一、国内外切削技术现状分析

 

　　为满足现代机械加工对高效率、高精度、高可靠性的要求，切削刀具表面涂层可有效提高切削刀具使用寿命，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。

 

　　目前先进国度的车削和铣削的切削速度已抵达5000～8000m/min以上；机床主轴转数在30000r/min（有的高达10万r/min）以上。例如：在铣削平面时，国外的切削速度普通大于1000～2000m/min，而国内只相当于国外的1/12～1/15，即国内干12～15个小时的活相当于国外干1个小时。据调查，许多加工中心的理论切削时间不到工作时间的55%。因此，如何进步加工效率，降低废品率成了众多企业共同讨论的问题。为满足现代机械加工对高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各国制造业对涂层技术的发展及其在刀具制造中的应用日益重视。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现，普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光亮度低、工艺设备不配套等诸多问题。我国的刀具涂层技术经过多年发展，目前正处于关键时期，即原有技术已不能满足切削加工日益提高的要求，国内各大工具厂的涂层设备也到了必须更新换代的时期。

 

　　二、高速切削的技术特点

 

　　高速切削技术主要有以下几个技术特点：首先是能够大幅度地提高生产效率，这主要是由于高速切削技术极大地减少了加工过程中的机动时间和辅助时间，并且在自动化程度方面也有所提高，因而生产效率能够得到提升。其次是可以获得很高的加工精度，一方面是由于高速切削可以减少至少30%以上的切削力，可以最大限度地减少工件变形；另一方面加工过程中产生的切削热往往来不及传递给工件，也可以将热变形控制在最小范围内。最后是可以降低加工能耗和节约制造资源，由于单位功率的金属切除率高、能耗低以及工件的在制时间短，从而提高了能源和设备的利用率，降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例。高速切削技术的这一特点很好了满足了可持续发展的要求，在建设资源节约型和环境友好型社会的背景下具有十分重要的意义和作用。

 

　　三、提高切削效率的技术分析

 

　　1、选择合理的切削刀具

 

　　在数控机床切削加工中，切削加工刀具种类很多，金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机，为了适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，制造刀具的材料必需具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性（切削加工、锻造和热处置等），并不易变形。所用刀具正朝着标准化、通用化和模块化的方向发展，主要包括铣削刀具和孔加工刀具两大类。先进刀具有三大技术特征：材料、涂层和结构创新。高速切削刀具主要依赖的是刀具材料和涂层技术的进步。高速切削可提高切削效率但不是惟一的手段。刀具的结构创新也是提高切削效率的有效手段。当前前国内外性能好的刀具材料主要有：金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（CBN）刀具等。刀具切削部分的几何参数对切削效率的上下和加工质量有很大影响，高速切削时的刀具前角普通比普通切削时小10°，后角大5°～8°。为防止刀尖处的热磨损，主、副切削刃衔接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，（cnc雕铣机）以增大局部刀尖角，增大刀尖左近切削刃的长度和刀具材料体积，以进步刀具刚性和减少刀具破损率。

 

　　2、选择合理的切削速度。

 

　　在选择合理切削用量的同时，尽量选择密齿刀（在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3），增加每齿进给量，提高消费率及刀具寿命。当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺成为制造技术进步加工效率和质量、降低成本的主要途径。进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。确定进给速度的原则：1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。当线速度为165m/min，每齿进给为0.04mm时，进给速度为341m/min，刀具寿命为30件。假设将切削速度进步到350m/min，每齿进给为0.18mm（高速加工中心），进给速度则抵达2785m/min，是原来加工效率的817%，而刀具寿命增加到了117件。2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20～50mm/min范围内选取。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20～50mm/min范围内选取。

 

　　四、高效切削在工程机械齿轮加工设备中的应用体会

 

　　高效加工设备的应用是高效切削在工程齿轮加工中，解决低自动化生产下的加工问题，提高其加工效率的重要实现途径之一。其运用的高效加工设备主要包括数控成形磨齿机、高效数控滚齿机以及车铣复合中心等。

 

