高速干切削技术在金属切削领域的应用

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高速切削具有切削效率高、切削力小、加工精度高、切削热集中、加工过程稳定以及可以加工各种难加工材料等特点，由此产生的经济效益更是显而易见，因此，目前高速切削加工的应用非常迅速和广泛。

　　随着高速机床、加工中心切削速度和切削功率的急剧提高，单位时间内金属切除量大量增加，机床的切削液用量也越来越大，一些高速加工中心使用的高压冷却液像瀑布一样淋向工件、刀具以及工作台，这不仅加重了切削液的负面作用，而且也产生了新的问题，具体表现在：高速切削时，切削液实际上很难到达切削区，大量的切削液根本起不到作用。与之相比，干式切削采用其他技术措施取代切削液在切削过程中的作用，能有效地降低生产成本、改善生产环境，彻底解决切削液对工件微淬火和对刀具热冲击的问题，但同时也带来了切削区温度升高、刀具磨损加剧、加工质量下降的问题。而高速干切削技术是在高速切削技术的基础上，融人干切削技术或最小量有效润滑的准干切削技术，它是结合两者的优点，并对它们的不足进行了有效补偿的一项新兴先进制造技术。

　　从表面上看，采用高切速、大功率的切削方法，单位时间内将产生更多的切屑和切削热，从而更加依赖于切削液的排屑和冷却，同时，由于没有了切削液的润滑，刀具也将加剧磨损。而实际上我们在分析了高速切削的一些特性，并通过一些实验验证后，发现高切速对实施干切削固然是在一方面增加了难度，但在另一方面却具有一定的优势，具体表现在：高速切削速度快，大量的切削热来不及传人工件，虽然产生的热量多，但95%～98%的切削热已被切屑带走，工件基本处于冷态。例如，高速切削性能比较好的铝合金材料，在普通切削中，铝屑常常会在大量的切削热作用下部分熔化，粘附在刀具上，严重影响工件表面加下质量，而采用高速干切削可使铝屑在来不及熔化的时候就脱离刀具和工件，一次加工就能达到很高的表面质量。因此高速干切削技术的关键在于切削过程中的快速排屑，以及机床、刀具的高温性能，我们下面就从高速干切削机床和刀具两方面对高速干切削技术进行论述。

高速干切削机床

　　高速干切削对机床的基本要求，首先必须是高速机床，要有较高的切削速度和进给速度，同时结构上要有利于快速排屑，并有较高的热稳定性。内置的高速电机主轴是机床实现主轴高速运转的最佳选择，目前可选的高速主轴转速从10,000r/min到150,000r/min ，功率从0.5kW到80kW，可以满足不同的切削需要；快速进给系统可以采用改进的滚珠丝杠或直线电机，进给速度可以达到60～180m/m/min，加速度可达19.6～98m/s2，完全满足快速进给的需要。因此，在高速机床日益普及的今天，高速干切削对机床的要求主要针对机床的整体结构和辅助设施，机床床身是保证机床稳定性的基础大件，应采用热稳定性较好的整体铸造的框架式或龙门式结构，最好应用绝热材料"人造花岗岩"或新型均热材料(如在铝材料中添加20%的碳化硅得到的新型复合材料)，增加绝热倾斜盖板。机床整体结构尽量简单，尽可能采用方便排屑的立式主轴布置，工作间宽敞明亮，内部减少凸台、凹槽，方便排屑，密闭工作间内增加通风设施。如图1是MURATEC公司的MW系列双塔干式车床模型，其主体结构对称，排屑简单方便，采用双主轴平行布置，带有12刀位转塔，有很高的加工效率，适合于铸件、淬硬钢。图2所示的加工中心是Hueller Hille公司专门为干切削设计的specht 500T型高速加工中心，这种加工中心最大的特点就是有一个可沿水平轴转动的工件更换器，利用这种工件更换器，工件在装料侧处于正常位置，而在工作间里则是自上而下悬挂着进行切削，使切屑可以从上面自然落下。其主轴转速高达25,000～60,000r/min，主电机功率60kW, 带有液氮冷却系统，结构简单，排屑可靠，很适于对铝合金或纤维增强塑料等进行高速干切削。