高速切削52883

1、高速切削高速切削(HSC)加工作為一種先進(jìn)切削技術(shù)，自二十世紀(jì)八十年代以來(lái)得到了日益廣泛應(yīng)用。高速加工采用遠(yuǎn)高于常規(guī)加工切削速度進(jìn)給速度，不僅可提高加工效率，縮短加工工時(shí)，同時(shí)還可獲得很高加工精度。隨著高速主軸技術(shù)發(fā)展，與其配套新型刀具不斷出現(xiàn)，同時(shí)對(duì)高速加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究也不斷深入，使得高速切削技術(shù)理論研究應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足發(fā)展。高速加工主要優(yōu)點(diǎn)有：1、切削力降低30%左右，特別適合剛性差零件，2、由于加工時(shí)對(duì)刀具工件進(jìn)行了冷卻潤(rùn)滑，

2、減少了切削熱對(duì)工件影響，特別適合加工易熱變形工件3、激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)床工藝系統(tǒng)固有頻率，加工平穩(wěn)，振動(dòng)小，加工表面質(zhì)量好4、能極大地提高生產(chǎn)效率。但，高速切削采用高壓大流量冷卻方式會(huì)增加環(huán)境污染、提高生產(chǎn)成本、減少刀具耐用度、加大機(jī)床腐蝕等一系列問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，目前采用方法一種改變切削液使用參數(shù)用量，研制新型無(wú)污染綠色切削液另一種切削過(guò)程停止使用切削液，采用干切削，它能從根本上徹底解決切削液帶來(lái)問(wèn)題。干切削技術(shù)上世紀(jì)九十年代為

3、適應(yīng)全球日益高漲環(huán)保要求可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而發(fā)展起來(lái)一項(xiàng)綠色切削加工技術(shù)，目前歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視干切削研究，干切削技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到了生產(chǎn)領(lǐng)域，并且取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。高速切削因具有降低切削力，工件熱變形小等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)干切削提供了有利條件，高速干切削目標(biāo)不僅要限制或停止使用切削液，而且要保證高加工效率加工質(zhì)量。但高速干切削，因缺乏切削液冷卻潤(rùn)滑排屑作用，會(huì)導(dǎo)致切削區(qū)刀具與工件摩擦加劇，切削力增大，切削溫度上升，切削振動(dòng)增強(qiáng)以

4、及排屑不暢等情況，會(huì)影響機(jī)床加工性能刀具使用壽命，降低加工質(zhì)量。因此，需要從刀具、機(jī)床輔助工藝等方面來(lái)進(jìn)行研究并優(yōu)化，使高速干切削技術(shù)能得到更廣泛應(yīng)用。一、高速干切削刀具技術(shù)高速干切削刀具要承受比濕切削更高溫度，刀具與切屑刀具與工件接觸面上摩擦系數(shù)也要盡可能小，而且還要求刀具有利于斷屑、排屑散熱，這就需要從刀具材料、刀具涂層以及刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化等幾個(gè)方面來(lái)解決。1.刀具材料刀具材料迅速發(fā)展高速干切削得以實(shí)施工藝基礎(chǔ)。高速干切削時(shí)要求刀具材料

5、與被加工材料化學(xué)親力要小，必須具有良好耐熱性，極高紅硬性熱韌性。目前適用于干式加工刀具材料有超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、PCD(聚晶金剛石)、CBN(立方氮化棚)、陶瓷金屬陶瓷等。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金特別能承受較高切謝溫度，具有較高強(qiáng)度沖擊韌度，適用于制作干切削鉆頭銑刀。PCD(聚晶金剛石)CVD金剛石涂層刀片有很高硬度熱導(dǎo)率，適合高速干切削有色金屬(如銅合金，鋁合金)以及鈦合金耐磨高性能復(fù)合材料，但不能加工黑色金屬。CBN(立方氮化硼)硬度耐磨性?xún)H次

6、于金剛石，有優(yōu)良紅硬性、化學(xué)穩(wěn)定性低摩擦系數(shù)，高速干切削HRC50以上淬硬鋼冷硬鑄鐵等黑色金屬理想刀具材料。金屬陶瓷硬度沖擊性好，熱硬性差，故多用于精加工半精加工。陶瓷具有硬度高。化學(xué)穩(wěn)定性抗粘結(jié)性好、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)廉價(jià)干切削刀具材料，但其強(qiáng)度、韌性抗沖擊性能差，適用于灰鑄鐵鋼高速干切削。2.刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化加工，可利用干燥空氣通過(guò)虹吸作用吸出孔切屑，而無(wú)須使用切削液。④利用真空或噴氣系統(tǒng)改善排屑條件。如日本某公司開(kāi)發(fā)“潔凈回收系統(tǒng)

