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高速切削技術在數控（kòng）車床中的應用

2020-11-19 來源：上海維宏電子科技股份有限（xiàn）公司作者：柏鶴（hè）

摘要：介（jiè）紹了高速切削技術及輕（qīng）金屬材料、超級合金材料、鋼材和鑄鐵材料等高速切削技術的適用對象，分（fèn）析了高速切削技術在數控車床中應用的技術要求，給出了高速主軸（zhóu）單元的運行條件和參數設置（zhì），並對刀柄、刀具（jù）材料的選擇進行了研究。

關鍵（jiàn）詞：高速（sù）切削數控（kòng）車床應用

1、研究（jiū）背景

在機械製造生（shēng）產實踐所使用的加工技術中，高速切削技術是（shì）應（yīng）用（yòng）比較廣泛的技術之一。

高速切削技術具有效率高（gāo）、能耗低、精度高等優點。在機械加工過程中應（yīng）用高速切（qiē）削技術，能夠在保（bǎo）證加工質量的前提下進一（yī）步提（tí）高加工效率，並且（qiě）減少能耗。

在此背景下，將（jiāng）高速切削技術應用於機械加工的主要平台數控（kòng）車床（chuáng），具有十分重要的意義（yì）。

2、高速切削（xuē）技術概述

在機械加工中，切削指對工件上的冗餘部分進行切除，這一操作需要（yào）借助刀具、砂輪等（děng）部件來完成。高速切削建立在傳統刀（dāo）具切削基礎之上，具備傳統（tǒng）刀具切削的特點。

當然，高速切削技術與傳統切（qiē）削技術相比（bǐ），具有高效率、低（dī）成本、高精度等優（yōu）點。作為（wéi）一項（xiàng）已（yǐ）經比（bǐ）較成熟的（de）機（jī）械加工技術，高速切削技術在生產實踐中的應用比較廣（guǎng）泛（fàn）。要（yào）想實（shí）現對高速切削技術（shù）的應用，需要（yào）做好數控車床（chuáng）結構設計、數控車（chē）床控製係統（tǒng）設計、刀具結構設計等工作。隻有充分（fèn）做好以上工作，才能使高速切削技術（shù）得到有效應用，從而發揮其在機械加工（gōng）中的優勢。同時，為了提高高速切削（xuē）技術應用過程中的穩定性，需要做好數控車（chē）床各個子係統（tǒng）中相（xiàng）關控製指標的設定。

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（suǒ）有材料都能進行高速切削加工。在機（jī）械製造加工實踐過程中，高速切削技術通常適用於三類材料，分別為輕金屬（shǔ）材料（liào）、超級合金材料、鋼材和鑄鐵材料。

3.1 輕金屬材料

在工業生產活動中，鋁合金是最常用的輕金屬材料之一（yī）。

鋁合金不但擁有較好的耐腐蝕性能和導電、導熱性能，而且還具有較強的韌性和延展性。這些特性使鋁（lǚ）合金具（jù）備較好的快速成型能力，能（néng）夠被廣泛運用於製造業（yè）中。

總體而言，輕金屬材料具有較好的切割性能，能夠（gòu）適合進行（háng）高速切削。在（zài）對輕金屬材料進行高速切削的過程中，輕金屬材料可以將絕大多數熱量帶走，從而減（jiǎn）小輕金屬材（cái）料的熱變形，並且（qiě）由於切削（xuē）速度快，因此具備更高的精度。

3.2 超級合金材料

在對超級合金材料（liào）進行高速切削的過程中，需要選擇合（hé）適的刀具，包括氧化鋁刀具（jù）、聚晶立方氮化硼刀具等。

通過選擇（zé）合適的刀具，能夠（gòu）進一步提升超級合金高速切削過程（chéng）中（zhōng）的速度與（yǔ）精度（dù）。

3.3 鋼材和鑄鐵材（cái）料

在對鋼材進行高速切削的過程（chéng）中，通常需要選擇（zé）較為鋒（fēng）利（lì）的刀具，同時對（duì）切削的後角進行嚴格把（bǎ）控。這樣做的主要目的是減小刀具的磨損，從（cóng）而使刀具的使用壽命延長。

此外（wài），適當（dāng）的後角也有助於提高（gāo）對鋼材進行高速切削的精度。

在對（duì）鑄鐵（tiě）材（cái）料（liào）進行高速切削的過程中，也需要注意選擇刀具材料。隻有選擇合適的刀具材（cái）料，才能夠提升切削的速度和質量。

