摘要：高速切削加工技术是高速主轴系统、高速切削加工理论等诸多相关的硬件与软件技术综合而成的，广泛应用于航空航天、汽车及模具制造业。
关键词：高速加工 高速切削技术 高速加工机床
中图分类号:TG501 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)04(a)-0000-00
高速加工是20世纪数控技术之后的又一次革命性的技术发展。从 20 世纪末进人实用化阶段以后，作为高效率的加工手段之一，在目前的制造业中得到了广泛的应用。
1 高速切削技术的内涵
德国切削物理学家Carl Salomon在1929年进行了开创性的研究，指出在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。对于每一种件材料，存在一个速度范围，在这个速度范围内，由于切削温度太高，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行。但是，当切削速度再增大，超过这个速度范围以后，切削温度反而降低。在超高速切削的条件下，切屑的形成过程和普通切削不同。随着切削速度的提高，塑性材料的切屑形态将从带状、片状到碎屑不断演變。单位切削力初期呈上升趋势，尔后急剧下降。
1.1 高速加工技术的优越性
在高速切削加工范围，单位时间内材料切除率增加，大幅度提高加工效率。切削力减少，有利于对刚性较差和薄壁零件的切削加工。切屑以很高的速度排出，带走大量的切削热，有利于减少加工零件的内应力和热变形，提高加工精度。同时高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。
1.2 高速切削速度的划分
按不同加工工艺划分：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削150~360m/s，这种划分比常规切削速度提高一个数量级，还有继续提高趋势。
2 高速加工技术的结构体系
高速切削加工技术是一个复杂的系统工程，是诸多单元技术集成的一项综合技术。
2.1 高速加工中心主轴及高速切削刀柄
高速主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分，是高速加工机床的核心部件，高速主轴一般做成电主轴的结构形式，其关键技术包括高速主轴轴承、无外壳主平衡等等。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”。
高速切削刀柄系统：加工中心主轴与刀具的连接大多采用7:24锥度的单面夹紧刀柄系统。这类系统不能适用于高速切削加工，所以开发了刀柄与主轴内孔锥面和端面同时贴紧的两面定位的刀柄。两面定位刀柄主要有两大类：一类是对现有7:24锥度刀柄进行的改进性设计；另一类是采用新思路设计的1:10中空短锥刀柄系统。
2.2 高速进给单元
高速进给系统包括进给伺服驱动技术、滚动元件导向技术、高速测量与反馈控制技术和其他的技术。目前常用的高速进给系统有三种主要的驱动方式:高速滚珠丝杠、直线电动机和虚拟轴机构。采用直线电动机具有明显的技术优势。
2.3 高速切削机床支撑件
高速机床设计的另一个关键点，就是如何在降低运动部件惯量的同时，保持基础支承部件有高的静刚度、动刚度和热刚度。聚合物混凝土、大理石已经开始用于基础件的制造。通过计算机有限元设计法和对各部件进行的优化设什，能获得减轻重量、提高刚度的床身、立柱和工作台等优化的结构。
CNC控制系统
超高速机床要求其CNC系统的数据处理时间要快得多，高的进给速率也要求CNC系统有很高的内部数据处理速率，而且还应有较大的程序存储量。CNC控制系统的关键技术主要包括快速处理刀具轨迹、预先前馈控制、快速反应的伺服系统等。
2.5 高速切削刀具
为保证高速旋转状态下的刀具能够绕轴线稳定旋转，目前采用两种办法，一是采用带有动平衡装置的刀具，刀套里面安装了机械划块或采用流体动平衡设计；另外一种就是采用整体刀具，刀套与刀体合为体。采用热胀冷缩的办法装夹刀具，也可以得到很好的效果，即将刀套通过加热装置加热后，再装人刀体的方法，待冷却后即可夹紧刀具。
2.6 高速切削工艺
高速加工和传统加工工艺有所不同。传统加工认为，高效率来自低转速、大切深、缓进给、单行程。而在高速加工中，高转速、低切深、快进给、多行程则更为有利。
2.7高速切削状态下的数控编程
保持金属去除量的恒定，因此在高速切削过程中，分层切削要优于仿形加工。在高速切削过程中，让刀具沿一定坡度或螺旋线方向切入工件要优于让刀具真接沿 z 向直接插入。刀具轨迹的平滑是保证切削负载恒定的重要条件．螺旋曲线走刀是高速切削加工中一种较为有效的走刀方式。在尖角处要有平滑的走刀轨迹。
3 高速加工机床的发展现状
数控机床的加工精度和切削速度大约每8年提高一倍，定位精度很快将告别微米时代而进入亚微米时代，高速度和高精度是现代数控高速加工机床的主要特征。多轴联动、复合加工、创新的整体解决方案是现代数控高速加工机床发展的主要趋势。
3.1 多轴联动
大多数五轴高速加工机床采用A、C轴摆角方式，由于变斜角的角度值变化不规则，造成机床在走刀加工零件过程中C轴摆角常常出现回摆或大回摆现象，影响整个零件加工效率。三轴铣头同时具有A、B、C三种摆角构成，其能联动，能顺利完成空间任意角度的最佳运动，可克服C轴回摆和A、C摆角的极值问题。
3.2 复合加工
工序复合和工艺复合两大类前者在一台机床只能完成同一工艺方法的多个工序，后者在一台机床不但能完成同一工艺方法的多个工序，而且可以完成多种不同工艺方法的多个工序。数控高速加工机床复合化是机床发展的主要趋势，典型的如：车铣复合中心。
3.3 按行业划分数控机床，不但提供高科技的设备而且提供创新的整体解决方案
例如：能源领域的设备(DMG)为例
车削技术 CTV//立式车床用于传动工件和电机工件加工；TWIN//双主轴车削中心用于 驱动技术部件加工。
铣削技术 HSC//高速切削加工中心用于叶轮的加工；DMC U/FD//大型/超大型铣削中心 用于发电厂和风能设备中重型、大型工件加工。
4 结语
高速加工技术是现代先进制造技术之一．其产生是市场经济全球化和各种先进技术发展的综合结果。航空航天、汽车及模具制造业对高速加工的认同与强烈要求，推动着高速加工技术在国际上的发展。
参考文献
[1] 张伯霖,夏红梅,黄晓明.高速电主轴设计制造中若干间题的探讨[J].制造技术与机床,2001(7):12-14.
[2] 唐振宇,李锻能.高速加工与直线电机在数控机床的应用[J].机电工程技术,2005(11):72-73.
