高速切削及其关键技术

高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用主要包括以下几个方面：

1. 高速轴承技术：是实现数控车床精密化、高速化运转的关键技术措施之一。在电主轴的研发中，常用的轴承主要有液体动静压轴承、磁悬浮轴承、精密滚动轴承与气体静压轴承等。对于数控车床的整体性能要求更为严格时，必须装配优质的精密圆柱滚子轴承或角接触陶瓷球轴承。角接触陶瓷球轴承因具有较为良好的径向承受能力与轴向载荷，得到了广泛的应用。

2. 高速电主轴控制：由于机床电主轴的高速旋转特性，需要在旋转过程中对主轴的温度、振动、功率、润滑状况、刀具夹紧状况进行实时监控与调节。其中对主轴温度、振动、功率的监控和保护最为关键。

3. 高速电机技术：电主轴是电机与主轴融合在一起的产物，电机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电机，其关键技术是高速度下的动平衡。

4. 润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑，也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油，所谓定量，就是通过一个叫做定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的注油量。油气润滑指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。

5. 冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。

6. 内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻丝，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相位控制以及与进给的配合。

7. 自动换刀装置：为了适用于加工中心，电主轴配备了能进行自动换刀的装置，包括碟形簧、拉刀油缸。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀柄。

8. 高速切削技术：是实现高效加工和提高加工质量的必要手段。高速切削技术要求切削时切削功率和热量小，速度快，切削液流动性好等一系列技术要求。常见的高速切削技术包括高速铣削、高速钻孔、高速螺纹加工等。

高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用的发展，对于提高我国机床制造业的整体水平，推动相关产业的发展具有重要意义。

