高速切削加工是面向21世問紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它以高效率拌倍、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征赂鲤，在汽車工業(yè)、航空航天京思、模具制造和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用涛闺，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分须涕。

　　高速切削加工的技術(shù)特征

　　高速切削是實(shí)現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)征离，工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率《侨茫可以說引继，高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。其技術(shù)特征主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　1）切削速度很高级嘀，通常認(rèn)為其速度超過普通切削的5～10倍：

　　2）機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速很高广莉，一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000～20000r/min以上；

　　3）進(jìn)給速度很高胖讶，通常達(dá)15～50m/min德检，最高可達(dá)90m/min

　　4）對于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同堰洛；

　　5）切削過程中获列，刀刃的通過頻率（Tooth Passing Freqnency）接近于“機(jī)床-刀具-工件”系統(tǒng)的主導(dǎo)自然頻率（Dominant Natural Frequency）。

　　1992年蛔垢，德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工（High Speed Manu facturing，HSM）的概念及其涵蓋的范圍迫悠。認(rèn)為對于·不同的切削對象鹏漆，圖中所示的過渡區(qū)（Transition）即為通常所謂的高速切削范圍，這也是金屬切削工藝相關(guān)的技術(shù)人員所期待的或者可望實(shí)現(xiàn)的切削速度创泄。

　　與傳統(tǒng)加工相比艺玲，由于高速切削顯著地提高了切削速度，從而導(dǎo)致工件與前刀面的摩擦增大并導(dǎo)致切屑和刀具接觸面溫度的提高。在該接觸點(diǎn)饭聚，摩擦帶來的高溫能達(dá)到工件材料的熔點(diǎn)忌警，使得切屑變軟甚至液化，因而大大減小了對切削刀具的阻力秒梳，也就是減小了切削力法绵，使得切削變得輕快，切屑的產(chǎn)生更加流暢酪碘。同時(shí)由于加工產(chǎn)生的熱量的70%～80%都集中在切屑上熏萎，而切屑的去除速度很快，所以傳導(dǎo)到工件上的熱量大大減少解夜，提高了加工精度吃会。高速切削加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要在于：提高生產(chǎn)效率；提高加工精度和表面質(zhì)量李狼；降低切削阻力炊办。

　　高速切削加工在汽車工業(yè)中的應(yīng)用概況

　　對于有大量材料需要移除的工件，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)或超薄結(jié)構(gòu)的工件（如發(fā)動機(jī)機(jī)體榆模、缸蓋槐芹，汽車覆蓋件模具等），傳統(tǒng)上需要花相當(dāng)長的機(jī)動工時(shí)加工的工件以及設(shè)計(jì)變更快速掩软、產(chǎn)品周期短的工件填阅，均能顯示出高速切削所帶來的優(yōu)點(diǎn)。下面介紹汽車發(fā)動機(jī)和汽車零件侮夸、覆蓋件模具高速切削加工茶壹。

　　1.汽車發(fā)動機(jī)及其配件的高速切削加工

　　FTL：用高速加工中心組成高效率的柔性生產(chǎn)線（FTL）珠焦，具有小型化番甩、柔性突出以及易于變更加工內(nèi)容等顯著特點(diǎn)。

　　為了發(fā)揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的高速切削加工技術(shù)和自動換刀功能的優(yōu)勢秩冈，提高加工效率蚂子，對復(fù)雜零件的加工應(yīng)盡可能采用集中工序的原則沃测，即要求在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序的集中加工，淡化傳統(tǒng)的車食茎、銑蒂破、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限别渔，充分發(fā)揮設(shè)備和刀具的高速切削功能附迷。同時(shí)，對刀具也提出了多功能的新要求哎媚，要求一種刀具能完成零件不同工序的加工喇伯，減少換刀次數(shù)喊儡，節(jié)省換刀時(shí)間，以減少刀具的數(shù)量和庫存量稻据，有利于管理和降低制造成本艾猜。較常用的有多功能車刀、銑刀霉枢、鏜銑刀首冒、鉆銑刀、鉆-銑螺紋-倒角等刀具吐梗。在批量生產(chǎn)線上使用一些針對性的工藝策略突仆，還需要開發(fā)的專用刀具、復(fù)合刀具或智能刀具桐赠，以提高加工效率和精度穆垦，減少投資。在高速切削條件下涌粱，有的專用刀具可將零件的加工時(shí)間降至原來的1/10以下辱郑，效果十分顯著。

