高速CNC机床及其功能

高速切削(hiBh‘Peed c Mti”g，Hsc)是当今制作业中一项快速开展全新技能，

可使企业以尽量短的时刻加工出质量合格的零件，进步市场反应才能。在工业发达国家，高速切削

正变成一种新的切削加工理念和新技能，它使得轿车、模具、飞机、轻工和信息等职业的生

产率和制作员明显进步，加工技能及配备更新换代。

长期以来，难加工资料如奥氏体不锈钢、高锰钢、淬（cui)呸钢、复合资料、耐磨铸铁等一向是切削加工中的难题，切削功率低，刀具寿数短。跟着制作业的开展，这些资料的运用将迅速添加，加工的矛盾将更加杰出。与此一起，产品的资料构成将不断优化，新的工程资料也不断面世，而每一种新型资料的选用都对切削加工提出了新的要求。在轿车工业，其发起机、传动器零件中酌硅铝合金的份额在继续添加，并开始引进镁合金和新的高强度铸铁，以减轻轿车的分量和节约能耗。在航空航天工业，钛合金、镍[niè][niè][niè]基合金以及超耐热合金、陶瓷等难加工资料的使用份额和加工难度也都将进一步添加。能否高效加工这些资料，是对切削技术的最大应战。 ’

当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削技能现已显现出很多的长处和强壮

的生命力，变成制作技能进步加工功率和质量、下降成本的首要路径。硬切削是高速切削技

术的一个使用领域，即用单刃或多刃刀具加工淬（cui)硬零件，它比传统的磨削加工刀具有功率高、柔性好、技能简略、投资少等长处，已在一些使用领域发生较好的作用。在轿车业t用CDN刀具加工20Cr5Mo淬（cui)硬齿轮(60HKC)内7L，替代磨削，外表粗糙度可达o．22Pm，已变成国内外轿车职业推广纳新技能。

如果说数控技能的开展节约了很多辅佐加工工时，使传统制作技能发生了第一次革命性

变革，变成现代制作技能的第一个里程碑的话，高速加工技能则因大幅度地节约切削工时并

可完成高效精细出产，变成了现代制作技能的第二个里程碑。

高速切削的概念起源于德国的萨涪蒙(carlsalomon)博士的闻名切削试验及其物理引申．他以为必定的作业资料对应有一个临界切削速度，其切削温度最高。在惯例切削范围内

(团8—1A区)，切削温度跟着切削速度的增大而进步，当切削速度抵达临界切削速度后，切

削速度再增大，切削温度不升反而下降。一起，切削力也会大幅度下降。他的理论给出一个

重要的启示：如果能跳过图8—lB区，而在具有必定速度的高速区(图8—Ic区)进行切削加

工，则不仅有可能用现有的刀具进行超高速切削，然后大幅度地削减切削时刻，成倍地进步

机床的出产卒，并且还将给切削进程带来一系列的优良特性。

跟着CNC机床、加工中间和柔性制作系统的开展，机械加工中的“辅佐工时”已大大缩短，为了进一步进步机床的出产功率，有必要极大地进步加工的切削速度和进给速度，以大幅下降“切削工时”。实践证明：当切削速度进步lo倍，进给速度进步20倍，远远逾越传统的切削“禁区”后，切削机理的变化致使单位功率的金属切除率进步30％一40％，切削力下降30％，刀具的切削寿数进步70％，留在工件上的切削热大幅度下降，切削振荡几乎不见，切削加工发生了本质性的腾跃，在惯例切削加工中备受困惑的一系列问题亦得到了处理。

据国外高速加工试验资料介绍：当切削速度超越600m／min后，切削速度再增高，切削温度反而下降。在切削进程中发生的热量进入切屑并从工件处被带走，试验室条件下的测试证明了在大多数使用情况下，切削时工件温度的上升不会超越3℃。相应地，在一已给定的金后切除率下，当切削速度超越莱一数值(约300一500m／mtn)后．跟着切削速度的添加，

