高速切削加工工艺的应用与分析

高速切削加工工艺的应用与分析

摘要：本文主要针对数控机床使用传统方法加工过程中存在质量差、效率低的问题，将高速切削加工技术引入数控机床的加工过程中，并对加工工艺进行了改进。高速切削加工切削系统的工作频率远高于机床的低阶固有频率，振动较小，大大降低了加工表面粗糙度，提高了加工质量。基于高速切削加工转速高和切削力小的特点，取消卧式铣床升降台半精加工工序，提高了加工效率。

关键词：升降台；加工工艺；高速切削；切削力

目前，国内许多企业数控机床的加工仍然使用传统方法加工，由于传统加工工艺是针对当时的设备、刀具状况制定的，一直沿用了几十年，存在质量差、效率低的问题，远远不能适应激烈的市场竞争。各铣床生产厂家为了抢占市场，纷纷投入人力、物力，寻求新方法新工艺提高卧式铣床升降台的加工效率和加工质量。本研究将高速切削加工技术引入卧式铣床升降台的加工过程中，并根据高速切削加工的特点对卧式铣床升降台加工工艺进行了改进。

1 卧式铣床升降台的结构特征

卧式铣床包括床身、横梁、升降台、滑鞍、工作台、底座六大部件，其中滑鞍执行X向进给，工作台执行Y向进给，而升降台执行Z向进给，即升降进给，是连接床身、滑鞍、底座的关键零件。卧式铣床升降台的材质为灰口铸铁(HT200)，属于较复杂的箱体零件，壁厚不均，刚性不足。

图1 卧式铣床结构图

2 使用传统方法加工存在的弊端

卧式铣床升降台的传统加工工艺是上个世纪八十年代制定的，受到当时设备、刀具等条件的限制，在普通铣床和镗床上加工，存在的问题如下：工件壁厚不均，刚性不足。为了减少每道工序的切削量，传统加工工艺分粗加工、半精加工、精加工，工序长，效率低；设备主轴转速低，加工出的工件表面粗糙度差；设备落后，定位及重复定位精度差，不易保证加工质量；装卸工件的辅助时间太长；刀具磨损不易监控，容易造成废品；换刀由人工完成，劳动强度大；旧工装刚性差，易产生振动。

3 高速切削的定义及优点 3.1 高速切削加工的定义

高速切削加工技术中的“高速”是一个相对概念。对于不同的加工方法和工件材料，高速切削加工时应用的切削速度并不相同。一般认为高于(5～l0)倍的普通切削速度的切削加工定义为高速切削加工。高速切削在实际生产中切削

铝合金的速度范围为1500～5500m／min，铜材为lO00m／min以上，铸铁为500m／min～1500m／min，钢为300～800m／min，切削进给速度已高达4m／min～40m／min。对于不同的加工方法采用不同的切削速度，其中，车削为700～7000m／min，铣削为300～6000m／min，钻削为200～11OOm／min，磨削为9000～21600m／min。

3.2 高速切削加工的优点

随切削速度提高，采用较小的切削深度和厚度，刀具的每刃切削量极小，所以切削力随之减小，切削力平均可减小30％以上，有利于加工薄壁零件和脆性材料。随切削速度提高，单位时间内的金属切除率增加，加工效率提高。高速切削加工时，切屑很高的速度排出，带走了90％以上的切削热，传给工件的热量很少，减少了工件的内应力和热变形，提高加工精度。转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，减小了振动，大大降低了加工表面粗糙度。由于采用新型高硬度材料，高速切削可加工硬度HRC(45～65)的淬硬钢铁件，取代磨削加工 。

4 解决方法及措施

针对传统工艺存在的问题，将高速切削加工技术引入新工艺中，对卧式铣床升降台平面和孔系的加工作了如下改进：由普通设备上加工改在高速加工中心加工；采用高速切削加工，切削力减少，可以将半精加工、精加工合并，减少工序，提高效率。有机械手自动换刀，减轻了劳动强度；主轴转速大大提高，加工出的工件表面粗糙度低；设备定位及重复定位精度高，保证加工质量；工况监测系统可监测刀具磨损情况及刀具断裂情况；因为高速加工中心有两个工作台，保证工件连续加工，缩短了辅助时间；工装系统做了如下改进：A增加辅助支撑：毛坯铸造时，在薄壁位置增加加强竖肋(2～3个)；B增大夹紧力，在原工装系统上增加夹紧位置1个，并在所有夹紧位置适当增加夹紧力；C增加定位面面积，使用面积较大的定位块取代定位销。

5 结束语

高速切削加工技术在卧式铣床升降台的加工中，起到了重要的作用，大大提高了加工质量和效率，使单件卧式铣床升降台的生产周期从以往的300小时，缩短到现在的150小时左右，生产能力成倍增长，使卧式铣床生产企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。随着汽车、火车的提速，世界经济的发展被推向了新的高潮。随着高速切削加工技术的进一步完善，高速切削在机床行业乃至其它行业将会发挥越来越大的作用。

参考文献：

[1] 艾兴．高速切削加工技术[M],国防工业出版社，2008

[2] 陈明，袁人炜,高速切削过程切削条件优化研究最新动态[J],机械设计与研究，2011(3)：61-67

[3] 艾兴，刘战强，黄传真，邓建新，赵军,高速切削综合技术[J],航空制造技术，2009(3)：20-23