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摘 要：本文通过试验研究，分析高速铣削过程中表面粗糙度变化规律，并以此为基础，研究且切削速度与进给量对加工表面粗糙度的实际应用，仅供相关人员参考。
关键词：高速铣削；表面粗糙度；变化规律；进给速度
高速铣削，就是指采用较高的进给速度和较小的切削参数进行铣削。随着高速切削技术的不断发展，高度铣削工艺逐渐得到广泛应用，受到制造领域和科研工作者的广泛关注。为进一步提高高速铣削质量和精度，对其表面粗糙度变化规律开展科学的试验研究，具有一定现实意义。
1 试验条件
本次试验研究以高速立式加工中心为基础，主轴为无级调速，将其最高转速控制在10000r/min范围内。本次试验研究中所用到的工件材料主要包括铝合金LD10、普通灰铸铁以及45钢，以硬质合金、陶瓷刀具和涂层刀具为主要刀具材料。待对工件材料进行有序加工后，以标准规格的表面粗糙度测量仪对表面粗糙度值进行测量。
2 试验结果及讨论
2.1 高速铣削铝合金时表面粗糙度值
在对铝合金进行高速铣削的过程中，应当充分把握好硬质合金刀具和涂层高速钢刀具铣削加工铝合金LD10的切削方向上的切削速度与表面粗糙度值之间的关系，通过对试验研究中数据情况进行观察和分析可知，随着切削速度的不断增加，表面粗糙度值会随之减少，而当硬质合金刀具在实际应用中的切削速度在840m/min以上或涂层刀具实际切削速度在630m/min以上时，切削速度并不会对表面粗糙度产生任何影响。
2.2 高速铣削45钢时的表面粗糙度值
在高速铣削过程中对45淬硬钢进行铣削的过程中，采用不同的进给量和不同的切削速度，往往能够产生不同的铣削效果，其表面粗糙度值存在一定差异。在不同的切削速度下，淬硬钢加工后表面粗糙度值变化情况存在一定规律性，在150-600m/min的切削速度范围内，表面粗糙度值的变化并不明显，一旦实际切削速度超出600m/min以后，其Ra的值明显较小，甚至可能达到最小状态，与磨削加工等级相近，促进了以切代削的实现。而当实际切削速度超出1000m/min时，切削速度过大灰导致工件材料在短时间内出现严重的变形情况，甚接近于工件材料的熔点，从而导致表面粗糙度值会随着切削速度的增加而不断增加。与此同时，随着切削速度的不断提升，刀具实际应用过程中期后刀面的磨损也比较严重，极易增大铣削表面的粗糙度值。
试验研究表明，当每齿进给量在0.08-0.18m/min之间时，高速铣削表面的粗糙度值的变化幅度相对较小，一旦每齿进给量在0.2m/min以上，高速铣削过程中其表面粗糙度值会明显加大。此种情况下，为保证45淬硬钢的实际铣削质量，最大程度上降低其表面粗糙度值，应当将实际切削速度控制在800m/min左右，并合理控制好每齿进给量，最佳的进给量为0.2mm/z以下。以不同的切削速度对45淬硬钢进行切削的过程中，其表面粗糙度值存在一定差异，具体变化情况如图1所示。在这一加工过程中，所选用的铣刀为单齿，涂层刀规格为SPEN150408，刀具主偏角为75°，轴向径向前角为7°，每齿实际进给量为0.1mm/z，轴向切深为0.5mm。
图2为不同进给量加工调质钢的表面粗糙度值。其中采用Al2O3基陶瓷刀片型号为SPEN120408，主偏角为75°，切削速度为1099m/min，轴向前角为-5°，轴向切深为0.5mm。
