焦丕顯，李林，肖光臨，呂巖

（1.沈陽(yáng)第一機(jī)床廠；2.沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展以及更多的工作需求，數(shù)控機(jī)床被越來(lái)越多地應(yīng)用到機(jī)械制造領(lǐng)域，同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，數(shù)控機(jī)床的重要影響也日益顯現(xiàn)出來(lái)。在機(jī)械制造領(lǐng)域，在提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對(duì)能源資源節(jié)約是機(jī)械制造行業(yè)始終追求的目標(biāo)。高速切削加工技術(shù)特點(diǎn)明顯，優(yōu)勢(shì)顯著，能夠滿足數(shù)控機(jī)床的不同需求。本文對(duì)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)做相關(guān)分析，并提出了具體的應(yīng)用策略，同時(shí)，探討了高速切削加工技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床中的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)的現(xiàn)狀

高速切削加工技術(shù)是數(shù)控機(jī)床運(yùn)用的金屬加工方法，也是綜合性較高的新科技。數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)是實(shí)現(xiàn)高速切削加工的基礎(chǔ)。而高速切削機(jī)床中的刀具和工件是高速切削加工的關(guān)鍵執(zhí)行部件，在目前的國(guó)際市場(chǎng)，提供高速加工中心或生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的廠家，其生產(chǎn)的代表性產(chǎn)品技術(shù)性能均達(dá)到了一定水準(zhǔn)。我國(guó)雖然對(duì)高速切削加工技術(shù)做了大量研究，也取得了一定進(jìn)展，但與國(guó)外技術(shù)水平相比，還是有一定的差距，因此，需要我們的相關(guān)研究人員再接再厲，在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，爭(zhēng)取研發(fā)出更符合我國(guó)發(fā)展的技術(shù)。

2 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)的基本要求

要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高速加工，需要對(duì)機(jī)床主軸單元進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，這也是技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵所在，同時(shí)，也是數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工的關(guān)鍵部件。

對(duì)主軸單元進(jìn)行設(shè)計(jì)要求中，不僅需要轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)，還要保證同軸度的高度一致，對(duì)傳遞力矩和傳動(dòng)功率也有嚴(yán)格要求，同時(shí)，還需要裝置具備良好的冷卻和散熱性能，嚴(yán)格矯正動(dòng)平衡，保證主軸單元?jiǎng)討B(tài)和熱態(tài)的良好特性，需要在極短的時(shí)間通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)的角速度變化達(dá)到速度升降和嚴(yán)格的開(kāi)始和停止。數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)后，會(huì)和普通的機(jī)床有明顯的不同，具體表現(xiàn)在：主軸轉(zhuǎn)速會(huì)比普通機(jī)床的快N 倍，利用高速運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到高效切削加工的目的；主軸加減速度遠(yuǎn)高于普通機(jī)床。只有達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)，才能使數(shù)控機(jī)床快速精準(zhǔn)地加工產(chǎn)品，進(jìn)而保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 高速切削加工技術(shù)的具體優(yōu)勢(shì)

高速切削加工技術(shù)是科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物，該技術(shù)對(duì)切削速度進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)，不僅使切削溫度穩(wěn)定性更好，還對(duì)產(chǎn)品精度做到了進(jìn)一步提升，把高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，具體表現(xiàn)如下。

3.1 生產(chǎn)效率得到提升

高速切削加工技術(shù)大大提升了切削的工作效率，與機(jī)械制造加工中的傳統(tǒng)切削相比，同一時(shí)間利用高速切削技術(shù)能夠使切削量提升至少四倍。同時(shí)，高速切削加工技術(shù)還對(duì)工序有很好的改進(jìn)作用，使工序集中性更強(qiáng)，保證目標(biāo)的順利完成。傳統(tǒng)切削需要把工件進(jìn)行劃分，然后，對(duì)不同的工序?qū)嵤┎煌募庸ぃ龠M(jìn)行裝卸和搬運(yùn)，不僅耗費(fèi)時(shí)間，還降低了加工制造的速度。如果采用高速切削加工技術(shù)，傳統(tǒng)的劃分工件工序等直接通過(guò)一道工序就可以完成，不僅節(jié)約大量的人力物力和時(shí)間，還大大提升了機(jī)械制造的生產(chǎn)效率。

