超高速切削的应用

超高速切削的应用

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1100800216 刘镜闻

超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。超高速加工是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。

超高速加工技术是一项综合性很高的技术，对各个方面的技术都有较高的要求。主要的关键技术有以下几项：

(1)超高速切削机理

在超高速切削机理研究方面，特别需要进行的工作是：通过对各种材料的超高速切削加工机理、各种新型刀具的超高速加工性能以及超高速切削工艺参数优化的系统性研究，将实验研究与计算机仿真方法相结合，最终建立完善的基础理论体系和加工工艺参数数据库，还要利用虚拟现实技术，开发超高速切削的计算机动画、视觉及预测仿真软件，以揭示超高速切削的内在规律。

(2)超高速主轴单元制造技术

目前，超高速加工机床的主轴的变速范嗣完全由新型的变频调速交流主轴电机来实现，并电机和机床主轴合二为一，构成“电主轴”。在高速主轴部件上必须采用高速精密轴承。现在有2种适宜用于超高速运转的新型轴承一陶瓷滚动轴承和磁浮轴承。

(3)超高速加工进给单元制造技术

目前，高速加工中心和NC铣床工作台的进给速度和快速空行程速度都已很高，因而对进给部件的动态特性提出了非常高的要求。其主要措施是大幅度减轻移动部件重量以及采用新开发的多头螺纹行星滚珠丝杠，有的甚至采用了直线电机，省去了中间传动件。

(4)超高速加工用刀具

超高速切削刀具是实现超高速加工的关键技术之一。超高速加工用刀具单元技术所涉及的关键技术主要有：超高速加工用刀具材料及制备技术，超高速加工用刀具结构及刀具几何参数的研究等。超高速加工刀具必须与工件材料有较少的化学亲和性，具有优良的机械性能、热稳定性、抗冲击和热疲劳特性。对于超高速切削用刀具，其结构设计和刀具的装夹结构是非常重要的。为了使刀具具有足够的使用寿命和低的切削力，刀具的几何角度必须选择最佳数值。而且超高速切削加工用刀具必须要有可靠的刀体结构和刀片夹紧结构。

(5)超高速加工机床的支承及辅助单元制造技术

实践证明，超高速机床运转时，铸铁材料已不能作支承基础，而要改用人造花岗岩作机床基础支承件。

(6)超高速加工测试

超高速加工测试技术主要指在超高速加工过程中通过传感、分析、信号处理等，对超高速机床及系统的状态进行实时在线的监测和控制，其涉及的关键技术主要有：基于监控参数的在线检测技术，超高速加工的多传感信息融合检测技术，超高速加工机床中各单元系统功能部件的测试技术，超高速加工中工件状态的测试技术以及超高速加工中自适应控制技术及智能控制技术等。

超高速切削目前并未广泛的应用于生产中。但在某些领域中有着重要的应用，对提高加工生产效率、提高产品表面粗糙度起到关键作用。目前超高速切削主要应用于以下领域：

（1）航空航天工业

航空航天工业中许多零件采用薄壁、细筋结构，由于刚度差，不允许有较大的吃刀深度，因此，高速切削成为此类零件加工工艺的唯一选择。飞机上的一些零件为了提高可靠性和降低成本，将原来由多个铆接或焊接而成的部件，改用整体实心材料制造，此即“整体制造法”。有的整体构件的材料去除率高达9O％，采用高速切削可大大提高生产率和产品质量，降低制造成本，这也是高速切削技术在飞机制造业获得广泛应用的主要原因。例如，波音公司在生产波音F／15战斗机时，采用“整体制造法”，飞机零件数量减少了42％，用高速铣削代替组装方法得到大型薄壁构件，减少了装配等工艺过程。

航空和动力工业部门还大量采用镍基合金(如inconel 718)和钛合金(如TiAI6V4)制造飞机和发动机零件。这些材料强度大、硬度高、耐冲击，加工中容易硬化，切削温度高，刀具磨损严重，属于难加工材料，至今一般仍采用很低的切削速度进行加工。如采用超高速切削，刚其切削速度可提高到100～1 000 m／min，为常规切速的l0倍左右．不但可大幅度提高生产效率，而且可有效地减少刀具磨损，提高加工零件的表面质量。

（2）纤维增强塑料

纤维增强塑料是机械工业常用的新型复合材料，分碳素纤维和玻璃纤维两大类，切削这种材料时，对刀具有十分严重的刻划作用，刀具很容易磨损。当用金刚石刀具对这种材料进行超高速切削时(切速V=2 OOO～5 000 m／min，进给量S=l0～40 m／min)，上述问题都可避免，加工精度和效率将明显提高。

（3）模具制造业

模具型腔加工过去一直为电加工所垄断，但其加工效率低。而超高速加工切削力小，可淬硬HRC60的模具钢，加工表面粗糙度值又很

小，浅腔大曲率半径的模具完全可用高速铣削来代替电加工；对深腔小曲率的，可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工，电加工只作为精加工。这样可使生产效率大大提高，周期缩短。

（4）汽车制造业中的应用

以高速加工技术为基础的敏捷柔性自动生产线被越来越多的国内外汽车制造厂家使用。国内如一汽大众捷达轿车自动生产线，由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成，年产轿车能力15万辆，制造节拍1．50分／辆；上海大众桑塔纳轿车自动生产线等。国外如美国GM发动机总成工厂的高速柔性自动生产线、福特汽车公司和Ingersoll机床公司合作研制的以HVM800卧式加工中心为主的汽车生产线等。

超高速切削可大大的提高产品的生产效率与产品质量。但仍受制于主轴转速、刀具材料、机床本身等机械因素以及相关的切削理论和检测技术等辅助技术而为能广泛的应用。随着以上各项技术的不断发展成熟超高速切削会有着更加广泛的应用前景。