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高速切削技術在數（shù）控車床中的應用

2020-11-19 來源：上海維宏電子科技股份有限公司作（zuò）者：柏鶴

摘要（yào）：介紹了高速（sù）切（qiē）削技術（shù）及（jí）輕金（jīn）屬材料、超級合金材料、鋼材和鑄鐵材料等高速切削技（jì）術的適用對象，分析了高速切削技術在數控車床中應用的（de）技術要求，給出了高速（sù）主軸（zhóu）單元的運行條件和參數設置，並對刀（dāo）柄、刀（dāo）具材料的選擇進行了研究。

關鍵詞：高（gāo）速切削數控（kòng）車床應用

1、研究背（bèi）景

在機械製造生產實踐所使用的（de）加工技（jì）術中，高速（sù）切削技術是應用比較廣泛（fàn）的技術之一。

高（gāo）速（sù）切削技（jì）術具有效率高、能耗低、精度高等優（yōu）點。在機械加（jiā）工過程中應用高速切削技術，能夠在保證加工質量的前提（tí）下進一步提高加（jiā）工效率，並且減少能耗。

在此背（bèi）景下，將高速切削技（jì）術應用於機械加工的主要平台數控車床（chuáng），具有十分重要的意義。

2、高速切削（xuē）技術概述

在機械加工中，切削指對工件（jiàn）上的冗餘部分進行（háng）切除，這一操作需要借助刀具、砂輪等部件來完成。高速切削建立在傳統刀具切削基礎之上，具備傳（chuán）統刀具切削的特（tè）點。

當然，高速切削技術與傳統切削技術相比，具有高效率、低成本、高精度等優點。作為一項已經比較成熟的機械加工技術（shù），高速切削技術（shù）在生產實踐中的應（yīng）用比較廣（guǎng）泛。要想實現（xiàn）對高（gāo）速切削技術的應用（yòng），需要做好數控車床結構設計、數控車床控製係統設計、刀具（jù）結構設計等工作。隻有充分（fèn）做好（hǎo）以上工作，才能使高速切削技術得到有效應用，從而發揮其在機械（xiè）加工中的優勢。同時，為了提高高速切削技術應用過（guò）程中的穩定性，需要做好數控車床各個子係統中相關控製指標的設定（dìng）。

3 、適用對象

高速切削技術的應用對象是有一定限製的，並非所有（yǒu）材料都能進（jìn）行高速切削加工。在機械製造加工實踐過程中（zhōng），高速切削技術通常適用於三類材料，分別為輕金屬材料、超級合金（jīn）材料、鋼材和（hé）鑄鐵材（cái）料。

3.1 輕金屬材料

在工業生產活動中，鋁合（hé）金是最常用的輕金屬材料之一。

鋁合金不但擁（yōng）有較好（hǎo）的耐（nài）腐蝕（shí）性能（néng）和導電（diàn）、導熱性能，而且還具（jù）有較強的韌性和延展性。這些特性使鋁合金具備較好（hǎo）的快速成型能力，能夠被廣泛運用於製（zhì）造業（yè）中。

總（zǒng）體（tǐ）而言，輕金屬材料具有較（jiào）好的切割性（xìng）能，能夠適（shì）合（hé）進（jìn）行高速切削。在對輕金（jīn）屬材料進行高（gāo）速切削的過程中，輕金屬材料可以將（jiāng）絕（jué）大多數熱量帶走，從而減（jiǎn）小輕金屬材料的熱變形，並且由於切削速度快，因此具備更高的精度。

3.2 超級合金材（cái）料

在對（duì）超（chāo）級合金材料進行高速切削（xuē）的過程中，需要選擇（zé）合適的刀具，包括氧（yǎng）化鋁（lǚ）刀具、聚晶立方氮化（huà）硼刀具等。

通過選擇合適的刀具，能夠進一步（bù）提升超級合（hé）金高速切削過程中的速度與精度。

3.3 鋼（gāng）材和鑄鐵材料

在（zài）對鋼材（cái）進行高速（sù）切削的過程中（zhōng），通常需要選（xuǎn）擇（zé）較為鋒（fēng）利的刀具，同（tóng）時對切削的後角進行嚴格把控。這樣做（zuò）的主要目的是減小刀具的磨損，從而使刀具的使用壽命延長（zhǎng）。

此外，適當的後角也有（yǒu）助於提高對鋼（gāng）材進行高速切削的精度。

在對鑄鐵材（cái）料進行高速切削的過程中，也（yě）需要注意（yì）選擇刀具材料。隻有（yǒu）選擇合適的刀具材料，才能夠提升切削的速度和質量。

4 、高（gāo）速切削技術應用技術要求（qiú）

以下介紹高速切削技術（shù）在數控車床中應用的技術要求。

4.1 高速主軸單元運行條件

與（yǔ）普通車床相比（bǐ），高速切削車床的最大區別之一（yī）是高速主軸單元。高速主軸（zhóu）單元是實現高速切削的核心（xīn）部件，要使高速主軸單元正常工作，通常需（xū）要滿足以下條（tiáo）件：第一，具備較高（gāo）的同軸（zhóu）度、傳遞力矩和傳動功率；第二，具備良好的（de）冷卻裝置、平衡性和動態性能（néng）；第三，具備較高的角加速度。

