先进制造技术 第2章 高速切削技术.pdfVIP

第二章 高速切削技术 第一节 概述  机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性 和绿色化。  以高切削速度、高进给速度、高加工精度和优良 的加工表面质量为主要特征的高速切削加工技术， 正成为切削加工的主流，在航空航天、模具制造 等行业广泛采用。  如果说数控机床的产生是现代机床发展史上的一 次革命，那么高速机床的应用则是现代机床工业 的第二次革命。 一、高速切削加工的定义  高速切削是指在比常规切削速度高出很多的情况 下进行的切削加工，有时也称为超高速切削 （Ultra-High Speed Machining）。高速切削是 个相对的概念，究竟如何定义，目前尚无共识。  完成一个零件机械加工所需要的时间，包括切削 时间和非切削时间。  随着技术的进步，切削时间占总工序时间的比例 越来越大，提高生产率的主要措施转移到直接减 少切削时间方面。减少切削时间最直接的手段是 提高切削速度 1.根据切削速度划分： 用切削加工的线速度（m/min）来描述切削速度。 通常把切削速度比常规高出5～10倍以上的切削加 工称为高速切削。  不同加工方法——车削：700～7000 m/min；铣削： 300～6000 m/min；钻削：200～1100 m/min；磨 削：150～360 m/s；比常规几乎提高了一个数量 级。  不同工件材料——德国Darmstadt工业大学对钢、 铸铁、镍基合金、钛基合金、铝合金、铜合金和 纤维增强塑料等材料的高速切削试验结果。 7种材料的铣削速度 2. 根据主轴转速划分  一般按主轴的Dn值区分。Dn值是指用主轴轴径 （或主轴轴承内径尺寸）D （mm）和主轴能达到的 最高n(r/min)的乘积。高速主轴的Dn值一般为 500,000~2,000,000。  对于加工中心来说，按主轴锥孔的大小划分是很 通用的方法，采用ISO刀具标准，划分如下： 50号锥——10,000~20,000r/min； 40号锥——20,000~40,000r/min； 30号锥——25,000~40,000r/min； HSK锥——20,000~40,000r/min； KM锥——35,000以上； 3.根据主轴平衡标准划分  根据ISO1940，主轴要达到所规定的平衡标准，主 轴速度约为8000r/min，就是说，高速主轴的转速 至少要超过8000r/min。 4. 从刀具和主轴的动力学角度定义高速切削加工。 即通过刀具振动的主模式频率的测定来确定高速 切削速度范围。 二、高速切削技术的发展历史 1、传统的观点是，切削速度升高，则切削温度升高， 切削力增加，刀具磨损加剧。另一方面，随着切 削速度的提高，机床的发热、振动以及动平衡等 问题将会突出。 2、萨洛蒙（Salomon）假说（1931）：在常规切削 速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升 高，但切削速度提高到一定值后，切削温度不但 不升高反会降低，且该切削速度值与工件材料的 种类有关。对每一种工件材料都存在一个速度范 围，在该速度范围内，由于切削温度过高，刀具 材料无法承受，即切削加工不可能进行，称该区 为 “死谷”。  萨洛蒙在l924一1931年间，进行了一系列的高速切削实验： 在非黑色金属材料，如铝、铜和青铜上，用特大直径的刀 盘进行锯切，最高实验的切削速度曾达到14000m ／min， 在各种进给速度下，使用了多达20齿的螺旋铣刀。l931年 申请了 “超极限速度”专利，随后卖给了 “Krupp钢与工 具制造厂”。  萨洛蒙和他的研究室实际上完成了大部分有色金属的切削 试验研究，并且推断出铸铁材料和钢材的相关曲线。  萨洛蒙理论提出了一个描述切削条件的区域或者是范围， 在这个区域内是不能进行切削的。萨洛蒙没有提出可靠的 理论解释，而且他的许多实验细节也没有人知道。 萨洛蒙（Salomon）曲线 1600 ℃ / 钢