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高速切削技術（shù）在數控（kòng）車（chē）床（chuáng）中的應用

2020-11-19 來源：上海維宏電子（zǐ）科技股份有限公司作者：柏鶴

摘要：介紹了高速切削技術及輕金屬材料、超級合金材料、鋼材和鑄鐵材（cái）料等高速切削技術的適用（yòng）對象，分析（xī）了高速切（qiē）削技術（shù）在數控車床中應用的技術（shù）要求，給（gěi）出了高速主軸單元的運行條件和參（cān）數設（shè）置，並對刀（dāo）柄（bǐng）、刀具材料的選（xuǎn）擇進行了研究。

關鍵詞：高速切（qiē）削（xuē）數控車床應用（yòng）

1、研究背景

在機械製造生產實踐所使用的加工技術中，高速切（qiē）削技術是應用比較廣泛的技術之一。

高（gāo）速切削（xuē）技術（shù）具有效率高、能耗（hào）低、精度高等優點。在機械（xiè）加（jiā）工過程中應用高速切削技術，能夠在（zài）保證加工質量（liàng）的前提下進一步提高加工（gōng）效（xiào）率，並且減少（shǎo）能耗。

在此背景下，將高速切（qiē）削技術應用於機械加（jiā）工的主要（yào）平台數控車床，具有十分重要的意（yì）義。

2、高速切削技術（shù）概述

在（zài）機械（xiè）加工中，切削指對工件上的冗餘部分進行切除，這一操作需要借助（zhù）刀具、砂輪等部（bù）件來完成。高速切削建立在傳統刀具切削基礎之上，具備傳統刀具切削的特點。

當然，高速（sù）切削技術（shù）與傳統切削技術相（xiàng）比，具有高效（xiào）率、低成本、高精度等優點。作為一項已經比較成熟的機械加工技（jì）術，高速切削技術在生產實踐中的應用比較廣泛。要（yào）想實現對高速切削技術的應用，需要做好數控車床結（jié）構設計、數控車床控製係統設計、刀具結構設計等工作（zuò）。隻有（yǒu）充分做（zuò）好以上工作（zuò），才能使高速切削技術得（dé）到有效應用，從而發揮其在機械加工中的優勢。同時，為了提高高速切（qiē）削技術應用（yòng）過（guò）程（chéng）中的穩定性，需要做好（hǎo）數控車床各個子係統中相關控製指標的設定。

3 、適用對象

高速切削技術（shù）的（de）應用對象是有一定限製的，並非所有材料都（dōu）能進行高速切削加工。在機械（xiè）製造加工實踐過程中，高（gāo）速切削技術通常適用於（yú）三類材料，分別為輕金屬材（cái）料、超級合金材料、鋼（gāng）材和鑄鐵材料。

3.1 輕金屬材料

在工業生產活動（dòng）中，鋁（lǚ）合金是最常用的輕金屬材料之一。

鋁合金不但擁有較好的耐腐（fǔ）蝕（shí）性能和導電、導熱性能，而且還（hái）具（jù）有較（jiào）強的韌性和延展性。這些特性使鋁合金具（jù）備較好的快速成型能力，能夠（gòu）被廣泛運用於製造業中。

總體而言，輕金屬材料具有（yǒu）較好的切割性能，能夠適合進行高速切削。在對輕金屬（shǔ）材料進行高速切削的過程中，輕金屬（shǔ）材料可以將絕大多（duō）數熱量帶（dài）走，從而減小輕金屬材料的熱變形，並且由於切（qiē）削速度快，因此具備更高的精度。

3.2 超級合金材料

在對超級合金材料（liào）進行高速切削的過程中，需要選擇合適的刀具，包括氧化鋁刀具、聚晶（jīng）立方氮化硼（péng）刀具等。

通過選擇合適的刀具，能夠（gòu）進一步提（tí）升（shēng）超級合（hé）金高速切削過程中的速度與精度。

3.3 鋼材和鑄鐵材料

在對鋼材進行高速切（qiē）削的過程中，通常需要選擇較為鋒利的刀具，同時對切削的後角進行嚴格把（bǎ）控。這樣做的主要（yào）目的是減小刀具的（de）磨損，從而使刀具的使（shǐ）用壽命延（yán）長。

此外，適當的後角也有助於提高對鋼材（cái）進行高速（sù）切削的精度（dù）。

在對鑄鐵材料進行高速（sù）切削的過程中（zhōng），也需要注意選擇刀具材（cái）料。隻有選擇合適的刀具材料，才（cái）能夠提升切削的速度和質量。

4 、高速（sù）切削技術（shù）應（yīng）用技術要求

以下介紹高速切削技術在數控車床中應用的（de）技術要求。

4.1 高速主軸單元運行條件（jiàn）

與普通車床相比，高速（sù）切削車床的最大區別之一是高速主軸單元。高（gāo）速主（zhǔ）軸單元是實現高速切削的核心部件，要使高速主（zhǔ）軸（zhóu）單元正常工作，通常需要滿足（zú）以下條件：第（dì）一，具備較高的同軸（zhóu）度、傳遞力矩和傳動功率；第二，具備良好（hǎo）的冷卻裝置、平衡性和動態性能；第三（sān），具備較高的角加速度。

