摘要：高速切削加工技術(shù)是高速主軸系統(tǒng)、高速切削加工理論等諸多相關(guān)的硬件與軟件技術(shù)綜合而成的，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車及模具制造業(yè)。
　　關(guān)鍵詞：高速加工 高速切削技術(shù) 高速加工機(jī)床
　　中圖分類號:TG501 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　高速加工是20世紀(jì)數(shù)控技術(shù)之后的又一次革命性的技術(shù)發(fā)展。從 20 世紀(jì)末進(jìn)人實(shí)用化階段以后，作為高效率的加工手段之一，在目前的制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　
　　1 高速切削技術(shù)的內(nèi)涵
　　德國切削物理學(xué)家Carl Salomon在1929年進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，指出在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。對于每一種件材料，存在一個速度范圍，在這個速度范圍內(nèi)，由于切削溫度太高，任何刀具都無法承受，切削加工不可能進(jìn)行。但是，當(dāng)切削速度再增大，超過這個速度范圍以后，切削溫度反而降低。在超高速切削的條件下，切屑的形成過程和普通切削不同。隨著切削速度的提高，塑性材料的切屑形態(tài)將從帶狀、片狀到碎屑不斷演變。單位切削力初期呈上升趨勢，爾后急劇下降。
　　1.1 高速加工技術(shù)的優(yōu)越性
　　在高速切削加工范圍，單位時間內(nèi)材料切除率增加，大幅度提高加工效率。切削力減少，有利于對剛性較差和薄壁零件的切削加工。切屑以很高的速度排出，帶走大量的切削熱，有利于減少加工零件的內(nèi)應(yīng)力和熱變形，提高加工精度。同時高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。
　　1.2 高速切削速度的劃分
　　按不同加工工藝劃分：車削700~7000m/min，銑削300~6000m/min，鉆削200~1100m/min，磨削150~360m/s，這種劃分比常規(guī)切削速度提高一個數(shù)量級，還有繼續(xù)提高趨勢。
　　
　　2 高速加工技術(shù)的結(jié)構(gòu)體系
　　高速切削加工技術(shù)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是諸多單元技術(shù)集成的一項(xiàng)綜合技術(shù)。
　　2.1 高速加工中心主軸及高速切削刀柄
　　高速主軸單元包括動力源、主軸、軸承和機(jī)架四個主要部分，是高速加工機(jī)床的核心部件，高速主軸一般做成電主軸的結(jié)構(gòu)形式，其關(guān)鍵技術(shù)包括高速主軸軸承、無外殼主平衡等等。由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)，有時又稱它為“直接傳動主軸”。
　　高速切削刀柄系統(tǒng)：加工中心主軸與刀具的連接大多采用7:24錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng)。這類系統(tǒng)不能適用于高速切削加工，所以開發(fā)了刀柄與主軸內(nèi)孔錐面和端面同時貼緊的兩面定位的刀柄。兩面定位刀柄主要有兩大類：一類是對現(xiàn)有7:24錐度刀柄進(jìn)行的改進(jìn)性設(shè)計(jì)；另一類是采用新思路設(shè)計(jì)的1:10中空短錐刀柄系統(tǒng)。
　　2.2 高速進(jìn)給單元
　　高速進(jìn)給系統(tǒng)包括進(jìn)給伺服驅(qū)動技術(shù)、滾動元件導(dǎo)向技術(shù)、高速測量與反饋控制技術(shù)和其他的技術(shù)。目前常用的高速進(jìn)給系統(tǒng)有三種主要的驅(qū)動方式:高速滾珠絲杠、直線電動機(jī)和虛擬軸機(jī)構(gòu)。采用直線電動機(jī)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
　　2.3 高速切削機(jī)床支撐件
　　高速機(jī)床設(shè)計(jì)的另一個關(guān)鍵點(diǎn)，就是如何在降低運(yùn)動部件慣量的同時，保持基礎(chǔ)支承部件有高的靜剛度、動剛度和熱剛度。聚合物混凝土、大理石已經(jīng)開始用于基礎(chǔ)件的制造。通過計(jì)算機(jī)有限元設(shè)計(jì)法和對各部件進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)什，能獲得減輕重量、提高剛度的床身、立柱和工作臺等優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。
