1切削力測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀分析

切削力測(cè)量系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成：由測(cè)力儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC機(jī)三部分組成，如圖1所示。測(cè)力儀（測(cè)力傳感器）通常安裝在刀架（車削）或機(jī)床工作臺(tái)上（銑削），負(fù)責(zé)拾取切削力信號(hào)，將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)此弱電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和采集，使其變?yōu)榭捎玫臄?shù)字信號(hào)；PC機(jī)通過(guò)一定的軟件平臺(tái)，將切削力信號(hào)顯示出來(lái)，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

1.1切削測(cè)力儀

1.1.1應(yīng)變式測(cè)力儀

應(yīng)變式測(cè)力儀由彈性元件、電阻應(yīng)變片及相應(yīng)的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路組成，其工作原理如圖2所示。把電阻應(yīng)變片貼在彈性元件表面，并連接成某種形式的電橋電路，當(dāng)彈性元件受到力的作用而產(chǎn)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變片便隨之產(chǎn)生變形，從而引起其電阻阻值的變化ΔR，即

應(yīng)變片電阻值的變化ΔR造成電橋不平衡，使電橋輸出發(fā)生變化ΔU，通過(guò)標(biāo)定建立輸出電壓與力之間的關(guān)系。使用時(shí)根據(jù)輸出電壓反算切削力的大小。

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分高速切削技術(shù)在模具加工制造中已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合高速切削技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了高速切削技術(shù)的應(yīng)用及其未來(lái)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高速切削刀具；數(shù)控加工；應(yīng)用

一、高速切削技術(shù)和高速切削刀具

目前，切削加工仍是機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用廣泛的一種加工方法。其中，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造領(lǐng)域的新秀和主要加工手段。

“高速切削”的概念首先是由德國(guó)的C.S~omom博士提出的，并于1931年4月發(fā)表了著名的切削速度與切削溫度的理論。該理論的核心是：在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一速度極限后，切削溫度隨著切削速度的提高反而降低。此后，高速切削技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下4個(gè)階段：高速切削的設(shè)想與理論探索階段(193l—l971年)，高速切削的應(yīng)用探索階段(1972-1978年)，高速切削實(shí)用階段(1979--1984年)，高速切削成熟階段(20世紀(jì)90年代至今)。高速切削加工與常規(guī)的切削加工相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，生產(chǎn)效率提高3～1O倍。第二，切削力降低30%以上，尤其是徑向切削分力大幅度減少，特別有利于提高薄壁件、細(xì)長(zhǎng)件等剛性差的零件的加工精度。第三，切削熱95%被切屑帶走，特別適合加工容易熱變形的零件。第四，高速切削時(shí)，機(jī)床的激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，工作平穩(wěn)，振動(dòng)較小，適合加工精密零件。

高速切削刀具是實(shí)現(xiàn)高速加工技術(shù)的關(guān)鍵。刀具技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)之一，不合適的刀具會(huì)使復(fù)雜、昂貴的機(jī)床或加工系統(tǒng)形同虛設(shè)，完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工線速度主要受刀具限制，因?yàn)樵谀壳皺C(jī)床所能達(dá)到的高速范圍內(nèi)，速度越高，刀具的磨損越快。因此，高速切削對(duì)刀具材料提出了更高的要求，除了具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還應(yīng)突出要求高速切削刀具具備高的耐熱性、抗熱沖擊性、良好的高溫力學(xué)性能及高的可靠性。高速切削技術(shù)的發(fā)展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出現(xiàn)及發(fā)展。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C，N)基金屬陶瓷、涂層刀具fCVD)~超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金等刀具材料。

摘要：本文對(duì)應(yīng)用切削技術(shù)提高加工效率進(jìn)行系統(tǒng)論述，從組織機(jī)構(gòu)、推廣應(yīng)用工作體系、等方面闡述了提高刀具應(yīng)用水平的措施。

