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【摘 要】高速銑削應(yīng)用要求的不僅是機(jī)床的速度，而且還在于使用的工藝。這個(gè)工藝與傳統(tǒng)切削要求有顯著區(qū)別，高速銑削涉及到CNC機(jī)床、刀柄刀具、冷卻系統(tǒng)及CAM數(shù)控編程等諸多因素。這個(gè)工藝甚至涉及到更綜合更全面地了解機(jī)床在不同速度下的行為特征。下面從刀具技術(shù)、機(jī)床技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)性能和加工工藝等幾個(gè)方面分析高速加工與普通加工的異同。

【關(guān)鍵詞】高速銑削；加工；工藝

高速銑削不能按照任何特定的速度值來定義，獲得很高數(shù)值的轉(zhuǎn)速或線速度不是它本身的目標(biāo)。與之相反，高速銑削描述了使用速度的方法。在高速銑削加工里，速度是一種催化劑。當(dāng)高速主軸和高進(jìn)給下的精確定位有機(jī)結(jié)合時(shí)，高速切削開始顯現(xiàn)出實(shí)用價(jià)值。在模具加工里，高速切削讓使用小直徑刀具和小切深成為現(xiàn)實(shí)，所以槽和復(fù)雜細(xì)節(jié)的加工可通過銑削來代替EDM。此外，高速切削加工獲得的光潔表面使得取消手工拋光成為可能。

1.刀具技術(shù)

高速加工用的刀具必須與工件材料的化學(xué)親和力小，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，良好的抗沖擊和熱疲勞特性。普通加工的刀具夾緊技術(shù)也不再符合高速加工，F(xiàn)IDIA 機(jī)床采用HSK刀柄。刀柄錐部和端面同時(shí)與主軸內(nèi)錐孔和端面接觸雙定位，且此類刀柄采用的是內(nèi)漲式夾緊技術(shù)，保障了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。

高速切削主軸面向高速，同時(shí)高扭矩主軸的發(fā)展對刀柄提出高的要求，而普遍采用的普通ISO或BT刀柄已經(jīng)無法滿足使用要求。在這方面，必須考慮以下因素：最小的動(dòng)不平衡量、最小的徑向偏差、高鋼性、高精度、傳遞高扭矩、換刀時(shí)的高重復(fù)精度、高轉(zhuǎn)速下的安全性。原則上，這些要求必須通過主軸和刀柄之間的連接方式來滿足。不過這兩個(gè)接口都已經(jīng)有了新的連接方式，最大限度地滿足了規(guī)定的要求。

2.各種材料的高速切削技術(shù)

高速切削不同材料時(shí)，其所用的切削工具、工藝方法以及切削參數(shù)均有很大不同，而且和在普通切削速度加工時(shí)的情況也有很大不同，掌握正確的高速切削工藝方法，是高速切削應(yīng)用技術(shù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2.1高速切削鋁合金技術(shù)

鋁材料零件的高速加工，在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，經(jīng)過適當(dāng)冷處理的鋁合金材料，強(qiáng)度可高達(dá)540Mpa，它的相對密度很輕，是飛機(jī)和各種航天器零部件的主要材料，也是機(jī)器和儀表零部件的常用金屬。近年來鋁合金在汽車和其它動(dòng)力機(jī)械中的應(yīng)用也逐漸增多。加工輕合金的優(yōu)勢主要在：切削力和切削功率小，大約比切削鋼件小70%；切削短、不卷曲，因而在高速加工中易于實(shí)現(xiàn)大量切屑的排屑自動(dòng)化，刀具磨損小，用硬質(zhì)合金、多晶金剛石等刀具在很高的轉(zhuǎn)速下切削鋁合金材料，可以達(dá)到很高的刀具壽命；加工表面質(zhì)量高，僅采用少量的切削液、在近乎干切的情況下不用再經(jīng)過任何加工或手工研磨，零件即可得到很高的表面質(zhì)量；可采用很高的切削速度進(jìn)行加工，切削速度可高達(dá)1000-20000/min，高速加工95%以上切削熱被切屑迅速帶走，工件可保持室溫狀態(tài)，熱變形小，保證了加工的高精度。如瑞士米克朗的高速銑HSM400在2003年北京國際機(jī)床展上加工的一個(gè)薄壁鋁件，厚度為0.1mm，高度為25mm，進(jìn)刀速度高達(dá)20000/min，而且保證了良好的尺寸精度和幾何精度。

2.2高速銑削鋼技術(shù)

近年來，高速加工開始用于鋼的精加工，特別是加工形狀復(fù)雜的零件，高速切削可以大大提高生產(chǎn)率，高速銑削鋼和鋁合金有所不同，主要問題是刀具的磨損，優(yōu)化切削參數(shù)的目的不僅僅為了提高金屬切除率，而且更注重于降低切削力，提高工件表面質(zhì)量、尺寸精度和形狀精度以及減少刀具磨損。

2.3鋼材的高速銑削技術(shù)