　　CNC控制系統(tǒng)
　　超高速機(jī)床要求其CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理時間要快得多，高的進(jìn)給速率也要求CNC系統(tǒng)有很高的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理速率，而且還應(yīng)有較大的程序存儲量。CNC控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括快速處理刀具軌跡、預(yù)先前饋控制、快速反應(yīng)的伺服系統(tǒng)等。
　　2.5 高速切削刀具
　　為保證高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的刀具能夠繞軸線穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，目前采用兩種辦法，一是采用帶有動平衡裝置的刀具，刀套里面安裝了機(jī)械劃塊或采用流體動平衡設(shè)計(jì)；另外一種就是采用整體刀具，刀套與刀體合為體。采用熱脹冷縮的辦法裝夾刀具，也可以得到很好的效果，即將刀套通過加熱裝置加熱后，再裝人刀體的方法，待冷卻后即可夾緊刀具。
　　2.6 高速切削工藝
　　高速加工和傳統(tǒng)加工工藝有所不同。傳統(tǒng)加工認(rèn)為，高效率來自低轉(zhuǎn)速、大切深、緩進(jìn)給、單行程。而在高速加工中，高轉(zhuǎn)速、低切深、快進(jìn)給、多行程則更為有利。
　　2.7高速切削狀態(tài)下的數(shù)控編程
　　保持金屬去除量的恒定，因此在高速切削過程中，分層切削要優(yōu)于仿形加工。在高速切削過程中，讓刀具沿一定坡度或螺旋線方向切入工件要優(yōu)于讓刀具真接沿 z 向直接插入。刀具軌跡的平滑是保證切削負(fù)載恒定的重要條件．螺旋曲線走刀是高速切削加工中一種較為有效的走刀方式。在尖角處要有平滑的走刀軌跡。
　　
　　3 高速加工機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
　　數(shù)控機(jī)床的加工精度和切削速度大約每8年提高一倍，定位精度很快將告別微米時代而進(jìn)入亞微米時代，高速度和高精度是現(xiàn)代數(shù)控高速加工機(jī)床的主要特征。多軸聯(lián)動、復(fù)合加工、創(chuàng)新的整體解決方案是現(xiàn)代數(shù)控高速加工機(jī)床發(fā)展的主要趨勢。
　　3.1 多軸聯(lián)動
　　大多數(shù)五軸高速加工機(jī)床采用A、C軸擺角方式，由于變斜角的角度值變化不規(guī)則，造成機(jī)床在走刀加工零件過程中C軸擺角常常出現(xiàn)回?cái)[或大回?cái)[現(xiàn)象，影響整個零件加工效率。三軸銑頭同時具有A、B、C三種擺角構(gòu)成，其能聯(lián)動，能順利完成空間任意角度的最佳運(yùn)動，可克服C軸回?cái)[和A、C擺角的極值問題。
　　3.2 復(fù)合加工
　　工序復(fù)合和工藝復(fù)合兩大類前者在一臺機(jī)床只能完成同一工藝方法的多個工序，后者在一臺機(jī)床不但能完成同一工藝方法的多個工序，而且可以完成多種不同工藝方法的多個工序。數(shù)控高速加工機(jī)床復(fù)合化是機(jī)床發(fā)展的主要趨勢，典型的如：車銑復(fù)合中心。
　　3.3 按行業(yè)劃分?jǐn)?shù)控機(jī)床，不但提供高科技的設(shè)備而且提供創(chuàng)新的整體解決方案
　　例如：能源領(lǐng)域的設(shè)備(DMG)為例
　　車削技術(shù) CTV//立式車床用于傳動工件和電機(jī)工件加工；TWIN//雙主軸車削中心用于 驅(qū)動技術(shù)部件加工。
　　銑削技術(shù) HSC//高速切削加工中心用于葉輪的加工；DMC U/FD//大型/超大型銑削中心 用于發(fā)電廠和風(fēng)能設(shè)備中重型、大型工件加工。
　　
　　4 結(jié)語
　　高速加工技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)之一．其產(chǎn)生是市場經(jīng)濟(jì)全球化和各種先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的綜合結(jié)果。航空航天、汽車及模具制造業(yè)對高速加工的認(rèn)同與強(qiáng)烈要求，推動著高速加工技術(shù)在國際上的發(fā)展。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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