试论数控高速切削加工技术的发展与应用研究

吕雅妍

（哈尔滨空调股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150078）

1 数控高速切削加工的含义

关于高速切削加工的范畴，一般有以下几种划分方法，一种是以切削速度来看，认为切削速度超过常规切削速度5－10倍即为高速切削。也有学者以主轴的转速作为界定高速加工的标准，认为主轴转速高于8000r/min即为高速加工。还有从机床主轴设计的角度，以主轴直径和主轴转速的乘积DN定义，如果 DN 值达到（5～2000）×105mm.r/min，则认为是高速加工。生产实践中，加工方法不同、材料不同，高速切削速度也相应不同。一般认为车削速度达到（700～7000）m/min，铣削的速度达到（300～6000）m/min，即认为是高速切削。

2 数控高速切削加工的优越性

高速切削由于在速度上要比传统的切削技术高，所以具有很多的优势，主要表现如下：第一，由于高速切削所采用的是小切削技术，所以在切削的过程中，对于轴承和刀具的所产生的振动要小很多，减少了对设备的磨损，同时因为振动幅度小，提高了加工的精度；第二，因为切削的速度提升了，所以提高了加工的效率；第三，由于切削速度快，所以在切削的过程中，在产生的热量还没有传递到工件上时，就已经被切削掉的切屑所带走，减少了对工件所产生的热变形，在物理角度讲，提升了表面加工的精度；第四，由于在高速切削中，进给量要小，所以在加工的过程中所产生的振动要小，这样对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，提高了生产效率，那么对于机械设备的磨损大大的降低，降低了生产能耗，并且减少了对切削液的使用，是一种非常环保的切削技术。

3 数控高速切削技术的应用领域研究

鉴于以上所述高速切削加工的特点，使该技术在传统加工薄弱的领域有着巨大应用潜力。首先，对于薄壁类零件和细长的工件，采用高速切削，切削力显着降低，热量被切屑带走，可以很好的弥补采用传统方法时由于切削力和切削热的影响而造成其变形的问题，大大提高了加工质量。其次，由于切削抗力小，刀具磨损减缓，高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料、耐磨铸铁等用传统方法难以加工的材料，可以研究采用数控高速切削技术来加工。另外，在汽车、模具、航天航空等制造领域，一些整体构件需要比较大的材料切除率，由于数控高速切削的进给速度可随切削速度的提高而相应提高，使得单位时间内的材料切除率大大提高，因而在模具制造、汽车制造、航空航天制造中，数控高速切削技术的应用将产生巨大的经济效益。第四，由于高速切削时，加工过程平稳、振动小，与常规切削相比，高速切削可显着提高加工精度1～2级，完全可以取消后续的光整加工，同时，采用数控高速切削技术，能够在一台机床上实现对复杂整体结构件同时进行粗、精加工，减少了转工序中可能的定位误差，因而也有利于提高工件的加工精度。因此，高速切削技术在精密制造中有着广阔的应用前景。

4 实现数控高速切削加工的关键技术研究

4.1 高速切削机床技术模块：高速切削机床需要高速主轴系统、快速进给系统和高速CNC控制系统。高速加工要求主轴单元能够在很高的转速下工作，一般主轴转速10000r/min以上，有的甚至高达60000－100000r/min，且保证良好动态和热态性能。其中关键部件是主轴轴承，它决定着高速主轴的寿命和负载容量，也是高速切削机床的核心部件之一，主轴结构的改进和性能的提高是高速机床的一项重要单元技术。另一项重要的单元技术是高速进给系统。随着机床主轴转速的提高，为保证刀具每齿或每转进给量不变，机床的进给速度和进给加速度也相应提高，同时空行程速度也要提高。因此，机床进给系统必须快速移动和快速准确定位，这显然对机床导轨、伺服系统、工作台结构等提出了新的更高要求，是制约高速机床技术的关键单元技术。

4.2 高速切削刀具技术模块：在高速切削技术中，刀具的应用十分重要，刀具和机床共同组成了加工工艺系统，其中刀具是关键技术。在加工工艺系统中，刀具是直接作用在工件上的工具，所以刀具的使用直接影响到速度。由于运行的速度较高，所以对于刀具的标准要求较高，对其在材料、几何参数和结构等方面都有很高的标准要求。由于是高速切削，所以不仅要保证刀具的运行速度和质量，同时对于刀具运行的安全性也有很高的要求，这就要求对于刀具的安装要高标准，严要求。尽量的保证刀具本身的重量要轻，防止因为高速运转时产生的离心力而发生危险，并且要对刀具的夹紧方式有所改变。这些都是我国的刀具在未来的时间内需要改进的地方。

5 高速切削技术应用方面研究状况和发展趋势

高速切削技术目前在我国还处于实验室研究阶段，还停留在理论研究上，在相关的技术方面还有待进一步提升。但是在美、日、德等国家已经有了很高的技术性的研究，并且已经应用在了实际的生产中，由于高速切削可以带来巨大的生产效益，所以有些国家已经研究出了超高速机床并且应用到了商业中。因为这项技术可以为工业生产带来巨大的效益，为一个国家的经济发展创造巨大的价值，所以这是各个国家竟想研究的重要领域，并且在未来的发展中，将会对其在质量、速度和效率方面有更深的研究，具有很大的潜力。

结语

数控高速切削技术在我国还不够完善，和国外的先进技术相比，我国还处于实验室阶段，技术上还不够成熟，有待提升。随着我国工业的发展，对于数控高速切削技术的应用比较迫切，对于我国的航空、汽车和模具等各个方面的发展都有极其重要的影响，所以我国应该在相关技术方面给予足够的重视，为我国经济发展创造更为有利的环境。

[1]H·舒尔茨着，高速加工发展概况，王志刚译，机械制造与自动化[J].2002（1）.

[2]孙文诚.高速切削加工模具的关键技术研究[J].机械制造与自动化，2008(5).