高速加工技术应用研究

王文欣 刘国滨

（哈尔滨哈影电影机械有限公司，黑龙江 哈尔滨150000）

1 高速加工的技术优势

航空航天工业和模具加工制造业是高速加工的两个重要应用领域。航空制造企业虽然约在20年前就开始进行铝件的高速加工，但一直未得到应有的重视。随着科技的发展，产品的多样化、小批量使切削加工大量增加，保证高效率切削加工的同时达到高精度成为高速加工的发展倾向。世界各大机床制造国如美国、德国、日本等对此进行了大量研究，并不断地推出高技术的高速高精度加工机床。

高速加工在切削原理上是对传统切削认识的突破。据资料介绍，在国外的高速加工实验中已经证实，当切削速度超过一定值(V=600m/min后，切削速度再增高，切削温度反而降低。在切削过程中产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应用情况下切削时工件温度的上升不会超过3℃。相应地，在一已给定的金属切除率下，当切削速度超过某一数值，约300～500m/min)后，随着切削速度的增加，实际切削力会下降，切削速度继续增加至一定数值之后，实际切削力会近似保持不变。

经过理想的高速加工后，切屑变形及其收缩已接近为零，传到工件上的热量很少，使得加工表面就不会产生任何显著的表面硬化现象，有效地减少工件的变形；同时，较小的切削力和较少的切削热减少了刀具磨损。国外对各种切削速度下刀具耐用度进行了比较研究，对涂层硬质合金刀具来说，最小磨损的切削速度约500m/min。

实验证明，高速加工允许的进给速度比通常方除法可提高5～10倍，单位时间材料去率提高3～5倍，刀具耐用度可提高70%，同时，切削力减少30%，工件温升低，可减少工件热变形和热膨胀，提高加工表面质量，有利于加工细长、薄壁类刚性差的工件。随着高速加工不断地普及，关注和探讨高速加工的实现与应用对航空制造业有着重要的意义。高速加工自身必须是一个各相关要素相互协调的系统，是多项先进技术的综合应用，为此，机床厂商应进行大力的开发研制，推出了与高速加工相关高新技术设备。

2 高速加工的特点

2.1 主轴高速

高速主轴是高速加工中心最关键的部件之一。目前主轴转速在20000-4(XX)0dmin的加工中心越来越普及，一些欧洲的高速加工中心的主轴转速已经达到60000r/rain。转速高达t00(m/min以上超高速主轴也正在研制开发中。

2.2 进给系统高速提高切削进给速度是提升加工效率所必须的。目前高速加工中心的切削进给速度一般为20-40m/rain，有的直线电机驱动X、Y轴的立式加工中心超高速定位速度达140m/rain，有的高速加工中心进给速度高达208m/rain。要实现并准确控制这样高的进给速度。对高速加工中心导轨、滚珠丝杆、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。

2.3 CNC控制系统高速

高速加工中心要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高的功能化特性，以保证在高速切削(特别是四至五须选择传输速度快，CPU运算速度快，预读单节及NURBS功能等适当的CNC控制器，才能发挥高速切削加工的效能。轴坐标联动加工复杂曲面时)仍具有良好的加工性能。高速加工中心。

2.4 切削刀具高速

已发展的刀具材料主要有聚晶金刚石(PCDl，聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬质含金涂层刀具、陶瓷刀具等。都能适应铝合金、铸铁、钢和耐热合金的高速切削，其切削水平如下：铝合金2500-5000m/min(Si含量≥12%为500-1500m/min)，铸 铁500～1500m/min，钢300-1000m/min，淬硬钢、耐热台金100-400m/min．铁合金90-200m/min。有关研究机构正开发新酌刀具材料，向更高的切削速度发展。

2.5 加工中心温控系统高速

高速加工中心的热特性是指高速加工中心结构在其内部热源和外部热源的作用下，产生结构变形和对加工精度影响的特性。为了改善高速加工中心的热特性，一般采用温控循环水溅其他介质来冷却主轴电机、主轴轴承、直线电机、液压油箱、电气柜．有的甚至冷却主轴箱、横粱、床身等大构件。此外，还可采用低膨胀系数的铸铁作高速加工中心的主轴箱体，以减少主轴的热伸长和主轴部件的热变形。

3 高速加工技术对我国制造业的影响

我国轿车自动生产线中引进高速加工技术20世纪80年代以来，我国相继从德国、美国、法国、日本等国引进了多条较先进的轿车数控生产自动线，使我国轿车制造工业得到空前发展。其中较典型的是来自德国的一汽大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其处于国际20世纪90年代中期水平。其中应用了较多且实用的高速加工技术。从中可部分了解到世界高速加工技术的理状与发展趋势。

一汽大众捷达轿车自动生产线由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成。同步引进德国大众汽车公司并行工程管理模式与管理技术，经营各条自动线生产运行，年产轿车能力15万辆，制造节拍1．50min/辆。其中发动机、传动嚣生产线共拥有6：27台各种机加工设备，进口253台，国产374台，其基本上属于数控刚性自动生产线。自产发动机零件9种，传动器零件27种，其余为社会配套。年产发动机27万台，传动器18万台。生产国际20世纪90年代水平的4缸、6缸捷达奥迪轿车五气门电喷发动机及配套的传动器，生产节拍30-40s/台，生产线部分采用风冷干式切削加工技术，其机械加工工艺流程反映了当代轿车制造业中最先进的技术水平。轿车营销以国内市场为主。由于没有轿车自主知识产权，新车型的研发，是以现有一汽一大众捷达轿车生产自动线为本，持续从德国大众汽车公司进口相关信息和技术(上海大众桑塔纳轿车自动生产线情况类同)。

一汽一大众轿车发、传生产线高速切削刀具、高速机床及加工工艺：一汽大众捷达奥迪轿车发动机、传动器零部件生产线上，几乎所有的切削刀、辅具(工具)均为进口产品(来自49个外国公司)，关键工序的设各(机床)也是进1：3的专用刚性数控产品。

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