當(dāng)前以高速切削為代表的干切削、硬切削等新的切削工藝已經(jīng)顯示出很多的優(yōu)點(diǎn)，成為制造技術(shù)提高加工效率和質(zhì)量、降低成本的主要途徑。

　　一、高速切削技術(shù)

　?。ㄒ唬└咚偾邢鞯奶岢?931年，德國切削物理學(xué)家薩洛蒙（Carl.J.Salomon）博士提出一個假設(shè)，即同年申請德國專利的所羅門原理：被加工材料都有一個臨界切削速度，在切削速度達(dá)到臨界速度之前，切削溫度和刀具磨損隨著切削速度增大而增大，當(dāng)切削速度達(dá)到普通切削速度的5～6倍時，切削刃口的溫度開始隨切削速度增大而降低，刀具磨損隨切削速度增大而減小。切削塑性材料時，傳統(tǒng)的加工方式為“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但進(jìn)給速度低，切削力大。實(shí)踐證明隨著切削速度的提高，切屑形態(tài)從帶狀、片狀到碎屑狀發(fā)展，所需單位切削力在初期呈上升趨勢，而后急劇下降，這說明高速切削比常規(guī)切削輕快，兩者的機(jī)理也不同。

　?。ǘ┈F(xiàn)代高速切削技術(shù)的概念所羅門原理出發(fā)點(diǎn)是用傳統(tǒng)刀具進(jìn)行高速度切削，從而提高生產(chǎn)率。到目前為止，其原理仍未被現(xiàn)代科學(xué)研究所證實(shí)。但這一原理的成功應(yīng)該不只局限于此。高速切削技術(shù)是切削技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的角度去確切定義高速切削，目前還沒有取得一致，因?yàn)樗且粋€相對概念，不同的加工方式，不同的切削材料有著不同的高速切削速度和加工參數(shù)。這里包含了高速軟切削、高速硬切削、高速濕切削和高速干切削等。

　　事實(shí)上，高速切削技術(shù)是一個非常龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涵蓋了機(jī)床材料的研究及選用技術(shù)，機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，高性能CNC控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)，高速、高效冷卻、高精度和大功率主軸系統(tǒng)，高精度快速進(jìn)給系統(tǒng)，高性能刀具夾持系統(tǒng)，高性能刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，高效高精度測試測量技術(shù)，高速切削機(jī)理，高速切削工藝，適合高速加工的編程軟件與編程策略等諸多相關(guān)的硬件和軟件技術(shù)。只有在這些技術(shù)充分發(fā)展的基礎(chǔ)上，建立起來的高速切削技術(shù)才具有真正的意義。所以要發(fā)揮出高速切削的優(yōu)越性能，必須是CAD/CAM系統(tǒng)、CNC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊、機(jī)床、刀具和工藝等技術(shù)的完美組合。

　?。ㄈ└咚偾邢骷夹g(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)點(diǎn)該項(xiàng)新技術(shù)始于20世紀(jì)80年代初期，美、德、法等國處于領(lǐng)先地位，英、日、瑞士等國亦追蹤而上，至上世紀(jì)80年代后期，在上述國家里已形成了新興的產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值已達(dá)數(shù)十億美元，并正在逐年上升。近期我國臺灣省亦已起步，但大陸尚屬空白。同濟(jì)大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)研究所已跟德國Darmstadt大學(xué)建立了項(xiàng)目合作關(guān)系，并獲得初步成果。

　　按目前看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的航空、汽車、動力機(jī)械、模具、軸承、機(jī)床等行業(yè)首先受惠于該項(xiàng)新技術(shù)，使上述行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，成本大幅度降低，獲得了市場競爭優(yōu)勢。超高速切削技術(shù)是未來切削加工的方向，也是時代發(fā)展的產(chǎn)物。

　　二、高速切削的技術(shù)裝備

　?。ㄒ唬└咚偾邢鳈C(jī)床高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的前提和基本條件。在現(xiàn)代機(jī)床制造中，機(jī)床的高速化是一個必然的發(fā)展趨勢。在要求機(jī)床高速的同時，還要求機(jī)床具有高精度和高的靜、動剛度。

　　為了適應(yīng)粗精加工，輕重切削和快速移動，同時保證高精度（定位精度±0.005mm），性能良好的機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵因素。其關(guān)鍵技術(shù)有以下幾項(xiàng)：