4.2 高速主軸（zhóu）單元參數設置

高速主軸單元相關參（cān）數的設置通常需要符合以下要（yào）求（qiú）：

（1）主軸具有較高的轉速（sù），通常高於 10 000 r/min，是普通車床轉速的（de） 5～10 倍；

（2）高速（sù）主軸（zhóu）車（chē）床的輸出（chū）功率通常設置為 20k W～80 k W，當輸出功率在這一範圍內（nèi）時（shí），不但能夠提高切（qiē）削加工的（de）效率（lǜ），而且可以對重荷載材料（liào）進行加工；

（3）高速主軸單元的啟動和製動時間較短，通常為 1～2 s，為此，主軸單元的加速度要比普通車床高，通常設置為 1g～8g，g 為重力加速（sù）度。

4.3 部件選擇

部件的選擇不僅決定自身的使用壽命和使用效率，而且決定高（gāo）速（sù）切削的效果，因（yīn）此部（bù）件的選擇要從有（yǒu）效性和合理性出發。

4.3.1 刀（dāo）柄

高速切削過程（chéng）中，最核心的部件之一是刀柄，決定著高速切削的最終（zhōng）效果和時間（jiān）。

（1） ER 彈性夾套。在高速（sù）切削（xuē）加工時選用精度高、成（chéng）本低的 ER 彈性夾套，在旋轉向心力加速方麵，可以起到促進作用。在（zài）夾力方（fāng）麵，ER 彈性夾套直（zhí）徑小（xiǎo）的（de）特點可以提高力度（dù）。在使用時，需要平衡（héng）螺帽來穩定和加固。

（2）熱縮式刀柄。較為先進的熱縮式刀具與刀柄結合，具有諸多優勢（shì）。熱縮式（shì）刀柄材質可以支持係統加熱，具有極高的穩定性。

（3）強（qiáng）力銑夾刀（dāo）柄。此（cǐ）種刀柄在使用時（shí）隻能適用直徑較大的刀具，具有較大的局限性。強力（lì）銑夾刀柄的優點與同心力和同心性有關，同心力（lì）越大（dà），夾力越大，所以（yǐ）在大直徑刀具進行切削時可以保障切削（xuē）效果。

（4）液壓刀柄。液（yè）壓在工業品行業中應用較為廣（guǎng）泛，液壓刀柄使液壓技（jì）術與刀柄實現結合，其裝卸較為方便快捷，在同心性和（hé）直徑方麵具有優勢。

（5）高（gāo）精（jīng）度 HP 夾套。此類夾套在功能（néng）上類似於ER 彈性夾套，但是在夾力的原理上有重要區別。HP 夾套在應用時使刀具通過定位鎖緊，精度較高，成本較低（dī），優點為同心性好，對操作的平衡（héng）度容（róng）易把控（kòng），利於裝卸清洗（xǐ）。

4.3.2 刀具材料

高速切（qiē）削的效果主要由（yóu）刀具（jù）材質和質（zhì）量決（jué）定，因此刀具材料的選（xuǎn）擇在高速切削中具有重（chóng）要作用。

（1）塗（tú）層材料。刀具塗層材料主要分為硬性和軟性（xìng）兩種。前者在使用中（zhōng）的（de）耐磨度較高，如碳化（huà）鈦、氮化鈦等。後者在（zài）使（shǐ）用中相互摩擦的作用較小，對切削力度的（de）限製較為有利於切削，如二硫（liú）化（huà）鎢等。同時，軟塗層的使用會提高表麵處（chù）理（lǐ）效果，延（yán）長使用壽命。

（2）陶瓷材料。陶（táo）瓷具有硬度大、抗（kàng）摩擦等特點，被大量運用。陶（táo）瓷（cí）刀具硬度大，在高溫環境下不受影響，適用於高溫切（qiē）削加工。陶（táo）瓷材（cái）料的抗粘結性也較好，可以消除在切削（xuē）加工中出現的粘連等問題。由此可見，陶瓷材料（liào）因自身化學性能和特（tè）點而在高速切（qiē）削加工中（zhōng）大量應用。

（3）金剛石材料。硬度最佳的刀具材料為金剛石，其導熱性能（néng）也較佳。但是由於成本較高，導致（zhì）部分加工廠商在選擇時有所顧慮。

5 、結束語

高速切削在工業製造中屬於較為核心和繁雜的加工流程，參數（shù）的設置與部件的選擇都會影響最（zuì）終的效果和效率。因此，在數控車床中應用（yòng）高速切削技術時，不僅要對（duì）各個要點全麵熟（shú）悉和了解，而且對刀具和材料的選擇也要（yào）慎重。通過研究應（yīng）用技術要求和部件選擇，可以為高速切削技術在數控車床中的應用提供技（jì）術參考。

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