通过对图1和图2进行观察和分析可知，3020涂层刀具在高速铣削过程中具有良好的切削效果，实际应用过程中切削速度和进给量的不同，都可能会产生不同的表面粗糙度值。在对45淬硬钢进行切削的过程中，这两项因素对表面粗糙度值的影响较小，Al2O3基陶瓷刀具每齿进给量在0.8-0.18mm/z范围内时，调质钢加工过程中其表面粗糙度值所受到的影响较小，一旦每齿进给量的范围在0.2mm/z以上时，调质钢表面的粗糙度值会随着增大，并且幅度较大。为保证调质钢高速铣削的质量，在实际铣削过程中，应当将涂层刀具的切削速度控制在600m/min左右，并且每齿实际进给量应当在0.08-0.18mm/z范围内，以获取最佳的加工表面粗糙度值，保证高速铣削的质量。
2.3 高速铣削普通灰铸铁时的表面粗糙度值
铸铁高速加工，所用的刀具材料主要有超细晶粒硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具等。超细晶粒硬质合金YS10，YDS15等用于较高速度下的铸铁加工，用YS10铣刀片（SPEN150408）端铣普通灰铸铁（硬度HB140），铣刀主偏角75°，轴向前角0°，径向前角7°，切削速度314m/min，径向切深l0mm，轴向切深2mm，每齿进给量0.06mm/z，铣削表面粗糙度值Ra可以达到0.8-1.2μm。
陶瓷刀具和涂层刀具是高速切削铸铁的理想刀具，其价格比立方氮化硼PCBN刀具便宜得多，切削性能又比硬质合金优越得多，切削速度可高达600-1500m/min。陶瓷刀具（SPEN120408）和4030涂层刀具（SPEN150408）高速铣削端铣硬度为HB140的铸铁时，切削速度对加工表面粗糙度值也存在一定影响。试验表明，在一定切削速度范围内，随切削速度提高，表面粗糙度值降低，对于所用的刀具材料当切削速度在500-800m/ min时Ra值最小：陶瓷刀具大约为0.25-0.35um，涂层刀具大约为0.40-0.45μm，切削速度超过800m/min以后，随着切削速度的提高，表面粗糙度值反而增加。涂层刀具切削速度对表面粗糙度值的影响比陶瓷刀具小得多。表面粗糙度值随进给量增加而增加，这与普通速度下切削时，进给量对表面粗糙度值的影响规律相同。
3 结论
3.1 在对铝合金进行高速铣削时，应当将涂层高速钢刀具的最低切削速度控制在630m/min以内，并且硬质合金刀具的最低切削速度应为800m/min，以保证铝合金的高速铣削质量。
3.2 在对调质钢进行切削过程中，为保证实际铣削效果，应当将陶瓷刀具和涂层刀具的实际切削速度控制在600m/min以内，并且每齿的进给量为0.8mm/z至0.18mm/z之间。
3.3 在对淬硬钢进行铣削的过程中，应当选用陶瓷刀具作为主要的铣削设备，并将实际铣削速度控制在800m/min左右，并适度调整每齿进给量，从而提高高速铣削的质量和效果。
3.4 在对普通灰铸铁进行高速铣削的过程中，其最佳的切削工具为陶瓷刀具和涂层刀具，并且实际切削速度应当在800m/min左右，并且每齿进给量应当在0.16mm/z以内。
3.5 生产实践表明，高速铣床加工零件覆盖面广，特别适用于加工面积较大、形状复杂的精密零部件。零件加工精度高，废品率低。传统的切削加工效率公式不适用于高速铣削，用单位时间内的金属去除量来表述高速铣削的加工效率更为准确。单从机床的切削效率来看，高速铣床要高出普通铣床好几倍，但目前高速铣床的使用成本较高。在选择工艺方案时，可以考虑用普通铣床进行粗加工，用高速铣床进行半精加工和精加工。只有深入开展高速铣削技术的科研开发，才能充分发挥高速铣床的加工效率优势。
参考文献
[1]冯梅，何林，刘勇.铣削GLGQXX新型高强度铝合金表面粗糙度的研究[J].贵州大学学报（自然科学版），2014（6）.
[2]张利堂.灰色神经网络在高速铣削表面质量预测模型中的应用[J].机床与液压，2014（7）.
