高速切削加工(gōng)是面向21世問紀的一項高新(xīn)技(jì )術，它以高效率、高精(jīng)度和高表面質(zhì)量為(wèi)基本特征，在汽車(chē)工(gōng)業、航空航天、模具(jù)制造和儀器儀表等行業中(zhōng)獲得了越來越廣泛的應用(yòng)，并已取得了重大的技(jì )術經濟效益，是當代先進制造技(jì )術的重要組成部分(fēn)。
高速切削加工(gōng)的技(jì )術特征
高速切削是實現高效率制造的核心技(jì )術，工(gōng)序的集約化和設備的通用(yòng)化使之具(jù)有(yǒu)很(hěn)高的生産(chǎn)效率。可(kě)以說，高速切削加工(gōng)是一種不增加設備數量而大幅度提高加工(gōng)效率所必不可(kě)少的技(jì )術。其技(jì )術特征主要表現在如下幾個方面：
1)切削速度很(hěn)高，通常認為(wèi)其速度超過普通切削的5～10倍：
2)機床主軸轉速很(hěn)高，一般将主軸轉速在10000～20000r/min以上;
3)進給速度很(hěn)高，通常達15～50m/min，最高可(kě)達90m/min
4)對于不同的切削材料和所采用(yòng)的刀(dāo)具(jù)材料，高速切削的含義也不盡相同;
5)切削過程中(zhōng)，刀(dāo)刃的通過頻率(Tooth Passing Freqnency)接近于“機床-刀(dāo)具(jù)-工(gōng)件”系統的主導自然頻率(Dominant Natural Frequency)。
1992年，德(dé)國(guó)Darmstadt工(gōng)業大學(xué)的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工(gōng)(High Speed Manu facturing，HSM)的概念及其涵蓋的範圍，如圖1所示。認為(wèi)對于•不同的切削對象，圖中(zhōng)所示的過渡區(qū)(Transition)即為(wèi)通常所謂的高速切削範圍，這也是金屬切削工(gōng)藝相關的技(jì )術人員所期待的或者可(kě)望實現的切削速度。
與傳統加工(gōng)相比，由于高速切削顯著地提高了切削速度，從而導緻工(gōng)件與前刀(dāo)面的摩擦增大并導緻切屑和刀(dāo)具(jù)接觸面溫度的提高。在該接觸點，摩擦帶來的高溫能(néng)達到工(gōng)件材料的熔點，使得切屑變軟甚至液化，因而大大減小(xiǎo)了對切削刀(dāo)具(jù)的阻力，也就是減小(xiǎo)了切削力，使得切削變得輕快，切屑的産(chǎn)生更加流暢。同時由于加工(gōng)産(chǎn)生的熱量的70%～80%都集中(zhōng)在切屑上，而切屑的去除速度很(hěn)快，所以傳導到工(gōng)件上的熱量大大減少，提高了加工(gōng)精(jīng)度。高速切削加工(gōng)技(jì )術的優點主要在于：提高生産(chǎn)效率;提高加工(gōng)精(jīng)度和表面質(zhì)量;降低切削阻力。
高速切削加工(gōng)在汽車(chē)發動機及其配件的應用(yòng)
FTL：用(yòng)高速加工(gōng)中(zhōng)心組成高效率的柔性生産(chǎn)線(xiàn)(FTL)，具(jù)有(yǒu)小(xiǎo)型化、柔性突出以及易于變更加工(gōng)内容等顯著特點。圖2為(wèi)上汽集團某發動機公(gōng)司利用(yòng)該生産(chǎn)線(xiàn)加工(gōng)發動機機體(tǐ)、氣缸蓋、濾清器座等工(gōng)件的實例。
