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淺談高速（sù）切削（xuē）技術與（yǔ）發展

2014-7-24 來源（yuán）：數控機床（chuáng）市場網（wǎng）作者：曹雅莉（甘肅機電職業技（jì）術學院）

在機械製造業的發展中，高速加工技（jì）術（HSM或HSC）作（zuò）為一種先進實用的現代製造技術日益發揮關鍵作用（yòng）。它所帶來的高效率以及高精度，正滿足製造業不斷發展的（de）需要。所謂高速切削是指用（yòng）比正常切削速度高（gāo）出（chū）許多倍的切削速度進（jìn）行的切削加工。高速（sù）切削時（shí），當切削速度到達某一臨界（jiè）值時，切削溫度（dù）不但不會升高反而會（huì）出現降低，工件的表麵精度也會（huì）隨之挺高，加工時間會大大的縮短，生產效（xiào）率也會提高。而且還將給切削過程帶來一係列（liè）的優良特性。實際上，高速（sù）切削不是簡單意義（yì）上的高切削速度。它應當被（bèi）認為是用特定方法和生（shēng）產設備進行加工（gōng）的工藝。

1 速度範（fàn）圍的界定及其優點

高速切削加工（gōng）是麵向當今的一項新技術，它是一種不同於傳統加工（gōng）的加工（gōng）方法。通常，考慮到切削刀具直徑和轉速等因素，我們用（yòng）切削加工的線速度（線速度就是（shì）在（zài）金屬切削過（guò）程中，刀具相對於工件的瞬間移動速度）來描述切削速度，單位 m/min。通常把切（qiē）削速度比常規切削（xuē）速（sù）度高出（chū）5-10倍以上的切削加工叫做高速切削或超高速切削。在加（jiā）工鋼件時（shí）切削速度可以達到3000m/min，加工鑄鐵時可（kě）以達到3000m/min，加工鋁合金則可以達到7000m/min，比常用的切削速度高了許多（duō）倍。由於機床主軸是（shì）提（tí）供（gòng）高轉速的關鍵部件，與傳統切削加工相（xiàng）比（bǐ），高速切削加工主軸轉速高、切削進給速度高、切削量小，但單位時間（jiān）內的材料切除（chú）量卻增加（jiā）3-6倍。

按加工不同材料劃分高速切削範圍。下（xià）圖是對七種不（bú）同材料經過切（qiē）削實驗後，得出的高速切（qiē）削速度範圍（wéi）示意圖，圖（tú）中淺色區域為傳統（tǒng）切削的速度（dù）範圍，黑色區域為高速切削的速度範（fàn）圍。

高（gāo）速切削作為製造行業（yè）中最為重要（yào）的一（yī）項先進製造（zào）技術，是集高效、優質、低耗於一（yī）身的先進製造技術。與傳統切削加工相比（bǐ），高速切削具有下列特點：

（1）切（qiē）削速度的大幅度提高，進給（gěi）速度也相應提高5-10倍。隨著高速切削中主軸轉速和進給（gěi）速度（dù）的提高，單位時間內材料的去除率增加，切削（xuē）時間也隨之減少（shǎo），可達到常規切削的3-6倍，甚至更高。加（jiā）工效率顯著提高，從而縮短了產品的製造（zào）周期（qī）。同時（shí），高速切削可（kě）加工許多常規切削無（wú）法加工的高硬度、高強度淬硬零件，許多零（líng）件一次裝夾即可完成粗加（jiā）工、半精加工和精加工等全部工序，縮短了工藝路線，進（jìn）而（ér）大大提高加工生產率。

（2）高速切削時的切削力（lì）小，與常（cháng）規切削相比（bǐ），切削力至少可（kě）降低30％，有較高的穩定性可高質量地（dì）加工薄壁零（líng）件。特別有利（lì）於提高薄壁細肋件（jiàn）等剛性差零件的高速精密加工。

（3）高速切削時，刀刃和工件的接觸長度（dù）和接觸時間非常短，95%-98%以上的切削熱（rè）量來不及傳給工件，就會被切（qiē）屑快速帶走，減少了刀（dāo）刃和工（gōng）件之間的熱傳導，工件基本上長期保持（chí）冷態，因而特別適合加工（gōng）尺寸較大，需（xū）要多（duō）道工序加（jiā）工的工件，以及加工時容易產生熱（rè）變形的零件（jiàn）。

（4）高速旋轉時（shí），機床的激振頻率特別高，不會造成（chéng）工藝係（xì）統的受迫（pò）振動。工作平穩振（zhèn）動小，保證了較好的加工狀（zhuàng）態（tài），因而能加工出非（fēi）常精密、表麵粗糙度精度很高的零件。

（5）高（gāo）速切削可以加（jiā）工各（gè）種難加（jiā）工（gōng）材料。如硬質合金、鈦合金、耐熱鋼、不鏽鋼（gāng）、淬火鋼等各種高硬度、高強度、高韌性（xìng）、高脆性的金屬及非金屬材料的加工。一些高（gāo）強度、高硬度材料加工過程容易產生（shēng）硬化，刀具磨損嚴重。如果采用高速切削（xuē）可以有效地減少刀具磨損，提高零件加工的質量。

（6）加工過程中能耗低，節省了製造資源及成本。由於（yú）單位時間的材料切除率高（gāo）、工件的切削加工時間短，縮短了加工周期，降（jiàng）低（dī）了切削加工在工件整個加工（gōng）成本總量中的比例。從而節省了一部分加工成本。而且由於（yú）所有零件的切削時間變短，使得機床生產率提高（gāo），機床（chuáng）的工作（zuò）時間變短，延長了機床（chuáng）的使用壽命。

