高速切削加工技术及应用论文

浅谈高速切削加工技术及应用

摘要：高速切削(high speed cutting,hsc)是近年来迅速崛起的一项先进制造技术。本文就高速切削加工技术的发展、特点、关键技术及其应用作一简要的研究与阐述。

关键词：高速切削加工；技术；研究；应用

中图分类号：tg659 文献标识码：a 文章编号：1006-3315（2011）11-175-001

1931年4月德国物理学家carl.j.saloman最早提出了高速切削（high speed cutting）的理论，并于同年申请了专利。他指出：在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削温度不但不会升高反而会降低，且该切削速度vc与工件材料的种类有关。对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内，由于切削温度过高，刀具材料无法承受，切削加工不可能进行。要是能越过这个速度范围，高速切削将成为可能，从而大幅度地提高生产效率。由于实验条件的限制，当时高速切削无法付诸实践，但这个思想给后人一个非常重要的启示。

一、高速切削加工概述

1．高速切削历史和现状

高速切削的起源可追溯到20世纪20年代末期。德国的切削物理学家萨洛蒙博士于1929年进行了超高速切削模拟试验。1931年4月发表了著名的超高速切削理论，提出了高速切削假设。

我国早在20世纪50年代就开始研究高速切削，但由于各种条件限制，进展缓慢。近10年来成果显著，至今仍有多所大学、研究所开展了高速加工技术及设备的研究。

2．切削速度的划分

根据高速切削机理的研究结果，高速切削不仅可以大幅度提高单位时间材料切除率，而且还会带来一系列的其他优良特性。高速切削的速度范围定义在这样一个给切削加工带来一系列优点的区域。这个切削速度区比传统的切削速度高得多，因此也称超高速切削。通常把切削速度比常规高出5～10倍以上的切削加工叫做高速切削或超高速切削。

3．高速切削的优势

高速切削具有以下特点：①可提高生产效率；②降低了切削力；

③提高加工质量；④高速切削的切削热对工件的影响小；⑤加工能耗低，节省制造资源；⑥高速切削可以加工难加工材料；⑦简化了加工工艺流程；⑧可降低加工成本。

4．高速切削加工的关键技术

4.1高速切削机理的研究。高速切削技术的应用和发展是以高速切削机理为理论基础的。通过对高速加工中切屑形成机理、切削力、切削热、刀具磨损、表面质量等技术的研究，也为开发高速机床、高速加工刀具提供了理论指导。

4.2高速切削刀具。从高速切削机理的研究中我们看到，随着切削速度的提高，金属切除率得到极大的提高，材料的高应变率使切

屑成形过程以及刀具与工件之间接触面上发生的各种现象都与传统切削条件下的情况不一样。刀具的热硬性和刀具磨损问题成为关键。

4.3高速切削机床。为了适应粗精加工、轻重切削和快速移动,同时保证高精度,性能良好的机床是实现高速切削的关键因素。高速机床技术主要包括高速单元技术（功能部件）和机床整机技术。单元技术包括高速主轴、高速伺服系统、高速进给系统、高速cnc 控制系统等；机床整机技术包括机床床身、冷却系统、安全设施和加工环境等。

4.3.1高速主轴单元。高速主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分，是高速切削加工机床的核心部件，在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。

4.3.2高速伺服系统。采用高速的伺服系统,这不仅是为了提高生产效率,也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件,否则会造成刀具的急剧磨损与升温,破坏工件加工的表面质量。

4.3.3高精度快速进给系统。高速进给系统的高速性也是评价高速机床性能的重要指标之一，不仅对提高生产率有重要意义，而且也是维持高速切削刀具正常工作的必要条件。

4.3.4高速cnc控制系统。超高速机床要求其cnc系统的数据处理时间要快得多，高的进给速度要求cnc系统不仅要有很高的内部数据处理速度，而且还应有较大的程序存储量。

4.3.5床身、立柱和工作台是高速机床设计的另一个关键点，是

如何在降低运动部件质量的同时，保持基础支承部件的高静刚度、动刚度和热刚度。

5．高速切削加工中的测试技术

高速切削加工是在密封的机床工作区间里进行的，在加工过程中，操作人员很难直接进行观察、操作和控制，因此机床本身有必要对加工情况、刀具的磨损状态等进行监控、实时地对加工过程在线监测，这样才能保证产品质量，提高加工效率延长刀具使用寿命，确保人员和设备的安全。高速加工的测试技术包括传感技术、信号分析和处理等技术。近年来，在线测试技术在高速机床中使用得越来越多。

6．高速切削加工技术的应用

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。

高速切削加工技术是先进的制造技术，有广阔的应用前景。推广应用高速切削加工技术的应用，不但可以大幅度提高机械加工的效率、质量，降低成本，而且可以带动一系列高新技术产业的发展。

因此，当前加强高速切削技术的基础研究，建立高速切削数据库、高速切削安全技术标准，提高机床和工具行业的开发创新能力，加快高速切削刀具系统、高速切削机床系统的研究开发与产业化，已是当务之急。

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