高速切削具有切削效率高、切削力小八泡、加工精度高肚让、切削熱集中引继、加工過程穩(wěn)定以及可以加工各種難加工材料等特點(diǎn)，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益更是顯而易見级嘀，因此广莉，目前高速切削加工的應(yīng)用非常迅速和廣泛。

　　隨著高速機(jī)床胖讶、加工中心切削速度和切削功率的急劇提高德检，單位時間內(nèi)金屬切除量大量增加，機(jī)床的切削液用量也越來越大斯娃，一些高速加工中心使用的高壓冷卻液像瀑布一樣淋向工件澎灸、刀具以及工作臺，這不僅加重了切削液的負(fù)面作用蛔垢，而且也產(chǎn)生了新的問題击孩，具體表現(xiàn)在：高速切削時迫悠，切削液實(shí)際上很難到達(dá)切削區(qū)鹏漆，大量的切削液根本起不到作用。與之相比创泄，干式切削采用其他技術(shù)措施取代切削液在切削過程中的作用艺玲，能有效地降低生產(chǎn)成本、改善生產(chǎn)環(huán)境鞠抑，徹底解決切削液對工件微淬火和對刀具熱沖擊的問題饭聚，但同時也帶來了切削區(qū)溫度升高、刀具磨損加劇搁拙、加工質(zhì)量下降的問題秒梳。而高速干切削技術(shù)是在高速切削技術(shù)的基礎(chǔ)上，融人干切削技術(shù)或最小量有效潤滑的準(zhǔn)干切削技術(shù)箕速，它是結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)酪碘，并對它們的不足進(jìn)行了有效補(bǔ)償?shù)囊豁?xiàng)新興先進(jìn)制造技術(shù)。

　　從表面上看茵箩，采用高切速解夜、大功率的切削方法，單位時間內(nèi)將產(chǎn)生更多的切屑和切削熱脾询，從而更加依賴于切削液的排屑和冷卻李狼，同時，由于沒有了切削液的潤滑斧枚，刀具也將加劇磨損榆模。而實(shí)際上我們在分析了高速切削的一些特性何哎，并通過一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，發(fā)現(xiàn)高切速對實(shí)施干切削固然是在一方面增加了難度积辞，但在另一方面卻具有一定的優(yōu)勢填阅，具體表現(xiàn)在：高速切削速度快，大量的切削熱來不及傳人工件侮夸，雖然產(chǎn)生的熱量多茶壹，但95%～98%的切削熱已被切屑帶走，工件基本處于冷態(tài)揍庄。例如咆蒿，高速切削性能比較好的鋁合金材料，在普通切削中蚂子，鋁屑常常會在大量的切削熱作用下部分熔化沃测，粘附在刀具上，嚴(yán)重影響工件表面加下質(zhì)量食茎，而采用高速干切削可使鋁屑在來不及熔化的時候就脫離刀具和工件蒂破，一次加工就能達(dá)到很高的表面質(zhì)量。因此高速干切削技術(shù)的關(guān)鍵在于切削過程中的快速排屑别渔，以及機(jī)床附迷、刀具的高溫性能，我們下面就從高速干切削機(jī)床和刀具兩方面對高速干切削技術(shù)進(jìn)行論述哎媚。

