李琳LI Lin

（北京理工大學珠海學院，珠海 519085）

（Beijing Institute of Technology，Zhuhai，Zhuhai 519085，China）

0 引言

高速切削技術(shù)以其特有的原理優(yōu)勢和巨大的潛在應(yīng)用價值，成為21 世紀的重要組成部分，也是當前學術(shù)界和工業(yè)界研究的熱門領(lǐng)域之一。高速切削技術(shù)以其高效、高精度以及良好的表面質(zhì)量的特點，成為現(xiàn)今切削加工技術(shù)的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過長期的研究和開發(fā)，特別是隨著機床設(shè)備等技術(shù)的突破性進展，高速切削技術(shù)日漸成熟[1-4]。60～70年代美、德等國開始進行這方面研究，并將高速技術(shù)作為當代金屬加工的重要研究領(lǐng)域之一，也被列為重大綜合性項目和經(jīng)濟與社會發(fā)展的高技術(shù)重要內(nèi)容[5]。

1 高速切削理論

高速切削技術(shù)的工藝和速度范圍有了很大的擴展，不僅包括切削加工，也包括磨削和切割。而如今高速切削在實際生產(chǎn)中切削鋁合金的速度范圍為1500m/min-5500m/min，鑄鐵為750m/min-4500m/min，普通鋼為600m/min-800m/min。

高速切削技術(shù)的先進性還表現(xiàn)在其廣泛的適用范圍上，滿足了越來越高的加工質(zhì)量要求和越來越復雜的三維曲面形狀精密加工要求；提供了解決硬材料、薄壁材料加工問題的新方案[6]。高速切削技術(shù)最早在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，飛機的蜂窩結(jié)構(gòu)件必須采用高速切削技術(shù)才能保證加工質(zhì)量，梁、框、壁板等加工余量特別大，使用高速加工能有效提高生產(chǎn)率；目前，高速切削技術(shù)已被推廣應(yīng)用到汽車、模具、機床等行業(yè)，電子產(chǎn)品中的薄壁結(jié)構(gòu)尤其需要高速加工。

淬硬鋼、鎢合金、高錳鋼、不銹鋼、鈦合金、高比強鎂合金、高溫合金、高強度鋼與超高強度鋼等難加工材料廣泛應(yīng)用于國防科技工業(yè)。因此，在軍工制造業(yè)廣泛開展難加工材料高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用對于提高企業(yè)競爭力具有十分重要的現(xiàn)實意義[7]。

研究高速切削加工刀具的失效機理和壽命問題是目前高速切削加工技術(shù)面料的重要而現(xiàn)實的課題，對于高速切削加工技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用具有費城重要的理論和現(xiàn)實意義[8]。

2 仿真研究的優(yōu)勢

在過去的很長時間中，人們對金屬加工進行了大量的研究。大部分的研究都集中于降低加工成本、提高加工精度和表面質(zhì)量方面，很少有人致力于加工機理的研究。隨著高速加工以及微小型加工的發(fā)展，今后的加工要求在自動化環(huán)境更高的情況下對加工過程進行更好的控制，而這種有效的控制依賴于對加工機理的掌握，以及對加工結(jié)果的精確的預測，這其中包括了對工件尺寸、表面粗糙度，還有加工時間和費用等方面的預測。

切削預測的一個重要指標就是對刀具磨損的預測。刀具磨損影響了切削能量、加工質(zhì)量、刀具壽命和加工費用等。當?shù)毒吣p達到一定的程度，切削力明顯增大，甚至產(chǎn)生振動，一定程度上影響工件的加工精度和表面質(zhì)量。因此必須進行重磨或更換新刀。這就增加了加工費用、降低了生產(chǎn)率。因而預測刀具磨損對于優(yōu)化加工過程起到了重要的作用。

目前，刀具磨損和刀具壽命的預測主要是通過實驗的方法建立工具壽命的經(jīng)驗公式，如美國的Taylor 公式和歐洲的Hasting 公式。這些公式只是簡單的描述了刀具壽命和切削參數(shù)之間的關(guān)系，簡單易用，但是它不能揭示出刀具的磨損機理，也不能預測刀具前、后刀面上的磨損輪廓，但是這些都是對于刀具和工件材料的匹配設(shè)計、刀具幾何的優(yōu)化、甚至切削用量的選擇都是極為有用的信息。而且，這類公式只能在特定的切削條件下有效，如果切削系統(tǒng)中的某些條件發(fā)生變化，例如刀具的幾何角度改變，公式中的系數(shù)、常數(shù)不再適用，必須再通過大量的新的試驗重新確定。現(xiàn)在的切削數(shù)據(jù)庫中大多采用Taylor 公式，其適用范圍的有限性造成了數(shù)據(jù)庫的龐大。隨著高速加工等新技術(shù)和新材料的出現(xiàn)及推廣，這一問題也會越來越嚴重。

在近幾十年中，隨著計算機技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，有限元方法、有限差分方法、人工智能等數(shù)學模型廣泛的應(yīng)用于加工工業(yè)。其中，有限元方法更多的應(yīng)用于切削過程的仿真。通過對切削過程進行切屑成型和熱傳導過程的仿真分析，可以得到各種切削參數(shù)，包括很難通過實驗獲得的參數(shù)。因而可以通過有限元仿真方法建立新的刀具磨損預測模型。

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[3]Smith S,Tlusty J.Current Trends in High Speed Machining[J].Journal of Manufacture Science and Technology,ASME,1997,37(8):664-667.

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[5]王西彬,劉志兵.高速切削的加工機理及刀具技術(shù)[J].機械工人(冷加工),2003(9):27-29.

[6]何寧,李亮.高速切削工藝技術(shù)[J].機械工人(冷加工),2003(9):23-27.

[7]劉志兵,王西彬,解麗靜.難加工材料的高速切削與加工實例[J].新技術(shù)新工藝,2006(1):46-48.

[8]萬熠.高速銑削航空鋁合金刀具失效機理及刀具壽命研究[D].山東:山東大學,2006.