探析高速切削加工技术在数控机床中的应用

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摘要：高速切削加工技术是21世纪的一种先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景。通过高速切削加工技术,可以解决在数控机床常规切削加工中备受困扰的一系列问题。本文就针对高速切削加工技术进行简要的分析，同时也探讨了高速切削加工技术在数控机床中的应用发展趋势。

关键词：高速切削加工技术；数控机床；应用

中图分类号：C37 文献标识码：A

1、高速切削加工技术的概述

所谓的高速切削（见图1）是在传统刀具切削的基础上发展起来的一种新型切削技术，因此高速切削具有传统切削技术的特点和功能，但是高速切削技术在提高生产率、降低生产成本、提高加工精细程度等方面要优于传统的切削技术。

图1 高速切削

但是高速切削加工中的“高速”只是一个相对的概念，对于不同的加工方法、加工条件和工件材料，数控高速切削加工时所采用的切削速度是不同的，目前在国际上高速切削加工有很多的定义方式，比如德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所提出：高于(5~10)倍的普通切削速度的切削加工则为数控高速切削加工。由于数控数控高速切削加工能够获得很高的生产效率、表面质量和加工精度，因此受到了加工制造业的广泛重视。而高速切削技术是一项复杂的系统工程，因为高速切削技术涉及的领域大而广，如机床结构的设计技术、数控机床的控制系统以及刀具结构的设计和制造技术等。因此，要想充分发挥高速切削技术的优势，需要对各领域内的技术指标进行充分的考虑和定位，实现高速切削技术与各个子系统中相关控制指标的结合，从而确保高速切削技术的可靠性。

2、高速切削加工的关键技术

高速切削技术是切削加工的发展方向，也是时展的产物。高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着新技术、新材料及新工艺的发展而迈上更高的台阶。我国的高速切削技术起步较晚，直到二十世纪八十年代中后期，我国才开始注意到高速切削技术的巨大发展潜力和应用前景，并着手开始研究。但是通过我国科技工作者的艰苦工作，各项高速切削技术都取得了一些进展，特别是适用于高速切削用刀具材料如陶瓷刀具材料、立方氮化硼刀具等的开发与应用己形成一定规模。

2.1、高速切削工作原理理

高速切削技术的应用和发展是以高速切削机理为理论基础的。通过对高速加工中切屑形成机理、切削力、切削热、刀具磨损、表面质量等技术的研究，为开发高速机床、高速加工刀具提供了理论指导。高速切削加工系统主要由可满足高速切削的高速加工中心、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具、安全可靠的高速切削cam软件系统等构成，因此，高速加工实质上是一项大的系统工程。随着高速切削加工的应用范围扩大，对新型刀具材料的研究、刀具设计结构的改进、数控刀具路径新策略的产生和切削条件的改善等也有所提高。而且，切削过程的计算机辅助模拟技术也出现了，这项技术对预测刀具温度、应力、延长刀具使用寿命很有意义。

2.2、高速切削机床

高速切削技术自身也存在着一些急待解决的问题，如高硬度材料的切削机理、建立高速切削数据库、开发适用于高速切削加工状态的监控技术和绿色制造技术等。高速切削所用的CNC机床、刀具和CAD/CAM软件等，技术含量高，价格昂贵，使得高速切削投资很大，这在一定程度上制约了高速切削技术的推广应用。因此，一个国家高速加工的技术水平、很大程度反映在高速机床的设计制造技术上。在现代机床制造中、机床的高速化是一个必然的发展趋势。在要求机床高速的同时，还要求机床具有高精度和高的静、动刚度。

2.3、高速切削刀具

切削刀具的性能在很大程度上会制约高速切削技术的应用和推广。目前，高速切削刀具的国产化也是机械制造行业急需解决的问题。而高速切削对切削刀具的典型特性或要求，对于高精度磨削，径向跳动低于3微米，尽可能小的凸出和悬伸，最大的刚性，尽可能小的刀具弯曲变形和大的芯核直径。另外，尽量使用可转位刀片的刀具，在刀片座和刀片上的保证跳动量小的高精度，主刀片的最大径向跳动为10微米。适合淬硬钢高速切削要求的牌号和槽形。

2.4、高速切削工艺

高速切削的工艺技术也是成功进行高速加工的关键技术之一。虽然高速切削则可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可完全省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除了人工光整加工。但是对此操作必须拥有可靠的加工工艺，这主要包括加工轨迹的优化、切削方法和切削参数的选择、刀具材料和刀具几何参数的选择。

3、高速切削技术在数控机床应用中的技术要求

3.1、采用电主轴作为数控机床的主轴。主轴单元的设计，是实现高速加工的最关键的技术领域之一，同时也是高速加工机床最为关键的部件。高速切削机床区别于普通机床的关键在于高速主轴单元的设计，高速主轴单元的设计是进行高速切削操作的核心部件。因此，主轴部件的设计要保证具有良好的动态和热态特性，具有极高的角加减速度来保证在极短的时间内实现升降速和指定位置的准停而电主轴能够保证机床主轴和发电机的转子轴合二为一，在运行的平稳性上达到更好的效果。

3.2、提升数控机床配套刀具的性能。高速切削技术对配套道具的性能也提出了特殊的要求，一般来讲，由于切削的高速性，对于刀具材料的要求并不高，常用的刀具材料如陶瓷和立方氮化硼等都可以用作高速切削的刀具与常规切削刀具不同的是，在角度上，高速切削采用的刀具应较常规刀具减小十度左右的前角大小，增加五至八度的后角大小。

3.3、数控编程系统要求。高速切削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。而数控加工的数控指令包含了所有的工艺过程，一个优秀的高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、进给率优化处理功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。目前，与高速切削技术适应性较高的数控系统是CNC系统。这一系统采用先进动力学原理和优化的设计，配置优异，功能强大，能够保证较强的运行精度，其伺服单元能够满足高速进给的要求。

4、高速切削加工技术在数控机床中应用性的展望

高速切削加工技术在数控机床中的应用充分利用了计算机辅助功能, 因此, 提高了切削技术的加工精度和自动化水平。计算机辅助功能的引入不仅能够提高数控系统的性能, 还能够对数控系统进行事前控制、事中控制和事后控制, 为提高切削加工技术在数控机床应用的准确性创造了必要的条件。同时高速切削技术是制造业发展的必然走向，以其先进性维持着其在业内的领先地位，对于精密仪器的加工，这一技术必将成为大规模生产的主力，在科技越来越发达的今天，为制造业的不断发展提供全新的动力。

5、结束语

高速切削技术是一项复杂的系统工程，任何一项因素都会影响刀具的切削水平和效率，加强对高速切削机床技术要点掌握，合理的选择相关刀具材料和刀柄等配件，这样不仅能够提高制造切削技术的工作效率，还能够推进高速切削技术在数控机床中的绿色化应用，使高速切削技术能够更好的应用于制造业中。

参考文献：

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