為(wèi)了發揮以車(chē)削加工(gōng)中(zhōng)心和镗銑類加工(gōng)中(zhōng)心為(wèi)代表的高速切削加工(gōng)技(jì )術和自動換刀(dāo)功能(néng)的優勢，提高加工(gōng)效率，對複雜零件的加工(gōng)應盡可(kě)能(néng)采用(yòng)集中(zhōng)工(gōng)序的原則，即要求在一次裝(zhuāng)夾中(zhōng)實現多(duō)道工(gōng)序的集中(zhōng)加工(gōng)，淡化傳統的車(chē)、銑、镗、螺紋加工(gōng)等不同切削工(gōng)藝的界限，充分(fēn)發揮設備和刀(dāo)具(jù)的高速切削功能(néng)。同時，對刀(dāo)具(jù)也提出了多(duō)功能(néng)的新(xīn)要求，要求一種刀(dāo)具(jù)能(néng)完成零件不同工(gōng)序的加工(gōng)，減少換刀(dāo)次數，節省換刀(dāo)時間，以減少刀(dāo)具(jù)的數量和庫存量，有(yǒu)利于管理(lǐ)和降低制造成本。較常用(yòng)的有(yǒu)多(duō)功能(néng)車(chē)刀(dāo)、銑刀(dāo)、镗銑刀(dāo)、鑽銑刀(dāo)、鑽-銑螺紋-倒角等刀(dāo)具(jù)。在批量生産(chǎn)線(xiàn)上使用(yòng)一些針對性的工(gōng)藝策略，還需要開發的專用(yòng)刀(dāo)具(jù)、複合刀(dāo)具(jù)或智能(néng)刀(dāo)具(jù)，以提高加工(gōng)效率和精(jīng)度，減少投資。在高速切削條件下，有(yǒu)的專用(yòng)刀(dāo)具(jù)可(kě)将零件的加工(gōng)時間降至原來的1/10以下，效果十分(fēn)顯著。
圖3所示為(wèi)筆(bǐ)者專門為(wèi)汽車(chē)發動機機體(tǐ)的頂部止口和主軸承座結合面的加工(gōng)而設計的高速切削工(gōng)藝。機體(tǐ)材料為(wèi)灰鑄鐵，刀(dāo)具(jù)為(wèi)CBN不重磨複合刀(dāo)具(jù)，主軸轉速12000r/min，切削餘量為(wèi)0.02mm。圖中(zhōng)兩處關鍵部位一次銑削到位，重要尺寸A靠複合銑刀(dāo)本身保證。該工(gōng)藝還有(yǒu)效地避免了由于單獨銑削主軸承座結合面刀(dāo)杆較長(cháng)而引起的顫振，大大提高了切削精(jīng)度、切削效率和表面質(zhì)量。
FMS：由于産(chǎn)品壽命周期不斷地在縮短，品種數便不斷地增加。在這種情況下，如何縮短更換品種的時間成為(wèi)一大關鍵問題;由于産(chǎn)品設計的改變，其加工(gōng)設備如何靈活地與之相适應(即具(jù)備柔性)又(yòu)是一大課題。于是又(yòu)出現了以高柔性的通用(yòng)加工(gōng)中(zhōng)心構成的FMS。這裏所說的“高柔性的通用(yòng)加工(gōng)中(zhōng)心”不同于一般概念下的加工(gōng)中(zhōng)心，它們是專門為(wèi)批量生産(chǎn)而開發的，充分(fēn)滿足了納入批量生産(chǎn)用(yòng)的FMS時所具(jù)備的條件，即高生産(chǎn)率、省面積、易排屑、安(ān)裝(zhuāng)移位容易及連續運轉性能(néng)優越等，是一種高速緊湊型加工(gōng)中(zhōng)心。
日本三菱重工(gōng)為(wèi)适應批量生産(chǎn)之急需采用(yòng)這種高速加工(gōng)中(zhōng)心為(wèi)主機，開發了所謂“梭式FMS”(見圖4)。該FMS由8台M-H5A三坐(zuò)标加工(gōng)中(zhōng)心和位于機床前方的載有(yǒu)2個托闆的無人運載車(chē)(AGV)構成，運載車(chē)用(yòng)于交換托闆，往複于托闆裝(zhuāng)卸工(gōng)位和各機床之間。操作(zuò)者隻須在一個位置通過操作(zuò)按鈕進行工(gōng)件裝(zhuāng)卸就可(kě)以了，不必往返于機床之間。運載車(chē)依次行至即将完成加工(gōng)的機床前面等待，待機床加工(gōng)完之後在機床與運載車(chē)之間實現托闆交換，然後載着加工(gōng)完的成品返回裝(zhuāng)卸工(gōng)位。