随着机床、刀具和高速旋转铣刀技术的进步，“高速加工”(HSM)已经成为一种高效的加工过程，能够完成高精度和高表面质量零件的加工。随着机床、主轴和数控系统或控制单元的显著改进，高速加工已被成功地应用于航空工业复杂的铝合金零件的加工，广泛地应用在汽车和电子元件产品中的冲压模，还有塑料模具零件等。高速加工的主要优点有：材料去除率高，研制周期短，切削力低，工件变形小。然而，同高速加工的应用相关的问题主要依赖工件材料和所需的产品几何形状。高速加工的主要缺点有：过多的刀具磨损，需要特别昂贵的机床，并且这些机床必须有良好的主轴、控制器单元和夹具，具有动平衡的刀柄，最重要的是要有先进的刀具材料和涂层材料。
p) x$ I* _& L0 z/ \! o高速切削加工的关键技术：
: Q" i5 E z/ p1.高速切削对机床的要求
8 m+ M$ K- B' o机床是实现高速切削的首要条件和关键因素。高速切削要求机床具有高主轴转速、高动态的进给驱动，大的功率，主轴和床身良好的刚性，优良的吸振特性和隔热性能，快速的CNC控制性能，可靠的安全防护等等。, @4 \) @" \2 n8 {6 V; f" j1 K
(1)主轴要有高转速、大功率和大扭矩
9 x$ j7 e. ~, G3 m& ?高速主轴是高速切削机床的最核心部件，高速切削机床不但要求主轴转速高，而且要求传递的扭矩和功率也要大，并且在高速运转中还要保持良好的动态和热态特性。
0 P5 n" v$ K, L, A1 J(2)进给速度高，以保证刀具每齿进给量基本不变1 u8 w4 j+ K4 c2 J, B3 s" f
高速切削时要求甚高的进给速度，珠丝杠驱动已不能满足要求。现在多数高速切削机床采用直线电机驱动导轨，进给速度由过去的6m/min提高到80-120m/min。
& C0 t! K& F j. ^0 b; b, B; ?(3)进给系统要有很大的加速度. R( R- r& T! f
在切削加工过程中，机床进给系统的工作行程一般只有几十毫米至几百毫米。在这样短的行程中要实现稳定的高速切削，除了进给速度要高外，进给系统必须有很大的加速度，以尽量缩短启动-变速-停车的过渡过程，实现平稳切削。这是高速切削对机床结构设计的新要求，也是机床设计理论的新发展。
, Z5 K; P& I A% }8 `' R, Q h(4)对高速切削机床的结构要求高- G+ B1 _. F' C4 j- }
高速切削机床的结构都应有很高的静、动刚度和优良的力学性能。+ _0 B. d2 ~1 T- E- r) \9 K
% }" ^/ g8 y2 t2 S2.高速切削对刀具的要求
" J, @: a; h; v* D(1)使用优质刀具材料
- N( D, z: `' U5 ]高速切削刀具材料除应满足硬度、耐磨性、强度、韧性、工艺性和经济性的要求外，还应具备高的耐热性、高的抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。目前适用于高速切削的刀具主要有：涂层刀具、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氯化硼(CBN)刀具及聚晶金刚石(PCD)刀具、性能优异的高速钢和硬质合金复杂刀具等。
3 e4 y8 Z, v- |. H* n(2)刀柄结构
: ]9 S$ x# s) U; R高速切削的刀具在高转速下工作，原来的7:24锥柄接触不可靠，锥面很难良好接触。高速切削的刀具常采用短锥柄，定位锥面和端面同时接触，以获得很高的接触刚度和精度。
. d0 E* J, a+ ^(3)能快速换刀
* c1 ]1 k+ B m# o高速切削的刀柄结构必须能保证快速换刀，快速换刀时间一般仅为数秒钟。1 y" O" s' {. g7 [; M
(4)刀具使用前的处理7 W2 E7 \, X M0 ]- G, G! e
高速切削的刀具使用前必须经过精密动平衡，以免工作时发生振动。1 O$ \* c; d0 z! _. [
3.高速切削对工艺的要求9 a8 |5 I2 k7 q2 N: ^+ F6 Q
高速切削的工艺技术是进行高速切削加工的关键。切削方法选择不当，会使刀具加剧磨损，完全达不到高速加工的目的。为了促进高速切削加工技术的发展，必须对高速切削加工的工艺性与经济性问题进行深入探讨。高速切削加工工艺关键技术主要包括切削方法和切削参数选择、优化。
: l2 d7 m: v* |(1)切削方式的选择
* U5 h8 L& W* j$ j! o在高速切削加工中，应尽量选用顺铣加工，因为在顺铣时，刀具刚切入工件产生的切屑厚度为最大，随后逐渐减小。相反在逆铣时，刀具刚切入工件产生的切屑厚度为最小，随后逐渐增厚，这样增加了刀具与工件的摩擦，在刀刃上产生大量热，所以在逆铣中产生的热量比顺铣多很多，径向力也大大增加。同时在顺铣中，刀刃主要受压应力，而在逆铣中刀刃受拉应力，受力状态较恶劣，降低了刀具的使用寿命。
" ^' t9 {9 r% ^' c7 i+ \3 i' R(2)保持恒定的金属去除率
+ w% d+ a2 _+ |7 w3 t2 E: U2 O高速切削加工适于浅的切深，切削深度不应超过0.2/0.2mm(ac/ap)，金属去除率保持恒定，使加在工件上的切削载荷恒定，同时恒定的切削负载、切屑尺寸，可延长刀具的寿命、保证较好的加工质量等。
! h. ]5 R# N! u. i( O7 Q" s2 m! [9 G' V(3)走刀方式的选择" V1 ^9 o& z: A# g) H% d9 o& j
对于带有敞口型腔的区域，尽量从材料的外面走刀，以实时分析材料的切削状况。而对于没有型腔的封闭区域，采用螺旋进刀方式，在局部区域切入。尽量减少刀具的急速换向，高速切削加工主要选择回路或单一路径切削。+ Z( a7 A2 T* \8 W
(4)在Ｚ方向切削连续的平面
8 `- U: S( U+ A$ m传统加工型腔的方法是使用靠模铣削，这种加工方式增加了刀具切入、切出工件的次数，影响了工件的表面质量，限制了机床和刀具强大功能的发挥。在高速切削加工中，常采用Ｚ方向切削连续的平面。采用比常规小的步距，从而降低每齿切削去除量，改善加工表面的质量，缩短了加工时间。
( B3 r2 O ~: o; i* u2 c4 d0 b高速切削加工技术可显著提高加工效率和刀具寿命，且能得到很好的加工质量，是现代制造技术中具有战略性的重要技术。随着高速加工应用范围的扩大，对新型刀具材料的研究、刀具结构的改进、数控刀具路径新策略的产生和切削条件的改善也有所提高。而且，切削过程的计算机辅助摸拟也出现了，这项技术对预测刀具温度和应力，延长刀具使用寿命很有意义。很显然，随着各项新技术的不断成熟和综合运用，以高效率、高精度和高表面质量为基本特征的高速切削加工技术的应用已经越来越广泛，并且取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。 |
发表于 2009-3-5 19:14:04
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