1、前言

中國(guó)刀協(xié)在第一屆先進(jìn)切削技術(shù)高層論壇確立了“發(fā)展切削技術(shù)、建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)”的奮斗目標(biāo)，并于次年在全國(guó)刀協(xié)工作會(huì)議上提出了“以提高效率為中心、開(kāi)展中國(guó)刀協(xié)20工程”的號(hào)召。時(shí)經(jīng)三年，我國(guó)機(jī)械行業(yè)在研發(fā)和推廣應(yīng)用先進(jìn)高效刀具，解決加工難題，提高切削效率和降低制造成本等方面取得了非凡的成效。東方汽輪機(jī)廠作為我國(guó)電力設(shè)備龍頭企業(yè)之一，在產(chǎn)值產(chǎn)能上也有較大的提升。04年產(chǎn)值近30億，05年產(chǎn)值逾60億，而今年工廠產(chǎn)值產(chǎn)量又將實(shí)現(xiàn)歷史性突破。這幾年工廠有什么不同呢？——那就是優(yōu)化生產(chǎn)管理，提升加工能力。

2、應(yīng)用高效刀具是提高生產(chǎn)效率不可代替的手段

近年?yáng)|方汽輪機(jī)廠為適應(yīng)高速發(fā)展的需要，引進(jìn)大量先進(jìn)數(shù)控金切設(shè)備，包括增建葉片加工中心、建立汽輪機(jī)中小件數(shù)控設(shè)備機(jī)群、添置超大規(guī)格重型數(shù)控設(shè)備，在三年左右時(shí)間設(shè)備總投資逾二十億。金切設(shè)備的更新為先進(jìn)高效刀具的廣泛應(yīng)用起到了極大的推動(dòng)作用。

同時(shí)，工廠也非常重視先進(jìn)刀具的應(yīng)用，特別是在數(shù)控加工中提倡采用先進(jìn)高效刀具提高機(jī)床產(chǎn)能。在數(shù)控加工的帶動(dòng)下，許多普通機(jī)床也大量應(yīng)用了先進(jìn)適用的刀具，加工效率也得到了較大提高，比如用普通機(jī)床加工汽輪機(jī)隔板，在采用了可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀具后切削效率提高了50%以上，返修率降低1倍。在汽封圈和轉(zhuǎn)子的普通車削加工中90%采用了可轉(zhuǎn)位刀具（包括自主開(kāi)發(fā)的高效專用刀具），加工效率和質(zhì)量都有較大程度的提高。在螺紋攻絲中推廣應(yīng)用一錐成高效絲錐，螺孔加工效率提高4倍以上，刀具費(fèi)用降低70%。目前先進(jìn)高效刀具已在工廠汽輪機(jī)零件金屬切削加工中廣泛應(yīng)用，小到一個(gè)螺栓，大到加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、汽缸，這些先進(jìn)適用的刀具在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。在關(guān)鍵數(shù)控設(shè)備、關(guān)鍵工序加工中以進(jìn)口刀具為主，在普通加工工序及一般數(shù)控設(shè)備優(yōu)先選用國(guó)產(chǎn)數(shù)控刀具。數(shù)控刀具占總費(fèi)用的比例由2003年的1.2%提高到05年的2%。而05年在職工人數(shù)略有下降的情況下，生產(chǎn)總值比03年提高了一倍。實(shí)踐告訴我們，僅僅依靠先進(jìn)設(shè)備提高金切效率是不夠的，一定要加大高效刀具的應(yīng)用。

1高速切削的概念

當(dāng)切削速度超過(guò)被切削材料臨界切削速度時(shí)，切削溫度下降，切削抗力減小，刀具使用壽命延長(zhǎng)。目前，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)60000r/min，進(jìn)給速度高達(dá)90m/min，加速度達(dá)到1.7g的高速切削機(jī)床已商品化。并在航天、模具、汽車等行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。高速切削加工不但要求切削主軸的高轉(zhuǎn)速，而且要求軸向進(jìn)給的高速度和高加速度、先進(jìn)的切削刀具等相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。高速切削應(yīng)該是可靠的高速切削。通常將切削速度和進(jìn)給速度達(dá)到常規(guī)機(jī)床5～10倍的切削加工稱之為高速切削。然而，根據(jù)Salomon的高速切削理論，高速切削應(yīng)為切削溫度不再隨切削速度的提高而上升，且以高切削速度、高切削精度、高進(jìn)給速度與加速度為主要特征的切削加工。因此，對(duì)于不同的材料，高速切削的速度范圍是不同的。目前，常用材料的高速切削范圍：鋁合金為1000～7000m/min，碳鋼為500～2000m/min，鈦合金為i00～1000m/min。