　　1.高速主軸。高速主軸是高速切削機(jī)床的核心部件，在很大程度上決定了機(jī)床所能達(dá)到的切削速度、加工精度和應(yīng)用范圍。高速主軸單元的性能取決于主軸的設(shè)計(jì)方法、材料、結(jié)構(gòu)、軸承、潤滑冷卻、動平衡、噪聲等多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，隨著對主軸轉(zhuǎn)速要求的不斷提高，傳統(tǒng)的齒輪———皮帶變速傳動系統(tǒng)由于本身的振動、噪音等原因已不能適應(yīng)要求，取而代之的是一種新穎的功能部件———電主軸，它將主軸電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一，實(shí)現(xiàn)了主軸電機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。電主軸采用了電子傳感器來控制溫度，自帶水冷或油冷循環(huán)系統(tǒng)，使主軸在高速旋轉(zhuǎn)時保持恒溫，一般可控制在20°～25°范圍內(nèi)某一設(shè)定溫度，精度為±0.7°，同時使用油霧潤滑、混合陶瓷軸承等新技術(shù)，使主軸免維護(hù)、長壽命、高精度。

　　2.高速精密軸承。高速軸承是高速切削機(jī)床的核心，是決定高速主軸壽命和負(fù)載容量的最關(guān)鍵部件。

　　（1）磁懸浮軸承。磁懸浮軸承是用電磁力將主軸無機(jī)械接觸地懸浮起來，其轉(zhuǎn)速可達(dá)45000r/min，功率為20kW，精度高，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時診斷和在線監(jiān)控，是理想的支承元件，但其價格較高。

　　（2）液體動靜壓軸承。采用流體動、靜力相結(jié)合的辦法，使主軸在油膜支撐中旋轉(zhuǎn)，具有徑、軸向跳動小、剛性好、阻尼特性好，適于粗、精加工，壽命長的優(yōu)點(diǎn)。但其無通用性，維護(hù)保養(yǎng)較困難。

　?。?）混合陶瓷軸承。用氮化硅制的滾珠與鋼制軌道相組合，是目前在高速切削機(jī)床主軸上使用最多的支承元件，在高速轉(zhuǎn)動時離心力小，剛性好，溫度低，壽命長，功率可達(dá)80kW，轉(zhuǎn)速高達(dá)150000r/min，它的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于維護(hù)，價格低。

　　3.高速伺服系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工，機(jī)床不但要有高速主軸，還要有高速的伺服系統(tǒng)，這不僅是為了提高生產(chǎn)效率，也是維持高速切削中刀具正常工作的必要條件。

　　（1）直線電機(jī)伺服系統(tǒng)。直線電機(jī)是使電能直接轉(zhuǎn)變成直線機(jī)械運(yùn)動的一種推力裝置，將機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的長度縮短為零，它的報考響應(yīng)性能敏捷、傳動剛度高、精度高、加減速度大，行程不受限制、噪音低、成本較高，在加速度大于1g的情況下，是伺服系統(tǒng)的唯一選擇。

　?。?）滾珠絲杠驅(qū)動裝置。滾珠絲杠仍是高速伺服系統(tǒng)的主要驅(qū)動裝置，用AC伺服電機(jī)直接驅(qū)動，并采用液壓軸承，進(jìn)給速度可達(dá)40～60m/min，其加速度可超過0.6g，成本較低，僅為直線電機(jī)的1/2.5. 4.高性能的CNC控制系統(tǒng)。

　　（二）高速切削刀具刀具是機(jī)械加工重要的技術(shù)裝備之一。由于離心慣性力隨著轉(zhuǎn)速升高而迅速增大，高速主軸端部同刀柄頭部的給合在結(jié)構(gòu)和尺寸方面有許多特別之處。目前基本采用HSK形式和系列，需要根據(jù)機(jī)床主軸參數(shù)來確定刀柄參數(shù)，使它們相符吻合。由于切削和進(jìn)給速度高，HSC加工中刀具的壽命一般會降紙，需要從刀具材料、幾何參數(shù)、懸伸長度以及切削參數(shù)、切削幾何關(guān)系、走刀路線、潤滑冷卻等各方面采取措施，盡可能減少壽命的降低。

