【摘 要】隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，先進的工程技術(shù)、機械加工技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。高速切削加工技術(shù)是機械加工技術(shù)的重要組成部分，將其引入到數(shù)控機床中不僅能夠提高數(shù)控機床的工作水平和工作效率，而且能夠極大限度的節(jié)約資源，保護環(huán)境。因此，本文首先闡述高速切削的含義、發(fā)展現(xiàn)狀以及適用于高速切削的材料種類，然后分析高速切削機床的技術(shù)要求，明確高速切削加工中相關(guān)部件的選擇，最后，對高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用性進行展望，從而提高高速切削加工技術(shù)的實用性。

【關(guān)鍵詞】高速切削 數(shù)控機床 刀柄 刀具材料 技術(shù)要求

在機械加工技術(shù)中，高速切削是最常用的加工方法之一。這是因為高速切削具有高效率、高環(huán)保性能、高精度的特點，因此，在機械加工中高速切削不僅能夠做到省時環(huán)保，而且還能夠極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低資源損耗。數(shù)控機床作為機械制造的重要工具和加工平臺，加強高速切削技術(shù)的引入和應(yīng)用對于提高機械加工效率具有重要的推動作用。

一、高速切削技術(shù)的含義、發(fā)展現(xiàn)狀及適用對象

（一）高速切削技術(shù)的含義

所謂切削是指利用刀具或砂輪等工具對工件上的冗余材料、冗余設(shè)計部分進行切除和削減的過程。高速切削是在傳統(tǒng)刀具切削的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型切削技術(shù)，因此高速切削具有傳統(tǒng)切削技術(shù)的特點和功能，但是高速切削技術(shù)在提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、提高加工精細程度等方面要優(yōu)于傳統(tǒng)的切削技術(shù)。

高速切削技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，因為高速切削技術(shù)涉及的領(lǐng)域大而廣，如機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)、數(shù)控機床的控制系統(tǒng)以及刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造技術(shù)等。因此，要想充分發(fā)揮高速切削技術(shù)的優(yōu)勢，需要對各領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)指標進行充分的考慮和定位，實現(xiàn)高速切削技術(shù)與各個子系統(tǒng)中相關(guān)控制指標的結(jié)合，從而確保高速切削技術(shù)的可靠性。

（二）高速切削技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

高速切削技術(shù)的應(yīng)用離不開高速運轉(zhuǎn)的機床支撐平臺，因此，開發(fā)和研制數(shù)控機床能夠拉動切削技術(shù)的發(fā)展。自20世紀90年代以來，隨著高速切削加工機床的普及，以高速切削、高精度運作為主要特征的高速切削加工技術(shù)得到了快速的發(fā)展。

（三）高速切削技術(shù)的適用對象

高速切削技術(shù)不是對任何一種材料都能夠進行加工和制造，而是針對一部分材料的切削工作有效。在常用的制造加工材料中，有三類材料可以用于高速切削，這三類材料分別為：輕金屬材料、鋼材和鑄鐵材料以及超級合金材料。

1.輕金屬材料。在輕金屬材料中，鋁合金是最常見的輕金屬材料。由于鋁合金不僅具有良好的抗腐蝕性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性，而且具有較好的韌性、拉伸性和延展性，這些特點決定了其快速成型能力，因此鋁合金被廣泛額應(yīng)用于汽車制造業(yè)中。另外，鋁鎂合金在鑄件的構(gòu)造中使用較為廣泛，這是因為輕合金的切割性能較好，在切削的過程中不僅能夠帶走大部分的熱量，從而降低合金的熱變形程度，而且切削速度較高，從而能夠提高切削的精度。

2.鋼材和鑄鐵。在對鋼材進行高速切削時，會選擇較鋒利的切削刃，并且嚴格控制切削的后角，這樣不僅能夠減少刀具的磨損，延長刀具的使用年限，還能夠?qū)崿F(xiàn)鋼材快速準確的切削。在對鑄鐵進行高速切削時，加強刀具材料的選取是提高切削速度和切削質(zhì)量的重要參考系數(shù)和指標。