2機(jī)床選擇

現(xiàn)階段，為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工，一般采用高柔性的高速數(shù)控機(jī)床、加工中心，也有采用專用的高速銑、鉆床。這些設(shè)備的共同之處是：必須同時(shí)具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)材料切削過(guò)程的高速化。高速切削與傳統(tǒng)切削最大的區(qū)別是，“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)切削性能有更強(qiáng)的影響力。在該系統(tǒng)中，機(jī)床主軸的剛度、刀柄形式、刀長(zhǎng)設(shè)定、主軸拉刀力、刀具扭力設(shè)定等，都是影響高速切削性能的重要因素。在高速切削中，材料去除率即單位時(shí)間內(nèi)材料被切除的體積，通常受限于“機(jī)床—刀具—工件”工藝系統(tǒng)是否出現(xiàn)“顫振”。因此，為了滿足高速切削加工的需求，首先要提高機(jī)床動(dòng)靜剛度尤其是主軸的剛度特性?，F(xiàn)階段高速切削之所以能夠成功，一個(gè)很關(guān)鍵的因素在于對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題的掌握和處理能力。為了更好地描述機(jī)床主軸的剛度特性，工程上提出新的無(wú)量綱參數(shù)一DN值，用以評(píng)價(jià)機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)對(duì)高速切削加工的適應(yīng)性。所謂DN值即“主軸直徑與每分鐘轉(zhuǎn)速之積”。新近開(kāi)發(fā)的加工中心主軸DN值大都已超過(guò)100萬(wàn)。為了減輕軸承的重量，還采用了比鋼制品要輕得多的陶瓷球軸承；軸承潤(rùn)滑方式大都采用油氣混合潤(rùn)滑方式。在高速切削加工領(lǐng)域，目前已開(kāi)發(fā)空氣軸承和磁軸承以及由磁軸承和空氣軸承合并構(gòu)成的磁氣／空氣混合主軸。在機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)方面，高速切削加工所用的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常都為大導(dǎo)程、多頭高速滾珠絲杠，滾珠采用小直徑氮化硅陶瓷球，以減少其離心力和陀螺力矩；采用空心強(qiáng)冷技術(shù)來(lái)減少高速滾珠絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于摩擦產(chǎn)生溫升而造成的絲杠熱變形。近幾年來(lái)，用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速進(jìn)給系統(tǒng)問(wèn)世，這種進(jìn)給方式取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)溜板之間的一切中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的零傳動(dòng)。由于直線電機(jī)沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)元件，不受離心力的作用，可以大大提高進(jìn)給速度。直線電機(jī)的另一大優(yōu)點(diǎn)是行程不受限制。直線電機(jī)的次極是一段一段連續(xù)鋪在機(jī)床的床身上。次極鋪到哪里，初極工作臺(tái)就可運(yùn)動(dòng)到哪里，而且對(duì)整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的剛度沒(méi)有任何影響。采用高速絲杠或直線電機(jī)，能夠大大提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)。直線電機(jī)最高加速度可達(dá)2～10G，最大進(jìn)給速度可達(dá)60～200m/min或更高。此外，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能也將直接影響加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中，主要采用小切深大進(jìn)給的加工方法。要求機(jī)床在大進(jìn)給速度條件下，應(yīng)具有高精度定位功能和高精度插補(bǔ)功能，特別是圓弧高精度插補(bǔ)。圓弧加工是采用立銑刀或螺紋刀具加工零部件或模具時(shí)，必不可少的加工方法。

3刀具選擇

3.1刀具材料的發(fā)展高速切削技術(shù)發(fā)展的歷史，也就是刀具材料不斷進(jìn)步的歷史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼(CBN)。端面銑削使用CBN刀具時(shí)，其切削速度可高達(dá)5000m/min，主要用于灰口鑄鐵的切削加工。聚晶金剛石(PCD)刀具被稱之為2l世紀(jì)的刀具，它特別適用于切削含有SiO2的鋁合金材料，而這種金屬材料重量輕、強(qiáng)度高，廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)、電子裝置的殼體、底座等方面。目前，用聚晶金剛石刀具端面銑削鋁合金時(shí)，5000m/min的切削速度已達(dá)到實(shí)用化水平，此外陶瓷刀具也適用于灰口鑄鐵的高速切削加工；

