分享超高速切削及其对机床、刀具的要求

小黄豆

切削加工仍是当个主要的机械加工方法，在机械制造业中占据着重要地位。据估计，机械制造业中%～%的工作量是切削加工，全世界每年切削加工耗费约亿美元。
4 v, b2 Q! U, k0 W/ a　　超高速切削技术是近年来发展起来的集高效、优质和低耗为一身的先进制造技术。它借助于自身独特的加工机理和技术特点，具有极高的加工效率、极高的加工质量。很低的加工成本以及拓宽的应用范围等一系列的优越性，使切削技术发生了彻底的改革性进步。
　　超高速切削加工的主要特点超高速切削加工不仅可大幅度缩短加工时间，提高加工效率，降低加工成本，而且可以使零件的表面加工质量和加工精度达到更高的水平。超高速切削加工具有以下主要特点：
　　工件热变形减少在超高速切削加工中，由于切屑在极短时间内被切除，切削热绝大部分被切屑带走，因而工件温度并不高，不仅受热变形的可能性减小，而且可避免热应力、热裂纹等表面缺陷。有利于保证零件的尺寸、形位精度在超高速切削加工中，单位切削力由于切削层材料软化减少，从而减少零件加工的变形，这对于加工薄壁类刚性差的零件特别有利。
" V1 E6 w/ R# [* m; t　　可获得较好的加工表面质量超高速切削加工可减小表面硬化层深度，减小表面层残余应力及表面层微观组织的热损伤，从而减少零件表面层材质的机械、物理及化学性质产生变化的可能性，保证已加工表面的内在质量，确保零件的使用性。粗精加工工序复合加工，几乎不需要在加工后消除内应力，例如模具表面的超高速硬铣削，可以部分取代电火花成形加工。
　　工艺系统振动减小在超高速切削加工中由于机床主轴转速很高，激振频率远离机床固有频率，因而使工艺系统振动减小，提高了加工质量。
　　显着提高材料切除率在提高切削速度的同时可提高进给速度，从而显着提高材料切除率。例如超高速铣削，当保持切削厚度不变(每齿进给量和切深不变)，进给速度比常规铣削可提高～倍，从而达到很高的材料切除率。超高速铣削已广泛用于汽车工业、航空航天工业和模具制造业，加工铝、镁等轻金属合金、钢材及铸铁。例如汽车发动机缸体、缸盖、减速器壳体，飞机的整体铝合金薄壁零件，淬硬模具钢以及镍基会金、钛合金等难加工材料。提高材料切除率的策略已由强力而缓慢转向快速而轻便，机床由强力型(提高力学特性参数)转向高速型(提高速度特性参数)。
- t6 n5 X! e. q: k　　超高速切削加工对机床系统的主要要求高速切削机床是实现高速及超高速切削的必要条件之一。超高速切削对机床的主要要求如下：
　　有一个适应于超高速运转的主轴部件及其驱动系统主轴的变速范围完全由变频调速交流主轴电机来实现，并使电机和机床主轴合二为一，构成所谓的电主轴。由于电主轴结构紧凑、重量轻、惯性小、响应特性好，并且避免振动与噪声，因而是高速主轴单元的理想结构。
　　高速主轴单元的核心是高速精密轴承。高速主轴可采用的轴承包括空气轴承、静压轴承、动压轴承、滚动轴承和磁浮轴承。目前空气轴承受到切削载荷较小及较小过载能力的限制，静压轴承则由于摩擦热及有关功率损失而使转速受限，故这两种轴承应用有限。动静压混合轴承采用流体动力和流体静力有机结合的方法，使主轴在油膜支撑中旋转，具有径向和轴向跳动精度高、刚度好、阻尼特性好、粗精加工均适用、轴承寿命无限长等优点，受到Ingersoll公司的大力推崇。
　　经多年努力现已研究开发成功了两种适宜超高速运转的新型轴承--陶瓷滚动轴承和磁浮轴承。
% Y' }9 v" C; [　　在高速转动条件下，滚动轴承中滚动体的离心力和陀螺力短将急剧增大。为了减少滚珠离心力，一般采取两个措施：①减小滚珠直径。②采用氯化硅陶瓷材料做滚珠(Si3N4)。用这种材料做成的陶瓷轴承具有高速、高刚度、低温升、长寿命的优点，是使用广泛而经济的高速轴承。目前在高速机床主轴上主要采用混合陶瓷球轴承(氯化硅滚珠与钢制轨道)，滚道可进行涂层或其他表面处理。

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