　　機(jī)體材料為灰鑄鐵侵选，刀具為CBN不重磨復(fù)合刀具糟糊，主軸轉(zhuǎn)速12000r/min，切削余量為0.02mm盐儿。圖中兩處關(guān)鍵部位一次銑削到位讳臣，重要尺寸A靠復(fù)合銑刀本身保證。該工藝還有效地避免了由于單獨(dú)銑削主軸承座結(jié)合面刀桿較長而引起的顫振稠鼻，大大提高了切削精度冈止、切削效率和表面質(zhì)量。

　　FMS：由于產(chǎn)品壽命周期不斷地在縮短候齿，品種數(shù)便不斷地增加熙暴。在這種情況下，如何縮短更換品種的時(shí)間成為一大關(guān)鍵問題慌盯；由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的改變周霉，其加工設(shè)備如何靈活地與之相適應(yīng)（即具備柔性）又是一大課題。于是又出現(xiàn)了以高柔性的通用加工中心構(gòu)成的FMS亚皂。這里所說的“高柔性的通用加工中心”不同于一般概念下的加工中心俱箱，它們是專門為批量生產(chǎn)而開發(fā)的，充分滿足了納入批量生產(chǎn)用的FMS時(shí)所具備的條件孕讳，即高生產(chǎn)率匠楚、省面積、易排屑厂财、安裝移位容易及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等，是一種高速緊湊型加工中心。

　　日本三菱重工為適應(yīng)批量生產(chǎn)之急需采用這種高速加工中心為主機(jī)穴眨，開發(fā)了所謂“梭式FMS”扎瞧。該FMS由8臺M-H5A三坐標(biāo)加工中心和位于機(jī)床前方的載有2個(gè)托板的無人運(yùn)載車（AGV）構(gòu)成，運(yùn)載車用于交換托板料悟，往復(fù)于托板裝卸工位和各機(jī)床之間草颤。操作者只須在一個(gè)位置通過操作按鈕進(jìn)行工件裝卸就可以了，不必往返于機(jī)床之間墙弛。運(yùn)載車依次行至即將完成加工的機(jī)床前面等待捏表，待機(jī)床加工完之后在機(jī)床與運(yùn)載車之間實(shí)現(xiàn)托板交換，然后載著加工完的成品返回裝卸工位降井。

　　2.汽車覆蓋件及零件模具的高速切削加工

　　高速銑削技術(shù)在加工三維自由曲面镊迟、超硬材料方面的具有顯著優(yōu)勢。

　　汽車零件模具：一種型號的汽車往往需上千副模具隘吆，為了盡快適應(yīng)新車型的需要箭溜，汽車外、內(nèi)覆蓋件模具和樹脂防沖擋的成形模具等均必須縮短制作周期和降低生產(chǎn)成本晕石。因此桦陨，高速切削加工是此類模具加工制造的首選工藝方案。模具經(jīng)過高速据途、少切削精加工后绞愚，鉗工修模工作量大為減少，模具制造周期可縮短40%颖医。例如對安全門鎖的注塑模采用高速銑削加工位衩，材料硬度為HRC54的模具鋼，可使用的最小刀具直徑為（φ0.6mm便脊，最大切深可達(dá)4.8mm蚂四，加工時(shí)間為3h，表面粗糙度達(dá)Ra0.4μm哪痰，不再需要鉗工工序遂赠，大大縮短了加工時(shí)間。

　　汽車覆蓋件：汽車的內(nèi)晌杰、外覆蓋件跷睦、儀表盤等大都采用注塑模具批量制造，而這些注塑模具一般都是復(fù)雜型腔和薄殼結(jié)構(gòu)肋演，普通的切削加工往往不能同時(shí)滿足表面粗糙度抑诸、彎曲度的精度要求，為此還需施以適當(dāng)?shù)氖止ぞ藜庸ぷ从６捎酶咚偾邢骷庸ょ枵蹋軌驇矶喾矫娴暮锰帲?）與傳統(tǒng)的精加工相比洽灿，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高精度化；2）高速切削加工的每次切除量相當(dāng)小仅犬，可以高速地實(shí)現(xiàn)多次精密切削加工盆述，從而大大減少了人工修整的工作量，大大提高了覆蓋件模具的加工效率案哄；3）由于切削速度極大提高霜铸，與過去的精加工工序相比，加工周期大幅度縮短沐亏。

　　如汽車覆蓋件模具大多由各種自由曲面構(gòu)成灌大，高速銑削用高轉(zhuǎn)速、小切深耸挟、大進(jìn)給的加工方法死唇，能提高模具的制造精度，延長模具的使用壽命悔叽，從而提高注塑件的質(zhì)量莱衩。而且在大進(jìn)給速度條件下，高速銑削機(jī)床具有高精度定位功能和高精度插補(bǔ)功能娇澎，特別是圓弧高精度插補(bǔ)笨蚁。