　　在工程机械齿轮技工实践中，磨齿通常是齿轮加工的重要环节之一，在磨齿加工中，多运用展成法进行齿轮磨削，然而这传统的磨削方法存在着磨削效率不高，加工设备结构复杂等缺陷，不利于工程机械齿轮生产效率的提高。将高效切削引入其加工过程中，应用成形磨齿技术代替展成法磨齿，可大幅提升齿轮的磨削效率，约为展成法磨齿的2倍。然而运用成形磨齿技术的缺陷就在于初期的烧伤与磨削裂纹等问题长期无法得到有效解决。随着数控技术的发展及其在磨齿机中的运用，结合大流量冷却装置等的研发运用，工程机械齿轮的成形磨齿发存在的弊端也就迎刃而解，而且有效运用数控成形磨齿技术，在工程机械齿轮加工中，还可实现齿向与齿形的修形，以提升齿轮在传统过程中的平稳性，还有助于其磨削精度的大幅提升。

 

　　数控滚齿机具有高刚性特征，伺服功能强大，滚刀头驱动功率相对较大等特征，在工程机械齿轮加工中的应用，可充分发挥其数控伺服功能强大、高滚速等优势，实现滚齿过程中的温度补偿，是齿轮加工中一种高效的加工设备。高效数控滚齿机在实际应用过程中，滚刀转速苏范围比较广泛，约在200～1500r/min之间，相较于常规的滚齿机滚速范围（800～1800r/min）而言，滚刀的旋转速度大幅提升，可实现加工过程中滚刀的高速旋转。同时，高效数控滚齿机在操作过程中采用七轴四联动，主轴与分齿的展出运动无须挂轮，仅需以机械连链为载体便可实现，而且运用数控轴驱动的进给系统，可实现径向与轴向的自动变速进给与轴向循环。加之，此种机床的具有较高的智能化水平，可依据工件自动找正数据进行串刀量的准确计算，促进加工中自动串刀的实现，有助于解决齿轮生产加工中低自动化水平的问题。此外，高效数控滚齿机具有较高刚性，齿轮切削过程中可实现工件的液压自动夹紧，减小了切削过程中的振动，在提升齿轮传动中的稳定性的同时，有助于延长其使用寿命。在工程机械齿轮加工实践中，滚刀的切削力度及其磨损情况均可通过操作面板观察实现，完成加工后，还可实现齿轮的齿向与齿形误差的自检，有助于提升齿轮加工质量。

 

　　随着数控技术的快速发展，在工程机械齿轮加工中，数控化设备得到了广泛地应用，对于提高齿轮加工与切削效率意义重大。其中车铣复合中心实现了车削技术与铣削技术的有机统一，可在同一设备上实现五轴联动，有助于一次性完成齿轮加工中铣齿、车削工序以及轴类工件装夹，且在齿轮加工实践中，转速可高达1200r/min，切削效率非常高。

 

　　另外，在工程机械齿轮加工实践中，在制齿加工中，滚齿工艺是核心的工艺技术，在滚齿加工中，占有超过70%的比重。然而在滚齿加工中，常规滚刀多以高速钢为其主要材质，这就造成了在滚齿加工中，若切削速度大幅提升，就极其容易引发滚刀磨损量增大等问题，减少了滚刀的使用寿命，同时也增加了加工成本。针对这一问题，随着涂层技术的飞速发展，高速钢滚刀涂层技术在滚刀工艺在应用非常广泛，例如，运用ALCrN、TiNC等的滚刀涂层处理技术，在齿轮加工中的应用，对于改善滚刀的质量，提升加工效率作用巨大。涂层处理技术的主要优势在于防止滚刀崩刃问题出现，提高滚刀的耐磨性、耐热性，并减小滚刀在切削过程中的切削摩擦力。以M42刀具材料为例，在其应用工程中，经TiN涂层涂层处理，其涂层滚刀效率可大幅提升，切削速度可达145r/min左右。由此可见，在工程机械齿轮加工中，加大进给量以及全面提升滚刀的转速是实现高效切削的最有力的途径。在切削速度提高的同时，可快速排出切屑，从而减轻切削热，可降低齿轮加工中冷却使用成本，还可获得环保效应。

 

　　五、结论

 

　　作为一项十分先进的制造技术，高速切削加工具有十分广阔的发展和应用空间。应该说我国在方面的研究基础还比较薄弱，为此我们一方面要积极地学习和引进国外的先进技术和理论，做好消化、吸收和创新工作；另一方面要在实际的工作中注意发现问题和解决问题，努力改进和完善加工流程和工艺，为技术创新积累宝贵的经验和资料。

 

　　参考文献：

 

　　[1]陈陆帮，伍万斌，余洪利，白海峰.高速切削加工在平板裂缝天线中的应用[J].制造技术与机床，2012（09）.

 

　　[2]燕金华.高速切削加工对表面粗糙度的试验探究[J].电子测试，2013（16）.