0801011133袁禹

高速切削工艺浅析
袁禹0801011133
（沈阳理工大学机械工程学院沈阳 110159）
摘要:本文简要介绍了高速切削工艺及其对机床、刀具的要求并分析了高速切削技术在电于机械工程领域的应用前景．
关键词：高速切削
A Brief Introduction to High Speed Machining Technology
YUAN Yu0801011133
(School of Mechanical Engineering,Shenyang Ligong university,Shenyang,110159) Abstract:The fundamental technologicaI aspects of high speed machining and its demands on machine and tool are briefly presented in this paper. Some potential appljcations of high speed machining in electronics machinery engineering are discussed.
Key Words:High speed machining
1前言
在机械制造领域，高速切削工艺已引起了人们极大的烂趣。

近年来国外对高速切削工艺进行了较琢人的研究，井开发出满足高速切削工艺要求的机床和刀具，有力地促进了高速切削工艺在机械制造业的应用，特别是轻金属材料的切削加工。

国外的飞机制造业、工模具制造业等已成功地应用了高速切削工艺，在缩短制造周期、降低制造成本、提高产品质量等方面取得了较好的效果．其他如汽轮机叶片、精密刀具的制造等方面也开始引人了高速切削工艺．本文就高速切削工艺及其对机床、刀具的要求作一简单介绍，并对高速切削工艺在电子机械工程领域的应用做一简要分析，以引起国内同行对高速切削工艺的重视。

2高速切削工艺
与常规切削相比，高速切削最根本的区别在于切屑的形成和分离的改变。

高速切削在切屑的形成和分离方面发生了哪些变化呢？性材料为例，对高速切削过程中的切屑形成和分离做简要分析。

在切削过程中，塑性材料在刀具的作用下因滑移面上位错的运动产生塑性变形，进而造成剪切而产生连续的切屑。

根据切削原理，刀具切削刃对切削区域产生三个作用：
2．1切削区塑性变形随后在剪切面上造成材料的剪切
材料本身具有抵御塑性变形的能力，其大小取决于材料本身、温度及变形速率。

材辩抵御塑性变形的能力随温度的升高而降低，随变形速率提高而提高。

高速切削由于切削速度的提高而增加了变形速率，提高了材料抵御塑性变形的能力，因而降低切削刃前沿第一变形区的厚度，使剪切角中增大。

2．2前刀面与切屑的相对运动而产生摩擦两个相对运动的物体之间的摩擦力Fr可用下式描述：
Fr=μ• F n
上式中假定p为常数。

对于高速切削，摩擦系数p不再是常数，切削速度提高，p降
低．在极端情况下，当前刀面与切屑间的摩擦热产生的温度超过被切削材料的溶点时，在切屑的底部将形成一层液态金属，从而大大降低前刀面上的摩擦力．前刀面上的摩擦力的降低减小了对切屑的压缩变形，使剪切角m增大，因而降低了变形功。

切削过程中丁件的受热主要来原于剪切过程和变形功。

尽管后刀面上的摩擦热随切削速度的提高而增加．但该摩擦热占工件受热的不到5％。

在高速切削中由于切屑易于排除，所以工件的受热比常规切削小。

2．3后刀面与已切削表面的相对运动而产生摩擦
后刀面的磨损也是高速切削中刀具磨损的主要原因．它主要受切削速度和进给运动的影响。

在高速切削中．切削速度对刀具磨损的影响与常规切削相同．提高切削速度会降低刀具的寿命。

高速切削的切削速度很高，但不能把高速切削简单理解为提高了切削速度的常规切削。

因切削速度提高到一定的程度后，切削过程才能发生变化，产生常规切削所没有的特殊效果。

但高速切削速度与
常规切削速度之间并不存在一个清晰的界面，如图1表明了几种材料的切削速度之间的区别。

由图1可见．不管哪种材料，在常规切削速度与高速切削速度之间存在一过渡区域。

在该过渡区域内，尽管切削速度较高．但切屑的形成和分离并没发生变化，不能产生高速切削的特殊效果，且增加了刀具的磨损，达不到经济切削的目的。

图1各种材料高速切削的切削速度由上述可见，切屑形成和分离的改变降低了高速切削时的切削力，由此又会提高尺寸精度、改善表面质量，实现薄壁零件的切削加工，此外还降低了刀具上的机械负荷。

