1、高速切削技術(shù)概述200511119:25:30【文章字體：大中小】打印收藏關(guān)閉一、高速切削技術(shù)概述一、高速切削技術(shù)概述1931年4月德國(guó)物理學(xué)家Carl.J.Saloman最早提出了高速切削（HighSpeedCutting）的理論，并于同年申請(qǐng)了專(zhuān)利。他指出：在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削溫度不但不會(huì)升高反而會(huì)降低，且該切削速度VC與工件材料的種類(lèi)有關(guān)。對(duì)于每一種工件材料都存在

2、一個(gè)速度范圍，在該速度范圍內(nèi)，由于切削溫度過(guò)高，刀具材料無(wú)法承受，切削加工不可能進(jìn)行。要是能越過(guò)這個(gè)速度范圍，高速切削將成為可能，從而大幅度地提高生產(chǎn)效率。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，當(dāng)時(shí)高速切削無(wú)法付諸實(shí)踐，但這個(gè)思想給后人一個(gè)非常重要的啟示。高速加工技術(shù)經(jīng)歷了理論探索，應(yīng)用探索，初步應(yīng)用和較成熟應(yīng)用等四個(gè)階段，現(xiàn)已在生產(chǎn)中得到了一定的推廣。特別是20世紀(jì)80年代以來(lái)，航空工業(yè)和模具工業(yè)的需求大大推動(dòng)了高速加工的應(yīng)用。飛機(jī)零件中有大量的薄壁零

3、件，如翼肋、長(zhǎng)桁、框等，它們有很薄的壁和筋，加工中金屬切除率很高，容易產(chǎn)生切削變形，加工比較困難；另外，飛機(jī)制造廠方也迫切要求提高零件的加工效率，從而縮短飛機(jī)的交付時(shí)間。在模具工業(yè)和汽車(chē)工業(yè)中，模具制造是一個(gè)關(guān)鍵，縮短模具交貨周期，提高模具制造質(zhì)量，也是人們長(zhǎng)期努力的目標(biāo)。高速切削無(wú)疑是解決這些問(wèn)題的一條重要途徑。自20世紀(jì)90年代起，高速加工逐步在制造業(yè)中推廣應(yīng)用。目前，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)和日本，大約有30％的公司已經(jīng)使用高速加工，在德國(guó)

4、，這個(gè)比例高于40％。在飛機(jī)制造業(yè)中，高速切削已經(jīng)普遍用于零件的加工。目前高速切削已經(jīng)有了一定的應(yīng)用，但要給高速銑削下一個(gè)確切的定義還較困難，高速切削的切削速度范圍較難給出。高速切削是一個(gè)相對(duì)概念，它與加工材料、加工方式、刀具、切削參數(shù)等有很大的關(guān)系。一般認(rèn)為，高速切削的切削速度是常規(guī)切削速度的5～10倍。對(duì)常用材料，一些資料給出了大致數(shù)據(jù)：鋁合金1500～5500mmin；銅合金900～5000mmin；鈦合金100～1000mmin

5、；鑄鐵750～4500mmin；鋼600～800mmin。各種材料的高速切削進(jìn)給速度范圍為2～25mmin。均勻的半成品毛坯，為精加工采用高速銑削創(chuàng)造條件；另外，在粗加工和半精加工時(shí)，如何選用刀具和設(shè)置切削參數(shù)，采用先進(jìn)的走刀方法等，這些都是要考慮的重要問(wèn)題。對(duì)于一個(gè)高速銑削加工任務(wù)來(lái)說(shuō)，要把粗加工、半精加工和精加工作為一個(gè)整體考慮，設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的加工方案，從總體上達(dá)到高效率和高質(zhì)量的要求，充分發(fā)揮高速切削的優(yōu)勢(shì)，這就是高速銑削工藝設(shè)

6、計(jì)的原則。1粗加工粗加工的目標(biāo)是追求單位時(shí)間的最大切除量，表面質(zhì)量和輪廓精度要求不高，重要的是讓機(jī)床平穩(wěn)地工作，避免切削方向和載荷急劇變化。為了防止切削時(shí)速度矢量方向的突然改變，在刀軌拐角處需要增加圓弧過(guò)渡，避免出現(xiàn)尖銳拐角。所有進(jìn)刀、退刀、步距和非切削運(yùn)動(dòng)的過(guò)渡也都盡可能圓滑，如在平面銑削中，可采用螺旋或傾斜方式（傾角為5左右）的垂直進(jìn)退刀運(yùn)動(dòng)、圓弧方式的水平進(jìn)退刀運(yùn)動(dòng)；而在曲面輪廓銑中，使用切圓弧的進(jìn)退刀運(yùn)動(dòng)等。刀具通常采用球頭銑刀

7、和平底圓角銑刀，采用2.5軸加工方式，加工時(shí)充分利用主軸的加工功率。為了平穩(wěn)地加工硬化了的材料，步距通常不得大于刀具直徑的6％～8％，深度不超過(guò)刀具直徑的10％。分層切削能控制切削載荷均勻，在粗加工中常采用此法。2半精加工半精加工的目的是把前道工序加工后的殘留加工面變得平滑，同時(shí)去除拐角處的多余材料，在工件加工面上留下一層比較均勻的余量，為精加工的高速銑削做準(zhǔn)備。半精加工應(yīng)沿著粗加工后的棱狀輪廓進(jìn)行銑削，以便使切入過(guò)程穩(wěn)定，并減小切削力

8、波動(dòng)對(duì)刀具的不利影響。另外，半精加工時(shí)刀具的切削應(yīng)盡量連續(xù)，避免頻繁地進(jìn)退刀。以前的CAM系統(tǒng)（包括目前的一般系統(tǒng)）基本上沒(méi)有基于殘留模型的編程功能。粗加工以后，不是針對(duì)殘留材料作后續(xù)加工，而是以一個(gè)假設(shè)的、估計(jì)的“毛坯”作為加工對(duì)象，來(lái)進(jìn)行半精加工的刀位軌跡計(jì)算。這樣得到的加工指令，在實(shí)際切削過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)空切現(xiàn)象，造成切削狀態(tài)不連續(xù)，引起刀具震動(dòng)或撞擊，縮短了刀具壽命，并容易造成加工缺陷?，F(xiàn)在，一些頂尖的CADCAM系統(tǒng)已推出了這項(xiàng)技

9、術(shù)。如在UG中，粗加工后可生成工件的殘留材料模型（IPW），然后以該殘留材料模型為毛坯，生成半精加工操作。這樣可去除空刀，減小刀具切入切出材料時(shí)的沖擊，延長(zhǎng)刀具壽命，并可獲得較為均勻的加工余量，為高速銑削精加工創(chuàng)造條件。3精加工精加工的目的是按照零件的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到較好的表面質(zhì)量和輪廓精度。精加工的刀位軌跡緊貼零件表面，要求平穩(wěn)、圓滑，沒(méi)有劇烈的方向改變。精加工中除需對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化外，還建議采用下面的加工順序：外輪廓加工、凸起規(guī)范幾