高速干切削機(jī)床

圖1 

圖2

　　高速干切削對機(jī)床的基本要求喇伯，首先必須是高速機(jī)床，要有較高的切削速度和進(jìn)給速度拨与，同時結(jié)構(gòu)上要有利于快速排屑稻据，并有較高的熱穩(wěn)定性。內(nèi)置的高速電機(jī)主軸是機(jī)床實(shí)現(xiàn)主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的最佳選擇买喧，目前可選的高速主軸轉(zhuǎn)速從10,000r/min到150,000r/min 霉枢，功率從0.5kW到80kW，可以滿足不同的切削需要榔屈；快速進(jìn)給系統(tǒng)可以采用改進(jìn)的滾珠絲杠或直線電機(jī)斑宴，進(jìn)給速度可以達(dá)到60～180m/m/min，加速度可達(dá)19.6～98m/s2蔫横，完全滿足快速進(jìn)給的需要桐赠。因此，在高速機(jī)床日益普及的今天刊濒，高速干切削對機(jī)床的要求主要針對機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)施涌粱，機(jī)床床身是保證機(jī)床穩(wěn)定性的基礎(chǔ)大件，應(yīng)采用熱穩(wěn)定性較好的整體鑄造的框架式或龍門式結(jié)構(gòu)，最好應(yīng)用絕熱材料“人造花崗巖”或新型均熱材料(如在鋁材料中添加20%的碳化硅得到的新型復(fù)合材料)侵选，增加絕熱傾斜蓋板糟糊。機(jī)床整體結(jié)構(gòu)盡量簡單，盡可能采用方便排屑的立式主軸布置盐儿，工作間寬敞明亮讳臣，內(nèi)部減少凸臺、凹槽稠鼻，方便排屑冈止，密閉工作間內(nèi)增加通風(fēng)設(shè)施。如圖1是MURATEC公司的MW系列雙塔干式車床模型候齿，其主體結(jié)構(gòu)對稱熙暴，排屑簡單方便，采用雙主軸平行布置慌盯，帶有12刀位轉(zhuǎn)塔周霉，有很高的加工效率，適合于鑄件亚皂、淬硬鋼俱箱。圖2所示的加工中心是Hueller Hille公司專門為干切削設(shè)計(jì)的specht 500T型高速加工中心，這種加工中心最大的特點(diǎn)就是有一個可沿水平軸轉(zhuǎn)動的工件更換器灭必，利用這種工件更換器狞谱，工件在裝料側(cè)處于正常位置，而在工作間里則是自上而下懸掛著進(jìn)行切削厂财，使切屑可以從上面自然落下芋簿。其主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)25,000～60,000r/min修鲤，主電機(jī)功率60kW, 帶有液氮冷卻系統(tǒng)穴眨，結(jié)構(gòu)簡單，排屑可靠乓记，很適于對鋁合金或纖維增強(qiáng)塑料等進(jìn)行高速干切削料悟。

　　另外，高速干切削機(jī)床還應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：(1) 吸塵锌筝、排屑裝置：高速干切削機(jī)床會產(chǎn)生很多灰塵和細(xì)小切屑墙弛，可采用真空、吹氣或虹吸裝置來排塵法铝，同時還能起到一定的輔助排屑作用降井，特別對產(chǎn)生連續(xù)切屑的塑性材料的切削，幾乎要完全依賴真空或虹吸裝置來排屑级案，這時對真空或虹吸裝置的性能隘吆、安裝位置就有更加苛刻的要求。(2)測量補(bǔ)償裝置：加工精度要求較高時，采用激光測量系統(tǒng)實(shí)時檢測工件的精度晕石，同時可以測定主軸和工件的熱延伸桦陨，反饋給進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，進(jìn)一步提高機(jī)床的加工精度据途。(3)刀具狀態(tài)監(jiān)測裝置：對切削過程的連續(xù)性和可靠性有較高要求時绞愚，增設(shè)刀具監(jiān)測裝置，實(shí)時監(jiān)測刀具的破損颖医、磨損失效位衩，保證切削的可靠性和安全性。

　　機(jī)床在進(jìn)行了上述的結(jié)構(gòu)改造和優(yōu)化設(shè)計(jì)后熔萧，將獲得較好的高速性能和熱穩(wěn)定性能蚂四。其造價與同類的高速機(jī)床也相差不大，雖然增加了一些輔助設(shè)施哪痰，但去掉了冷卻裝置遂赠，同時獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，具有較高的性能價格比晌杰，能夠適應(yīng)高速干切削工藝的需要跷睦。

