高速切削加工技術在數控機床中的應用

常利民

（哈爾濱技師學院（哈爾濱勞動技師學院），黑龍江 哈爾濱150000）

現代機械產品加工制造產業利用優越的技術條件以極快的速度向前發展，在環保化理念的要求下，改進制造過程，縮減后續帶來的污染與能耗問題。機械化切削活動帶來的環境污染與能源消耗都比較嚴重，因此對其實施環保化改造時，提出了綠色切削的工作理念，縮減切削加工期間的電力、切削液以及刀具材料的損耗，縮短切削加工所需的時間，減少機械產品制造工作給環境帶來的壓力。高速切削技術能夠滿足綠色切削的要求，因此可以將其運用到數控機床中。

1 高速型切削機床的應用現狀分析

高速型切削加工屬于當前的高新技術，其綜合性較為突出，運用高速切削加工系統來優化機床，以實現高速化運轉機床，機床可以被看做是這種優質技術的主體。研制與開發性能穩定的高速機床，以此來確保機床及單元能夠帶動相應的工件與道具開展加工作業活動，進一步發展當前的高速切削加工技藝。研發新型機床時，高速化已經成為其具有的一個重要發展方向。

高速型切削機床被逐步投放到國際市場中，制造業對其進行積極應用，持續擴大其使用范圍，借助先進化的機床來創收更多的社會效益與經濟效益，高速切削相關理論也被運用到實踐活動中。高速切削系統具有高加工精度、極快的進給速度與較快的切削速度，我國應當繼續加大對這種機床的研究力度。

2 高速型切削機床的應用要求與技術優勢

2.1 應用要求。高速加工活動中最關鍵的部分是設計高速主軸單元，通過完成這項設計獲取高速化的切削加工機床的核心部件。其在保持高轉速的旋轉狀態時，還需有較高的傳動功率、傳遞力矩與同軸度，優質的冷卻與散熱裝置也是不能缺失的，嚴格地矯正系統的動平衡，設計主軸部件時，需要對部件具有的熱態與動態特性進行考察，形成穩定的角加減速度后，可使機床系統僅需要花費比較少的時間就可以在要求的位置進行準停操作或者改變運行速度。融合高速型切削系統的機床與原來的普通型機床不同，主要表現在基本技術參數上，其主軸轉速能夠達到一般機床的5 到10倍，機床最大轉速大多超過10000r/min，主軸單元電機功率范圍為20kW 到80kW，可支持重載荷、高效與高速切削的要求，主軸單元形成最高轉速或者按照指令從最高轉速轉變為停止運行的狀態僅需要1 到2s 的時間即可完成，主軸的減速度與加速度都優于普通機床。

2.2 技術優勢。高速切削系統所使用的刀具的刀刃長度偏短，切削深度偏淺，可以在高速切削活動中減少刀齒受到的損傷，主軸具有較高的轉動速度，進料效率也極高，在同樣的切削時間條件下可形成更高的切削效率，使用該種加工系統來制造與加工工件，可在單次工裝活動中，直接完成工件成型與保障工件密實度等任務，提升切削處理速度的同時，工件的切削表面同樣能夠形成極高的磨削水平，還可省略原有的精加工、磨平與拋光環節。在提升切削速度的基礎上，端走刀之間的行距縮短，使切削表面更加光滑，工件也能夠形成更高的加工精度。切削系統中融合了豎向壓力技術，工件所直接承受來自于橫向的切削力偏小，型腔之中的薄壁處理任務也可完成，切削實施中生成的熱量可被切屑帶走，工件自身的溫度變動幅度小，刀片過熱導致工件形變的問題也被解決。

3 高速切削機床部件選擇

3.1 選擇刀柄。機床核心部件的選擇關系著高速數控機床的最終使用效果，為了對生產效率與工件加工質量進行保障，需要精選機床構成部件。在選用刀柄部件時，增設彈性夾套，可選擇ER的夾套，其切削精度與性價比均比較高，能夠滿足高速切削加工系統的各種加工應用需求，相比其他的夾套，其優點如下：夾套具有極佳的同心性，形成其需要的旋轉加速向心力；夾套具有較小的直徑，可形成更大的夾力；使用該彈性夾套時，需配合應用平衡螺帽，刀柄可形成更強的平衡性與穩定性。選用熱縮型刀柄，這種新型刀具采用全新設計理念，其刀柄會給刀具帶去限制化影響，其同樣具有極佳的向心性，屬于小直徑式刀柄，配套刀具具有比較低的離心力，刀柄選用均勻的材質，整體平衡度偏高，還帶有加熱系統，這種刀具更具實用性。選用強力銑夾式刀柄時需注意其應用范圍方面的問題，其比較適合直徑較大的刀具。同心性與同心力均很高，刀柄的實際夾緊程度良好，實施高速切削活動時，其可以幫助最大化地發揮出刀具所具有的切削性能。