[3]时忠明.高速铣削2A12铝合金的切削参数模糊推理[J].轻合金加工技术，2013（1）.
关键词：高速铣削；表面粗糙度；变化规律；进给速度
高速铣削，就是指采用较高的进给速度和较小的切削参数进行铣削。随着高速切削技术的不断发展，高度铣削工艺逐渐得到广泛应用，受到制造领域和科研工作者的广泛关注。为进一步提高高速铣削质量和精度，对其表面粗糙度变化规律开展科学的试验研究，具有一定现实意义。
1 试验条件
本次试验研究以高速立式加工中心为基础，主轴为无级调速，将其最高转速控制在10000r/min范围内。本次试验研究中所用到的工件材料主要包括铝合金LD10、普通灰铸铁以及45钢，以硬质合金、陶瓷刀具和涂层刀具为主要刀具材料。待对工件材料进行有序加工后，以标准规格的表面粗糙度测量仪对表面粗糙度值进行测量。
2 试验结果及讨论
2.1 高速铣削铝合金时表面粗糙度值
在对铝合金进行高速铣削的过程中，应当充分把握好硬质合金刀具和涂层高速钢刀具铣削加工铝合金LD10的切削方向上的切削速度与表面粗糙度值之间的关系，通过对试验研究中数据情况进行观察和分析可知，随着切削速度的不断增加，表面粗糙度值会随之减少，而当硬质合金刀具在实际应用中的切削速度在840m/min以上或涂层刀具实际切削速度在630m/min以上时，切削速度并不会对表面粗糙度产生任何影响。
2.2 高速铣削45钢时的表面粗糙度值
在高速铣削过程中对45淬硬钢进行铣削的过程中，采用不同的进给量和不同的切削速度，往往能够产生不同的铣削效果，其表面粗糙度值存在一定差异。在不同的切削速度下，淬硬钢加工后表面粗糙度值变化情况存在一定规律性，在150-600m/min的切削速度范围内，表面粗糙度值的变化并不明显，一旦实际切削速度超出600m/min以后，其Ra的值明显较小，甚至可能达到最小状态，与磨削加工等级相近，促进了以切代削的实现。而当实际切削速度超出1000m/min时，切削速度过大灰导致工件材料在短时间内出现严重的变形情况，甚接近于工件材料的熔点，从而导致表面粗糙度值会随着切削速度的增加而不断增加。与此同时，随着切削速度的不断提升，刀具实际应用过程中期后刀面的磨损也比较严重，极易增大铣削表面的粗糙度值。
试验研究表明，当每齿进给量在0.08-0.18m/min之间时，高速铣削表面的粗糙度值的变化幅度相对较小，一旦每齿进给量在0.2m/min以上，高速铣削过程中其表面粗糙度值会明显加大。此种情况下，为保证45淬硬钢的实际铣削质量，最大程度上降低其表面粗糙度值，应当将实际切削速度控制在800m/min左右，并合理控制好每齿进给量，最佳的进给量为0.2mm/z以下。以不同的切削速度对45淬硬钢进行切削的过程中，其表面粗糙度值存在一定差异，具体变化情况如图1所示。在这一加工过程中，所选用的铣刀为单齿，涂层刀规格为SPEN150408，刀具主偏角为75°，轴向径向前角为7°，每齿实际进给量为0.1mm/z，轴向切深为0.5mm。
图2为不同进给量加工调质钢的表面粗糙度值。其中采用Al2O3基陶瓷刀片型号为SPEN120408，主偏角为75°，切削速度为1099m/min，轴向前角为-5°，轴向切深为0.5mm。
通过对图1和图2进行观察和分析可知，3020涂层刀具在高速铣削过程中具有良好的切削效果，实际应用过程中切削速度和进给量的不同，都可能会产生不同的表面粗糙度值。在对45淬硬钢进行切削的过程中，这两项因素对表面粗糙度值的影响较小，Al2O3基陶瓷刀具每齿进给量在0.8-0.18mm/z范围内时，调质钢加工过程中其表面粗糙度值所受到的影响较小，一旦每齿进给量的范围在0.2mm/z以上时，调质钢表面的粗糙度值会随着增大，并且幅度较大。为保证调质钢高速铣削的质量，在实际铣削过程中，应当将涂层刀具的切削速度控制在600m/min左右，并且每齿实际进给量应当在0.08-0.18mm/z范围内，以获取最佳的加工表面粗糙度值，保证高速铣削的质量。