3.2 提升了制造加工的精準(zhǔn)度

高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中，不僅使加工工序得到了進(jìn)一步簡(jiǎn)化，還有效縮短了加工時(shí)間，進(jìn)一步提升了加工精準(zhǔn)度。在機(jī)械制造加工中，利用高速切削進(jìn)行加工制造，保證了工件切削的受力變小同時(shí)提高了切削速度，使傳統(tǒng)工件因擠壓力度過(guò)大引發(fā)變形的問(wèn)題大大減少，極大地提升了產(chǎn)品的合格率。不僅如此，應(yīng)用高速切削加工技術(shù)后，工件在加工中因高速切削的快速性降低了熱量的產(chǎn)生，由于切削加工速度的高效性，使切削產(chǎn)生的熱量迅速散開(kāi)，使工件受熱程度顯著降低，避免了由于溫度過(guò)高致使工件受損發(fā)生變形的問(wèn)題，使機(jī)械加工制造的精準(zhǔn)度得到提升，進(jìn)而提升產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 利于能源資源的節(jié)約

把高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中，不僅使各種資源得到了有效利用，還使機(jī)械制造所需能源的消耗得到了顯著降低，極大地提升了能源利用率，保證了數(shù)控機(jī)床加工制造的整體效益。

4 數(shù)控機(jī)床運(yùn)用高速切削加工技術(shù)的具體方面

4.1 高速切削加工技術(shù)應(yīng)用中的機(jī)床主軸

數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部分是機(jī)床的主軸，這也是加工制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。加工制造中，需要主軸在保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，還需要其傳遞力矩及傳動(dòng)功率狀態(tài)良好，以便更好地散熱。將高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到機(jī)床主軸中，不僅保證了上述功能的穩(wěn)定實(shí)施，還有效提升了運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，對(duì)機(jī)床主軸控制溫差的水平得到了進(jìn)一步提升。同時(shí)，應(yīng)用高速切削加工技術(shù)使機(jī)床的軸承支撐力更強(qiáng)，潤(rùn)滑性能更好，使主軸的整體性能得到了提高，進(jìn)而有效增長(zhǎng)了機(jī)床主軸的使用壽命。

4.2 運(yùn)用中的伺服單元

如果機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速得到提升，與之配套的機(jī)床進(jìn)給速度也需要隨之提升，使刀具進(jìn)給量保持平衡，進(jìn)而提升切削速度。同時(shí)，還需要提升加工制造的表面質(zhì)量，以此增大刀具的使用年限。鑒于此，針對(duì)數(shù)控機(jī)床的伺服單元，應(yīng)配備響應(yīng)速度一致的設(shè)施。我國(guó)數(shù)控機(jī)床中廣泛使用的伺服單元有滾珠螺桿副和直線導(dǎo)軌副，桿端對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的抵抗能力較高，使傳動(dòng)阻尼處在低水平狀態(tài)，有利于促進(jìn)數(shù)控機(jī)床加工的效率性和質(zhì)量。

4.3 運(yùn)用中機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性

只有選擇合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能保證高速切削加工技術(shù)的充分應(yīng)用。在切削作業(yè)中，機(jī)床是作業(yè)中最基礎(chǔ)的部分，因此，這部分結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性需要具備良好的狀態(tài)，同時(shí)，剛度和強(qiáng)度也要符合標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)行過(guò)程中，需要始終處于低阻尼狀態(tài)。為了保證機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，可以適當(dāng)使用冷卻液或冷卻油霧，通過(guò)控制傳感達(dá)到結(jié)構(gòu)合理的目的，進(jìn)而有效控制數(shù)控機(jī)床的主軸和所有溫度達(dá)到預(yù)期效果，保證機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程始終保持理想的溫度，以免由于熱變化過(guò)大對(duì)工件質(zhì)量造成不同程度的影響，進(jìn)而提高機(jī)械制造加工的整體質(zhì)量。

4.4 高速切削加工運(yùn)用中的配套刀具

根據(jù)實(shí)際情況需要對(duì)配套的刀具材料進(jìn)行合理選用，以保證刀具使用的優(yōu)質(zhì)性和持續(xù)性。普遍使用的高速切削刀具材料，具體包括硬質(zhì)合金、涂層刀具、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼以及金剛石刀具等。這些刀具材料各有其優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)工件材料及切削速度范圍的不同選用合適的刀具，高速切削加工刀具材料需要根據(jù)所加工制造的工件材料及性質(zhì)做合理選擇。另外，還需注意，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)高速切削刀具的角度進(jìn)行合理設(shè)置，和傳統(tǒng)的刀具比起來(lái)，高速切削刀具的前角需要適當(dāng)減小，根據(jù)實(shí)際情況可以將其控制在二三度左右，而刀具后角則需要增大到一定范圍，標(biāo)準(zhǔn)在五度到八度之間。同時(shí)，還要對(duì)刀具的刀桿和刀套精度做進(jìn)一步提高，使其在高速切削中更加精準(zhǔn)，刀柄可以選用空心質(zhì)地輕薄的材料，通過(guò)對(duì)配套刀具性能的提升，使數(shù)控機(jī)床加工制造的效率性更高，加工制造的產(chǎn)品質(zhì)量和精度更好。