摘要：切削液是機(jī)械加工中應(yīng)用的重要工作介質(zhì)，具有冷卻、潤(rùn)滑、清洗、防銹的重要作用。本文介紹了切削液在機(jī)械加工中的應(yīng)用，包括常見(jiàn)品牌、選用方法、建議更換周期；闡述了切削液的日常維護(hù)方法和注意事項(xiàng)；分析了切削液的存放與管理；指出了切削液廢液的處理原則。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；切削液；使用

切削液是指在金屬切削加工過(guò)程中用于潤(rùn)滑和冷卻加工工具和加工部件的一種混合潤(rùn)滑劑，通常也可稱為金屬加工液（油）。此外，生產(chǎn)實(shí)踐中，按照使用場(chǎng)合的不同，切削液有不同的習(xí)慣性稱呼。例如：應(yīng)用于切削加工的切削液和應(yīng)用于磨削加工的磨削液；應(yīng)用于珩磨加工的珩磨油；應(yīng)用于滾齒、插齒加工的冷卻油等等。切削液的作用主要包括：1）冷卻。它可以降低切削溫度，提高刀具耐用度和減小工件熱變形，保證加工質(zhì)量。一般的情況下，可降低切削溫度50～150℃。2）潤(rùn)滑?？梢詼p小切屑與前刀面，工件與刀具后刀面的摩擦，以降低切削力，切削熱和限制積屑瘤和鱗刺的產(chǎn)生。3）清洗?？梢詫⒄掣皆诠ぜ?，刀具和機(jī)床上的切屑粉末，在一定壓力的切削液作用下沖洗干凈。4）防銹。防止機(jī)床、工件、刀具受周圍介質(zhì)(水分、空氣、手汗)的腐蝕。

1切削液的應(yīng)用

1）切削液常見(jiàn)品牌主要有闊福潤(rùn)、英飛特、殼牌、美孚、BFO/寶菲萊、索迪斯、隆昇航鉑偉業(yè)、嘉實(shí)多、紫潤(rùn)、方川、韻濤、環(huán)力、洛生、Skaln、Feintool、澤佳興、勁美、ybs等。2）在選用切削液時(shí)主要依據(jù)是：①根據(jù)工件材料的性質(zhì)選用切削液。切削液應(yīng)保證工件工序間的防銹作用，不銹蝕工件。加工銅合金時(shí)，不應(yīng)選用含硫的切削液。加工鋁合金時(shí)應(yīng)選用pH值為中性的切削液[1]。切削鎂合金時(shí)，不能用水溶液，以免燃燒。②用戶在選用切削液時(shí)，可根據(jù)本廠特定的加工情況，先初選認(rèn)為綜合性能較好的2～3種切削液，經(jīng)工廠試用后，確定出性能滿足本廠加工工藝要求，價(jià)格適宜的切削液。3）建議換液周期：①夏季高溫和梅雨季節(jié)，建議一個(gè)半月?lián)Q液一次，尤其是乳化油，容易發(fā)臭。②冬季的換液周期可達(dá)三個(gè)月以上。③其它季節(jié)兩個(gè)月更換一次。

2切削液的日常維護(hù)

[論文關(guān)鍵詞]高速切削；設(shè)備；選擇

[論文摘要]本文通過(guò)對(duì)高速切削加工技術(shù)的優(yōu)越性和巨大經(jīng)濟(jì)效益的分析，全面論述了高速切削對(duì)機(jī)床設(shè)備及刀具系統(tǒng)的具體要求，闡述了高效率、高精度、高柔性和綠色化的高速切削加工技術(shù)是機(jī)械加工領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