塑性资料的切屑形状将从带状、片状到碎肩不断演化。单位切削力前期呈上升趋势，然后急

剧下降，实践切削力也会下降。当切削速度继续添加至必定数值之后，切削力会近似坚持

不变。

高速切削机床是完成高速和超高速切削的必要条件之一，为了习惯粗招加工、轻重切削

和疾速移动，一起确保高精度(定位精度土o．o05mm)，它有必要满意高速加工对机床的要

求。加高速主轴部件及其驱动系统、疾速反应的数控伺服系统和进给部件、具有NuRBS插

补功用和预处理才能的控制系统、高压大流量喷发冷却系统，以及静刚度、动刚度、热刚度

特性都极好的机床支承件等。当前适用于进行高速切创的加工中心和CNC机床，其主铀转速一般郁在loooor／min以上，有的高达60000一100000r／min，主电机功率到达15—80kW，

滚珠丝杠的疾速进结速度可达40一60m／mtH，直线电机的疾速进给速度高达90一120m／min。此外，高速机床的主抽和作业台还要具有杰出的加速度功能，主轴从启动到最高转速的时刻只用1—2s，作业台的加速度到达lf一105。表8—1列出了这些年国际上几种高速机床的首要产品和标准。

8．1．1 高速切削的特色

当前，根据数控技能的高速切削具有下列特色。

①加工时刻短，功率高 跟着切削速度的大幅度进步，进给速度也比一般切削相应地

进步了5—10倍，单位时刻的资料切除率大大进步，可到达惯例切削的3—6倍，乃至更高*

日本日立精机的HG400皿型加工中心主轴最高转速达36000一40000r／min，作业台疾速移动速度为％一40m／min。选用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m／min。美国洛克希德飞机公司在高速铣削铝合金时，当主轴转速从4000r／min进步到20000r／min，资料切除率添加3倍。单位功率的资料切除率可到达130一160cm’／(min．kW)，是一般铣削的4—5倍。

⑦刀具切削情况好 因为切削速度高，吃刀量很小，剪切变形区窄，变形系数6减小，

切削力下降约30％一90％，尤其是径向切削力的大幅度削减，格外有利于路壁细筋件的高

速精细加工。波音公司和达索公司选用数控高速切削加工技能超高速铣切铝合金、铣合金整

体薄壁结构件，薄壁零件的最小硅厚可薄至o．oo 5M。美国体斯飞机公司则选用超高速精

密铣削技能加工平面阵列天线、波导管、挠性陀螺框架等。

⑤刀具和工件受热影响小 95％一98％的切削热被切屑敏捷带走，工件可根本坚持冷

态。因此格外适合于加工易发生热变形的零件。加之高速切削刀具的热埂性好，可进行高速

干切削，不必冷却液，削减了对环境的污染，能完成绿色加工。

④工件外表质量好 因为切屑在刹那间切离工件，使得工件外表的剩余应力十分小。同

时因为高速加工时机床的激振频率远远高于切削技能系统的高阶固有频率．因此切削平稳。

高速切削即便选用较小的进给量，仍能取得很高的加工功率，但可使外表粗糙度得到极大的

改进。如以1325m／min的速度铣削灰铸铁工件，取得的外表粗糙度只。仅为o．53Pm，高速铣削和车削常RJ到达磨削的水平。

⑤高速切削能够加工各种难加工资料 如在航空和动力部门很多选用的镍[niè]基合金和钛合金，加工这类资料时，切削温度高，刀具磨损严重，而高速切削时的速度能够到达100一1000m／min，不光能够大幅度进步出产串，还可有效地削减刀具磨损，进步零件的外表加工质量。当前，以高速切削为代表的以车代磨、以铣代磨(抛)、干切削、硬切削等新型切削技能现已显现出强壮的生命力。

表8—2列出中型立、卧式加工中心[标准：作业台宽度400一630mm，主轴锥孔IS040

或HSK63，资料切除牢＞200 cm3／min(45钢)，刀具最大质量＜10k8]的首要作业参数的

开展进程，显现了CNC机床向高速化开展的趋势。