4.5 高速切削加工運(yùn)用中的數(shù)控系統(tǒng)

將高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中，還需要使相關(guān)聯(lián)的數(shù)控系統(tǒng)和高速切削技術(shù)保持高度一致，在機(jī)械制造加工中，將數(shù)控系統(tǒng)的整體性能做進(jìn)一步提升，并為之配置更加符合要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)，要保證配置系統(tǒng)的科技性和優(yōu)異性，保證系統(tǒng)有強(qiáng)大的數(shù)控功能，保證其更加靈活通用、安全可靠，針對(duì)比較復(fù)雜的數(shù)控功能能夠便于實(shí)現(xiàn)，并且還要保證維護(hù)或使用都非常方便，同時(shí)，還要具備一定的網(wǎng)絡(luò)連接功能和遠(yuǎn)程通信功能。

4.6 高速切削加工技術(shù)運(yùn)用中的冷卻液

冷卻液在數(shù)控車床加工制造中起著非常重要的作用，通過(guò)冷卻液不僅可以對(duì)加工制造所產(chǎn)生的溫度進(jìn)行有效降低，還能對(duì)加工刀具起到潤(rùn)滑作用，有效延長(zhǎng)高速切削刀具的使用壽命。使用冷卻液需要注意以下幾方面，具體包括：（1）不能使用有毒的冷卻液，如果含有有害成分，會(huì)對(duì)操作區(qū)域中相關(guān)人員的身體健康造成一定的威脅；（2）不能使用易燃冷卻液，由于數(shù)控機(jī)床的電器設(shè)施較多，如果電線發(fā)生老化或加工制造中超負(fù)荷工作可能會(huì)發(fā)生引燃事故，同時(shí)，高速切削中也會(huì)產(chǎn)生一定的高溫，如果冷卻液成分易燃也會(huì)發(fā)生安全事故；（3）腐蝕性冷卻液不能使用，如果冷卻液有腐蝕性，會(huì)導(dǎo)致機(jī)器橡膠部件發(fā)生硬化或膨脹，也可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器表面的涂層出現(xiàn)不同程度的脫落，損壞機(jī)器的正常使用；（4）如果冷卻液帶有導(dǎo)電功能，可能導(dǎo)致機(jī)器中的感應(yīng)器部件失靈，使機(jī)器無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；（5）切勿使用變質(zhì)冷卻液，如果冷卻液成分發(fā)生變質(zhì)，就會(huì)大大降低高速切削加工中的冷卻性能及潤(rùn)滑功效，對(duì)機(jī)械加工制造的產(chǎn)品精度產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響加工產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

5 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)的趨勢(shì)方向

隨著我國(guó)科技發(fā)展的不斷進(jìn)步，再加上國(guó)民不斷增強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)，為了更好地順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，高速切削加工技術(shù)越來(lái)越趨向于綠色化和高精度化，這在機(jī)械制造加工實(shí)際生產(chǎn)中具有十分重要的意義。

5.1 高速切削加工技術(shù)的綠色化趨勢(shì)

數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)時(shí)，由于生產(chǎn)制造的需求，需要添加大量的冷卻液，冷卻液不僅成本較高，還會(huì)污染周圍的環(huán)境，有很大弊端。為了順應(yīng)當(dāng)今國(guó)民逐漸增強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)，高速切削加工技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中越來(lái)越趨向于綠色化。比如，在數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工中，如果為了生產(chǎn)需要不得不使用大量冷卻液時(shí)，就需要科學(xué)合理地設(shè)計(jì)相關(guān)的回收再造技術(shù)，以降低冷卻液的污染程度，進(jìn)而減少能源資源的消耗率。高速切削加工技術(shù)綠色化是發(fā)展的必然趨勢(shì)，這也對(duì)數(shù)控機(jī)床未來(lái)加工制造有重要意義，機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)將其作為未來(lái)行業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，提升加工制造效率的同時(shí)進(jìn)一步保護(hù)環(huán)境。

