摘 要：機(jī)械制造業(yè)在國際化發(fā)展形勢下對數(shù)控機(jī)床的加工工藝要求日益提高，在實(shí)際操作數(shù)控機(jī)床加工工藝中高速切削技術(shù)成為最為先進(jìn)的技術(shù)之一，本文的研究主題是高速切削技術(shù)的操作機(jī)理，筆者分析了影響高速切削技術(shù)各種因素，還對其前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 高速切削技術(shù) 加工工藝研究

中圖分類號：TG66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0112-02

近年來，隨著科技、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展機(jī)械制造業(yè)也出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展態(tài)勢，數(shù)控機(jī)床的加工工藝也從傳統(tǒng)加工工藝發(fā)展到了引進(jìn)高速切削加工的模式，高速切削加工不僅降低了加工表面的粗糙程度，保證了加工質(zhì)量，而且大大提高了加工的效率。數(shù)控機(jī)床的高速切削加工是現(xiàn)代加工工藝提升的代表，如何能讓這種加工工藝在數(shù)控機(jī)床的操作中更加高效地發(fā)揮作用，需要在未來的工作中進(jìn)行深入探討與研究。影響數(shù)控機(jī)床高速切削技術(shù)的關(guān)鍵因素包括高速主軸、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高速切削刀具技術(shù)、高速切削工藝、高速機(jī)床的床身、立柱和工作臺，這些因素在加工過程中是需要特別關(guān)注的，把握好所有操作細(xì)節(jié)便會提高加工質(zhì)量，節(jié)省技術(shù)成本。本文對數(shù)控機(jī)床加工工藝進(jìn)行了研究，高速切削技術(shù)的操作機(jī)理及加工工藝是本文探討的主題，筆者還對影響高速切削技術(shù)的各種因素進(jìn)行了分析，并展望了高速切削技術(shù)的應(yīng)用前景。

1 數(shù)控機(jī)場具有高速加工的技術(shù)優(yōu)勢

高速加工突破了傳統(tǒng)意義上對切削原理的認(rèn)識。有資料表明，如果在切削速度超過600 m/min的速度以后繼續(xù)增加切削速度，切削速度不升反降，工件會將切削過程中產(chǎn)生并進(jìn)入將切削的熱量帶走，這個觀點(diǎn)已經(jīng)被國外高速加工實(shí)驗(yàn)證實(shí)。測試證明在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)條件的應(yīng)用情況下，工件在進(jìn)行切削時溫度不會升高3 ℃以上。如此相對應(yīng)，金屬切除率已定的情況下，實(shí)際切削實(shí)力在切削速度達(dá)到一定速度后基本保持不變。工件在進(jìn)過高度切削的理想加工后，切屑變形及其收縮加工的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用對航空制造業(yè)有著重要的意義。各種相關(guān)要素之間要相互協(xié)調(diào)才能構(gòu)成高速加工系統(tǒng)，它綜合了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，機(jī)床廠商因此大力進(jìn)行開發(fā)并推出各種關(guān)于高速加工的新技術(shù)設(shè)備。

高速切削技術(shù)可以加工較為薄壁的零件，對一些脆性材料也可以進(jìn)行加工，原因與切削速度快有直接的關(guān)系。高速切削深度及厚度都相對小很多，切削量也非常少，切削力大大減弱，因此在加工薄壁零件、脆性材料等非常適合，并且速度的提升使同一時間內(nèi)加工的量增加，帶來了加工效率的提高。同時加工精度也受其高速加工的影響，在減少切削熱、內(nèi)應(yīng)力和熱變形等因素后，加工的精度自然有所很大程度上的提高。加工工件表面的粗糙程度也較傳統(tǒng)工藝有很大降低，這與高轉(zhuǎn)速減少加工過程中的振動有關(guān)，振動減少后加工表面不再像以前一樣粗糙，增加了工件的美觀程度。

1.1 數(shù)控高速加工機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)

想要高速切削加工得到良好實(shí)現(xiàn)，高速機(jī)床是前提和關(guān)鍵。而高速機(jī)床的關(guān)鍵有以下兩點(diǎn)：（1）高轉(zhuǎn)速主軸要具有高精度；（2）使用的軸向進(jìn)給系統(tǒng)的主軸要擁有高控制精度可以提供進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度。分述如下。

（1）高速主軸。高速切削的最關(guān)鍵零件之一就是高速主軸?，F(xiàn)在使用10000～20000 r/min主軸轉(zhuǎn)速的加工中心得到廣泛普及，并且開始進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)100000r/min、200000r/min、250000 r/min實(shí)用高速主軸的研發(fā)。主軸零件在主軸高轉(zhuǎn)速的情況下，受離心力作用發(fā)生震動和變形，所以要嚴(yán)格控制因?yàn)橹鬏S高速運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦和大功率內(nèi)裝電機(jī)產(chǎn)生的熱量所引發(fā)的高溫和變形。因此高速主軸的性能要滿足以下要求：①高轉(zhuǎn)速及其范圍；②剛性要強(qiáng)且回轉(zhuǎn)精度夠高；③熱穩(wěn)定性比較良好；④功率夠大；⑤潤滑和冷卻系統(tǒng)要足夠先進(jìn)；⑥株洲檢測系統(tǒng)要夠可靠。

