高速铣削加工表面质量的发展

撰文/于海祥

■300350 天津中德应用技术大学 天津



高速铣削加工表面质量的发展

撰文/于海祥

■300350 天津中德应用技术大学 天津

切削加工是高速铣削加工中使用最广泛的一种方法，高速切削也是高速切削、高速硬切削、高速干切削、大进给切削等主要发展方向。高速切削可以大大提高生产效率和每单位时间的材料去除率，提高表面质量，降低加工成本。目前，对高速切削表面加工机理的研究已经取得了较为成熟的结论，并对高速切削在生产实践中的应用有指导作用。关键词：高速切削；表面质量；数控；工作原理

高速切削加工技术在世界上主要应用于汽车工业、工件本身或刀具系统的不足和复杂曲面的加工等加工领域。不同的加工方法和不同的工件材料具有不同的高速切削范围。高速切削线速度的不同加工方法的范围，在高速铣削加工中有几种常见的工件材料。采取更完善的安全措施，确保操作者和机床工具在现场的安全，避免损坏机床、刀具、工件及相关设备；识别和避免可能造成重大事故情况，保证产品的产量和质量方面具有重要意义。

高速切削技术概念预定义

高速切削只是一个相对的概念，在定义中没有达成共识。高速切削加工工件的加工方法不同，所以很难有高速切削速度范围的精确定义。高速切削技术是在机床结构和材料、刀具设计与制造技术、高速主轴系统、进给系统、高性能数控系统、高性能刀具材料和刀具设计制造技术、高效率和高精度测量技术、高速切削加工、高速切削加工等相关硬件和软件技术的基础上发展起来的。因此，高速切削加工是一项复杂的系统工程，涉及到机床、刀具、工件、加工工艺参数和切削机构等多个方面。

高速切削技术现状

国外近年来对高速加工都有研究，美国、法国、德国、日本、瑞士、英国、加拿大、意大利等国都制定了自己的高速切削机床。高速主轴是高速切削技术的关键技术，是最重要和最常用的主轴，集成电机主轴，无中间环节，直接驱动，主轴轴承一般采用陶瓷轴承，静压轴承和动压轴承，油气，喷气润滑技术，采用磁力轴承。进给系统开始采用直线电机或小导向工艺的大尺寸高质量的滚珠丝杠和导向成长螺杆，以提供更高的进给速度和更好的加速和减速特性。最大高达2～10g加速度。CNC控制系统采用多芯片32位或64位的CPU，以满足高速加工的要求，具有快速的数据处理能力，目前使用大量先进的程序段执行处理功能，保证了高速加工的插补精度。高压力和高效率的冷却系统，以解决热芯片的问题。温度控制循环水（或其他介质）来冷却电机主轴、主轴轴承、直线电机、液压油箱、电气柜，有的甚至冷却主轴箱、横梁、床身等组成。工件材料性质对加工方法产生影响，如镍基合金、钛合金、纤维增强塑料等难加工材料，在高速加工时容易被切割加工。不同材料和最佳切削速度也不同，工件材料或刀具和加工参数的选择是一个重要的基础，一般在高速切削加工，应采用高速，小深度的切割，以快速前进，旅行，但在高速加工工艺参数选择，前国际没有面对生产实际的数据库可以参考。

高速切削技术表面加工的研究

对高速切削机理的研究主要包括高速切削加工的切屑形成机理、切削力和切削热与切削刀具磨损机理的加工效率、加工精度和表面完整性及影响规律。目前，对表面高速切削机理的研究已经取得了较为成熟的结论，并对表面高速切削的生产实践有指导作用。但在高速切削机理研究中的黑色金属和难加工材料仍处于探索阶段，高速切削加工工艺规范并不完善，是目前高速切削加工中的难点，也是切割领域的研究。此外，高速切削的应用已经进入了铰孔和攻丝，机制也正在研究。目前高速切削的切削力、切削温度、刀具磨损和刀具寿命、表面质量和加工精度有待进一步研究和探讨。