高速干切削的关键技术和应用　高延涛　，刘忠伟　（１．嘉利特荏原泵业有限公司，浙江瑞安３２５２０２；２．湖南冶金职业技术学院，湖南株洲４１２０００）　摘　要：高速干切削技术是一种新型的绿色制造方式。它的出现与高速切削和干切削有密切关系，　它是一项综合技术，必须从刀具、机床和工件等各方面采取一系列合理、有效的措施，才能得以顺利实施。　关键词：绿色制造；高速干切削；关键技术；应用　中图分类号：ＴＧ５０６　文献标识码：Ｂ　切削加工是汽车、航空航天、能源、模具等制造　业中主要的加工技术和基础工艺，而切削液具有改　善切￣Ｊ　ＪＪＨ工质量和提高生产率的作用，所以在切削　加工中扮演着重要的角色，特别是随着高速切削技　术的迅猛发展，切削过程中使用的切削液用量也越　来越大，其流量有时高达８０～１００　Ｌ／ｒａｉｎ。但切削　液带来的种种负面影响（如增加成本、污染环境、损　害工人健康等）也更加突出地呈现在人们面前。严　酷的产品价格竞争和日益严厉的环保法规监控，使　得人们寻找一种新的生产方式：绿色制造——高速　干切削。　高速干切削的出现与高速切削和干切削有着密　切关系。高速切削具有切削效率高、切削力小、加工　精度高、切削热集中、加工过程稳定以及可加工某些　难加工材料等特点；而干切削在加工过程中不用或　微量使用切削液，可消除切削液带来的负面影响，是　一种对环境污染源头进行控制的清洁制造工艺。高　速干切削技术则将高速切削技术与干切削技术或准　干切削技术（采用微量切削液）有机地融合，结合两　者的优点并对其不足进行有效补偿的先进制造　技术。　干切削时，由于缺少了切削液的润滑、冷却、排　屑与断屑等功能，刀具与工件、刃具与切屑之间的摩　擦增加，切削力增大，切削热也大大增加，刀具耐用　度大大降低，同时工件的加工质量也得不到保证。　因此，在进行高速干切削时，为了消除以上这些不利　影响，就应对包括刀具、机床等工艺系统进行全面　考虑。　ｌ　高速干切削的关键技术　１．１　刀具技术　刀具的性能是高速干切削能沓成功实施的关　键。高速干切削是在无切削液的条件下进行工作　的，这就对刀具提出了更高的要求：①刀具应具有　优异的耐热性能与耐磨性能，可在无切削液条件下　工作。新型硬质合金、聚晶陶瓷和立方氮化硼　（ｃＢＮ）等材料是干式切削刀具的首选材料；②切屑　和刀具之问的摩擦因数要尽可能小，常用的方法是　对刀具表面进行涂层（涂层除了有类似于切削液的　润滑功能外，还在刀具与切屑问起隔热作用，相当于　切削液中的冷却功能，此外，还有保护刀具材料不受　化学反应的作用），并辅以排屑良好的刀具结构，减　少热量堆积；③干式切削刀具还应具有比湿式切削　刀具更高的强度和抗冲击韧性。　干切削刀具常采用较大的前角和刃倾角，这样　可使刀具与切屑间的接触面大大减少。同时应采用　适宜的Ｔ形刃带、加强棱刀刃等措施来强化刃口和　加强刀刃强度。另外，也可采用较大的刀尖前角和　刀尖后角，以缩短刀具与已加工表面间的接触长度。　由于干切削时切削力大、温度高，为减少高温下刀具　与工件材料之间的扩散和粘结，还应特别注意刀具　材料与工件材料之间的合理匹配。例如，金刚石（碳　元素Ｃ）与铁元素有很强的化学亲和力，所以金刚石　刀具虽然硬度很高，但不宜于在干切削加工中用来　切削加工钢铁等黑色金属材料。　对于高速干切削中应用的刀具技术而言，需要　进一步研究和发展的主要有以下几个方面：刀具涂　层技术，刀具材料技术，刀具结构和几何参数的合理　设计，可靠的刀具在线监测技术等。　１．２机床技术　在设计高速干切削用机床时，首先需要着重考　虑的二个问题是：一是如何使切削热快速传出，二是　如何将切屑和尘埃迅速排出。图１显示出了高速干　切削用机床的基本要求。　高速干切削时产生的热量较多，若不及时传散　出去，就会使机床产生热变形，影响工件的加工精度　和机床工作的可靠性，一般可内置循环冷气系统。　如果存在一些无法排出的热量，则应在相关部件上　采取隔热措施。　排屑和去尘同样不能忽略。干切削过程中容易　产生金属悬浮颗粒，一旦进入机床运动副，会使机床　部件磨损加剧。若进入电气控制线路，则可能引起　・４０・　

