【導(dǎo)讀】ponentpart.speedin-20210r/minabove10,000forhigh-speedcutting;Feedathighvelocity,usually. prehensiveconcept.

　　

【正文】 ition)即為通常所謂的高速切削範(fàn)圍，這也是當(dāng)時(shí)金屬切削工藝相關(guān)的技術(shù)人員所期待或者可望實(shí)現(xiàn)的切削速度。 高速切削加工對機(jī)床、刀具和切削工藝等方面都有一些 具體的要求。下面分別從這幾個(gè)方面闡述高速切削加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。 現(xiàn)階段，為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工，一般釆用高柔性的高速數(shù)控機(jī)床、加工中心，也有釆用專用的高速銑、鉆床。這些設(shè)備的共同之處是：必須同時(shí)具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)材料切削過程的高速化。高速切削與傳統(tǒng)切削最大的 8 區(qū)別是，“機(jī)床－刀具－工件”系統(tǒng)的動態(tài)特性對切削性能有更強(qiáng)的影響力。在該系統(tǒng)中，機(jī)床主軸的剛度、刀柄形式、刀長設(shè)定、主軸拉刀力、刀具扭力設(shè)定等，都是影響高速切削性能的重要因素。 在高速切削中，材料去除率 (Metal Removal Rate， MRR)，即單位時(shí)間內(nèi)材料被切除的體積，通常受限于“機(jī)床 刀具 工件”工藝系統(tǒng)是否出現(xiàn)“顫振”。因此，為了滿足高速切削加工的需求，首先要提高機(jī)床動靜剛度尤其是主軸的剛度特性?，F(xiàn)階段高速切削之所以能夠成功，一個(gè)很關(guān)鍵的因素在于對系統(tǒng)動態(tài)特性問題的掌握和處理能力。 為了更好地描述機(jī)床主軸的剛度特性，工程上提出新的無量綱參數(shù) — DN 值，用以評價(jià)機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)對高速切削加工的適應(yīng)性。所謂 DN 值即“主軸直徑與每分鐘轉(zhuǎn)速之積”。新近開發(fā)的加工中心主軸 DN 值大都已超過 100 萬。為了減輕軸承的重量，還釆用了 比鋼制品要輕得多的陶瓷球軸承；軸承潤滑方式大都釆用油氣混合潤滑方式。在高速切削加工領(lǐng)域，目前已開發(fā)空氣軸承和磁軸承以及由磁軸承和空氣軸承合并構(gòu)成的磁氣 /空氣混合主軸。 在機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)方面，高速切削加工所用的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)通常都為大導(dǎo)程、多頭高速滾珠絲槓，滾珠釆用小直徑氮化硅（ Si3N4）陶瓷球，以減少其離心力和陀螺力矩；釆用空心強(qiáng)冷技術(shù)來減少高速滾珠絲槓運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于摩擦產(chǎn)生溫升而造成的絲槓熱變形。 近幾年來，用直線電機(jī)驅(qū)動的高速進(jìn)給系統(tǒng)問世，這種進(jìn)給方式取消了從電動機(jī)到工作臺溜板之間的一切中間機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，實(shí) 現(xiàn)了機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的零傳動。由于直線電機(jī)沒有任何旋轉(zhuǎn)元件，不受離心力的作用，可以大大提高進(jìn)給速度。直線電機(jī)的另一大優(yōu)點(diǎn)是行程不受限制。直線電機(jī)的次極是一段一段連續(xù)鋪在機(jī)床的床身上。次極鋪到哪里，初極工作臺就可運(yùn)動到哪里，而且對整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的剛度沒有任何影響。釆用高速絲槓或直線電機(jī)，能夠大大提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)。直線電機(jī)最高加速度可達(dá) 210G(G為重力加速度 )，最大進(jìn)給速度可達(dá) 60200m/min或更高。 2021 年舉世矚目的上海浦東磁懸浮列車工程中的磁浮軌道鋼梁加工，釆用沈陽機(jī)床控股有限公司集團(tuán)中捷 友誼公司廠生產(chǎn)的超長進(jìn)給系統(tǒng)高速大型加工中心 9 實(shí)現(xiàn)。該機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)為直線導(dǎo)軌和齒輪齒條傳動，工作臺最大進(jìn)給速度60m/min，快速行程 100m/min，加速度 2g，主軸最高轉(zhuǎn)速 20210r/min，主電機(jī)功率 80kW。其 X 軸的行程長達(dá) 30m，切削 25m 長的磁浮軌道鋼梁誤差小于 ，為磁懸浮列車工程的順利竣工提供了有力的技術(shù)保證。 此外，機(jī)床的運(yùn)動性能也將直接影響加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中，主要釆用小切深大進(jìn)給的加工方法。要求機(jī)床在大進(jìn)給速度條件下，應(yīng)具有高精度定位功能和 高精度插補(bǔ)功能，特別是圓弧高精度插補(bǔ)。