高速切削加工的发展及需求

　　编者按

　　金属切削是重要的机械加工手段，切削过程包含切屑的产生和切屑的及时清除两个阶段。在切屑产生阶段存在着刀具与工件间的摩擦；在切屑清除阶段刀具与切屑之间存在有很大的摩擦。这种摩擦力消耗着大量能量并转变为热，从而影响加工效率和工件质量，甚至损坏刀具和和设备。为了冷却和润滑工具及工件，很早就出现了各种切削润滑剂，用以及时带走切削产生的热量，降低刀具和工件的温度并起到润滑作用，提高工件表面光洁度，延长刀具使用寿命。

　　高速切削加工是切削加工技术的新发展，是当代先进制造技术的重要组成部份，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。刊载本文意在通过对此项技术的定义、发展现状、适用领域以及中国的需求情况的了解、认识，引发对相应适用的高速切削加工润滑剂的研究、开发的思考，适时推进行业和企业切削加工润滑剂的发展。

　　高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术，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愈来愈广泛的应用，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份。

　　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，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。其优点主要在于提高生产效率、提高加工精度及降低切削阻力、

　　1定义

　　有关高速切削加工的含义，常有如下几种观点：切削速度很高，超过普通切削的5-10倍；机床主轴转速很高，一般定在1000-2000r/min以上为高速；进给速度很高，通常达15-50m/min，最高可达90m/min。对于不同的切削材料和所采用的刀具材料，是在切削过程中，刀刃的通过频率接近於“机床—刀具—工件”系统的主导自然频率时，方可认为是高速切削。可见，高速切削加工是一个综合的概念。高速切削与传统切削最大区别是“机床—刀具—工件”系统的动态特性对切削性能有更强的影响力。

　　2技术现状

　　高速切削加工对机床，刀具和切削工艺都有具体要求，由下述几方面阐明此项技术的发展现状和趋势。

　　1机床设备

　　采用高柔性的高速数控机床、加工中心或专用高速铣、钻床，其之共同点是：必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统。高速切削中，材料去除率，即单位时间内材料被切除的体积，通常受限于“机床—刀具—工件”工艺系统是否出现“颤振”。因此，首先要提高机床动静刚度尤其是主轴的刚度特性。工程上提出新的无量纲参数—DN值（即主轴直径与每分钟转速之积）用以评价机床的主轴结构对高速切削加工的适应性。新近开发的加工中心主轴DN值大都超过100万。采用较轻的陶瓷球轴承替代原用钢轴承，轴承的润滑则大都采用混合润滑方式。直线电机驱初的高速给进糸统的问世，大大提高了进绐速度，最大进给速度可近60-200m/min或更高。2002年举世瞩目的上海浦东磁悬浮列车工程中的磁浮轨道钢梁加工，就是由沈阳机床控股公司集团中捷友谊公司厂生产的超长进给系统高速大型加工中心实现的。

　　2切削刀具

　　高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼（CBN）主要用于灰口铸铁切削加工。聚晶金刚石（PCD）刀具被称之为21世纪的刀具，特别适用切削含有SiO2的铝合金材料。此两种刀具5000m/min的切削速度已达到实用化水平。此外陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加工。

　　3涂层刀具

　　CBN和金刚石刀具成本相对较高，采用涂层技术可使切削刀具价格低廉、又具有优异性能，有效降体加工成本，其市场前景十分可观。现在高速加工用的立铣刀，大都采用TIAIN系的复合多层涂镀技术进行处理。

　　4夹持系统

　　刀具的夹持系统是支撑高速切削的重要技术，用前使用最为广泛的是两面夹紧式工具系统。在高速切削的况下，刀具与夹具回转平衡性能的优劣，不仅影响加工精度，也会影响机床的使用寿命。

　　5工艺参数

　　高速切削加工通常采用高转速、大进给和小切深的工艺参数。高速切削的切削余量往往很小，所形成的切屑很薄很轻，能把切削时产生的热量很快带走；若采用全新耐热性更好的刀具材料和涂层，或许干切削工艺也会是高速切削加工的理想工艺方案

　　3高速切削加工的适用领域⑴     高效柔性生产线---  用高速加工中心组成高效率的柔性生产线（ FTL或FML﹚，具有小型化、柔性突出以及易于变更加工内容等显著特点。上汽集团某发动机公司就是利用此类生产线加工发动机机体、汽缸盖、滤清器座等工件的。

　　⑵     模具加工---采用高速、高精度加工技术，模具制作周期得以缩短。例如，为了尽快适应新车型的需要，汽车车身覆盖件模具和树脂防冲档的成形模具等均必须缩短制作周期和降低生产成本，因此，必须大力推进模具生产高速化的进程。上汽集团所属公司认为：由于切削速度的极大提高，与过去的精加工工序相比，模具加工周期有了大幅度的缩短。

　　⑶    高速切削适用的多功能与专用刀具的开发应用---为了发挥以车削加工中心或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，是当前提高数控机床效率、加快产品开发的有效途径。为此，对刀具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，减少刀具数量和库存量，有利于管理和降低制造成本。较常用的有多功能车刀、铣对工艺需要开发的专用刀具、复合刀具或智能刀具，可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。

　　4高速切削在珠三角和长三角地区的应用和需求状况

　　对於有大量材料需要切除的工件，具有超细、薄结构的工件，传统上需花相当长机动工时加工的以及设计变更快速、产品周期短的工件，均能显现高速切削所带来的优点。

　　在日益激烈的市场竞争环境下，高速切削加工也是提高企业对市场变化的敏捷反应能力的体现。我国以东莞、深圳和广州为代表的珠三角地区及以苏南、宁波和上海为代表的长三角经济区的大批制造企业，对高速切削加工需求显著增长。在汽车摩托车、电子仪表、家用电器、模具制造等方面的大批制造企业中异军突起、蓄势并发，正在努力打造为中国乃至世界制造企的中心。东莞地区1998年以来新建制造企业3000家中，有55％以上引进了高速数控金切机床和高速加工中心。在浙江慈溪的注塑模具加工制造方面，由于高速切削加工使模具制造周期可缩短40％，因此成为该地区模具制造的首选工艺方案。

　　近十年来，上海暨华东地区汽车工业的飞速发展，也为高速切削加工提供了巨大的市场需求。上汽集团旗下众多公司正在组建高速切削柔性生产线或高速铣、镗、钻削加工单元。上海经济的持续高速增长，同时促进了文化、传媒、广告业的发展，因而间接带动的印刷包装机械制造业的振兴，上海电气集团印刷包装机械公司下属各企业引进了国内外高档数控加工设备，采用高速切削加工技木用于生产第一线加工制造，随着传媒、广告业的发展，对高速加工设备和技术的需求将会形成巨大的潜在市场。

　　在高速切削加工发展形势下，润滑油生产、研发，需付以关注的是应对高速切削加工，加工润滑剂所应具备特性的定位。