ＳＣ１一ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００６年第ｌ６卷第ｌ２期　文章编号：１００５—６０３３（２００６）１２—０２９７—０２　浅新高速切削技术　郑少文　（华北制药集团山西博康药业有限公司，山西太原，０３００２１）　摘要：高速切削技术是先进制造技术的重要组成部分。介绍了高速切削技术的内涵、　发展现状及关键技术，阐述了高速切削技术的应用及其未来发展趋势。　关键词：高速切削技术；高速切削刀具；电主轴；切削测试　中图分类号：ＴＧ５２６　文献标识码：Ａ　１高速切削的概念及其优点　迄今为止，切削加工仍是机械制造领域应用最广泛的一种加工方　法。目前，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技术正在崛　起，对制造业的发展产生着深远的影响。　“高速切削”的概念首先是由德国的Ｃ．Ｓ￣ｏｍｏｍ博士提出的，并于　１９３１年４月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。该理论的核心　是：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，当　到达某一速度极限后，切削温度随着切削速度的提高反而降低。此后，高　速切削技术的发展经历了以下４个阶段：高速切削的设想与理论探索阶　段（１９３ｌ—ｌ９７１年），高速切削的应用探索阶段（１９７２－１９７８年），高速切　削实用阶段（１９７９－－１９８４年），高速切削成熟阶段（２０世纪９０年代至今）。　高速切削是一个相对概念，对不同的工件材料及不同的加工方式，　高速切削有相应不同的切削速度范围，见表ｌ。　表ｌ不同材料和加工方式的切削速度范围　工件材料　切削速度／（ｍ／ｒａｉｎ）　加工方式　切削速度／（ｒｎ／ｍｉｎ）　纤维强化塑料　８００—９　ｏｏＯ　车削　７００～７　ｏｏＯ　铝合金　７００—８　ｏｏＯ　铣削　３００～６　ｏｏＯ　铜　５００—７　ｏｏＯ　钻削　２００～ｌ　ｌ００　铸铁　３００—５　ｏｏＯ　拉削　３０～７０　钢　２００—３　ｏｏＯ　铰削　２０－５　００　钛合金　７０～ｌ　ｏｏＯ　磨削　５　ｏｏＯ—ｌ０　ｏｏＯ　镍基合金　３０—３００　高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点：第一，生产效　率提高３～１Ｏ倍。第二，切削力降低３０％以上，尤其是径向切削分力大幅　度减少，特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第　三，切削热９５％被切屑带走，特别适合加工容易热变形的零件。第四，高　速切削时，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳，振动较　小，适合加工精密零件。　２高速切削的发展现状　近３Ｏ年来，世界工业发达国家都非常重视高速切削技术的研究，并　不断努力把高速切削技术应用于生产，取得了巨大的经济效益和社会效　益。　美国ＶｏｕｇＩ１ｔ公司于１９７６年首次推出了一台超高速铣床，最高转速　达２０　０００　ｒ／ｒａｉｎ，美国宇航局和飞机制造企业支持了从１９７７年开始的为　期４年的以研究用于加工轻型合金材料的超高速铣削技术。此后，法国、　德国的主要机床制造厂纷纷推出了超高速机床和机床主要部件，初步形　成了专业化生产规模。德国Ｄａｒｍｓｅａｄｔ工业大学生产工程与机床研究所　（ｖｒｒｗ）从１９７８年开始系统地进行了大量的超高速切削各种金属和非金　属材料的切削理论研究工作，德国组织了几十家企业并提供了２　０００多　万马克支持Ｐｒｗ的Ｈ．Ｓｃｈｕｉｚ教授领导的该项工作。自２０世纪８０年代　后期以来，商品化的超高速机床不断出现，超高速机床从单一的超高速　收稿日期：２ＯＯ６—０２一ｌ５　

第５期　２０１２年５月　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　２４９　

文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０５－０２４９－０３　

模具高速切削关键技术研究进展　

曲晓文林有希颜聪明　

（福州大学机械工程及自动化学院，福州３５０１０８）　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｉｎ　ｍｏｌｄｓ＆ｄｉｅｓ　

ＱＵ　Ｘｉａｏ—ｗｅｎ，ＬＩＮ　Ｙｏｕ－ｘｉ，ＹＡＮ　Ｃｏｎｇ—ｍｉｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｆｕｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）　、”　●　Ｊ　ｑ　ｔ十十＂十４斤　十”十　、毫　ｑ　曼　十　１　＾０　＋　、量　、ｌ　、．　、．　、生　、．　、．　、Ｉ　ｑ　ｐ　十　、．　＋　、．　、｜　、．　、　【摘要】通过对高速切削技术（ＨＳＭ）含义的描述，详细介绍了高速切削加工技术的特点、先进性　

及其在模具加工行业中的应用。与传统的模具加工工艺（普通放电加工ＥＤＭ）相比较，详细分析了高速　

切削技术应用于模具加工制造业中的优势，并重点从高速切削机床、加工刀具、７￣－Ｙ－－＿Ｙ－－艺技术及策略等　

方面，对高速切削技术应用于模具制造中的关键技术进行了分析探讨。最后综述了模具高速加工中存　

在的问题并对模具高速切削加工技术在我国的前景进行了展望。　

关键词：高速切削；高速加工；模具加工；加工策略　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｏｆｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　

ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ（ＨＳＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄｓ　ａｎｄ　ｄｉｅｓ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