4 、高速切削技術應（yīng）用技術要求

以下介紹（shào）高速切削技術在數控車床中應用的（de）技術要求。

4.1 高（gāo）速主軸單元運行條件

與普通車床相比（bǐ），高速切削車床的最大區別之一是高速主軸單元。高（gāo）速主軸單元是實現高速切削的核（hé）心部件，要使高速主軸單元（yuán）正常工作，通常需要滿足以下條件：第一，具備較高的同軸度、傳遞力矩和傳動功（gōng）率（lǜ）；第二，具備良好的冷卻裝置、平衡性和動態性能；第三，具備較高的（de）角加速度。

4.2 高（gāo）速主軸單元參（cān）數設置

高速主軸單元相關參數的設置通常需要符合以下要求：

（1）主軸具有較高（gāo）的轉速，通常高於 10 000 r/min，是普通車床轉速（sù）的 5～10 倍；

（2）高速主軸車床（chuáng）的（de）輸（shū）出功率通（tōng）常設置為 20k W～80 k W，當輸出功率（lǜ）在這一範圍內（nèi）時，不但能夠提高切削加工的效率，而且（qiě）可以對重荷載材（cái）料進（jìn）行加工；

（3）高速主（zhǔ）軸單（dān）元的啟動和製動時間（jiān）較短，通常為 1～2 s，為此，主（zhǔ）軸單（dān）元的加速度要比普通車床高，通常設（shè）置為 1g～8g，g 為重力加速度。

4.3 部件選擇

部件的選擇不僅決定自身的使用（yòng）壽命和使用效率，而且決定高速切削的效果，因（yīn）此（cǐ）部件的選擇要從有效性（xìng）和（hé）合理性出發（fā）。

4.3.1 刀柄

高速切削過（guò）程（chéng）中，最核心的部件之一是刀（dāo）柄，決定著高速切削的最終（zhōng）效果和時間。

（1） ER 彈（dàn）性夾套。在高速切削加工時選用精度高、成本低的 ER 彈性（xìng）夾套，在（zài）旋轉向（xiàng）心力加速方麵，可以起到促進作用。在夾力方麵，ER 彈性夾套直徑小的特點（diǎn）可以提高力度（dù）。在使用時，需要平衡螺（luó）帽（mào）來穩（wěn）定和加固。

（2）熱縮式刀柄。較為先進的熱縮式刀具（jù）與刀柄結合（hé），具有諸多優勢。熱縮式刀柄材質可以（yǐ）支持係統（tǒng）加熱，具有極高的穩定性。

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

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

（5）高（gāo）精度（dù） HP 夾套。此類夾套在功能上類似於ER 彈性夾套，但是在（zài）夾力的原理（lǐ）上有重要區別。HP 夾套在應用時使刀具通過定位鎖緊（jǐn），精度較高，成本較（jiào）低，優點為同心性好，對操（cāo）作的平衡（héng）度容易把控，利（lì）於裝卸清（qīng）洗（xǐ）。

4.3.2 刀具材料

高速切削的效果主要由刀具（jù）材質和質量決定，因此刀具材料的選擇（zé）在高速切削中具有重要作用。

（1）塗層材料。刀具塗（tú）層材料主要分為硬（yìng）性和軟性兩種。前者在使用中的耐磨度較高，如碳化鈦、氮（dàn）化鈦等。後者在使用中相互摩擦的作（zuò）用較小，對切削力度的限製較為有利於切削，如二硫化鎢等。同時，軟塗層的（de）使用（yòng）會提高表（biǎo）麵處理效果，延長使用壽命。

（2）陶瓷材料。陶瓷具有硬（yìng）度大、抗摩擦等特點（diǎn），被大量運用。陶瓷刀具硬度大，在高溫環境下不受影響，適用於高（gāo）溫切削加工（gōng）。陶瓷材料的抗粘結性也較（jiào）好，可以消除（chú）在切削加工中出現的粘連等問題（tí）。由此可見，陶瓷材料因（yīn）自身化學性能和特點而在高速切削（xuē）加工中（zhōng）大量應用。

（3）金剛石材料（liào）。硬度最佳的（de）刀具材料為金剛石，其導熱性能也較佳。但是由於成本較（jiào）高，導致部（bù）分加工廠商在選擇時有所顧慮。

5 、結束（shù）語（yǔ）

高（gāo）速切削在工業製造中屬於較為核心和（hé）繁雜的加工（gōng）流（liú）程，參數的設（shè）置與部件的選擇（zé）都會影響最終的效果和效率。因（yīn）此，在數控車床中應用高速（sù）切削技術時，不僅（jǐn）要對各個要點全麵熟悉和了解，而且對刀具和材料的選擇也要慎重。通過研究應用技術要求和部件選擇（zé），可以為高速切（qiē）削技術在數控車床（chuáng）中的應用提供技術參考。

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