高速銑削鋼材時(shí)，刀具要用更鋒利切削刃和較大的后角，這樣可以減少切削時(shí)的刀具磨損提高刀具的使用壽命，刀具參數(shù)也應(yīng)當(dāng)隨著進(jìn)給速度的變化而變化。當(dāng)進(jìn)給速度增加時(shí)，刀具的后角要減小；進(jìn)給速度對刀具的前角的影響相對比較小。按照常規(guī)的切削規(guī)律，刀具的正前角能夠減小切削力，并減小月牙洼磨損。但在高速下，正前角并不比零度前角更多地降低切削力，負(fù)前角雖然能使刀具片有更高的切削穩(wěn)定性，但是增大了刀具切削力和月牙洼磨損。在高速銑削時(shí)，軸向進(jìn)給量對刀具磨損的影響比較小，而徑向進(jìn)給量的影響則較大。刀具壽命隨切削面的增加而降低。軸向進(jìn)給切削和徑向進(jìn)給切削二者之間是相互關(guān)聯(lián)的。在以徑向進(jìn)給進(jìn)行時(shí)，常常會(huì)因?yàn)楦咚佼a(chǎn)生的高溫超過刀具材料的紅硬性而造成刀具失效。在徑向進(jìn)給比較慢時(shí)，刀具的非接觸區(qū)時(shí)間比接觸區(qū)時(shí)間長，短時(shí)間的發(fā)熱可以由比較長時(shí)間地冷卻來彌補(bǔ)。因此，從整體上來看，徑向進(jìn)給速度應(yīng)稍慢一些，建議進(jìn)給量只值等于刀具直徑的5%-10%。

2.4高速切削難加工材料技術(shù)

一般來講，合金材料包括特殊合金鋼、鈦、鎳合金。這些材料由于強(qiáng)度大、硬度高、耐沖擊，大多用于航空、航天制造和動(dòng)力部門，但加工中這些材料容易硬化，切削溫度高，刀具磨損嚴(yán)重，屬于難加工材料。

在加工這些材料的過程中，導(dǎo)致刀片失效的典型形式刀具后面磨損，最大的磨損區(qū)是刀尖部位，另外是刀具和工件之間的通道處，由于切削條件差，磨損的痕跡會(huì)在這些地方產(chǎn)生，因而形成嚴(yán)重的刀口毛刺，刀刃的磨損改變了刀具的幾何參數(shù)，增大了切削力，尤其是切削高強(qiáng)度合金的情況時(shí)，容易使刀片碎裂。實(shí)驗(yàn)證明逆銑要比順銑的效果好，加大刀具前角明顯減小切削力，刀具前角γ的變化范圍是在8°～28°之間。在上述前角范圍內(nèi)，加工鈦合金、特殊合金和鎳基高溫合金材料時(shí)刀具壽命都能提高，當(dāng)?shù)毒咔敖菫樨?fù)時(shí)，刀具的切削穩(wěn)定性提高，但刀具壽命降低。切削過程和刀具壽命也受刀具后角α的影響增加刀具后角可提高刀具壽命，但當(dāng)后角α>20°時(shí)，刀具壽命開始下降。

2.5高速切削硬質(zhì)材料技術(shù)

淬硬鋼材料包括普通淬火鋼、淬火態(tài)模具鋼、軸承鋼、軋錕鋼及高速鋼等，是典型的耐磨結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于制造各種對硬度和耐磨性要求高的零件。淬硬鋼材料的特點(diǎn)是經(jīng)淬火或低溫去應(yīng)力后具有比較高的硬度（55～68HRC），很難用傳統(tǒng)的切削方法加工，通常采用磨削進(jìn)行精加工，但磨削效率低下，成本高。高速硬切削為淬硬鋼材料加工提供了更好的解決途徑。提高了效率、少了污染、減少設(shè)備投資，適應(yīng)柔性生產(chǎn)。淬硬鋼材料的伸長率小、塑性低、易于形成高光潔度表面，有利于以切代磨。但其硬度高，切削性能差。從切削過程可以看出加工淬硬鋼材料切削力增大、切削熱增加，為了獲得必要的加工精度和表面光潔度及刀具壽命，必須精心選擇切削刀具和幾何參數(shù)，優(yōu)化切削工藝參數(shù)。比如選用材料CBN、PCBN、性能好的陶瓷、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金刀具。盡量選擇較大圓鼻刀具、刀具的前角為負(fù)的較好。（α≤-5°）

3.結(jié)束語

高速加工技術(shù)是世界范圍內(nèi)倍受關(guān)注的前沿技術(shù)，它將極大地促進(jìn)加工的效率提高和產(chǎn)品品質(zhì)的改善。正如前文所述，高速加工是一個(gè)系統(tǒng)工程，他要求從軟件、硬件及設(shè)備方面的全方位的改革，但由于其具有傳統(tǒng)加工無可比擬的優(yōu)勢，仍將是今后加工技術(shù)必然的發(fā)展方向。