圓弧加工是釆用立銑刀或螺紋刀具加工零部件或模具時(shí)，必不可少的加工方法 。 刀具材料的發(fā)展：高速切削技術(shù)發(fā)展的歷史，也就是刀具材料不斷進(jìn)步的歷史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼（ CBN）。端面銑削使用 CBN 刀具時(shí)，其切削速度可高達(dá) 5000m/min，主要用于灰口鑄鐵的切削加工。聚晶金剛石（ PCD）刀具被稱之為 21 世紀(jì)的刀具，它特別適用于切削含有 SiO2 的鋁合金材料，而這種金屬材料重量輕、強(qiáng)度高，廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車發(fā)動機(jī)、電子裝置的殼體、底座等方面。目前，用聚晶金 剛石刀具端面銑削鋁合金時(shí)， 5000m/min 的切削速度已達(dá)到實(shí)用化水平，此外陶瓷刀具也適用于灰口鑄鐵的高速切削加工； 涂層刀具： CBN 和金剛石刀具盡管具有很好的高速切削性能，但成本相對較高。釆用涂層技術(shù)能夠使切削刀具既價(jià)格低廉，又具有優(yōu)異性能，可有效降低加工成本?，F(xiàn)在高速加工用的立銑刀，大都釆用 TiAIN 系的復(fù)合多層涂鍍技術(shù)進(jìn)行處理，如目前在對鋁合金或有色金屬材料進(jìn)行干式切削時(shí)， DLC（ Diamond Like Carbon）涂層刀具就受到極大的關(guān)注，預(yù)計(jì)其巿場前景十分可觀； 刀具夾持系統(tǒng)：刀具的夾持系統(tǒng)是 支撐高速切削的重要技術(shù)，目前使用最為廣泛的是兩面夾緊式工具系統(tǒng)。已作為商品正式投放巿場的兩面夾緊式工具系統(tǒng)主要有： HSK、 KM、 Bigplus、 NC AHO 等系統(tǒng)。 在高速切削的情況下，刀具與夾具回轉(zhuǎn)平衡性能的優(yōu)劣，不僅影響加工精度和刀具壽命，而且也會影響機(jī)床的使用壽命。因此，在選擇工具系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量選用平衡性能良好的產(chǎn)品。 高速加工的切削速度為常規(guī)切速的 10 倍左右。為了使刀具每齒進(jìn)給量基本保持不變，以保證零件的加工精度、表面質(zhì)量和刀具的耐用度，則進(jìn)給量也必須相應(yīng) 10 提高 10 倍左右，達(dá)到 60m/min 以上， 有的甚至高達(dá) 120m/min。因此，高速切削加工通常是釆用高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給和小切深的切削工藝參數(shù)。由于高速切削的切削余量往往很小，所形成的切屑很薄很輕，把切削時(shí)產(chǎn)生的熱量很快帶走；若釆用全新耐熱性更好的刀具材料和涂層，釆用干切削工藝也是高速切削加工的理想工藝方案。 用高速加工中心組成高效率的柔性生產(chǎn)線 (FTL 或 FML)，具有小型化、柔性突出以及易于變更加工內(nèi)容等顯著特點(diǎn)。圖 2 為上汽集團(tuán)某發(fā)動機(jī)公司利用該生產(chǎn)線加工發(fā)動機(jī)機(jī)體、汽缸蓋、濾清器座等工件的實(shí)例。 為了盡快適應(yīng)新車型的需要，汽車車身覆蓋件模具和樹脂防沖 擋的成形模具等，均必須縮短制作周期和降低生產(chǎn)成本，因此，必須下大力推進(jìn)模具生產(chǎn)高速化的進(jìn)程。上汽集團(tuán)所屬各公司認(rèn)為：與過去的精加工相比，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高精度化；同時(shí)必須滿足表面粗糙度、彎曲度的精度要求，為此應(yīng)施以適當(dāng)?shù)氖止ぞ藜庸?，由于切削速度的極大提高，與過去的精加工工序相比，加工周期應(yīng)大幅度縮短。 為了發(fā)揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的高速切削加工技術(shù)和自動換刀功能的優(yōu)勢，提高加工效率，對復(fù)雜零件的加工應(yīng)盡可能釆用集中工序的原則，即要求在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序的集中加工，淡化傳統(tǒng)的車、銑、鏜、螺紋加 工等不同切削工藝的界限，充分發(fā)揮設(shè)備和刀具的高速切削功能，是當(dāng)前提高數(shù)控機(jī)床效率、加快產(chǎn)品開發(fā)的有效途徑。為此，對刀具提出了多功能的新要求，要求一種刀具能完成零件不同工序的加工，減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時(shí)間，以減少刀具的數(shù)量和庫存量，有利于管理和降低制造成本。較常用的有多功能車刀、銑刀、鏜銑刀、鉆銑刀、鉆－銑螺紋－倒角等刀具。與此同時(shí)，在批量生產(chǎn)線上，使用針對工藝需要開發(fā)的專用刀具、復(fù)合刀具或智能刀具，可以提高加工效率和精度，減少投資。在高速切削條件下，有的專用刀具可將零件的加工時(shí)間降至原來的 1/10以下，效 果十分顯著。 高速切削具有相當(dāng)多的好處，例如：有大量材料需要切除的工件，具有超細(xì)、薄結(jié)構(gòu)的工件，傳統(tǒng)上需要花相當(dāng)長的機(jī)動工時(shí)加工的工件以及設(shè)計(jì)變更快速、產(chǎn)品周期短的工件，均能顯示出高速切削所帶來的優(yōu)點(diǎn)。