3.2 選擇刀具材料。涂層刀具有兩類不同的涂料，分別是軟涂料與硬涂料，TiN 與TiC 等涂層型刀具在抗磨損方面存有顯著的優勢，運用軟涂料的涂層刀具具有較低的摩擦因數，以此來控制切削形成的力度，給機床應用軟涂層型刀具后，可使工件加工表面變得更光滑，刀具也可以被長時間應用。使用陶瓷材質刀具，主要是考慮耐磨性能與硬度優勢，在處于硬度偏高的加工材料時，可選用該種刀具，另外這種刀具擁有的抗高溫性能極佳，能夠在高溫條件下切削工件，使用期間基本不會形成粘連的問題，抵抗粘結性、穩定性與化學性能均能夠滿足機床應用標準。金剛石本身就有良好的導熱系數與最高的硬度，在高速切削體系中，金剛石材質的刀具不會形成過于嚴重的磨損問題，但是其經濟性比其他的刀具差，焊接處理階段也存在問題，綜合實用性不佳。

4 高速切削機床的未來發展方向

4.1 高精度化。數控機床的加工控制中心在具有高速化的技術優勢的同時，還追求更高的加工精度，如果無法滿足加工的基本精度標準。在高速運行的前提條件下，通過技術措施來提升加工精度，在對數控機床結構體系的熱態、動態與靜態特性進行改善時，可使用仿真以及計算機輔助設計等技術方法，使伺服系統與數控系統也能夠形成更穩定的性能，選擇控制策略時，可應用超前控制與前饋控制的策略，對誤差實施有效補償。通過改變給數控機床提出的精度要求，來保障工件裝配與制精度。

4.2 縱深化。高速數控加工技術領域已經獲取了多個具有實用意義的研究成果，原本的多主軸組合化機床被高速型加工中心所取代，數控機床的柔性化程度得以增強，可更快速地進行產品更新換代活動，生產效率并不會受到技術條件變動的負面影響，機床的使用范圍被擴大。電加工型機床也面臨著高速化改造訴求，在宇航與航空工業領域中，逐漸減少了拼裝結構的應用，而是更多地運用鋁合金材質坯料以及整體化制造工藝，來加工大零件，加工中心系統具有鉆、銑等多種加工功能，可達到高速加工的技術目標。高速化加工切削技術的優越性得以呈現，技術應用領域還在被擴大，有明顯的縱深發展傾向，其他的多種領域的高速化機床技術也隨之得到發展，人們在開發與研究數控機床時，還注重相關配套技術的有效研發，提升機床的進給速度與轉速。

4.3 網絡化、智能化、模塊化與開放化。研發高速切削機床時，融入了系統化與模塊化的技術理念，面對一定范圍內的加工對象，以功能為劃分標準的同時，還可運用標準化與系列化的技術原則，形成具有獨立結構與功能的單元模塊，采取不同的組合方式形成功能具有差異化數控機床，僅運用不高的成本與比較短的生產周期即可生成具有多元化特征的產品。在高速數控機床系統中，各種技術部件與構成單元都被轉化為系列化與模塊化的產品，分別由掌握專門技術的廠家進行生產。

4.4 綠色化和干切削化。高速化切削系統運行時，需消耗較多的冷卻液，制造成本因此而增多，同時操作工人的身體健康也會受到切削加工系統的影響，加工車間內外的環境都會被破壞，基于環保化理念，必須消除這一數控機床系統應用問題，引進準干切削與干切削工藝，在綠色環保化技術要求的引導下，完成產品應用與設計以及最終的廢棄處理任務。在運用干切削技術的基礎上，開發再造與回收技術，提升高速數控機床的環保應用收益。

結束語

高速化數控機床在當前技術與技術型資源的支持下，被大力研發，現代可用的數控機床形成了較高的精度、運行效率與加工速度，原本的成本過高與工作空間偏小等技術缺陷得以消除，計算機控制技術、制造技術與微電子技術等先進技術手段輔助數控機床升級改進活動。數控機床工運的高速切技藝幫助縮減切削液與刀具材料的損耗，在縮減勞動力的同時也減少了切削加工活動所造成的污染，在日后的綠色切削加工發展中，需繼續發揮新型數控機床的作用。