1高速切削的概念

當(dāng)切削速度超過(guò)被切削材料臨界切削速度時(shí)，切削溫度下降，切削抗力減小，刀具使用壽命延長(zhǎng)。目前，主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)60000r/min，進(jìn)給速度高達(dá)90m/min，加速度達(dá)到1.7g的高速切削機(jī)床已商品化。并在航天、模具、汽車等行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。高速切削加工不但要求切削主軸的高轉(zhuǎn)速，而且要求軸向進(jìn)給的高速度和高加速度、先進(jìn)的切削刀具等相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。高速切削應(yīng)該是可靠的高速切削。通常將切削速度和進(jìn)給速度達(dá)到常規(guī)機(jī)床5～10倍的切削加工稱之為高速切削。然而，根據(jù)Salomon的高速切削理論，高速切削應(yīng)為切削溫度不再隨切削速度的提高而上升，且以高切削速度、高切削精度、高進(jìn)給速度與加速度為主要特征的切削加工。因此，對(duì)于不同的材料，高速切削的速度范圍是不同的。目前，常用材料的高速切削范圍：鋁合金為1000～7000m/min，碳鋼為500～2000m/min，鈦合金為i00～1000m/min。

2機(jī)床選擇

現(xiàn)階段，為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工，一般采用高柔性的高速數(shù)控機(jī)床、加工中心，也有采用專用的高速銑、鉆床。這些設(shè)備的共同之處是：必須同時(shí)具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)材料切削過(guò)程的高速化。高速切削與傳統(tǒng)切削最大的區(qū)別是，“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)切削性能有更強(qiáng)的影響力。在該系統(tǒng)中，機(jī)床主軸的剛度、刀柄形式、刀長(zhǎng)設(shè)定、主軸拉刀力、刀具扭力設(shè)定等，都是影響高速切削性能的重要因素。在高速切削中，材料去除率即單位時(shí)間內(nèi)材料被切除的體積，通常受限于“機(jī)床—刀具—工件”工藝系統(tǒng)是否出現(xiàn)“顫振”。因此，為了滿足高速切削加工的需求，首先要提高機(jī)床動(dòng)靜剛度尤其是主軸的剛度特性。現(xiàn)階段高速切削之所以能夠成功，一個(gè)很關(guān)鍵的因素在于對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題的掌握和處理能力。為了更好地描述機(jī)床主軸的剛度特性，工程上提出新的無(wú)量綱參數(shù)一DN值，用以評(píng)價(jià)機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)對(duì)高速切削加工的適應(yīng)性。所謂DN值即“主軸直徑與每分鐘轉(zhuǎn)速之積”。新近開(kāi)發(fā)的加工中心主軸DN值大都已超過(guò)100萬(wàn)。為了減輕軸承的重量，還采用了比鋼制品要輕得多的陶瓷球軸承；軸承潤(rùn)滑方式大都采用油氣混合潤(rùn)滑方式。在高速切削加工領(lǐng)域，目前已開(kāi)發(fā)空氣軸承和磁軸承以及由磁軸承和空氣軸承合并構(gòu)成的磁氣／空氣混合主軸。在機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)方面，高速切削加工所用的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常都為大導(dǎo)程、多頭高速滾珠絲杠，滾珠采用小直徑氮化硅陶瓷球，以減少其離心力和陀螺力矩；采用空心強(qiáng)冷技術(shù)來(lái)減少高速滾珠絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于摩擦產(chǎn)生溫升而造成的絲杠熱變形。近幾年來(lái)，用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速進(jìn)給系統(tǒng)問(wèn)世，這種進(jìn)給方式取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)溜板之間的一切中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的零傳動(dòng)。由于直線電機(jī)沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)元件，不受離心力的作用，可以大大提高進(jìn)給速度。直線電機(jī)的另一大優(yōu)點(diǎn)是行程不受限制。直線電機(jī)的次極是一段一段連續(xù)鋪在機(jī)床的床身上。次極鋪到哪里，初極工作臺(tái)就可運(yùn)動(dòng)到哪里，而且對(duì)整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的剛度沒(méi)有任何影響。采用高速絲杠或直線電機(jī)，能夠大大提高機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)。直線電機(jī)最高加速度可達(dá)2～10G，最大進(jìn)給速度可達(dá)60～200m/min或更高。此外，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能也將直接影響加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中，主要采用小切深大進(jìn)給的加工方法。要求機(jī)床在大進(jìn)給速度條件下，應(yīng)具有高精度定位功能和高精度插補(bǔ)功能，特別是圓弧高精度插補(bǔ)。圓弧加工是采用立銑刀或螺紋刀具加工零部件或模具時(shí)，必不可少的加工方法。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)材料性能的要求越來(lái)越高，引入了很多高強(qiáng)度、高硬度和耐高溫的新材料。這些材料加工時(shí)切削力大，溫升高，刀具磨損嚴(yán)重，加工表面質(zhì)量差，加工精度也難以提高。最突出的問(wèn)題是加工困難，有些材料幾乎無(wú)法加工。加熱切削是克服加工困難問(wèn)題的特種加工技術(shù)中最有效的方法之一，它為難加工材料的切削加工開(kāi)辟了一條新的途徑，已用于航宇、兵器、機(jī)械、車輛、化工、微電子及醫(yī)療工業(yè)。當(dāng)前，加熱切削技術(shù)及其發(fā)展在制造技術(shù)領(lǐng)域很受關(guān)注。

