高速切削加工技术及其在汽车工业中的应用(上)

高速切削加工是面向21世问纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。

　　高速切削加工的技术特征

　　高速切削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使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。其技术特征主要表现在如下几个方面：

　　1)切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5～10倍：

　　2)机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000～20000r/min以上；

　　3)进给速度很高，通常达15～50m/min，最高可达90m/min

　　4)对于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；

　　5)切削过程中，刀刃的通过频率(Tooth Passing Freqnency)接近于“机床-刀具-工件”系统的主导自然频率(Dominant Natural Frequency)。 　　1992年，德国Darmstadt工业大学的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工(High Speed Manu facturing，HSM)的概念及其涵盖的范围。认为对于·不同的切削对象，过渡区(Transition)即为通常所谓的高速切削范围，这也是金属切削工艺相关的技术人员所期待的或者可望实现的切削速度。

　　与传统加工相比，由于高速切削显著地提高了切削速度，从而导致工件与前刀面的摩擦增大并导致切屑和刀具接触面温度的提高。在该接触点，摩擦带来的高温能达到工件材料的熔点，使得切屑变软甚至液化，因而大大减小了对切削刀具的阻力，也就是减小了切削力，使得切削变得轻快，切屑的产生更加流畅。同时由于加工产生的热量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，所以传导到工件上的热量大大减少，提高了加工精度。高速切削加工技术的优点主要在于：提高生产效率；提高加工精度和表面质量；降低切削阻力。

　　高速切削加工在汽车工业中的应用概况

　　对于有大量材料需要移除的工件，具有复杂结构或超薄结构的工件(如发动机机体、缸盖，汽车覆盖件模具等)，传统上需要花相当长的机动工时加工的工件以及设计变更快速、产品周期短的工件，均能显示出高速切削所带来的优点。下面介绍汽车发动机和汽车零件、覆盖件模具高速切削加工。

　　1.汽车发动机及其配件的高速切削加工

　　FTL：用高速加工中心组成高效率的柔性生产线(FTL)，具有小型化、柔性突出以及易于变更加工内容等显著特点。

　　为了发挥以车削加工中心和镗铣类加工中心为代表的高速切削加工技术和自动换刀功能的优势，提高加工效率，对复杂零件的加工应尽可能采用集中工序的原则，即要求在一次装夹中实现多道工序的集中加工，淡化传统的车、铣、镗、螺纹加工等不同切削工艺的界限，充分发挥设备和刀具的高速切削功能。同时，对刀具也提出了多功能的新要求，要求一种刀具能完成零件不同工序的加工，减少换刀次数，节省换刀时间，以减少刀具的数量和库存量，有利于管理和降低制造成本。较常用的有多功能车刀、铣刀、镗铣刀、钻铣刀、钻-铣螺纹-倒角等刀具。在批量生产线上使用一些针对性的工艺策略，还需要开发的专用刀具、复合刀具或智能刀具，以提高加工效率和精度，减少投资。在高速切削条件下，有的专用刀具可将零件的加工时间降至原来的1/10以下，效果十分显著。