高速铣削加工技术概述

２００８年１１月

第１１期（总第１２０期）

广西轻工业

ＧｕＡＮＧⅪＪｏＵＲＮＡＬｏＦＬＩＧＨＴＩＮＤｕｓＴＲＹ

机械与电气高速铣削加工技术概述

高发伟

（广东东阳光铝业股份有限公司，广东韶关５１２７２１）

【摘要】主要介绍高速铣削加工的优势、高速铣削加工在螺纹加工中的应用，并对关键部件电主轴开展了工作。【关键词】高速铣削加工；螺纹加工；高速电主轴

【中图分类号】ＴＧ５０６．１【文献标识码】Ａ【文章编号】１００３—２６７３（２００８）１１—３０—０２

１引言

高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量，而且与传统的切削加工相比具有温升低（加工工件只升高３℃），热变形小，因而适合于温度和热变形敏感材料（女Ⅱ镁合金等）加工；还由于切削力小，可适用于薄壁及刚性差的零件加工；合理选用刀具和切削用量．可实现硬材料（ＨＲＣ６０）加工等一系列优点。因此，高速铣削加工技术是当前的热门话题，它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展，成为第三代制模技术。目前，高速铣削加工技术的研究已成为国内外先进制造技术领域重要的研究方向之—』Ｊ一。

长期以来。人们对模具的加工一直采用铣削——磨削或者电火花（ＥＤＭ）加工、打磨、抛光的方法。虽然电火花可加工硬度很高的工件，但较低的生产率使它的应用受到限制。随着高速加工技术的发展，采用高速切削取代磨削抛光和电加工进行模具加工已成为可能。使加工周期大为缩短，加工质量得到可靠保证，加工成本降低。

２高速切削加工的优势

高速切削加工作为模具制造中集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决旧。

２．１可部分替代某些工艺

如电火花加工、磨削加工等高强度和高硬度加工也是高速切削的一大特点。高速切削已可加工硬度达ＨＲＣ６０的零件。采用带涂层的硬质合金刀具加工模具，直接将淬硬工具钢一次安装加工成形，有效地避免了零件多次安装造成的装夹误差，提高了零件的几何位置精度。在传统加工模具的工艺中，对热处理硬化后的工件需进行电火花加工，用高速切削加工替代传统切削的加工方法，可以省去模具制造工艺中的电火花加工，简化了加工工艺和投资成本。高速铣削加工可在专用的ＣＮＣ机床或加工中心上进行．也可在加装高速主轴的普通机床上进行。后者不仅具有普通机床的加工能力，而且还可进行高速铣削，减少了设备投资，增加了机床柔性。高速切削可以使加工效率提高、质量提高、工序简化，机床投资和刀具投资及维护费用上升，但综合比较，可以显著提高经济效益。

２．２提高生产率

高速切削的主轴转速、进给速度与传统切削加工相比，发生了本质性的飞跃，其金属切除率提高了３０％一４０％，切削力降低了３０％，刀具的切削寿命提高了７０％。还可加工淬硬零件，许多零件一次装夹可完成粗、半精和精加工等全部工序，对复杂型面也能达到零件表面质量要求，进而提高了加工生产率和产品的市场竞争力。

２．３减少切削产生的热量

因为铣床主轴高速旋转，切削加工是浅切削，同时进给速度很快，刀刃和工件的接触长度和接触时间非常短，减少了刀刃和工件的热传导。高速切削采用干铣或油一气（油雾）润滑系统，避免了传统加工时在刀具和工件接触处产生大量热的缺点，保证刀具在温度不高的条件下工作，延长了刀具的使用寿命。

２．４改善加工精度和表面质量

高速机床普遍具备高刚性和高精度等特点，加工时切削深度小，而进给速度较快，切削力低，工件热变形减少，而加工精度很高，表面粗糙度很小。高速铣削可获得无铣痕的加工表面，使零件表面质量大大提高。加工铝合金时可达Ｒａ０．４—０．６ｕｍ，加工钢件时可达Ｒａ０．２～０．４ｕｍ。

２．５有利于加工薄壁零件

高速切削时的切削力小，有较高的稳定性，可加工高质量的薄壁零件。采用分层铣削的方法，可切削出壁厚０．２ｒａｍ，壁高２０ｒａｍ的薄壁零件。刀刃和工件的接触时间非常短，避免了侧壁的变形。

３高速铣削加工在螺纹加工中的应用

用高速铣削刀盘加工螺纹的方法又称旋风铣削法，其加工表面是刀齿旋转形成的回转表面在不同连续位置的包络面，它一次走刀可完成全部深度加工。加工是包括五个自由度（三个轴向、二个旋转）的复杂复合运动过程，加工过程包括工件的旋转运动，工件的螺旋轴向进给运动（也可刀具进给），铣刀盘螺旋升角偏转调整及高度与偏心量调整。它是一种带冲击性的断续切削，切削力引起工艺系统较大的振动。加工螺纹时，刀刃旋转轴线偏离工件旋转轴线—个偏心量，旋风铣头应斜置—个相当于螺旋升角的角度。刀具在切削过程中将切去理想轨迹的一部分，产生称为过切（凹切）的螺纹形状误差，这一原理误差不可避免。还可能形成局部干涉，加之细长杆件易于变形，大量切削热又使螺距产生较大累积误差，故其加工精度在普通设备与一定转速范围内不高，只能用于粗加工和半精加工。