7、”，采用將刀具部分罩住結(jié)構(gòu)，利用從內(nèi)部吹出壓縮空氣，使切屑順著刀具回轉(zhuǎn)方向經(jīng)螺旋管道排出。c.采用熱穩(wěn)定性好結(jié)構(gòu)適當(dāng)隔熱措施機(jī)床床身采用熱穩(wěn)定性好結(jié)構(gòu)材料，可將切削熱影響降到最低程度。如采用均衡溫度結(jié)構(gòu)，將床身左右兩側(cè)、頂部底部設(shè)計(jì)成四個(gè)相通型腔并注入油液，即可保證整個(gè)床身具有相同溫度。此外，機(jī)床立柱與底座等基礎(chǔ)構(gòu)件采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)并選用熱容量小材料，主軸采用恒溫水冷裝置等，都能提高機(jī)床熱穩(wěn)定性。采取適當(dāng)隔熱措施，如排屑槽用絕熱材料制造，高

8、速切削區(qū)采用絕熱罩來(lái)隔斷熱切屑等，均可減少排屑過(guò)程切屑傳遞給機(jī)床熱量。2.高速干切削機(jī)床主軸主軸應(yīng)具有較高轉(zhuǎn)速較高剛度，特別動(dòng)剛度，以適應(yīng)干切削過(guò)程切削力增大、切削振動(dòng)增強(qiáng)影響，因此，通過(guò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化高速大功率電主軸技術(shù)能有效適合高速于切削要求，它采用內(nèi)藏式無(wú)外殼伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式，消除了間傳動(dòng)鏈影響，可以獲得較高主軸轉(zhuǎn)速，而且還可以提高主軸剛度頻率響應(yīng)，抑制或降低主軸單元干切削過(guò)程切削振動(dòng)，同時(shí)采用陶瓷軸承以及先進(jìn)潤(rùn)滑技術(shù)，降低主軸加工

9、過(guò)程熱影響。主軸密封技術(shù)也實(shí)現(xiàn)高速干切削重要因素。目前，高速主軸設(shè)計(jì)，采用動(dòng)態(tài)優(yōu)化電主軸結(jié)構(gòu)，并結(jié)合通過(guò)熱平衡設(shè)計(jì)，循環(huán)內(nèi)冷卻技術(shù)軸承油氣潤(rùn)滑技術(shù)，提高主軸單元?jiǎng)觿偠葻岱€(wěn)定性。防塵方面，采用迷宮式非接觸結(jié)構(gòu)，并結(jié)合油氣潤(rùn)滑高壓氣體(O.4MPa)，能有效防止加工懸浮顆粒侵入。3.高速干切削機(jī)床進(jìn)給單元進(jìn)給單元應(yīng)具有較高剛度較大推力，很高進(jìn)給速度良好加減速特性。目前主要有“伺服電機(jī)大導(dǎo)程高速滾珠絲杠副”“直流直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)”。精密高速滾

10、珠絲杠副最大進(jìn)給速度可達(dá)到50～80mmin，進(jìn)給加速度可達(dá)0.5～1.5g直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給單元最大進(jìn)給速度可達(dá)到100～200mmin，進(jìn)給加速度可達(dá)3～10g。兩種進(jìn)給系統(tǒng)均能滿(mǎn)足高速干切削加工要求，其直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給單元加減速能力較強(qiáng)，高速干切削加工理想進(jìn)給方式，但直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)使用存承載力小、易發(fā)熱等問(wèn)題，有待改進(jìn)。三、高速干切削工藝技術(shù)由于高速切削條件下，95%～98%切削熱將被切屑帶走，切削力也可降低30%，因此，采用很高切

11、削速度進(jìn)行加工可以取得與使用切削液相同效果。日本牧野公司提出“紅月牙”于切削工藝技術(shù)，其機(jī)理由于切削速度很高，產(chǎn)生熱量聚集于刀具前部，使切削區(qū)附近工件材料達(dá)到紅熱狀態(tài)，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度明顯下降，從而提高材料去除率。一些機(jī)械加工，純粹干切削難以實(shí)現(xiàn)?？梢圆捎米钚×繚?rùn)滑(MQL)技術(shù)(又稱(chēng)準(zhǔn)于切削)。這種方法將壓縮空氣與少量潤(rùn)滑液混合氣化后，噴射到加工區(qū)，對(duì)刀具工件之間加工部位進(jìn)行有效潤(rùn)滑。MQL技術(shù)可以大大減少“刀具一工件”“刀具一切屑”之間

12、摩擦，起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連提高工件加工質(zhì)量作用，使用潤(rùn)滑液也很少，效果卻十分明顯。MQL技術(shù)使用對(duì)人健康無(wú)害植物油或脂油，其用量極少，一般為0.03～0.2Lh，而1臺(tái)典型加工心進(jìn)行濕切削時(shí)，切削液用量高達(dá)20～100Lh，為MQL潤(rùn)滑油用量6萬(wàn)倍左右。MQL潤(rùn)滑準(zhǔn)干切削效果相當(dāng)好，現(xiàn)已十分流行。此外，還可某些特殊氣體(如液氮)氛圍進(jìn)行干切削加工低溫冷風(fēng)于切削加工。4、結(jié)束語(yǔ)高速干切削加工從根本上解決了切削液帶來(lái)弊端，不