另外，因切削过程中产生的热主要由切屑带走，高速切削因切屑易排除、工件受热小，有助于改善工件的尺寸精度。

切削速度及进给速度的提高可显著提高切削效率，缩短零件的切削加工时间。

高速铣削时因主轴转速的提高降低了刀具的振动，利于加工质量的改善。

当然，由于高速切削时切削区温度的升高．刀具受到较高的热负荷，使刀具磨损增加，所以高速切削的刀具必须满足高耐热性的要求。

图2概括了高速切削对切削过程的主要影响。

3高速切削工艺对工艺设施的要求
前述表明，高速切削与常规切削有较大的区别。

为了安全、有效地实现高速切削，工艺设施(机床、刀具等)必须满足高速切削工艺的特殊要求。

现以高速铣削为例，对机床和刀具作简要分析。

3．1高速铣削机床
要实现高速铣削，铣床不仅应具有很高的主轴转速．转速在一定的范围内连续可调，而且在该调速范围内还应有足够的扭矩，以满足不同材料高速切削的需要。

因主轴转速高．铣床应配置适当的高速轴承，如陶瓷轴承、电磁轴承等。

另外，主轴上应配置精密的刀具夹头，以便在高速下可靠地夹持刀具．减少刀具跳动。

主轴的驱动装置应能产生很高的正、负加速度，同时不能影响走刀精度，即驱动装置的质量应尽可能小(结构轻巧)，但应有极高的刚性。

另外，铣床应具有优良的减振能力。

高速铣床在结构上应具有可靠的安全措施，以吸收切屑、高速转动的刀具损坏等所产生的具有很高动量的颗粒，保障设备、人员的安全。

3．2高速铣削刀具
高速铣削的刀具与常规铣削刀具有较大的区别，有其特殊的要求，必须专门设计。

高速铣削刀具必须高度旋转对称，具有高度的动平衡性，以免在铣削过程中产生跳动，使切削刃上负荷平衡，减少切削力的渡动。

为了切削过程的平稳，还应采用多切削刃
或大螺旋角的刀具。

切削刃的几何形状应充分考虑高速铣削切屑形成的不同特点。

刀具应有较大的排屑槽以利排屑，特别是切削轻金属如铝合金的刀具，排屑槽磨制时应避免应力集中的产生。

因切削速度高、刀具所受热负荷大、易磨损，刀具尤其是切削钢材的刀具应选用高耐磨、高耐热、高硬度、韧性好的材料，还可在刀具表面采取适当的涂层来提高刀具的性能。

对于组合刀具，结构设计应充分考虑切
图2 高速切削对切削过程的影响
削时的高转速，压板、螺钉、销等必须可靠地紧固，以防在高离心力的作用下产生松动。

高速铣削时应根据被加工的材料的性质、进给、刀具材料等合理地选择切削刃的几何形状，以获得。

稳定的切削刃口。

因高速切削时，刀具上的温度高，且常常须加工淬火钢等硬质材料．因此常采用硬度高、耐热性好但较脆的刀具材料，所以刀具的锲口必须厚实，有时甚至采用负前角以提高切削刃口的稳定性。

因切削速度高，刀具与工件
的摩擦热大，刀具的后角不能太小，以免进一步增加摩擦热。

此外，高速铣削对机床的控制亦有特殊的要
求，装夹、走刀路线的选择和优化、进给量等都应根据具体的加工对象进行分析、选择，以提高高速切削的经济性。

4高速切削工艺在电子机械工程领域的应用前景
电子机械行业大量采用铝合金零件，因此铝
合金的切削加工是电子机械制造过程中的一个主要方面。

铝合金属易切削材料。

根据高速切削的特点，在铝合金的加工方面，高速切削可显著提高切削效率，缩短切削工时，有利于产品生产周期的缩短。

高速切削工艺还可用于难加工工件的切削加工，如薄壁精密零件、易加工变形零件等。

电子机械中常常需要薄壁零件，如微波元件、相控阵雷达中的收发组件壳体(其形状复杂、壁薄、尺寸精度要求高)等，常规的切削加工方法因切削过程中难以控制薄壁的变形而难以保证零件的精度。

因高速切削工艺降低了切削力，有利于减小被加工零件的变形、改善表面质量，可实现薄壁零件的切削加工。

另外，高速切削因切屑易排除、工件受热小，有助于改善工件的尺寸精度。

所以高速切削在精密、薄壁壳体类零件的加工方面有极好的应用前景。

在难加工材料的切削方面，如高合金钢、淬火钢、钛合金、镍基合金等，高速切削可提高切削加工的经济性。

在工、模具制造方面，在相同的加工工时内，高速切削可显著改善尺寸精度和表面质量。

另外，工、模具的加工过程中常先进行粗加工，淬火后再进行磨削加工，如采用高速切削，可直接对淬火后的毛坯进行切削加工，简化工艺过程，缩短工、模具的制造周期。

综上所述，高速切削工艺在电子机械工程领域具有较好的应用前景。

参考文献
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作者简介：袁禹，男，1990年出生，本科，主要研究方向为机械设计制造。

E-mail：yuanyu1111@。