3.超級合金。超級合金的高速切削需要選擇適當?shù)牡毒?，如氧化鋁刀具、PCBN刀具等都可以提高切削的速度和精度。

二、高速切削技術(shù)在數(shù)控機床應(yīng)用中的技術(shù)要求

（一）高速主軸單元的運行條件

高速切削機床區(qū)別于普通機床的關(guān)鍵在于高速主軸單元的設(shè)計。高速主軸單元的設(shè)計是進行高速切削操作的核心部件。高速主軸單元的運轉(zhuǎn)需要具備的條件包括：具有較高的同軸度、較高的傳遞力矩、較高的傳動功率、良好的冷卻裝置、良好的平衡性、較高的角加速度以及良好的動態(tài)性能。

（二）高速主軸單元技術(shù)參數(shù)的設(shè)定

高速主軸單元的技術(shù)參數(shù)需要滿足：

第一，主軸的轉(zhuǎn)速較高，一般每分鐘要大于1000轉(zhuǎn)，高速主軸的轉(zhuǎn)速多為普通機床轉(zhuǎn)速的5到10倍；

第二，高速主軸機床的輸出功率一般設(shè)定為20千瓦到80千瓦，這樣不僅可以實現(xiàn)高速切削、高效率加工，還能夠?qū)崿F(xiàn)重荷載材料和部件的切削；

第三，高速主軸單元在運轉(zhuǎn)的啟動過程中僅需1到2秒即可達到最高轉(zhuǎn)速，即啟動時間和制動時間較短。這就反映出了主軸單元的加速度要高于普通機床，其參數(shù)一般設(shè)定為（1—8）g（g=9.8lm/s2）。

三、高速切削加工中相關(guān)部件的選擇

在高速切削加工的操作中，需要進行相關(guān)部件的選擇，因為適宜的、有效的部件不僅能夠提高生產(chǎn)效率，而且還能夠極大地減少機械配件的磨損，延長機械配件的使用年限，因此選擇恰當?shù)那邢鞴ぞ邔η邢鞴ぷ魇鞘直匾摹?/p>

（一）高速切削部件選擇：刀柄的選擇

刀柄系統(tǒng)是高速切削加工技術(shù)的重要部分，因此，選擇適合高速切削加工的刀柄對切削工作具有積極的推動作用。

1.ER彈性夾套。ER彈性夾套由于性價比和切削精度較高，因此適用于高速切削加工。ER彈性夾套的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：ER彈性夾套的同心性較好，因此可以能夠加速旋轉(zhuǎn)向心力；ER彈性夾套的直徑小，因此夾套的夾力較大；ER彈性夾套的使用需要平衡螺帽的協(xié)助，從而增強ER彈性刀柄的穩(wěn)定性和平衡性。

2.熱縮式刀柄。熱縮式刀具采用的是新型的設(shè)計理念和技術(shù)，雖然熱縮式刀柄對刀具具有一定的限制性，但是熱縮式刀柄具備以下特點：向心性較好，熱縮式刀柄的直徑相對較小，因此使得熱縮式刀具的離心力低；熱縮式刀柄的材質(zhì)均勻，平衡度高，而且還具有加熱系統(tǒng)。熱縮式刀具的特點決定了其實用性。

3.強力銑夾刀柄。強力銑夾刀柄的使用范圍具有一定的局限性，其適用于大直徑的刀具。強力銑夾刀柄的優(yōu)點主要表現(xiàn)在同心力和同心性較高，刀柄的夾緊力度較大，因此，在高速切削過程中，強力銑夾刀柄是確保大直徑刀具發(fā)揮切削功能的重要保證。

4.液壓刀柄。液壓技術(shù)在很多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，液壓刀柄是液壓技術(shù)與刀柄設(shè)計的完美融合。液壓技術(shù)的應(yīng)用使得刀柄的拆卸工作更為方便，而且能夠進行準確的切削定位。液壓刀柄的優(yōu)點為：同心性好，直徑小，便于刀具的清潔和擦拭。