（2）快速進(jìn)給系統(tǒng)。高速切削時，為了保持刀具每齒進(jìn)給量基本不變，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，進(jìn)給速度也必須大幅度地提高。目前高速切削進(jìn)給速度已高達(dá)50～120 m/min，要實(shí)現(xiàn)并準(zhǔn)確控制這樣的進(jìn)給速度對機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服系統(tǒng)、工作臺結(jié)構(gòu)等提出了新的要求。而且，由于機(jī)床上直線運(yùn)動行程一般較短，高速加工機(jī)床必須實(shí)現(xiàn)較高的進(jìn)給加減速才有意義。為了適應(yīng)進(jìn)給運(yùn)動高速化的要求，在高速加工機(jī)床上主要采用如下措施：①采用新型直線滾動導(dǎo)軌，直線滾動導(dǎo)軌中球軸承與鋼導(dǎo)軌之間接觸面積很小，其摩擦系數(shù)僅為槽式導(dǎo)軌的1/20左右，而且使用直線滾動導(dǎo)軌后，“爬行”現(xiàn)象可大大減少；②高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用小螺距大尺寸高質(zhì)量滾珠絲杠或粗螺距多頭滾珠絲杠，其目的是在不降低精度的前提下獲得較高的進(jìn)給速度和進(jìn)給加減速度；③高速進(jìn)給伺服系統(tǒng)已發(fā)展為數(shù)字化、智能化和軟件化，高速切削機(jī)床己開始采用全數(shù)字交流伺服電機(jī)和控制技術(shù)；④為了盡量減少工作臺重量但又不損失剛度，高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)通常采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；⑤為提高進(jìn)給速度，更先進(jìn)、更高速的直線電機(jī)己經(jīng)發(fā)展起來。直線電機(jī)消除了機(jī)械傳動系統(tǒng)的間隙、彈性變形等問題，減少了傳動摩擦力，幾乎沒有反向間隙。直線電機(jī)具有高加、減速特性，加速度可達(dá)2 g，為傳統(tǒng)驅(qū)動裝置的10～20倍，進(jìn)給速度為傳統(tǒng)的4～5倍，采用直線電機(jī)驅(qū)動，具有單位面積推力大、易產(chǎn)生高速運(yùn)動、機(jī)械結(jié)構(gòu)不需要維護(hù)等明顯優(yōu)點(diǎn)。

（3）高速切削刀具技術(shù)。①刀具材料。刀具在數(shù)控機(jī)床高速切削技術(shù)中使用，將要滿足下列要求，例如：良好的機(jī)械性能、較高的熱穩(wěn)定性、較強(qiáng)的抵御沖擊能力、耐磨損等，并且要具有較小和加工材料的親和力。②刀具結(jié)構(gòu)。為了確保加工人員及數(shù)控機(jī)床的安全性，高速切削刀具的機(jī)構(gòu)要有嚴(yán)格的要求，必須同時滿足靜平衡和動平衡兩種要求。動平衡對大直徑或盤類的刀具要求相對于小直徑的刀具要嚴(yán)格很多，刀具外伸較長必須動平衡。要求進(jìn)行平衡的元件為刀具、主軸和夾頭，刀具和夾頭組合、刀具與主軸也要進(jìn)行平衡。雖然目前對刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行平衡的要求比較嚴(yán)格，但是統(tǒng)一的平衡標(biāo)準(zhǔn)并不明確，這需要在以后的高速切削技術(shù)加以制定及明確。③刀具的幾何參數(shù)。高速切削刀的加工質(zhì)量、刀具的耐用度等因素都與刀具的幾何參數(shù)有直接的關(guān)系。④刀柄系統(tǒng)。刀柄系統(tǒng)影響刀具和主軸的連接剛性，必須隨高速切削技術(shù)的發(fā)展而不斷提高質(zhì)量。

（4）高速切削工藝。數(shù)控機(jī)床高速切削技術(shù)和傳統(tǒng)的工藝有著較為明顯的不同之處，傳統(tǒng)加工技術(shù)已經(jīng)不再適應(yīng)社會的發(fā)展需求，高速加工是新切削方式的代表，為提高加工精細(xì)度、提高加工效率、降低加工成本等做出了巨大的貢獻(xiàn)。需要在以后的數(shù)控機(jī)床加工中不斷完善加工細(xì)節(jié)，改進(jìn)相關(guān)技術(shù)。

2 數(shù)控機(jī)床高速加工的發(fā)展前景

目前數(shù)控機(jī)床高速加工技術(shù)受到先進(jìn)數(shù)控生產(chǎn)線的引領(lǐng)，在機(jī)械制造業(yè)發(fā)展?fàn)顩r良好，相關(guān)機(jī)械制造行業(yè)很多都引進(jìn)了高速加工技術(shù)。但是引進(jìn)的比例相對較小，國家和企業(yè)對該技術(shù)的認(rèn)識程度相對較淺，投入的關(guān)注、資金以及政策等較少，未能對該技術(shù)與本企業(yè)的工藝技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，高速加工技術(shù)運(yùn)用程度還是不夠普遍。在未來，隨著高速加工技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，必然會對機(jī)械制造相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生更為廣泛的影響，國家、企業(yè)對高速加工技術(shù)的關(guān)注會更加密切，引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)更為普遍，利用高速加工技術(shù)為本企業(yè)創(chuàng)造更多的價值。

3 結(jié)語

綜上所述，數(shù)控機(jī)床高速切削加工工藝有著其獨(dú)特地技術(shù)優(yōu)勢，切削原理是現(xiàn)代切削技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，提高了加工質(zhì)量，確保了加工精度，節(jié)約了加工成本。高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)科學(xué)及實(shí)操性非常強(qiáng)，為數(shù)控機(jī)床高速加工工藝的操作提供了有利支持。在未來高速加工技術(shù)將會不斷得到完善，更多的應(yīng)用到機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中去，為國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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