高速切削技术的应用

国内外刀具材料为高速钢、硬质合金刀具、先进的切削刀具材料如涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷刀具、CBN和PCD刀具，如虽然有一定基础，但应用范围不够广泛。一般而言，切削速度一般较低，切削加工效率低，加工效率低。高速切削理论起步较晚，自80年代以来，国内陶瓷刀具在高速切削加工中切削温度、切削力、刀具磨损与破损、刀具寿命和加工质量等方面的规律进行了系统的研究，并有更多的应用。自20世纪90年代以来，高速切削铝合金、钢、铸铁、高温合金、钛合金切削力、切削温度、刀具磨损和刀具寿命的研究与讨论，但目前还没有系统、全面的研究。切削过程监控技术的研究有很多，但在生产过程中却很少用到。

由于高速切削机床和刀具技术和相关技术的迅速发展，高速切削技术已应用于航空、航天、汽车、模具、机床等行业，车、铣、镗、

钻、铰孔、攻丝、研磨铝合金、钢、铸铁、钛合金、镍基合金、铅、铜及铜合金、纤维增强合成树脂几乎所有传统切削加工的材料，以及传统的切削难加工材料。工具材料主要采用超高速钢、高速钢、硬质合金、刀具涂层、陶瓷刀具、立方氮化硼、天然金刚石、人造金刚石、多晶金刚石等。高速切削表面加工技术在世界上主要应用于汽车工业、工件本身或刀具系统的不足和复杂曲面的加工和加工领域。不同的加工方法和不同的工件材料具有不同的高速切削范围。高速切削线速度的不同加工方法的范围，见表示在高速铣削加工的几种常见的工件材料。高速切削表面交工技术仍在进一步发展，预计铣削铝切割速度可以达到10000米/分钟，铸铁加工可以达到米/分钟，普通钢材加工将达到2500米/分钟；钻削加工铝合金切削速度可以达到30000r/ min，加工铸铁达到20000r/min，与普通钢达到1000转/分钟。

实验证明，这一技术的应用在很多方面应提起注意，其中有刀具组件的数量和接触面的组成部分的刀具直径等。相比之下，刀具的质量比较轻，元件数量和接触面少，刀具的爆速极限速度越来越高。采用钛合金作为刀具材料，可以降低合金的质量，提高刀具的断裂极限和极限速度。但由于钛合金对切口的敏感性，不适合于刀体的加工。因此，高强度铝合金在高强度铝合金中的应用，使其具有较高的强度。在刀体的结构，应注意避免和减小应力集中，在刀体上的槽（包括刀座槽，让芯片槽，键槽）会引起应力集中，减少刀体强度。刀体的结构在响应于回转轴、刀轴穿过重心。夹紧、调整刀片的结构和刀应尽可能消除，并要求反复清、好位置。目前，高速铣刀已广泛应用于HSK刀柄与机床主轴连接的鼻子，大大的提高了刀具系统的刚度和重复定位精度，有利于刀具破裂的极限速度提高。此外，夹持式高速铣刀的直径呈较小的直径的发展趋势，刀齿数减少，但也有利于提高强度和刚度的工具。结论：发展先进制造技术，是振兴我国的制造业的基础，也是迎接新世纪的挑战建立一个强大的工业国家的根本。高速切削技术是一种先进的制造技术，具有广阔的应用前景。高速切削技术的推广应用，不仅大大提高了加工效率和质量，降低了成本，而且也能导致一系列高新技术产业的发展。加强高速切削技术的基础研究，建立高速切削数据库，提高高速切削技术标准的安全性，提高机床和工具行业的创新能力，加快高速切削刀具系统，是高速切削机床系统的研究开发和产业化是当务之急。

参考：

［1］焦可如，黄树涛，许立福等.铣削方式对高体分SiCp/Al复合材料薄壁件高速铣削表面质量影响研究［J］.人工晶体学报， 2015（12）.

［2］张利堂.灰色神经网络在高速铣削表面质量预测模型中的应用［J］. 机床与液压， 2014（7）:63-66.

［3］仲照琳.高速铣削铝合金7050-T7451表面质量及耐腐蚀性研究［D］. 山东大学， 2015.

［4］赵永哲.高速铣削淬硬钢刀具参数及加工表面质量的研究［D］.昆明理工大学， 2014.