高速切削技術(shù)在機(jī)械加工制造中的應(yīng)用已越來越廣泛。結(jié)合工廠實(shí)際加工情況，對(duì)現(xiàn)有切削刀具及其切削參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解國(guó)內(nèi)外高速切削方面的應(yīng)用情況，通過新技術(shù)和新材料的應(yīng)用，以提升企業(yè)加工制造工藝水平，提高加工中心生產(chǎn)效率。

對(duì)現(xiàn)有切削用刀具的切削參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，刀具的使用切削參數(shù)隨著刀具材料硬度的提高而提高，切削效率的根本性提升需要硬度更高的材料來完成（見表1）。

表1 切削條件 

1、高速切削的特點(diǎn)

高速切削隨切削速度提高體現(xiàn)如下幾個(gè)優(yōu)越性：①單位時(shí)間內(nèi)材料切削量增加，切削時(shí)間縮短，切削效率提高，加工成本降低；②切削力隨之減少15%-30%，有利于對(duì)剛性較差和薄壁零件的切削加工；③切屑帶走的熱量增加，傳給工件的熱量減少，有利于減少加工零件的變形，提高加工精度；④加工表面粗糙度值有所降低。

高速切削對(duì)刀柄系統(tǒng)的要求如下：極高的幾何精度和裝夾重復(fù)精度；高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)安全可靠，7:24錐度的BT刀柄一般用于速度小于15000r/min的場(chǎng)合。

高速切削對(duì)工件、刀具材料及切削參數(shù)的要求如下：

(1)高速切削加工灰鑄鐵零件時(shí)所用的刀具材料主要有立方氮化硼、陶瓷刀具、Ti(CN)基硬質(zhì)合金(金屬陶瓷)、涂層刀具、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具等。

(2)立方氮化硼(PCBN)刀具是高速切削包括球墨鑄鐵在內(nèi)的鑄鐵最適宜的刀具之一，與陶瓷刀具或硬質(zhì)合金刀具相比，切削速度高，加工精度好，刀具壽命長(zhǎng)。切削普通灰鑄鐵時(shí)，切削速度1000-2000m/min，進(jìn)給量0.15-1.0mm/r，背吃刀量0.12-2.5mm。在上述因素中，切削速度是最重要的。隨著切削速度的增加，切削力減少、大部分熱量被切屑帶走，切削溫度增加較少，有利于切削的進(jìn)行。

(3)PCBN切削常用鑄鐵的切削用量。半精加工(余量大于0.64mm)，工件材料：珠光體灰鑄鐵(小于240HB)，切削速度450-1060m/min，進(jìn)給量0.25-0.50m/min。精加工(余量小于0.64mm)同上。

(4)PCBN刀具車削灰鑄鐵的前角一般選用-5°～-7°，以便承受在連續(xù)和斷續(xù)切削時(shí)所產(chǎn)生的較大切削力。半精加工刀片刃口負(fù)倒棱幾何角度為-20°×0.2mm，精加工刀片為-20°×0.1mm。精鏜珠光體鑄鐵氣缸套孔(硬度170-230HB)，切削速度取460m/min，進(jìn)給量取0.24mm/r，背吃刀量取0.3mm，干切削，每個(gè)PCBN刀片可鏜2600個(gè)氣缸套孔，Rz可達(dá)20μm。

(5)鑄鐵件金相組織對(duì)PCBN、陶瓷刀具材料的選用有一定影響。加工以珠光體為主的鑄鐵件，用CBN含量(質(zhì)量)80%-95%的PCBN刀具，可在500-1500mm/min的切削速度進(jìn)行加工，也可以用陶瓷刀具進(jìn)行加工，切削速度≤1000m/min；當(dāng)加工以鐵素體為主的鑄鐵時(shí)，由于擴(kuò)散磨損原因，不宜采用PCBN，而采用陶瓷刀具。

2、試驗(yàn)應(yīng)用

(1)設(shè)備選擇

機(jī)床選用森精機(jī)臥式加工中心(NH8000 DCG)。主要特點(diǎn)為：主軸電機(jī)(30分鐘連續(xù))30/25kW，最高轉(zhuǎn)速10000rpm，滿足高速切削要求；靜態(tài)、動(dòng)態(tài)精度高；結(jié)構(gòu)剛性好，機(jī)床結(jié)構(gòu)采用森精機(jī)的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)DCG驅(qū)動(dòng)x軸和z軸，即通過兩個(gè)均等安置的滾珠絲扛推壓移動(dòng)構(gòu)件重心，從根本上抑制了高速高精度加工的主要阻礙因素——振動(dòng)，從而提高加工精度、縮短加工時(shí)間和延長(zhǎng)刀具壽命。

(2)零件選擇

材料HT250，金相檢驗(yàn)以珠光體為主，硬度170-220HB。該零件為主要機(jī)型中的殼體件，加工中心精銑工序?yàn)槟壳爸饕款i工序。因此，研究高速銑削提高零件左右兩個(gè)端面的銑削效率，對(duì)提高零件的整體生產(chǎn)能力有重要意義。

(3)刀具選擇

選用刀具型號(hào)規(guī)格見表2，刀具切削參數(shù)選擇見表3。進(jìn)行對(duì)比性試驗(yàn)，刀具1為實(shí)際生產(chǎn)中的在用刀具，刀具切削參數(shù)已經(jīng)過實(shí)際優(yōu)化，實(shí)際應(yīng)用偏高，刀具2為高速切削試驗(yàn)用刀具。

表2 刀具規(guī)格

表3 刀具切削參數(shù)

(4)試驗(yàn)過程

根據(jù)原有加工刀具的使用經(jīng)驗(yàn)、立方氮化硼高速切削刀具的使用要求及推薦切削參數(shù)等因素，對(duì)刀具2進(jìn)行了多次試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)過程的切削參數(shù)逐步提高，背吃刀量(切削負(fù)荷)逐步增加(見表4)。零件兩端余量共2mm，實(shí)際切削過程中單面余量0.8-1.2mm。

表4 刀具2試驗(yàn)記錄

(5)試驗(yàn)結(jié)果

表面質(zhì)量：刀具1的表面粗糙度值Ra3.2，刀具2的表面粗糙度值Ra1.6(鏡面效果)，刀具2優(yōu)于刀具1；加工振動(dòng)：加工過程中，刀具2的聲音明顯小于刀具1；

加工效率：刀具2是刀具1的3.67倍，刀具2的切削加工參數(shù)仍有提升空間。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終選定刀具2的切削參數(shù)為：轉(zhuǎn)速1528rpm，進(jìn)給量1834mm/min，背吃刀量0.8-1.2mm。

小結(jié)

通過對(duì)比試驗(yàn)，采用立方氮化硼刀具可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)箱體件的高速銑削，加工效率比現(xiàn)有刀具提升3.67倍，可提升設(shè)備的利用率、零件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率。