1加熱切削技術(shù)及現(xiàn)狀

加熱切削技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展

加熱切削加工方法巧妙地利用了高能熱源的熱效應(yīng)，對(duì)被切削材料進(jìn)行加熱，使材料切削部位受熱軟化，硬度、強(qiáng)度下降，易產(chǎn)生塑性變形(圖1)。由于加熱溫升后工件材料的剪切強(qiáng)度下降，使切削力和功率消耗降低，振動(dòng)減輕，因而可以提高金屬切除率，改善加工表面的粗糙度。又因刀具耐用度與工件溫度存在一定的關(guān)系(通常，當(dāng)工件溫度在810℃左右時(shí)刀具的耐用度最大)，所以還可延長(zhǎng)刀具壽命。

早在1890年就出現(xiàn)了對(duì)材料進(jìn)行通電的加熱切削，并獲美國(guó)和德國(guó)專利。20世紀(jì)40年代，加熱切削在美、德開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，證明高溫能使“不可能”加工的金屬提高加工性能，并取得經(jīng)濟(jì)效益。但這個(gè)時(shí)期加熱切削尚處于發(fā)展的初步階段，加工質(zhì)量難以保證，基本上沒(méi)有應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中。60年代以后，利用刀具與工件構(gòu)成回路通以低壓大電流，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電加熱切削，使切削能順利進(jìn)行。70年代初，出現(xiàn)了一種有效的等離子弧加熱切削，最初由英國(guó)研制成功。80年代以后，開(kāi)發(fā)了激光加熱切削，由于激光束能快速局部加熱，較好地滿足了加熱切削的要求，因而提高了加熱切削技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。

一般熱源

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分高速切削技術(shù)在模具加工制造中已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合高速切削技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了高速切削技術(shù)的應(yīng)用及其未來(lái)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高速切削刀具；數(shù)控加工；應(yīng)用

一、高速切削技術(shù)和高速切削刀具

目前，切削加工仍是機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用廣泛的一種加工方法。其中，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造領(lǐng)域的新秀和主要加工手段。

“高速切削”的概念首先是由德國(guó)的C.S~omom博士提出的，并于1931年4月發(fā)表了著名的切削速度與切削溫度的理論。該理論的核心是：在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一速度極限后，切削溫度隨著切削速度的提高反而降低。此后，高速切削技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下4個(gè)階段：高速切削的設(shè)想與理論探索階段(193l—l971年)，高速切削的應(yīng)用探索階段(1972-1978年)，高速切削實(shí)用階段(1979--1984年)，高速切削成熟階段(20世紀(jì)90年代至今)。高速切削加工與常規(guī)的切削加工相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，生產(chǎn)效率提高3～1O倍。第二，切削力降低30%以上，尤其是徑向切削分力大幅度減少，特別有利于提高薄壁件、細(xì)長(zhǎng)件等剛性差的零件的加工精度。第三，切削熱95%被切屑帶走，特別適合加工容易熱變形的零件。第四，高速切削時(shí)，機(jī)床的激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，工作平穩(wěn)，振動(dòng)較小，適合加工精密零件。