高速干切削刀具

　　高速干切削過程中，大部分的切削熱被切屑和刀具承載肋演，其中切屑被快速處理抑诸，而刀具卻持續(xù)承受切削熱和切削力，因此要求刀具有很高的紅硬性和高溫穩(wěn)定性状萤。上表列出的硬質(zhì)合金玷仗、金屬陶瓷、陶瓷撒肉、立方氮化硼仅犬、聚晶金剛石五種刀具材料都有較高的紅硬性和耐磨性，是目前高速和干式切削中應(yīng)用最為普遍的幾種刀具材料实腹，作為高速干切削刀具材料它們各有優(yōu)缺點(diǎn)案哄，適用于不同的應(yīng)用場合，我們可以依據(jù)需要進(jìn)行選擇滥诀。例如切削灰鑄鐵沐亏，可以選用氮化硅陶瓷刀具在2,000～4,000m/min的速度下連續(xù)切削。當(dāng)然婴可，高速干切削刀具不僅與刀具材料相關(guān)耸挟，還與刀具的涂層以及刀具的幾何參數(shù)密切相關(guān)。涂層的應(yīng)用是切削液不再必要的重要原因蠕祟，它具有兩大作用可以在切削過程中取代切削液：(1)提供低摩擦層卿捎，取代切削液的潤滑作用；(2) 提供低導(dǎo)熱層，抵抗切削熱向刀具傳播娇澎，取代切削液冷卻刀具的作用笨蚁。因此，一般的干切削都使用涂層刀具趟庄。目前括细，刀具涂層材料及涂覆方法層出不窮，如具有低摩擦系數(shù)的晶格雙硫化合物和高溫難熔金屬構(gòu)成的軟涂層戚啥，高硬度奋单、高熱穩(wěn)定性的金剛石薄膜涂層，以及由多種涂層材料組合構(gòu)成的納米級涂層和為被加工材料量身定做的專用涂層等等猫十。它們各自具有不同的切削性能览濒，滿足不同的切削要求，例如拖云，在高速干切削的情況下贷笛，應(yīng)用最廣的涂層材料氮鋁化鈦(TiAlN) ，硬度高達(dá)HV3500宙项，工作溫度高達(dá)799℃ 石被，而且有良好的抗化學(xué)磨損性能，但自潤滑性能較差定岳，如果在TiAlN涂層上面再涂覆一層軟涂層材料WC/C低吠，將大大改善刀具性能，提高表面加工質(zhì)量池膜，能有效延長刀具壽命3～4倍非淹。

　　另外，高速干切削刀具在大多數(shù)情況下盘称，都是針對某種材料的具體工藝要求專門設(shè)計(jì)制作的周讯，這就允許在刀具設(shè)計(jì)中融入高效冷卻手段或進(jìn)行刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，如在切削發(fā)熱嚴(yán)重時肩降，刀具前刀面可加一個液氮循環(huán)冷卻裝置浅仑，既可降低溫度，又可防止刀具的高溫氧化屁样；又如在大多數(shù)情況下，連續(xù)的切屑是很難處理的睦作，這時需要設(shè)計(jì)出合適的刀具斷屑槽或特殊的刀具幾何結(jié)構(gòu)我衬，使切屑自動折斷或控制切屑流動方向，有利于切屑處理饰恕。

結(jié)束語

　　高速干切削機(jī)床和刀具技術(shù)是高速干切削實(shí)施的重要條件挠羔，高速干切削機(jī)床必須具備可靠的高速性能，并具有能實(shí)現(xiàn)快速排屑的結(jié)構(gòu)和較高的熱穩(wěn)定性；高速干切削刀具必須使用紅硬性好破加、熱穩(wěn)定性好的刀具材料并運(yùn)用涂層技術(shù)俱恶。但機(jī)床和刀具技術(shù)并不能解決全部的問題，隨之產(chǎn)生的新問題還有待于我們進(jìn)一步對高速干切削工藝技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究范舀。 

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