　　HSC刀具與普通刀具前后角相比，一般HSC比普通切削的前角約小10°，后角約大5°～8°。同時HSC刀具的切削部位應(yīng)盡量短，以提高刀具的剛性和減小刀刃的破損率。

　　HSC刀具需選用能適應(yīng)高速切削的材料。為了獲得較高的工件加工質(zhì)量及最佳壽命時間，除硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、涂層切削材料和切削陶瓷外，還采用了單晶體和多晶體的切削材料。這些切削材料除技術(shù)要求外，還應(yīng)滿足占有重要位置的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性能的要求。在HSC加工中，選用PKD（多晶體金剛石）和CBN（立方氮化硼）可顯著提高加工效率。

　　除選擇合適的刀具材料外，在刀具設(shè)計(jì)過程中，首先應(yīng)考慮在離心力作用下刀具構(gòu)件固定的可靠性，并注意符合“平衡”的結(jié)構(gòu)。需要對刀具進(jìn)行最高轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)。此外，在制造刀具時，其良好的工藝性也是很重要的。有價值的和可靠的制造方法，對從刀具的預(yù)處理直至刀刃的制作都具有決定性的意義，特別是對帶有PKD或CBN刀片的刀具更是如此。

　　為了使在應(yīng)用HSC刀具時達(dá)到最高加工質(zhì)量和最佳經(jīng)濟(jì)性能，不僅應(yīng)考慮刀具本身，同時也應(yīng)考慮刀具和夾緊系統(tǒng)的接口部分，即主軸和刀具連接面及工件安裝的穩(wěn)定性。對接口部分和接長桿而言，特別重要的是徑向擺動精度、懸臂長度、振動性能和可換性。為了達(dá)到圓柱刀柄在精加工時對徑向擺動精度的要求，首先選用液壓夾頭、收縮夾頭和力壓縮夾頭的連接方式，這些夾頭和HSC接口相配時，其徑向擺動精度可以達(dá)到0.003mm。

　　（三）HSC機(jī)床的配套裝備

　　1.為了縮短輔助工時，絕大多數(shù)HSC機(jī)床都配有15～30刀位以上的刀具庫和自動換刀裝置，成為HSC加工中心；

　　2.冷卻潤滑系統(tǒng)是不可少的配套裝備，其中包含自動對機(jī)床各部進(jìn)行冷卻潤滑的功能和排屑功能；

　　3.電子手輪和CAD/CAM系統(tǒng)與高速CNC系統(tǒng)的接口，是影響到機(jī)床操作控制性能的必要配套裝置；

　　4.能夠自動測量刀具的直徑、長度和進(jìn)行破損檢測的激光或紅外線系統(tǒng)；

　　5.測頭能夠安裝到主軸上用以探測工件輪廓型面的紅外線測量裝置；6.為了減少發(fā)生故障后，停機(jī)等待修復(fù)的時間，在機(jī)床臺數(shù)多、利用率高的情況下，備用一根高速主軸。

　　HSC機(jī)床的安全防護(hù)裝置，包括硬件和軟件，要保證即使在發(fā)生刀具破裂而高速彈飛出來的極端情況下，仍然能夠可靠地保護(hù)操作使用者的人身安全，并且能夠預(yù)防機(jī)床部件、刀具、工件之間產(chǎn)生意外的干涉碰撞。

　　三、高速切削目前主要應(yīng)用領(lǐng)域

　?。ㄒ唬┐笈a(chǎn)領(lǐng)域如汽車工業(yè)，如美國福特汽車公司與Ingersoll公司合作研制的HVM800臥式加工中心及鏜汽缸用的單軸鏜缸機(jī)床以實(shí)際用于福特公司的生產(chǎn)線。

　?。ǘ┕ぜ旧韯偠炔蛔愕募庸ゎI(lǐng)域如航空航天工業(yè)產(chǎn)品或其他某些產(chǎn)品，如Ingersoll公司采用高速切削工藝所銑削的工件最薄壁厚僅為1mm。

　?。ㄈ┘庸?fù)雜曲面領(lǐng)域如模具工具制造。

　?。ㄋ模╇y加工材料領(lǐng)域如Ingersoll公司的“高速模塊”所用切削速度為：加工航天航空鋁合金2438m/min，汽車鋁合金1829m/min，鑄鐵1219m/min，這均比常規(guī)切削速度高出幾倍到幾十倍。（考試大編輯整理）