高速切削刀具是實(shí)現(xiàn)高速加工技術(shù)的關(guān)鍵。刀具技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)之一，不合適的刀具會(huì)使復(fù)雜、昂貴的機(jī)床或加工系統(tǒng)形同虛設(shè)，完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工線速度主要受刀具限制，因?yàn)樵谀壳皺C(jī)床所能達(dá)到的高速范圍內(nèi)，速度越高，刀具的磨損越快。因此，高速切削對(duì)刀具材料提出了更高的要求，除了具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還應(yīng)突出要求高速切削刀具具備高的耐熱性、抗熱沖擊性、良好的高溫力學(xué)性能及高的可靠性。高速切削技術(shù)的發(fā)展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出現(xiàn)及發(fā)展。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C，N)基金屬陶瓷、涂層刀具fCVD)~超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金等刀具材料。

1切削加工與刀具的重要作用

1.1切削加工的作用

零件制作是制造機(jī)械過(guò)程中非常重要的一步。制作毛坯通常運(yùn)用成形制造法，具體運(yùn)用焊接、鍛造、鑄造等方式加工來(lái)完成。精確的成形工藝也叫做凈成形工藝，是機(jī)械加工技術(shù)新出的一種工藝，加工成品或者半成品經(jīng)常運(yùn)用凈成形工藝，具體經(jīng)過(guò)精鍛、精鑄等方式加工而成。制造零件或模型過(guò)程中通常運(yùn)用快速原型工藝。磨削、切削都屬于傳統(tǒng)加工方式，機(jī)床切削加工含有電子束加工、激光束加工及電化學(xué)加工。以往傳統(tǒng)眾多加工方式里切削工藝是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛也最重要的一種加工方式，切削加工在未來(lái)零件制造領(lǐng)域也會(huì)變得更加重要。

1.2刀具的作用

性能良好的刀具可以提高機(jī)床加工生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有良好質(zhì)量。所以，提升刀具性能對(duì)機(jī)械制造經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)水平具有重要的促進(jìn)作用。通過(guò)金屬切削生產(chǎn)的產(chǎn)品，其尺寸大小、外觀形狀、產(chǎn)品質(zhì)量及表面光滑度都有較高要求，所以，運(yùn)用刀具切削工具多余材料過(guò)程中，要注重加工過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)與每個(gè)詳細(xì)步驟。尤其是運(yùn)用刀具分離工具的表層時(shí)，零件外表面與刀具會(huì)有一種互相作用力，具體叫做工件反切削作用力與刀具切削作用力，這種作用力是機(jī)床加工切削面臨的第一個(gè)矛盾。近年來(lái)，伴隨我國(guó)工具加工業(yè)的快速發(fā)展，有關(guān)企業(yè)開(kāi)始重視刀具及其他切削工具在生產(chǎn)時(shí)的重要作用，出現(xiàn)了很多新科技與新產(chǎn)品，這些新科技與新產(chǎn)品對(duì)刀具切削工藝革新起到了促進(jìn)作用，很多數(shù)控機(jī)床都采用了刀具加工技術(shù)，機(jī)床切削速度越來(lái)越高。高速切削對(duì)加工生產(chǎn)要求更高，要求精準(zhǔn)度更精確，切削穩(wěn)定性更高，刀具可以快速更換。在運(yùn)用切削制造方法開(kāi)展機(jī)器制造生產(chǎn)程序里，刀具運(yùn)用對(duì)切削品質(zhì)及制造技術(shù)水平具有重要意義。正常情況下，切削時(shí)使用的刀具品質(zhì)與功能狀況對(duì)切削生產(chǎn)品質(zhì)和切削生產(chǎn)速度有著重要意義，從而可以給機(jī)器制造生產(chǎn)品質(zhì)及速度帶來(lái)重要影響。制造機(jī)器過(guò)程中，切削制造就是運(yùn)用實(shí)用的切削刀具將配件里多余的物料切除，進(jìn)而獲得想要商品樣式、大小及外觀的生產(chǎn)方式。進(jìn)行機(jī)器切削生產(chǎn)時(shí)，最重要的一步是運(yùn)用切削刀具切削正確位置，發(fā)揮切削生產(chǎn)配件的外部切削功效，最終完成切削制造程序。開(kāi)展切削制造程序中，良好的切削運(yùn)用刀具，不僅要具有較高可靠性與安全性，還要具有較高切削功能及穩(wěn)固刀具所需的夾具。

