高速切削的所羅門原理

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1、一、高速切削的原始定義??1931年，德國切削物理學(xué)家薩洛蒙(Carl.J.Salomon)博士提出了一個假設(shè)，即同年申請了德國專利(Machinewithhighcuttingspeeds)的所羅門原理：被加工材料都有一個臨界切削速度V0，在切削速度達(dá)到臨界速度之前，切削溫度和刀具磨損隨著切削速度增大而增大，當(dāng)切削速度達(dá)到普通切削速度的5～6倍時，切削刃口的溫度開始隨切削速度增大而降低，刀具磨損隨切削速度增大而減小。切削塑性材料時，傳統(tǒng)的加工方式為“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但進(jìn)給速度低，切削力大。實踐證明隨著切削速度的提高，切屑形態(tài)從帶狀、片狀到碎屑狀演化，所需單位切削

2、力在初期呈上升趨勢，而后急劇下降，這說明高速切削比常規(guī)切削輕快，兩者的機(jī)理也不同。??二、現(xiàn)代高速切削技術(shù)的概念??所羅門原理出發(fā)點(diǎn)是用傳統(tǒng)刀具進(jìn)行高速度切削，從而提高生產(chǎn)率。到目前為止，其原理仍未被現(xiàn)代科學(xué)研究所證實。但這一原理的成功應(yīng)該不只局限于此。高速切削技術(shù)是切削技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的角度去確切定義高速切削，目前還沒有取得一致，因為它是一個相對概念，不同的加工方式，不同的切削材料有著不同的高速切削速度和加工參數(shù)。這里包含了高速軟切削、高速硬切削、高速濕切削和高速干切削等等。??事實上，高速切削技術(shù)是一個非常龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涵蓋了機(jī)床材料的研究及選用技術(shù)，機(jī)床結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)，高性能CNC控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)，高速、高效冷卻、高精度和大功率主軸系統(tǒng)，高精度快速進(jìn)給系統(tǒng)，高性能刀具夾持系統(tǒng)，高性能刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)，高效高精度測試測量技術(shù)，高速切削機(jī)理，高速切削工藝，適合高速加工的編程軟件與編程策略等等諸多相關(guān)的硬件和軟件技術(shù)。只有在這些技術(shù)充分發(fā)展的基礎(chǔ)上，建立起來的高速切削技術(shù)才具有真正的意義。所以要發(fā)揮出高速切削的優(yōu)越性能，必須是CAD/CAM系統(tǒng)、CNC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊、機(jī)床、刀具和工藝等技術(shù)的完美組合。??三、高速切削技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)點(diǎn)??自所羅門原理申請專利以來，高速切削技術(shù)的發(fā)展歷經(jīng)理論探索階段，應(yīng)用探索階段，初步應(yīng)用階

4、段和較成熟應(yīng)用階段。特別是20世紀(jì)70年代后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼投入大量的人力、物力、財力研究開發(fā)高速切削技術(shù)及相關(guān)技術(shù)，發(fā)展日新月異，德國、美國、瑞典、瑞士、英國和日本等制造強(qiáng)國走在了世界前列。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大推動，高速切削機(jī)床、刀具技術(shù)和相關(guān)技術(shù)迅速進(jìn)步，使高速切削(HSC-HighSpeedCutting)技術(shù)以其高效率、高質(zhì)量應(yīng)用于航天、航空、汽車、模具和機(jī)床等行業(yè)中，各種切削方式、各種材料幾乎無所不能，尤其是高速銑削和高速車削發(fā)展神速。該技術(shù)為“輕切削”方式，每一刀切削排屑量小，切削深度小，即ap與ae很小，但切削線速度大，為傳統(tǒng)的3～5倍，進(jìn)給速度大，

5、為傳統(tǒng)的5～10倍。其優(yōu)點(diǎn)在于：??加工時間短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常規(guī)的3～5倍。??刀具切削狀況好，切削力小，主軸軸承、刀具和工件受力均小。由于切削速度高，吃刀量很小，剪切變形區(qū)窄，變形系數(shù)ξ減小，切削力降低大概30%~90%。同時，由于切削力小，讓刀也小，提高了加工質(zhì)量。??刀具和工件受熱影響小。切削產(chǎn)生的熱量大部分被高速流出的切屑所帶走，故工件和刀具熱變形小，有效地提高了加工精度。??工件表面質(zhì)量好。首先ap與ae小，工件粗糙度好，其次切削線速度高，機(jī)床激振頻率遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因而工藝系統(tǒng)振動很小，十分容易獲得好的表面質(zhì)量。??高速切削刀具熱硬性好，且切削熱量大

6、部分被高速流動的切屑所帶走，可進(jìn)行高速干切削，不用冷卻液，減少了對環(huán)境的污染，能實現(xiàn)綠色加工。??可完成高硬度材料和硬度高達(dá)HRC40-62淬硬鋼的加工。如采用帶有特殊涂層(TiAlN)的硬質(zhì)合金刀具，在高速、大進(jìn)給和小切削量的條件下，完成高硬度材料和淬硬鋼的加工，不僅效率高出電加工(EDM)的3~6倍，而且獲得十分高的表面質(zhì)量(Ra0.4)，基本上不用鉗工拋光。??四、高速切削系統(tǒng)??高速切削系統(tǒng)主要由高速切削CNC機(jī)床、高性能的刀具夾持系統(tǒng)、高速切削刀具、高速切削CAM系統(tǒng)軟件等幾部分組成。??高速切削CNC機(jī)床????(1)高穩(wěn)定性的機(jī)床支撐部件高速切削機(jī)床的床身等支撐部件應(yīng)具有很好的動

7、、靜剛度，熱剛度和最佳的阻尼特性。大部分機(jī)床都采用高質(zhì)量、高剛性和高抗張性的灰鑄鐵作為支撐部件材料，有的機(jī)床公司還在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和熱穩(wěn)定性，不但保證機(jī)床精度穩(wěn)定，也防止切削時刀具振顫；采用封閉式床身設(shè)計，整體鑄造床身，對稱床身結(jié)構(gòu)并配有密布的加強(qiáng)筋，如德國DeckelMaho公司的橋式結(jié)構(gòu)或龍門結(jié)構(gòu)的DMC系列高速立式加工中心，美國Bridgeport公司的V