工。它与钢铁金属的亲和力小，摩擦系数低，抗粘结和抗扩散能力强，加工表面质量好。另外，它的化学稳定性好，陶瓷刀具的切削刃即使处于赤热状态也能长时问连续使用。2.金刚石是碳的同素异构体，它是自然界

已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，诸如轿车发动机缸体、缸盖、变速箱和各种活塞等的加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具。近年来，随着数控机床的普遍应用和数控加工技术的迅速发展，可实现高效率高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具的应用日渐普及，金刚石刀具已成为现代数控加工中不可缺少的重要工具。3. CBN在硬度和热导率方面仅次于金刚石，热稳定性极好，在大气中加热至1000℃也不发生氧化。CBN对于黑色金属具有极为稳定的化学性能，可以广泛用于钢铁制品的加工。由于CBN具有超硬特性、高热稳定性、高化学稳定性而引起广泛关注。立方氮化硼刀具既能胜任淬硬钢(45～65HRC)、轴承钢(60—62HRC)、高速钢(>62HRC)、工具钢(57—60HRC)和冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的切削加工，大幅度提高加工效率。被加工材料的硬度越高越能体现立方氮化硼刀具的优越性。4.涂层刀具是在韧性较好刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，它将刀具基体与硬质涂层相结合，从而使刀具性能大大提高。涂层刀具是在具有高强度和韧性的基体材料上涂上一层耐高温、耐磨损的材料。涂层材料及基体材料之间要求粘结牢固，不易脱落。涂层刀具可以提高加工效率，提高加工精度，延长刀具使用寿命，降低加工成本。

五、高速切削加工工艺。

高速切削加工工艺和常规切削加工工艺有很大的不同。常规切削认为高效率应由低转速、大切深、缓进给、单行程等要素决定。而高速切削则追求高转速、中切深、快进给、多行程等要素实现高效率。在高速切削加工中，必须对切削用量参数进行合理的选择，其中包括刀具接近工件的方向、接近角度、移动的方向和切削过程等。工艺路径的拟定是制定加工工艺的总体布局，目前主要考虑是如何选择各个表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序等。拟定工艺路径时，先确定各个表面的加工方法，根据零件的实际情况保证加工精度与表面质量，再根据最优化原则，确定最短的走刀路线和最少的换刀次数，以减少加工辅助时间。当然切削刀具的选择也是加工工艺必须的程序。切削刀具现状已由传统的切削工具时代过渡到了高效率、高精度、高可靠性和专用化的数控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃。而选用合理的切削刀具，即在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具的耐用度，从而达到提高切削效率，节约时间，提高加工效率的目的，以满足高速切削加工的需求。在高速切削加工中会产生大量的高温热，切削必须及时的将它从工作台上清楚掉，避免使机床、刀具和工件产生热变型。合理的选择冷却润滑方式是保证加工质量的先决定条件。由于在高速切削加工时常规的冷却液很难进入加工区域，所以，目前干切削和微量油雾冷却是在高