高速切削加工技术作业

高速切削加工技术

许磊

（合肥学院机械工程系13机制（1）班 1306011031）

摘要：高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，与传统加工技术相比是质的飞越，具有高生产效率、小切削力、高加工精度、低能耗等特点。可以解决在模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题，有着强大的生命力和广阔的应用前景。

关键词：高速加工工艺、高速加工应用、高速加工趋势。

引言：对于某种机械零件而言，高速加工就是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍：零件送进

→定位夹紧→刀具快进→刀具工进（在线检测）→刀具快退→工具松开、卸下→质量检测等7个基本生产环节。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动（或移动）速度超过普通切削5～10 倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统。对于整条自动生产线而言，高速加工的表征是以简捷工艺流程，以较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要求突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺（方式），尽可能地缩短整条生产线的工艺流程。对于某一产品而言，高速加工也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈相关信息。

一、高速切削工艺

加工工艺是成功进行高速切削加工的关键技术之一。选择不当，会使刀具磨损加剧，完全达不到高速加工的目的。高速切削工艺技术包括切削参数、切削路径、刀具材料及刀具几何参数的选择等。

1．切削参数的选择

在高速切削加工中，必须对切削参数进行选择，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（顺铣还是逆铣）等．

2．切削路径的选择

切削路径的选择与优化在高速切削加工中，除了刀具材料和刀具几何参数的选择外，还要采取不同的切削路径才能得到较好的切削效果。切削路径优化的目的是提高刀具耐用度，提高切削效率，获得最小的加工变形，提高机床走刀利用率，充分发挥高速加工的优势。主要包括:

1)走刀方向的优化在走刀方向的选择上，以曲面平坦性为评价准则，确定不同的走刀方向选取方案；对

于曲率变化大的曲面以最大曲率半径方向为最优进给方向，对曲率变化小的曲面，以单条刀轨平均长度最长为原则选择走刀方向。

2)刀位轨迹生成按照刀位路径尽可能简化，尽量走直线，路径尽量光滑的要求选择加工策略，选择合适

的插补方法，保证加工面残留高度的要求，采用过渡圆弧的方法处理加工干涉区，这样在加工时就不需要减速，提高加工效率。

3)柔性加减速和断刀的几率。选取合适的加减速方式，减少启动冲击，保持机床的精度，减少刀具颤振。

3．刀具材料的选择

刀具材料的合理选择遵循以下原则:

1)切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配，主要指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性能相

匹配，具有优良高温力学性能的刀具尤其适合高速切削加工。对于硬脆刀具（如硬质合金和陶瓷）的磨损起决定作用的主要因素是其力学性能。

2)切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配，主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、

热膨胀系数、抗热冲击能力等物理参数要相匹配。加工导热性差的工件时，应采用导热较好的刀具材料，以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。对于精密加工则要选用热膨胀系数小的刀具材料（金刚石等）。高速干切削、高速硬切削和高速加工黑色金属的最高切削速度主要受限于刀具材料的耐热

性，要求刀具材料熔点高、导热性能好、氧化温度高、耐热性好、抗热冲击性强。

3)切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具材料与工件材料化学亲和性、化学反应、扩散

和溶解等化学性能相匹配。

高速切削工艺研究是一项很有意义的工作。实践证明如果只有高速机床和刀具而没有良好的工艺作指导，昂贵的高速加工设备也不能充分发挥作用高速切削的工艺和传统的工艺方法有很大差别，至今还远不如传统工艺方法那样成熟和普及。这一点在高速机床使用中应特别加以注意.

二、高速加工应用

由于高速切削具备一系列显著优点，因而首先受到航空航天、模具、汽车等行业的青睐航空部门大型整体薄壁飞机结构件加工将普遍采用高速铣削工艺，减轻整机重量，提高飞机整机性能。模具制造业中普遍采用高速加工中心，形成高切削速度、高进给速度、小切深、小走刀步距、能连续长路程切削的模具加工新工艺，对淬硬钢的高速铣削成为缩短模具开发周期、降低制造成本的主要途径。汽车制造业将更加积极地采用高速切削加工中心，完成高效高精度生产。

飞机机体材料 60 % -70 ％为铝合金，而且绝大多数坯料的去除需要切削加工，零件通常采用“整体去除”法制造，即在整块毛坯上去除大量材料后形成高精密度的铝合金复杂构件，其切削时间占整个零件制造总工时的比例很大。对这样的大型、壁薄、加强肋复杂的铝合金零件进行高精度、高效率加工是切削加工技术中的一个难题。采用高速切削加工，可大幅度提高生产效率，切削效率是传统切削的 25 - 28 倍，并可节省经费，降低制造成本。 Marwm Produc tlon System ，公司生产的机床 Automa 可加工规格达 5 mx25m 的整体铝合金薄壁航空零件而专门加工飞机蒙皮的机床长度可达 87m ，能同时加工 6 件空中客车的机冀蒙皮板．目前在航空工业中，使用高速铣削铝合金已经比较普遍，收到了缩短制造周期、提高飞机性能的双重功效。

高速切削的研究让我们发现了它的很多优点，这些优点也被运用到很多行业中，航空航天、汽车以及模具等行业最先将其优点收入囊中。航空部门的一种飞机的机构部件就大部分采用高速切削加工技术，这样可以提高飞机整机性能。模具制造业主要应用的是高速切削加工技术的高速的优势，缩短了开模的周期，同时也降低了制造成本。汽车制造业也渐渐的引进高速切削加工技术，进行高效高精度的生产。目前高速切削加工技术应用还比较收到限制，但是随着不断的研究，它的应用会越来越广泛。

三、高速加工趋势

在二十一世纪全球化制造的市场环境下，高速加工技术必将在各类制造企业中得到广泛的应用。我国的高速加工技术水平也将呈现出跨越式发展的态势，现就其中一些重要技术的发展趋势简述如下：1．零件毛坯制造技术

新型快速成形技术的实用化以及精铸、精锻等毛坯制造技术水平的进一步提高，将使零件毛坯的几何尺寸精度能更好满足少无切屑加工的要求；零件材料的选择将逐步适应绿色制造技术要求，材料的可加工性能将进一步适应高速切削技术要求。

2．刀具技术

制造业将普遍应用高速(超高速)干式切削技术；超硬刀具材料的应用、各类复合(组合)式高速切削刀具(工具)的结构设计与制造技术将成为刀具(工具)品种发展的主导技术；采用无屑加工方式的搓、挤、滚压成形类刀具(工具)的应用会更加广泛；超硬材料在各类刀具涂层材料、SiN陶瓷、Ti基陶瓷等领域将有更快的发展和更广泛的应用。

3．机床技术

随着数控系统、关健功能部件、网络通讯技术的完善与发展，多轴联动、多面切削的高速加工中心、集铣、车功能为一体的复合加工中心等先进机床技术将进一步实用化；各类数控专用高效加工机床的应用将更为普遍；激光技术将更为广泛地应用于机械成形加工、切割加工领域；机床数控系统将具有网络化通讯与生产功能，从而可进一步提高数控机床的利用率。