　　又如，對于前圍檔板沖壓模具的精加工趟庄，主要應(yīng)保證型面的質(zhì)量括细。一般情況下，大面積精銑時(shí)要求銑削過程中不更換銑刀或刀刃戚啥，一次完成整個(gè)型面的銑削奋单，這對銑刀的精度和耐用度要求相當(dāng)高。利用高速切削的技術(shù)特征猫十，選用高切削速度览濒、微進(jìn)給量和多次切削的精加工工藝，恰恰可以做到揚(yáng)長避尹短拖云，滿足覆蓋件模具自由曲面加工的要求贷笛。為保證沖壓過程中容易進(jìn)料，應(yīng)使加工刀紋與沖壓材料進(jìn)料方向一致宙项，因此宜采取射狀走刀石被。為確保表面加工質(zhì)量，切削深度定為0.2mm定岳，切削進(jìn)給量為0.2mm/r低吠，切削速度為200m/min，初次刀具半徑為20mm球頭銑刀池膜，清根銑時(shí)刀具半徑為8mm球頭銑刀非淹。像這種原來只能用人工（高級鉗工）來進(jìn)行精修加工的工藝過程箭基，現(xiàn)在完全可以采用高速切削來完成，模具的整體加工效率得到明顯提高拆楣。

　　高速切削機(jī)床

　　在刀具直徑確定的情況下提高切削線速度的唆，則無疑需要較高的主軸轉(zhuǎn)速肩降；為了通過高速使得刀具的每個(gè)齒都獲得適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給率浅仑，則高的進(jìn)給速度和加速度也是必須的。這一切需要全新的機(jī)床制造技術(shù)的應(yīng)用屁样，如高速電主軸屿扮，高進(jìn)給率的大螺距滾珠絲杠等。同時(shí)我衬，為了將產(chǎn)生熱源的切屑盡快地去除叹放，并更好地潤滑前后刀面，油霧潤滑冷卻裝置的應(yīng)用也尤為重要挠羔。顯然井仰，為了滿足高速切削工藝的要求，首先是對機(jī)床本身提出了非常高的要求：高速切削機(jī)床必須具備足夠高的主軸轉(zhuǎn)速破加、高的動力學(xué)性能俱恶、以及高剛度和吸振性能。

　　如瑞士米克朗公司開發(fā)的5軸聯(lián)動高速加工機(jī)床HSMU系列范舀，采用了新型的人造大理石床身材料合是，整體成型的封閉O形結(jié)構(gòu)，為機(jī)床的吸振性和剛性打下了良好的基礎(chǔ)锭环。大螺距的滾珠絲杠由水冷的伺服電機(jī)驅(qū)動聪全，保證了高進(jìn)給速度下機(jī)床的穩(wěn)定性。標(biāo)準(zhǔn)配置的機(jī)上激光對刀儀保證了高轉(zhuǎn)速下刀具尺寸的測量精確性辅辩，從而保證了加工精度难礼。我國浙江萬向集團(tuán)、煙臺霍富汽車鎖公司和長春一汽富奧等汽車制造及汽車零部件制造企業(yè)已引進(jìn)了米克朗的高速加工中心及高速5軸聯(lián)動加工中心墩倔。

　　近十年來涂颠，上海暨華東地區(qū)汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，為高速切削加工提供了巨大的市場需求眨涯。上汽集團(tuán)旗下的大眾扑认、通用、匯眾凑溜、上柴犯舆、拖內(nèi)、荻原等公司正在組建高速切削柔性生產(chǎn)線或高速銑柔些、鏜壮僵、鉆削加工單元理章，用于汽車內(nèi)外覆蓋件模具及汽車發(fā)動機(jī)的切削加工。比較常用的切削參數(shù)是：主軸轉(zhuǎn)速8000～12000r/min清腌，進(jìn)給速度40～80m/min厂均，切削深度0.01～0.05mm：毛坯材料為鑄鋼、鍛材帆摊、灰鑄鐵或鋁合金等碱茁；采用的刀具主要有高速工具鋼、硬質(zhì)合金仿贬、CBN纽竣、PCD、鈦涂層刀具或陶瓷刀具茧泪。因此蜓氨，上述參數(shù)范圍內(nèi)的機(jī)床設(shè)備及刀具材料具有較大的市場需求。

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