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高速切削工艺技术

来源：信息中心　时间：2009-2-1 11:00:07

我国在20世纪90年代开始重视高速切削技术的研究，一批高等院校在难加工材料高速切削、先进陶瓷刀具、高速切削机床、直线电机、高速车铣等技术领域开展了大量研究。到90年代后期，许多企业开始引进国外高速切削机床，在生产中进行了高速切削技术的实际应用。

1．高速切削关键技术与应用

(1) 高速切削的关键技术根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。因此，根据加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削的切削速度范围也不同。高速切削包括高速铣削，高速车削，高速钻孔，高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削。目前，加工铝合金已达到 2,000-7,500m/min；铸铁为900-5,000m/min；钢为 600-3,000m/min；耐热镍基合金达500m/min；钛合金达150-1,000m/min；纤维增强塑料为 2,000－9,000m/min。

实现高速切削，必须考虑下列关键技术：

高速切削机床具有高主轴转速、高动态的进给驱动，大的功率，主轴和床身良好的刚性，优良的吸振特性和隔热性能，快速的CNC控制性能，可靠的安全防护等等。
高速切削刀具具有良好的耐磨性和高的强度韧性的先进刀具材料，优良的刀具涂层技术，合理的几何结构参数，高度动平衡的刀具系统，安全可靠的夹紧方式，高同心度的刀刃精度质量等等。
高速切削工艺优化的高速加工参数，合适高速切削的加工走刀方式，专门的CAD/CAM编程策略，充分冷却润滑并具有环保特性的冷却方式等等。

由此可见，高速切削是一项综合技术，企业在购置合适的高速切削机床后，必须根据产品的材料和结构特点，选择合适的切削刀具，采用最佳的切削工艺，以达到理想的高速加工效果。

2高速切削技术的应用领域高速切削的先进性表现在其适用领域内，可以应对激烈的市场竞争对效率和成本越来越高的要求；可以满足越来越高的加工质量要求和越来越复杂的三维曲面形状精密加工要求；提供了解决硬材料、薄壁件加工问题的新方案。

高速切削的应用越来越广泛，如：飞机的蜂窝结构件必须采用高速铣削技术才能保证加工质量，梁、框、壁板等零件加工余量特别大，高速铣削可提高生产率，发动机的叶片采用高速铣削可解决材料难加工问题，等等；绝大部分模具均适用高速铣削技术，如锻模、压铸模、注塑与吹塑模等，锻模腔体较浅，刀具寿命较长；压铸模尺寸适中，生产率较高，注塑与吹塑模一般尺寸较小，比较经济。加工模具的石墨电极和铜电极也非常适用高速铣削；高速铣削也适用于模具的快速原型制造；电子产品中的薄壁结构加工尤其需要高速加工。汽车发动机零件也是高速铣削的应用领域。此外，高速铣削也可用于原型制造。表1按其技术优点列出了高速铣削的一些应用范围。

2．高速切削刀具

1高速切削刀具材料高速切削刀具材料主要有硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼CBN和金刚石刀具。高速铣削中最常用的刀具材料是硬质合金、涂层刀具和金属陶瓷。硬质合金高速铣刀通常采用细晶粒或超细晶粒硬质合金晶粒尺寸0.2-1µm。涂层刀具在高速铣削中占很大比例，基体以硬质合金为主，通常采用多层复合涂层，如：TiCN+Al₂O₃+TiN，TiCN+Al₂O₃，TiCN+Al₂O₃+HfN，TiN+Al₂O₃，TiCN，TiB₂，TiAlN/TiN和TiAlN等。金属陶瓷主要有高耐磨性的TiC基金属陶瓷TiC+Ni/Mo，高韧性 TiC基金属陶瓷TiC+TaC+WC+Co，增强型 TiCN基金属陶瓷TiCN+bC，相比硬质合金改善了刀具的高温性能，适合高速加工合金钢和铸铁。高速车削中陶瓷刀具也是良好的刀具材料，Al₂O₃基陶瓷刀具硬度较高，适合高速车削钢件；Si₃N₄基陶瓷刀具强度和韧性较高，适合高速车削铸铁；Al₂O₃＋Si₃N₄Sialon复合陶瓷刀具有高的强度和韧性，以及抗热冲击的能力，适合高速切削铸铁和镍基高温合金。必须注意的是刀具材料与工件材料副之间有一个适配性问题，即一种刀具材料加工某种工件材料时性能良好，但加工另一种工件材料时却不理想，换句话说，不存在一种万能刀具材料可适于所有工件材料的高速加工。这也是高速切削技术复杂性的一个方面。

2高速铣削刀具结构高速铣削刀具分为整体式和机夹式两类。小直径铣刀一般采用整体式，大直径铣刀采用机夹式。高转速机床对刀具直径有一定限制，整体式高速铣刀在出厂时经过动平衡检验，比较常用，而机夹式需要在每次装夹刀片后进行动平衡。机床在转速比较低、能提供较大扭矩时可采用机夹式铣刀。

铣刀节距定义为相邻两个刀齿间的周向距离。短节距意味着较多的刀齿和中等的容屑空间，允许高的金属去除率。一般用于铸铁铣削和中等负荷铣削钢件，通常作为高速铣刀首选。大节距铣刀齿数较少，容屑空间大，常用于钢的粗加工和精加工，以及容易发生振动的场合。超密节距的容屑空间小，可承受非常高的进给速度，适合铸铁断续表面加工，铸铁的粗加工和钢件的小切深加工。

表1 高速铣削应用范围
技术优点	应用领域	事例
高去除率	轻合金、钢和铸铁	航空航天产品、工具、模具制造
高表面质量	精密加工、特殊工件	光学零件、精细零件、旋转压缩机
小切削力	薄壁件	航空航天工业、汽车工业、家用设备
高激振频率	避共振频率加工	精密机械和光学工业
切屑散热	热敏感工件	精密机械、镁合金加工
尽可能减少程序块，提高程序处理速度。尽可能减少速度的急剧变化，可在程序段中可加入一些圆弧过渡段。尽可能减少铣削负荷的变化，使加工余量尽量控制均匀。多采用分层铣削。原则上均采用顺铣方式。切入和切出尽量采用切向进刀。刀具进入材料尽可能采用连续的螺旋和圆弧轨迹进行铣削，以保证恒定的切削条件。粗加工不是简单的去除材料，要注意保证本工序和后续工序加工余量均匀。充分利用数控系统提供的仿真验证的功能。零件在加工前必须经过仿真，验证刀位数据的正确性。刀具各部位是否与零件发生干涉。刀具与夹具附件是否发生碰撞，确保产品质量和操作安全。 6．结论高速切削是一项先进的、正在发展的综合技术，在航空航天业、模具制造业、汽车制造业等多个领域取得了巨大的社会经济效益。要充分发挥高速切削技术的优势，除必须具备高速加工机床外，还必须综合应用高速切削刀具技术、高速切削工艺技术，高速切削CAD/CAM技术以及冷却润滑技术。

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高速切削工艺技术

1．高速切削关键技术与应用

2．高速切削刀具

6．结论