試論數控高速切削加工技術的發展與應用研究

呂雅妍

（哈爾濱空調股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

1 數控高速切削加工的含義

關于高速切削加工的范疇，一般有以下幾種劃分方法，一種是以切削速度來看，認為切削速度超過常規切削速度5－10倍即為高速切削。也有學者以主軸的轉速作為界定高速加工的標準，認為主軸轉速高于8000r/min即為高速加工。還有從機床主軸設計的角度，以主軸直徑和主軸轉速的乘積DN定義，如果 DN 值達到（5～2000）×105mm.r/min，則認為是高速加工。生產實踐中，加工方法不同、材料不同，高速切削速度也相應不同。一般認為車削速度達到（700～7000）m/min，銑削的速度達到（300～6000）m/min，即認為是高速切削。

2 數控高速切削加工的優越性

高速切削由于在速度上要比傳統的切削技術高，所以具有很多的優勢，主要表現如下：第一，由于高速切削所采用的是小切削技術，所以在切削的過程中，對于軸承和刀具的所產生的振動要小很多，減少了對設備的磨損，同時因為振動幅度小，提高了加工的精度；第二，因為切削的速度提升了，所以提高了加工的效率；第三，由于切削速度快，所以在切削的過程中，在產生的熱量還沒有傳遞到工件上時，就已經被切削掉的切屑所帶走，減少了對工件所產生的熱變形，在物理角度講，提升了表面加工的精度；第四，由于在高速切削中，進給量要小，所以在加工的過程中所產生的振動要小，這樣對于工件表面的加工精度和粗糙度都有很大的提升；第五，由于高速切削的速度快，提高了生產效率，那么對于機械設備的磨損大大的降低，降低了生產能耗，并且減少了對切削液的使用，是一種非常環保的切削技術。

3 數控高速切削技術的應用領域研究

鑒于以上所述高速切削加工的特點，使該技術在傳統加工薄弱的領域有著巨大應用潛力。首先，對于薄壁類零件和細長的工件，采用高速切削，切削力顯著降低，熱量被切屑帶走，可以很好的彌補采用傳統方法時由于切削力和切削熱的影響而造成其變形的問題，大大提高了加工質量。其次，由于切削抗力小，刀具磨損減緩，高錳鋼、淬硬鋼、奧氏體不銹鋼、復合材料、耐磨鑄鐵等用傳統方法難以加工的材料，可以研究采用數控高速切削技術來加工。另外，在汽車、模具、航天航空等制造領域，一些整體構件需要比較大的材料切除率，由于數控高速切削的進給速度可隨切削速度的提高而相應提高，使得單位時間內的材料切除率大大提高，因而在模具制造、汽車制造、航空航天制造中，數控高速切削技術的應用將產生巨大的經濟效益。第四，由于高速切削時，加工過程平穩、振動小，與常規切削相比，高速切削可顯著提高加工精度1～2級，完全可以取消后續的光整加工，同時，采用數控高速切削技術，能夠在一臺機床上實現對復雜整體結構件同時進行粗、精加工，減少了轉工序中可能的定位誤差，因而也有利于提高工件的加工精度。因此，高速切削技術在精密制造中有著廣闊的應用前景。

4 實現數控高速切削加工的關鍵技術研究

4.1 高速切削機床技術模塊：高速切削機床需要高速主軸系統、快速進給系統和高速CNC控制系統。高速加工要求主軸單元能夠在很高的轉速下工作，一般主軸轉速10000r/min以上，有的甚至高達60000－100000r/min，且保證良好動態和熱態性能。其中關鍵部件是主軸軸承，它決定著高速主軸的壽命和負載容量，也是高速切削機床的核心部件之一，主軸結構的改進和性能的提高是高速機床的一項重要單元技術。另一項重要的單元技術是高速進給系統。隨著機床主軸轉速的提高，為保證刀具每齒或每轉進給量不變，機床的進給速度和進給加速度也相應提高，同時空行程速度也要提高。因此，機床進給系統必須快速移動和快速準確定位，這顯然對機床導軌、伺服系統、工作臺結構等提出了新的更高要求，是制約高速機床技術的關鍵單元技術。

4.2 高速切削刀具技術模塊：在高速切削技術中，刀具的應用十分重要，刀具和機床共同組成了加工工藝系統，其中刀具是關鍵技術。在加工工藝系統中，刀具是直接作用在工件上的工具，所以刀具的使用直接影響到速度。由于運行的速度較高，所以對于刀具的標準要求較高，對其在材料、幾何參數和結構等方面都有很高的標準要求。由于是高速切削，所以不僅要保證刀具的運行速度和質量，同時對于刀具運行的安全性也有很高的要求，這就要求對于刀具的安裝要高標準，嚴要求。盡量的保證刀具本身的重量要輕，防止因為高速運轉時產生的離心力而發生危險，并且要對刀具的夾緊方式有所改變。這些都是我國的刀具在未來的時間內需要改進的地方。

5 高速切削技術應用方面研究狀況和發展趨勢

高速切削技術目前在我國還處于實驗室研究階段，還停留在理論研究上，在相關的技術方面還有待進一步提升。但是在美、日、德等國家已經有了很高的技術性的研究，并且已經應用在了實際的生產中，由于高速切削可以帶來巨大的生產效益，所以有些國家已經研究出了超高速機床并且應用到了商業中。因為這項技術可以為工業生產帶來巨大的效益，為一個國家的經濟發展創造巨大的價值，所以這是各個國家竟想研究的重要領域，并且在未來的發展中，將會對其在質量、速度和效率方面有更深的研究，具有很大的潛力。

結語

數控高速切削技術在我國還不夠完善，和國外的先進技術相比，我國還處于實驗室階段，技術上還不夠成熟，有待提升。隨著我國工業的發展，對于數控高速切削技術的應用比較迫切，對于我國的航空、汽車和模具等各個方面的發展都有極其重要的影響，所以我國應該在相關技術方面給予足夠的重視，為我國經濟發展創造更為有利的環境。

[1]H·舒爾茨著，高速加工發展概況，王志剛譯，機械制造與自動化[J].2002（1）.

[2]孫文誠.高速切削加工模具的關鍵技術研究[J].機械制造與自動化，2008(5).