淺議數控高速切削加工技術(shù)的發(fā)展與應用分析

論文關(guān)鍵詞：高速切削關(guān)鍵技術(shù)應用研究

論文摘要：本文系統介紹了數控高速切削加工的基礎理論及發(fā)展過(guò)程，分析了高速加工的優(yōu)點(diǎn)和應用領(lǐng)域，總結了發(fā)展數控高速切削加工需要的關(guān)鍵技術(shù)和研究方向。 數控高速切削技術(shù)(High Speed Machining，HSM，或High Speed Cutting，HSC)，是提高加工效率和加工質(zhì)量的先進(jìn)制造技術(shù)之一，相關(guān)技術(shù)的研究已成為國內外先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域重要的研究方向。我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結構調整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步落后。研究先進(jìn)技術(shù)的理論和應用迫在眉睫。 1、數控高速切削加工的含義 高速切削理論由德國物理學(xué)家Carl.J.Salomon在上世紀三十年代初提出的。他通過(guò)大量的實(shí)驗研究得出結論：在正常的切削速度范圍內，切削速度如果提高，會(huì )導致切削溫度上升，從而加劇了切削刀具的磨損；然而，當切削速度提高到某一定值后，只要超過(guò)這個(gè)拐點(diǎn)，隨著(zhù)切削速度提高，切削溫度就不會(huì )升高，反而會(huì )下降，因此只要切削速度足夠高，就可以很好的解決切削溫度過(guò)高而造成刀具磨損不利于切削的問(wèn)題，獲得良好的加工效益。 隨著(zhù)制造工業(yè)的發(fā)展，這一理論逐漸被重視，并吸引了眾多研究目光，在此理論基礎上逐漸形成了數控高速切削技術(shù)研究領(lǐng)域，數控高速切削加工技術(shù)在發(fā)達國家的研究相對較早，經(jīng)歷了理論基礎研究、應用基礎研究以及應用研究和發(fā)展應用，目前已經(jīng)在一些領(lǐng)域進(jìn)入實(shí)質(zhì)應用階段。 關(guān)于高速切削加工的范疇，一般有以下幾種劃分方法，一種是以切削速度來(lái)看，認為切削速度超過(guò)常規切削速度5－10倍即為高速切削。也有學(xué)者以主軸的轉速作為界定高速加工的標準，認為主軸轉速高于8000r/min即為高速加工。還有從機床主軸設計的角度，以主軸直徑和主軸轉速的乘積DN定義，如果DN值達到（5～2000）×105mm.r/min，則認為是高速加工。生產(chǎn)實(shí)踐中，加工方法不同、材料不同，高速切削速度也相應不同。一般認為車(chē)削速度達到（700～7000）m/min，銑削的速度達到（300～6000）m/min，即認為是高速切削。 另外，從生產(chǎn)實(shí)際考慮，高速切削加工概念不僅包含著(zhù)切削過(guò)程的高速，還包含工藝過(guò)程的集成和優(yōu)化，是一個(gè)可由此獲得良好經(jīng)濟效益的高速度的切削加工，是技術(shù)和效益的統一。 高速切削技術(shù)是在機床結構及材料、機床設計、制造技術(shù)、高速主軸系統、快速進(jìn)給系統、高性能CNC系統、高性能刀夾系統、高性能刀具材料及刀具設計制造技術(shù)、高效高精度測量測試技術(shù)、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關(guān)硬件和軟件技術(shù)均得到充分發(fā)展基礎之上綜合而成的。因此，高速切削技術(shù)是一個(gè)復雜的系統工程，是一個(gè)隨相關(guān)技術(shù)發(fā)展而不斷發(fā)展的概念。 2、數控高速切削加工的優(yōu)越性 由于切削速度的大幅度提高，高速切削加工技術(shù)不僅提高了切削加工的生產(chǎn)率，和常規切削相比還具有一些明顯的優(yōu)越性：第一、切削力?。涸诟咚巽娤骷庸ぶ?，采用小切削量、高切削速度的切削形式，使切削力比常規切削降低30％以上，尤其是主軸軸承、刀具、工件受到的徑向切削力大幅度減少。既減輕刀具磨損，又有效控制了加工系統的振動(dòng)，有利于提高加工精度。第二、材料切除率高:采用高速切削，切削速度和進(jìn)給速度都大幅度提高，相同時(shí)間內的材料切除率也相應大大提高。從而大大提高了加工效率。第三、工件熱變形小:在高速切削時(shí)，大部分的切削熱來(lái)不及傳給工件就被高速流出的切屑帶走，因此加工表面的受熱時(shí)間短，不會(huì )由于溫升導致熱變形，有利于提高表面精度，加工表面的物理力學(xué)性能也比普通加工方法要好。第四、加工精度高:高速切削通常進(jìn)給量也比較小，使加工表面的粗糙度大大降低，同時(shí)由于切削力小于常規切削，加工系統的振動(dòng)降低，加工過(guò)程更平穩，因此能獲得良好的表明質(zhì)量，可實(shí)現高精度、低粗糙度加工。第五、綠色環(huán)保：高速切削時(shí)，工件的加工時(shí)間縮短，能源和設備的利用率提高了，加工效率高，加工能耗低，同時(shí)由于高速切削可以實(shí)現干式切削，減少甚至不用切削液，減少污染和能耗。 3、數控高速切削技術(shù)的應用領(lǐng)域研究 鑒于以上所述高速切削加工的特點(diǎn)，使該技術(shù)在傳統加工薄弱的領(lǐng)域有著(zhù)巨大應用潛力。首先，對于薄壁類(lèi)零件和細長(cháng)的工件，采用高速切削，切削力顯著(zhù)降低，熱量被切屑帶走，可以很好的彌補采用傳統方法時(shí)由于切削力和切削熱的影響而造成其變形的問(wèn)題，大大提高了加工質(zhì)量。其次，由于切削抗力小，刀具磨損減緩，高錳鋼、淬硬鋼、奧氏體不銹鋼、復合材料、耐磨鑄鐵等用傳統方法難以加工的材料，可以研究采用數控高速切削技術(shù)來(lái)加工。另外，在汽車(chē)、模具、航天航空等制造領(lǐng)域， 一些整體構件需要比較大的材料切除率，由于數控高速切削的進(jìn)給速度可隨切削速度的提高而相應提高， 使得單位時(shí)間內的材料切除率大大提高，因而在模具制造、汽車(chē)制造、航空航天制造中，數控高速切削技術(shù)的應用將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。第四，由于高速切削時(shí)，加工過(guò)程平穩、振動(dòng)小，與常規切削相比， 高速切削可顯著(zhù)提高加工精度1～2級，完全可以取消后續的光整加工， 同時(shí)，采用數控高速切削技術(shù)， 能夠在一臺機床上實(shí)現對復雜整體結構件同時(shí)進(jìn)行粗、精加工，減少了轉工序中可能的定位誤差， 因而也有利于提高工件的加工精度。因此， 高速切削技術(shù)在精密制造中有著(zhù)廣闊的應用前景。如某企業(yè)加工的鋁質(zhì)模具，模具型腔長(cháng)達1500mm，要求尺寸精度誤差±0.05mm，表面粗糙度Ra0.8μm，原先的制造工藝為：粗刨—半精刨—精刨—手工鏟刮—手工拋光，制造周期要60小時(shí)。采用高速銑床加工后，經(jīng)過(guò)半精加工和精加工，加工周期僅需6小時(shí)，不僅效率提高，而且模具質(zhì)量也大大提高。