5.2 高速切削加工技術(shù)的高精度化趨勢(shì)

數(shù)控機(jī)床加工應(yīng)用高速切削加工技術(shù)，利用先進(jìn)的數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助，進(jìn)一步提升了機(jī)械加工的智能化水平，使機(jī)械加工的精準(zhǔn)度顯著增強(qiáng)。另外，在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的幫助下，利用先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工件加工的自主補(bǔ)充，使機(jī)械加工制造中的實(shí)際需求得到了進(jìn)一步滿足。

5.3 高速切削加工數(shù)控機(jī)床的智能和模塊化

為了進(jìn)一步提升制造效率，一些比較發(fā)達(dá)的制造企業(yè)應(yīng)用了先進(jìn)的模塊化及系統(tǒng)化思想。將某范圍內(nèi)的產(chǎn)品，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)原則通過(guò)不同的功能劃分，設(shè)計(jì)功能和結(jié)構(gòu)獨(dú)立的基礎(chǔ)模塊，然后，組合成不同的MC 機(jī)床，最后，以低成本短周期快速生產(chǎn)出成品以滿足市場(chǎng)的不同需求。與高速切削加工數(shù)控機(jī)床配套的技術(shù)性部件產(chǎn)品已經(jīng)呈現(xiàn)模塊化和系列化，比如，某些廠家專門制造生產(chǎn)電主軸單元，某些廠家專門生產(chǎn)高壓冷卻系統(tǒng)等。對(duì)產(chǎn)品做模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，就需要考慮其在硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)方面的兼容性，在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)的同時(shí)還要保證其開(kāi)放性?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在向模塊、智能、網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)放化方向發(fā)展，這也是數(shù)控機(jī)床未來(lái)發(fā)展的主要特點(diǎn)。

5.4 將數(shù)控車床和加工中心復(fù)合成一體

為數(shù)控車床刀盤增加動(dòng)力刀架形成固定的車削中心，但在實(shí)際加工中，不僅功率低速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。如果用高速電主軸功能部件代替刀盤，再配備系統(tǒng)化的模塊化部件和刀庫(kù)，就會(huì)實(shí)現(xiàn)車削和銑削的高精度加工。這就是應(yīng)用最廣泛且難度最大的車銑復(fù)合加工，它是將數(shù)控車床和加工中心進(jìn)行復(fù)合而成。隨著數(shù)字化技術(shù)等綜合型科技的不斷發(fā)展，機(jī)械制造領(lǐng)域的信息數(shù)字化發(fā)展也得到了顯著提升。一些新型的高速切削數(shù)控加工設(shè)備，通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)展應(yīng)用體現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和功能。在數(shù)字科技日益發(fā)達(dá)的今天，機(jī)械制造領(lǐng)域只有嚴(yán)格遵循相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品信息保持一致性，并對(duì)高速切削加工技術(shù)進(jìn)行不斷研究和發(fā)展，才能使機(jī)械制造技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)智能化和全球化以及加工制造的高效性。

6 結(jié)語(yǔ)

高速切削數(shù)控機(jī)床向數(shù)字化、高效化方向發(fā)展是必然趨勢(shì)，世界各國(guó)也都在通過(guò)相關(guān)工作原理對(duì)其展開(kāi)大量研究和開(kāi)發(fā)，使機(jī)械制造加工生產(chǎn)速度更快、效率更高、精準(zhǔn)度更高，并對(duì)投入成本高和工作空間限制性高做一定的攻克，通過(guò)高效生產(chǎn)降低成本，同時(shí)，利用生產(chǎn)時(shí)間及交貨時(shí)間的有效縮短來(lái)提升機(jī)械制造的整體競(jìng)爭(zhēng)力。隨著電子科技技術(shù)的不斷發(fā)展以及制造和控制技術(shù)的不斷前進(jìn)，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)會(huì)更上一個(gè)新臺(tái)階。通過(guò)以上表述可以得出，高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用不僅使加工生產(chǎn)效率得到了提升，還提升了制造加工的精準(zhǔn)度，通過(guò)應(yīng)用高速切削加工技術(shù)，大大節(jié)約了加工時(shí)間和勞動(dòng)力，進(jìn)而有效提升了能源資源的節(jié)約。隨著我國(guó)不斷發(fā)展的科技手段和國(guó)民日益增強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)，高速切削加工越來(lái)越趨向于綠色化和高精度化以及智能網(wǎng)絡(luò)化，這也是機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)，是保證機(jī)械制造行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。