高速加工技术

高速加工技术

钱吉 1210012080

(南通大学，机械工程学院，南通 226019)

High speed machining technology

Qian ji

(School of Mechanical Engineering, Nantong University, Nantong 226019, China)

【摘要】介绍高速加工技术发展过程，高速加工技术的原理，特点与应用以及优缺点。 关键词：高速加工；发展；原理及应用范围；优缺点

[Abstract] The beginning of High speed machining technology and it’s development ,the principle f High speed machining technology ,it’s characteristics, merits and drawbacks .

Key words:High speed machining technology; Development; Principle and application; characteristics ; Merits and drawbacks.

1.引 言

高速加工技术作为先进制造技术中的重要组成部分，正成为切削加工的主流，具有强大的生命力和广阔的应用前景。高速加工的理念从20世纪30年代初提出以来，经过半个多世纪艰难的理论探索和研究，并随着高速切削机床技术和高速切削刀具技术的发展和进步，直至20世纪80年代后期进入工业化应用。目前在工业发达国家的航空航天、汽车、模具等制造业中应用广泛，取得了巨大的经济效益。

工的，可以大大的提高生产效率，但是要解决高速切削过程中严重的刀具磨损和机床振动现象。

然后是高速加工应用基础研究探索阶段（1972年—1978年）。该阶段主要探索了高速切削加工用于实际生产的可行性。最后发现：生产上应用切削速度（305~915）m/min切削加工铸铁和钢；（610~3660）m/min切削加工铝合金是可行的，并且可以有效地提高表面加工质量，但要加强研究开发刀具和具有快速装卸工件与更换刀具的高速加工机床。

随后是高速加工应用研究阶段（1979年—1989年）。此时期开始研究由磁悬浮轴承支持的高速电主轴系统，全面深入系统研究了高速铣削铁属和非铁属材料的基础理论、高速切削刀具和机床技术、高速切削加工工艺和效率以及高速切削加工技术的实际应用，获得许多有重要价值的成果。

目前是高速加工技术发展和应用阶段（1990年至今）。1993年直线电机的出现拉开了高速进给的序幕，快速换刀和装卸工件的结构日益完善，自动新型电主轴高速切削加工中心也不断投放到国际市场。高速切削刀具的材料、结构和可靠的刀具与主轴连接的刀柄的出现与使用，标志着高速加工技术已从理论研究进入工业应用阶段。高速加工技术已经在工业发达国家成为切削加工主流，日益广泛的应用于模具、航空、航天、高速机车和汽车工业等，取得巨大的经济效益。

1

2.高速加工技术的发展

20世纪中后期，随着社会生产力的提高和科学技术的发展，特别是材料、信息、等领域的长足进步，对常规的金属加工效率产生了更高的要求。需要在保证加工质量的同时能够尽快的完成金属切削加工过程，提高生产效率，缩短产品的开发周期，进而提升企业的产能，增加企业收入。在这样的背景之下，高速加工技术概念提出20年后，从20世纪50年代后期开始，高速切削加工的理论基础研究开始在世界范围内展开。

首先是高速加工理论研究和探索阶段（1931年—1971年）。由于当时还没有高速加工的机床，不能进行很高速的切削加工实验，于是采用了弹射实验的方法。研究表明很多材料是可以通过高速切削来实现加

3.高速加工技术的原理

在机械加工中，切削温度是一个重要的制约参数，德国物理学家萨洛蒙在1931年提出的高速加工理论：当切削速度达到一定数值时，切削刃处的切屑去除温度开始降低。他当时还同时提出了一个理论：用传统刀具在更高切削速度下加工时，有可能提高生产效率。切削温度和常规切削基本相同，但切削工时大大减小，生产效率可大幅提高。高速加工主要以较快的生产节拍进行加工，它是指刀具切削刃相对于零件表面的切削运动或移动速度超过普通切削的5~10倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上。

来说可减少加工变形，使一些薄壁类精细工件的切削加工成为可能。 3.提高了加工质量

因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的固有频率，不会造成工艺系统的受迫振动，保证了较好的加工状态。由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，使得刀具、工件变形小，保持了尺寸的精确性，也使得切削破坏层变薄，残余应力小，实现了高精度、低粗糙度加工。