4.2 高速主軸單元參數設置

高速主軸單元相關參數的設置通常（cháng）需要符合以下要求：

（1）主軸具（jù）有較（jiào）高的轉（zhuǎn）速，通常高於 10 000 r/min，是普（pǔ）通車床轉速的 5～10 倍；

（2）高速主軸車床的輸出功率通（tōng）常設置為 20k W～80 k W，當輸出功率在這一範圍（wéi）內時，不但能（néng）夠提高切削（xuē）加工的效率，而且（qiě）可以對（duì）重荷載材料進行加工；

（3）高速主軸（zhóu）單（dān）元的啟動和製動時間較短，通常為 1～2 s，為此，主軸單元的（de）加速度要比普（pǔ）通車床高，通常（cháng）設置為 1g～8g，g 為重力加速度。

4.3 部件選擇（zé）

部件的選擇不僅決定自身的使用壽命和使用效率，而且決定高速切削的效果，因此（cǐ）部（bù）件的（de）選擇要從有效性和（hé）合理性（xìng）出發。

4.3.1 刀柄

高速（sù）切削過程中（zhōng），最核心的部件之（zhī）一是刀柄（bǐng），決定著高速切削的（de）最終效果和時間。

（1） ER 彈性夾套。在（zài）高速切削加工時選用精度高、成（chéng）本（běn）低的 ER 彈性夾套，在旋轉向心力加速方麵，可以（yǐ）起到促進（jìn）作用。在夾力方麵，ER 彈性夾套直徑小的特點可以提高力度。在（zài）使（shǐ）用時（shí），需要平衡螺帽來穩定和加固。

（2）熱縮式刀柄。較為先（xiān）進的（de）熱縮式刀具與刀柄結合，具有諸多優勢（shì）。熱縮式（shì）刀柄材質可以（yǐ）支持（chí）係統加熱，具有極高的穩定性。

（3）強力銑（xǐ）夾刀柄。此種刀柄在使用時隻能適用直（zhí）徑較大的刀具，具有較大的局限性。強（qiáng）力銑夾刀柄的優點與同心力和同（tóng）心性有關，同心力越大，夾力越大，所以在大直徑刀具進行切削時可（kě）以保障切削效果。

（4）液（yè）壓刀柄。液（yè）壓在工業（yè）品行業中應用較為廣泛，液壓刀柄使液壓技術與（yǔ）刀柄實現結合（hé），其裝卸較為方便快捷，在同心性和直徑方麵具有優勢。

（5）高精度 HP 夾（jiá）套。此類夾套在功能上（shàng）類似於ER 彈性夾套，但是在夾力的原（yuán）理上有重要（yào）區別。HP 夾套在應用時使刀具通過定位鎖緊，精度較高，成本較低，優點為同心性好，對操作的平衡度容易把控，利於裝卸清洗。

4.3.2 刀具（jù）材料

高速切削的（de）效果主要由刀具材質和質量決定，因此（cǐ）刀具材料（liào）的選擇在高速切削中（zhōng）具有重要作用。

（1）塗層材料。刀具塗層（céng）材料主要分為（wéi）硬性和軟性兩種。前者在使（shǐ）用中的（de）耐磨度較高，如（rú）碳化鈦、氮化鈦等。後者（zhě）在（zài）使用中相互摩擦的作用較小，對切削力度的（de）限製較為（wéi）有利於切削，如二（èr）硫化（huà）鎢等。同時（shí），軟塗層的使用會提高表麵處理效果，延（yán）長（zhǎng）使用壽命。

（2）陶瓷材料。陶瓷具有硬度大、抗摩擦等特點，被大（dà）量運用（yòng）。陶瓷刀具硬度大，在高溫環境下不受影響（xiǎng），適用於高溫切削加工。陶瓷材料的抗粘結性（xìng）也較好，可以消除在切削加工中出現的粘連（lián）等問題。由此可見，陶瓷材料（liào）因自身化學性能和特（tè）點而在高速切削加工中大量應用。

（3）金剛石材料。硬度最（zuì）佳的刀具材料為金剛石，其導熱性能也較佳。但是由於成本較高，導致部分（fèn）加工廠（chǎng）商在選擇時（shí）有所顧慮。

5 、結束語

高速切削在工業製造中屬於較（jiào）為核心和繁雜的加工流程（chéng），參數的（de）設置與部件的選擇都（dōu）會影響最終的（de）效（xiào）果和效率。因（yīn）此，在數控車床（chuáng）中應用高速切削技術時，不僅要對各個要點（diǎn）全麵熟悉和（hé）了解，而（ér）且對刀具和材料的選擇也要慎重。通（tōng）過研究應用技術要（yào）求和（hé）部件選擇（zé），可以為高速切削技術（shù）在數控（kòng）車床中的應用提供技術參考。

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