（7）高速切削加工也有其自身的局限性。例如，切削加工大部分鋁合金時，切削速度的提（tí）高不受刀（dāo）具耐用度的限度（dù）；但是在加工一些難加（jiā）工材料時，切削速度的提高（gāo）仍（réng）會受到機床（chuáng）自身性能（néng）的影響（xiǎng）以及刀具急劇磨損的影響。另外，加工一些特殊複雜表麵時，切削速度也會受到影響。

2 切削（xuē）的關鍵技術

高速切削是集高效（xiào）、優質、低（dī）耗於一身的先進製造技術。高速切削不隻是切（qiē）削速度（dù）的進步，它的發展涉及到機（jī）床、刀具、工藝（yì）和材料等諸多領域。高速切（qiē）削主要包括以下幾方麵的基礎理論與（yǔ）關鍵技術：

2.1 高速切削刀具技術

高速切削中，刀（dāo）具技術是實現高速加工的關鍵技術（shù）之一。由於高速切削對刀具的使用要求非常嚴格，切削的合金（jīn）材料裏麵難免含有一些（xiē）較（jiào）硬（yìng）的雜質，對刀具（jù）的磨損十分嚴（yán）重。所以要求刀具材料具有高（gāo）硬度、高強度、高（gāo）耐（nài）磨性、高的抗振動能力、良好的耐熱衝（chōng）擊性，高熱硬性、良好的化學（xué）穩定性。

目前，在高速切削中（zhōng）使用的（de）刀（dāo）具材料（liào）主要有硬質合金、塗（tú）層刀具（jù）、金屬陶瓷、陶瓷、立方（fāng）氮（dàn）化硼和金剛石刀（dāo）具。最常用的刀具材料是硬質合金、塗（tú）層刀（dāo）具（jù）和金屬陶瓷。隨著高速切削加工（gōng）的應用範圍擴大，對新型刀具材料的研究、刀具設計（jì）結構的改進、數控刀具路徑（jìng）新策（cè）略的產生和切削條件（jiàn）的改善等也有（yǒu）所提高。

2.2 高速切削機（jī）床（chuáng）技術

高速機床也是實現高速切削的另一個（gè）重要保障。性能良好（hǎo）的高速切削機床才能實現高速切削和超高速切削。尤（yóu）其是高精度的主軸係統（tǒng）和高精度的進給傳動係統，是高速切削機床的核心關鍵技術（shù）。要求高速機床的主軸動平衡性很高（gāo），回轉精度高，有良好的熱穩定（dìng）性，變形量很小；同時（shí）帶有準確的測溫裝置和高效的冷卻裝置。

2.3 高速切削（xuē）的工藝技術（shù）

高速切削的工藝技術也是（shì）高速加工的關鍵之一，高速切削的工藝過程和傳（chuán）統切削的工（gōng）藝過程有（yǒu）很大不同。在（zài）製定工藝文件時，高速切（qiē）削更（gèng）嚴格。如果切削方法及（jí）切削參數選擇不當，會使刀具的磨（mó）損加劇，也會（huì）導致工件的加工精度得不到保證。同時在（zài）進行高速切削時，工件的材料（liào）不同，所（suǒ）選用的機床、刀具（jù）不同（tóng），切削工藝和（hé）切削（xuē）參數也會有很大不同。

2.4 高速加（jiā）工的測（cè）試技術

高速加工（gōng）是在密封的工作區間裏進行的，工作人員無法直接觀（guān）察到工件的（de）加工情（qíng）況，因此要求機床對工件的加工過（guò）程、刀具的（de）磨損等狀態能進行有效的監控，實時地對加工過程在線（xiàn）監測控製，這樣才（cái）能延長刀具的使（shǐ）用壽命，保證產品的質量，提高加工效率。高速加工中一般用高精度、高速度的（de）傳感檢測技術，這（zhè）包括位置檢測、刀具狀態檢測、工件狀態檢測和（hé）機床工況監測等技術。

3 高速切削技術的發（fā）展

高速切削加工（gōng）技術（shù）是一項全新的、正在發展之（zhī）中的先進（jìn）實用技術，在（zài）工（gōng）業發達國家已（yǐ）經得到廣泛的應用，並且（qiě）取得巨大的經濟（jì）和社會效益。但在國內起（qǐ）步較晚，80年代中期開始研究（jiū）並在生產中（zhōng）應用，其後（hòu）引起對高（gāo）速切削加工的普遍關注。但國（guó）內已（yǐ）經進口了大批（pī）高速加工設備，也開發（fā）了多種高速（sù）加工機床和加工中心，還有許多高速切削刀具係（xì）統，完全（quán）有可能迅速把我國高速（sù）切削加工技術的應用推進到一個新水平。

4 結束語

高速切削（xuē）加工技術可（kě）以節約刀（dāo）具材料和切削液，節（jiē）省（shěng）勞動力，節約自（zì）然資源，減少對環（huán）境的（de）汙染（rǎn），作為一種先進實用的現代製造技術日益發揮關鍵作用，它所帶來的（de）高效率以及高精度，正滿足製造業不斷發展的需要。推廣應用高速切削（xuē）加工技術（shù）應用於（yú）製造業，不但（dàn）可以大幅度提高機械加工的效率、質量，降低成本，而且可以帶動一係列高新技術產業的發（fā）展。高速切削加工技術必將沿著高效、高精、柔性、自動、安（ān）全、綠（lǜ）色、低成本的方向繼續發（fā）展，成為未來切削技術的主流（liú）。

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