5.高精度HP夾套。高精度HP夾套與ER彈性夾套相似，但是二者的夾緊方式不相同，高精度的HP夾套主要是通過定位進行刀具夾緊，因此，高精度的HP夾套具有更高的精度水平，而且經(jīng)濟性較高。高精度HP夾套的優(yōu)點為：同心性好，夾緊的力度較大，直徑小，容易進行刀具的清潔工作，容易進行動平衡操作。

（二）高速切削部件選擇：刀具材料的選擇

刀具材料的選擇問題是制約高速切削運作的重要參數(shù)，因此，加強刀具材料的選擇對高速切削操作是至關(guān)重要的。

1.涂層材料刀具。涂層刀具中的涂層材料主要分為兩大類，一類為硬涂料，如常見的TiC、TiN等涂層刀具，這兩種涂料具有很強的抗磨損能力；另一類為軟涂料，如常見的WS等涂層刀具，這類刀具的的摩擦因數(shù)較低，因此能夠降低切削的力度。采用軟涂層刀具能夠加強工件表面的光滑度，延長刀具的使用年限。

2.陶瓷材料刀具。陶瓷材料刀具具有較高的硬度和耐磨能力，因此，陶瓷材料刀具適用于硬度較高的材料；陶瓷材料刀具的抗高溫性能較好，因此，適用于高溫下的工件切削；陶瓷材料道具還具有良好的抗粘結(jié)性能，因此，在切削的過程中不易引發(fā)粘連，可見陶瓷材料刀具的化學(xué)性能較好，穩(wěn)定性較高。

3.金剛石刀具。金剛石是自然界中硬度最高、導(dǎo)熱系數(shù)最好的物質(zhì)，因此，金剛石刀具同樣具有很高的硬度，因此，在進行高速切削時，金剛石刀具的磨損力度較小。但是，由于經(jīng)濟性較差，焊接工作十分困難，因此，金剛石刀具的實用性較低。

四、高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床中應(yīng)用性的展望

（一）高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用趨于高精度化

高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用充分利用了計算機輔助功能，因此，提高了切削技術(shù)的加工精度和自動化水平。計算機輔助功能的引入不僅能夠提高數(shù)控系統(tǒng)的性能，還能夠?qū)?shù)控系統(tǒng)進行事前控制、事中控制和事后控制，為提高切削加工技術(shù)在數(shù)控機床應(yīng)用的準確性創(chuàng)造了必要的條件。

（二）高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用趨于綠色化

隨著切削加工技術(shù)的應(yīng)用，大量的冷卻液不斷的應(yīng)用于制造加工中，這樣不僅加大了制造成本，而且還對環(huán)境造成了嚴重的污染。所謂綠色切削是指利用盡可能少的刀具材料、時間和技術(shù)來減少對環(huán)境的污染，從而實現(xiàn)資源消耗的最小化和環(huán)境污染的最低化。在環(huán)保意識不斷增強的前提下，高速切削技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用也逐漸趨于綠色化。

五、結(jié)束語

高速切削技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，任何一項因素都會影響刀具的切削水平和效率，因此，加強對高速切削機床技術(shù)要點的掌握，進行相關(guān)刀具材料和刀柄等配件的合理選擇不僅能夠提高制造切削技術(shù)的工作效率，還能夠推進高速切削技術(shù)在數(shù)控機床中的綠色化應(yīng)用，使高速切削技術(shù)能夠更好的應(yīng)用于制造業(yè)中。

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[3]鄭敏利，范依航.高速切削典型難加工材料刀具摩擦與磨損機理研究現(xiàn)狀.《哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報》.2011年6期.

作者簡介：

任群生（1956～）男、漢族：湖北武漢人、機電系數(shù)控教研室主任、本科、講師、工程師、數(shù)控高級技師。主要研究方向：數(shù)控應(yīng)用技術(shù)。