旋风铣削按其工件与刀具相对位置分为内旋风铣和外旋风铣两种。内旋风铣削加工螺纹的加工运动有：刀盘的高速旋

转运动Ｒ；工件的进给旋转运动Ｃ；刀盘相对工件的轴向进给运动Ｗ；刀盘相对工件的径向切深运动ｘ。调整参数有刀盘轴线同工件轴线的夹角Ｂ、偏心量Ｈ。在旋风铣削过程中，每齿的切削厚度都是由小变大，再由大变小。切出时切削厚度由大变小，切削最终表面时切削厚度很小，所以加工表面质量比普通铣削质量高。切人时切削厚度由小变大，因此这种铣削可重力切削。

４高速电主轴

４．１电主轴的机械结构

电主轴的研究工作在国外开展较早，现在已进入实际应用阶断。我国自上世纪７０年代初期自行研制内磨砂轮电主轴开始，发展至今，高速电主轴的各项性能指标与国外尚有一定的差距，总体上仍处于起步阶断，目前尚未形成批量生产规模，核心技术、关键零部件及附属设备主要还以引进为主。

电主轴的机械结构并不算复杂，但由于其应用于高速精密加工，故对其高速工况的运转精度有很高的要求，相应地对制造工艺要求也比较严格，另外，设计中还必须考虑内置电动机散热、高速主轴的动平衡、主轴支承方式、轴承预紧方式及轴承润滑等技术难题。

４．２电主轴的结构设计与分析

高速主轴单元是实现高速加工的核心功能部件，现代高速机床主轴多数采用内装式主轴电机一体化的结构形式，即电机定子装配在主轴套筒内，电机转子和主轴做成一体，此即所谓电主轴。

将电机转子内置与主轴做成一体。会带来许多技术问题需要解决，但在高速加工时，这几乎是唯一的选择，也是最佳的选择，这是因为：

（１）如果仍采用电动机通过带轮或齿轮等方式传动，则在高速运转条件下，由此产生的振动和噪声等问题很难解决，势必影响高速加工的精度、加工表面粗糙度，并导致环境质量的恶化四。

（２）高速加工的最终目的是为了提高生产率。相应地要求在最短时间内实现高转速的速度变化，也即要求主轴回转时具

有极大的角加、减速度。达到这个苛刻要求的最经济的办法是将主轴传动系统的转动惯量尽可能地减至最小。而只有将电动机内置，省掉齿轮、带轮、联轴器等一系列中间环节，才有可能达到这一目的。

（３）电动机内置于主轴两支承轴承之间，与用带轮、齿轮等作末端传动的结构相比，可较大地提高主轴系统的刚度，也

就提高了系统的ＩＮ有频率从而提高了其临界转速值。这样，

电主轴即使在最高转速运转时，仍可确保低于其临界转速，保证高速回转时的安全。

（４）由于没有中间传动环节的外力作用，主轴高速运行没有中间传动冲击更为平稳，使得主轴轴承寿命相应得到延长。

５结论

综上所述，应用高速铣削技术可以得获得精度高、表面质量好的加工产品，更重要的是可以大幅度缩短产品的开发周期。在目前激烈的机械制造市场竞争中，客户对产品的开发周期要求越来越短，在订购产品时不仅考虑质量和价格，而且也把产品的交货期作为一项重要内容。传统的加工方法及许多原来被认为优秀的加工方法在某中程度上已经不适应时代的要求，应用高速铣削技术将有效地解决这一问题。诚然，合理的设计是决定产品品质、环境相容性、经济性和满足需求的基础，而没有高效加工技术，将制约优秀产品的开发。因此，随着机械制造业大规模技术升级的到来，我们应以积极的态度主动迎接制造新技术革命的挑战。

参考文献

【１】谭立新．谭加才．周向红．旋风铣削的内切与外切加工法比较Ｕ】．吉首

大学学报，２００３，（３）：６８－６９．

【２】张伯震．高速切¨技术及应用ｆＭ】．北京：机械工业出版社．２００２．【３】刘战强．高速切削刀具的发展现状Ⅱ】．工具技术．２００１．

【４１：科ｋ杨．高速铣削加工及应用．Ⅱ】．科技资讯，２００７．

【５】徐延忠．高速磨削电主轴关键技术的研究．东南大学硕士学位论文。２００３，（５）．

（上接第２６页）３解决方案

歧管，在下进气歧管同发动机机体相连的下端，进气歧管的前

后边缘处，均涂８一１２ｍｍ室温硬化密封剂压条或相应密封胶。

如图３：更换新的下进气歧管垫，增大下进气歧管的扭紧力矩，原来８个螺栓紧力矩为１３ＭＭ，现中间４个螺栓扭紧力矩为１６ＭＭ，两边螺栓扭紧力矩为２５ＭＭ。记住一定要按维修手册上的拆装顺序依次拧紧。

参考文献

【１１曹利民，昊利军．剐克君威维修手册［Ｐ］．北京：机械工业出版社．２００６．

图３下进气歧管涂胶

【２Ｊ蔡伟维·别克轿车故障检修图解［Ｐ］．四川科学技术出版社。２００４．

按照该轿车通用维修手册拆解顺序，依次拆掉上，下进气

【３】林加和上海别克轿车故障分析与排除［Ｐ］·２００６－