2.3 高速铣削普通灰铸铁时的表面粗糙度值
铸铁高速加工，所用的刀具材料主要有超细晶粒硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具等。超细晶粒硬质合金YS10，YDS15等用于较高速度下的铸铁加工，用YS10铣刀片（SPEN150408）端铣普通灰铸铁（硬度HB140），铣刀主偏角75°，轴向前角0°，径向前角7°，切削速度314m/min，径向切深l0mm，轴向切深2mm，每齿进给量0.06mm/z，铣削表面粗糙度值Ra可以达到0.8-1.2μm。
陶瓷刀具和涂层刀具是高速切削铸铁的理想刀具，其价格比立方氮化硼PCBN刀具便宜得多，切削性能又比硬质合金优越得多，切削速度可高达600-1500m/min。陶瓷刀具（SPEN120408）和4030涂层刀具（SPEN150408）高速铣削端铣硬度为HB140的铸铁时，切削速度对加工表面粗糙度值也存在一定影响。试验表明，在一定切削速度范围内，随切削速度提高，表面粗糙度值降低，对于所用的刀具材料当切削速度在500-800m/ min时Ra值最小：陶瓷刀具大约为0.25-0.35um，涂层刀具大约为0.40-0.45μm，切削速度超过800m/min以后，随着切削速度的提高，表面粗糙度值反而增加。涂层刀具切削速度对表面粗糙度值的影响比陶瓷刀具小得多。表面粗糙度值随进给量增加而增加，这与普通速度下切削时，进给量对表面粗糙度值的影响规律相同。
3 结论
3.1 在对铝合金进行高速铣削时，应当将涂层高速钢刀具的最低切削速度控制在630m/min以内，并且硬质合金刀具的最低切削速度应为800m/min，以保证铝合金的高速铣削质量。
3.2 在对调质钢进行切削过程中，为保证实际铣削效果，应当将陶瓷刀具和涂层刀具的实际切削速度控制在600m/min以内，并且每齿的进给量为0.8mm/z至0.18mm/z之间。
3.3 在对淬硬钢进行铣削的过程中，应当选用陶瓷刀具作为主要的铣削设备，并将实际铣削速度控制在800m/min左右，并适度调整每齿进给量，从而提高高速铣削的质量和效果。
3.4 在对普通灰铸铁进行高速铣削的过程中，其最佳的切削工具为陶瓷刀具和涂层刀具，并且实际切削速度应当在800m/min左右，并且每齿进给量应当在0.16mm/z以内。
3.5 生产实践表明，高速铣床加工零件覆盖面广，特别适用于加工面积较大、形状复杂的精密零部件。零件加工精度高，废品率低。传统的切削加工效率公式不适用于高速铣削，用单位时间内的金属去除量来表述高速铣削的加工效率更为准确。单从机床的切削效率来看，高速铣床要高出普通铣床好几倍，但目前高速铣床的使用成本较高。在选择工艺方案时，可以考虑用普通铣床进行粗加工，用高速铣床进行半精加工和精加工。只有深入开展高速铣削技术的科研开发，才能充分发挥高速铣床的加工效率优势。
参考文献
[1]冯梅，何林，刘勇.铣削GLGQXX新型高强度铝合金表面粗糙度的研究[J].贵州大学学报（自然科学版），2014（6）.
[2]张利堂.灰色神经网络在高速铣削表面质量预测模型中的应用[J].机床与液压，2014（7）.
[3]时忠明.高速铣削2A12铝合金的切削参数模糊推理[J].轻合金加工技术，2013（1）.