2切削顫振的危害及產(chǎn)生原因

虛擬機(jī)械加工技術(shù)（virtualmachining）已誕生很久了，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在工程作業(yè)設(shè)計(jì)、加工工序設(shè)計(jì)及產(chǎn)品組裝程度等方面，需要開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，特別是在計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）方面，采用有限元法（FEM）來(lái)預(yù)先解析研究與產(chǎn)品性能相關(guān)聯(lián)的構(gòu)造、熱傳導(dǎo)性以及利用計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）確定刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的編程技術(shù)，均已滲透到工程的各個(gè)領(lǐng)域而被有效利用。

切削加工仿真技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向包括兩個(gè)方面，其一是開(kāi)發(fā)NC仿真軟件，借以顯示刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，并判斷刀具、刀夾與工件及其夾具是否產(chǎn)生干涉。

在進(jìn)行立銑加工時(shí)，最基本的任務(wù)是切除刀具切削刃包絡(luò)面通過(guò)部分的被加工材料，使保留下來(lái)的部分成為已加工面。完成這類加工所用的軟件應(yīng)包括如下內(nèi)容：刀具、刀具夾頭、工件、夾具等的協(xié)調(diào)，機(jī)床主軸的構(gòu)成及其可工作的范圍，能真實(shí)地仿真機(jī)床和刀具的動(dòng)作等。特別是近幾年來(lái)，由于五坐標(biāo)切削加工的不斷增加，在實(shí)際加工前應(yīng)進(jìn)行NC仿真的重要性日益突出。這類NC仿真軟件中，有不少軟件具有極為優(yōu)異的性能，如可從金屬切除體積計(jì)算出加工效率；根據(jù)金屬切除體積來(lái)判斷切削加工是否產(chǎn)生過(guò)載；如果負(fù)荷固定，由于進(jìn)給速度過(guò)高而產(chǎn)生過(guò)載，仿真軟件可調(diào)整進(jìn)給速度，防止過(guò)載產(chǎn)生，并可縮短切削加工時(shí)間等。

切削加工仿真技術(shù)的另一發(fā)展動(dòng)向是研究解析切削加工過(guò)程中的物理現(xiàn)象，如被加工材料因塑性變形而產(chǎn)生熱量，被切除材料不斷擦過(guò)刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等，并將這一系列切削過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)，目前能達(dá)到這種理想目標(biāo)的產(chǎn)品還為數(shù)不多。Thirdwavesystems公司的“advantedge”是采用有限元法對(duì)切削加工進(jìn)行特殊優(yōu)化解析的軟件產(chǎn)品，與用于構(gòu)造解析的有限元法程序包比較，其最大優(yōu)點(diǎn)是用戶界面優(yōu)良，機(jī)械加工的技術(shù)人員能方便地進(jìn)行解析。美國(guó)scientificformingtechnologies公司的“deform”是鍛造等塑性變形加工用有限元法解析程序包，最近已被轉(zhuǎn)用于切削加工。

切削過(guò)程是切屑、被加工材料的彈性變形和塑性變形的變形過(guò)程，與沖壓、鍛造等塑性變形比較，變形速度（單位時(shí)間產(chǎn)生的變形量）非常大，由此產(chǎn)生的塑性變形能量和前刀面上由摩擦產(chǎn)生的能量將引起發(fā)熱，從而使溫度大幅度升高，刀尖在連續(xù)而狹小的范圍使被加工材料破壞、分離成切屑和已加工面等，這是切削過(guò)程的顯著特征。而這些現(xiàn)象彼此間存在復(fù)雜的相互影響。

如果用有限元解析方式，需輸入下列內(nèi)容：被加工材料特性及摩擦狀態(tài)等物理特性；切削條件及刀具形狀等邊界條件。通過(guò)有限元解析剛性方程，可輸出切削力、剪切角、切削溫度等帶有切屑生成狀態(tài)特征的量化參數(shù)，在此過(guò)程中，無(wú)需建立數(shù)學(xué)模型或提出假設(shè)。根據(jù)有限元解析的結(jié)果，還易于將切屑生成過(guò)程、應(yīng)力、變形等物理量實(shí)現(xiàn)可視化。