从动力学角度分析频率的形成可知，切削力的降低将减小由于切削力产生的振动(即强迫振动)的振幅；转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的固有频率，避免共振的发生；因此高速切削可大大降低加工表面粗糙度，提高加工质量。 4.加工能耗低，节省制造资源

由于单位功率的金属切除率高、能耗低以及工件的在制时间短，从而提高了能源和设备的利用率，降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例，符合可持续发展的要求。

5.简化了加工工艺流程, 常规切削加工不能加工淬火后的材料，淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削则可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可完全省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除了人工光整加工。 由于高速切削的特点决定了高速切削可以节省切削液、刀具材料和切削工时，从而可极大限度地节约自然资源和减少对环境的污染，提高生产率和产品质量，因此，高速切削在工业生产尤其是规模较大的汽车企业和与之相关的模具制造业上的应用具有“燎原”之势。

同时，高速加工在现今的制造业中也存在一些不足之处：

4.高速加工技术的特点及应用

高速加工主要有两个特点：一是主轴转速较高，一般情况下主轴转速在10 000~60 000r/min;二是高速进给，进给速度一般在每分钟几米甚至几十米以上。由于进给速度很大，机床主轴的惯性就成为高速加工时不能忽视的要素，在机床和控制系统的选配过程中都要予以充分的考虑，否则使用不当不仅会缩短设备的使用寿命，而且会影响加工质量。此外由于高速加工时机床设备、切削工具的正常状态与普通加工有很大的差异，因此，高速加工与普通加工有很大的差异。所以，高速加工技术对机床、刀具、控制系统、编程、工艺流程、设计系统等方面都提出了更高的要求，所以不能采用老一套加工的思路。 5.高速加工技术的优缺点

高速加工之所以得到工业界越来越广泛地应用，是因为它相对传统加工具有显著的优越性，具体说来有以下优点：

1.可提高生产效率，高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高5～10倍，单位时间材料切除率可提高3～6倍。当加工需要大量切除金属的零件时，可使加工时间大大减少。

2.降低了切削力: 由于高速切削采用极浅的切削深度和窄的切削宽度，因此切削力较小，与常规切削相比，切削力至少可降低30%，这对于加工刚性较差的零件

2

1、工件特点方面的不足：加工较复杂的工件，加工成本会大大增加，很多复杂工件、薄壁工件、深窄槽加工、微细加工等加工难度较大，甚至无法加工。 2、加工精度方面的不足：需要昂贵的高精度、高刚性的机床，机床成本是电火花机床的3～5倍。对于内边角加工无法实现，存在刀具干涉、无合适刀具等原因，还需用电火花加工或钳工二次加工处理。

3、加工材料方面的不足：加工淬火工件，刀具昂贵成本高，且刀具寿命很低。

4、加工速度方面的不足：对机床的控制系统要求很高。对编程以及操作人员技术素质要求很高，对人员的依赖性较强。 6.结论

高速加工技术已应用于航空、航天、汽车等行 业中的车、铣、镗、钻、拉、铰、攻丝、磨削加工, 适用 于铝合金、钢、铸铁、钛合金、镍基合金、铜合金、纤 维增强的合成树脂等所有传统切削材料, 以及难 加工材料的加工。

高速加工技术是现代制造业的必有之路, 是 切削加工发展的主要方向之一。推广应用高速加 工技术不但可以大幅度提高机械加工的效率、质 量, 减低成本, 而且可带动一系列高新技术产业的 发展。随着高速切削加工及其关键技术的研究, 新的更高速、超高速机床和刀具的应用, 必将对机 械制造也产生重要而深远的影响。

参 考 文 献

[1] 聂福全 现代高速加工的特点及要求 先进制造技术[J]

2005年第1期

[2] 彭海涛 闫光荣 雷毅 高速加工技术 航空制造技术[J]

2004年06期

[3] 王金凤 王利红 牛力 高速加工的发展及其关键技术

郑州航空工业管理学院学报[J] 第20卷第2期

[4] 梁彦学 我国高速加工技术现状及发展趋势 工具技术

[J]2002-01-22

[5] Dr.Ing.H.舒尔茨 高速加工发展概况 机械制造与自动化

3

[J] 2002-03-30

[6] 孟庆弘 浅析现代高速加工 现代零部件[J] 2005-09-01