模具数控加工技术 陈子银 第5章 高速切削加工技术

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1、第5章高速切削加工技术5.1高速切削概述5.2高速切削机床5.3高速切削刀具与刀柄5.4高速切削加工在模具制造中的应用实例思考与练习5.1高速切削概述高速切削（HighSpeedCutting）和高速加工（HighSpeedMachining）分别简称HSC和HSM。在1931年4月德国物理学家Carl.J.Salomon提出了高速切削理论：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有关，如图5.1所示。高速切削技术是在高性能CNC系统、机床结构及材料、机床设计、制造技术、高速主轴

2、系统、快速进给系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件和软件技术均得到充分发展基础之上综合而成的。因此，高速切削技术是一个复杂的系统工程和一项先进制造技术。对于机械零件而言，高速加工即是以较快的生产节拍进行加工。零件的一个生产节拍为：零件送进—定位夹紧─刀具快进─刀具工进(在线检测)─刀具快退─工具松开、卸下─质量检测等七个基本生产环节。主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统。对于整条生产自动线而言，高速加工技术表征是以较简捷的工艺流程、较短、较快的生产节拍

3、的生产线进行生产加工。对于某一产品而言，高速加工技术也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈信息。这与敏捷制造工程技术理念有相同之处。模具加工是高速切削技术的主要收益者。下面我们就来看看一些模具加工用高速机床，如图5.2所示为高速数控铣床外观示意图，如图5.3所示为高速高精度的雕铣机床外观示意图，如图5.4所示为桥式龙门高速数控铣床外观示意图，如图5.5所示为直线驱动立式加工中心外观示意图。5.1.1高速切削概念与特征自从Salomon提出高速切削的概念以来，高速切削技术经历了高速切削理论的探索、应用探索、初步应

4、用和较成熟应用等四个阶段的发展，现已在生产中得到了一定的推广应用。那么，到底何谓高速切削呢？到目前其仍是一个相对的概念，它主要是指采用超硬材料的刀具与磨具，实现主轴的高转速和高的进给速度以及高的进给加速度的自动化制造设备，极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。主轴的高转速和高的进给速度的关系有下面的公式来表达：主轴转速：n=Vc/（πd）；进给速度：Vt=nZfz；公式中各项含义：fz—每一刀刃在一转中所切削的厚度，单位：mm；Z—铣刀的刃数；Vc—刀具的线速度，单位：mm/min；d—刀具的直径。将n代入上式，得出进给速度：Vt＝（fzZVc

5、）/（πd）。即在选定了刀具和切削用量的情况下，进给速度与主轴的转速成正比。因此，高速加工机床不仅要有高的主轴转速，也应具备与主轴转速相匹配的高的进给速度。此外，为了保证加工轮廓的高精度，机床还必须具备高的进给加速度，如果一台高速机床没有足够高的进给加速度，那么它是无法高速地进行高精度复杂曲面轮廓的加工的，因为它无法胜任加工复杂曲面时根据不同的曲率半径在最短的时间内不断地调整进给速度的需要。随着高速切削、高速机床和刀具等关键技术领域的突破性进展，高速与高速切削技术的工艺和速度范围也在不断扩展。高速切削已是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化也使之具有很高的

6、生产效率。因此，高速切削较传统切削具有如下优越特征：（1）切除率高、生产效率高在高速切削时刀具的高转速和机床的高进给以及高加速度，大大提高金属切除率与生产效率，适用于材料切除率要求大的场合，如模具、汽车和航空航天等制造领域。（2）切削力小由于加工速度高，使剪切变形区变窄，剪切角增大，变形系数减小，切屑流出速度加快，从而可使切削变形减小，切削力比常规切削降低，刀具耐用度提高，特别适合于加工薄壁类刚性较差的工件。（3）热变形小高速切削热大部分由切屑带走，工件发热少，特别适合于加工细长易热变形的零件和薄壁零件。（4）精度高、表面质量高由于高转速和机床的高进给率，使加工过程平稳、

7、振动小，可实现高精度和高表面质量的要求，非常适合于光学领域的加工。（5）工序减少常规加工时需分粗加工、半精加工、精加工工序，而高速切削可集中在一道工序中完成。此即高速加工用于模具加工的“一次过”技术（Onepassmaching）。（6）加工成本降低采用高速切削，由于零件的单件加工时间缩短与同一台机床上的“一次过”技术，使加工成本较普通加工大幅度降低。但随之也出现了值得注意的事项：（1）机床的耐用度降低；（2）工具寿命缩短；（3）排屑性能下降。这就需要通过相应的措施减小这些因素对高速切削加工的影响。正由于高速切削加工切削速度的