高速切削技术论文

高速切削机床刘建（沈阳理工大学机械工程学院1101011317 沈阳110159）摘要:论述了高速切削的定义,高速切削速度范围，高速切削机床加工的应用，高速切削技术机床的进给系统,高速切削机床的控制系统,新世纪高速切削技术的发展展望。

关键词:高速切削，速度范围，应用，进给系统,控制系统。

High-speed cutting machine toolsLiu Jian(Shenyang Ligong University School of mechanical engineering 110159)Abstract：Discusses the definition of high speed cutting, the range of high speed cutting, application of high speed cutting machine tools, the feed system of high-speed cutting machine tool tools, the control system of high-speed cutting machine tools.Finally, there have a prospect and development of high speed cutting technology high speed cutting technology in the new century. Key words:high speed cutting, range of speed, application,the feed system ,the control system 0前言高速切削(High Speed Cutting)和高速加工(High Speed Machin-ing)分别简称HSC 和HSM,是自二十世纪八十年代开始迅速崛起的一项先进制造技术。

高速加工采用远高于常规加工切削速度进给速度，不仅可提高加工效率，缩短加工工时，同时还可获得很高加工精度。

随着高速主轴技术发展，与其配套新型刀具不断出现，同时对高速加工工艺参数优化研究也不断深入，使得高速切削技术理论研究应用都得到了长足发展。

由于高速切削技术使汽车、模具、飞机、轻工和信息等行业的生产效率和制造质量显著提高,加工工艺及装备更新换代,因此,如同数控技术一样,高速切削和高速加工已成为21世纪制造业影响深远的技术革命.1高速切削主要特点高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。

可以说，高速切削加工是一种很不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。

其技术特征主要表现在以下几个方面：1)切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5-10倍；2)机床主轴转速很高，一般主轴转速在10000-20000r/min以上；3)进给速度很高，通常达15-50m/min，最高可达90m/min；4)对于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；5)切削过程中，刀刃的通过频率接近于“机床-刀具-工件”系统的主导自然频率。

与传统加工相比，由于高速切削显著地提高了切削速度，从而导致工件与前刀面的摩擦增大并导致切屑和刀具接触面温度的提高。

在该接触点，摩擦带来的高温能达到工件材料的熔点，使得切屑变软甚至液化，因而大大减小了对切削刀具的阻力，也就是减小了切削力，使得切削变得轻快，切屑的产生更加流畅。

同时由于加工产生的热量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，所以传导到工件上的热量大大减少，提高了加工精度。

高速切削加工技术的优点主要在于：提高生产效率；提高加工精度和表面质量；降低切削阻力。

加工时间短，效率高。

高速切削的材料去除率通常是常规的3～5倍。

刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力均小。

由于切削速度高，吃刀量很小，剪切变形区窄，变形系数ξ减小，切削力降低大概30%~90%。

同时，由于切削力小，让刀也小，提高了加工质量。

刀具和工件受热影响小。

切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。

工件表面质量好。

首先ap与ae小，工件粗糙度好，其次切削线速度高，机床激振频率远高于工艺系统的固有频率，因而工艺系统振动很小，十分容易获得好的表面质量。

5、高速切削刀具热硬性好，且切削热量大部分被高速流动的切屑所带走，可进行高速干切削，不用冷却液，减少了对环境的污染，能实现绿色加工。

6、可完成高硬度材料和硬度高达hrc40-62淬硬钢的加工。

如采用带有特殊涂层(tialn)的硬质合金刀具，在高速、大进给和小切削量的条件下，完成高硬度材料和淬硬钢的加工，不仅效率高出电加工(edm)的3~6倍，而且获得十分高的表面质量(ra0.4)，基本上不用钳工抛光。

2高速切削速度划分1.按主轴的Dn 区分Dn值-- (D是主轴轴径或主轴轴承内径/mm, n是主轴所能达到的最高转速 r/min）高速主轴的Dn值一般应为500,000 ~ 2,000,000。

2.主轴功率与转速之间的匹配关系.100hp, 10000 r/min以上75hp, 15000 r/min以上40hp, 30000 r/min以上15hp, 60000 r/min以上hp英制马力 1hp=764w3对加工中心常按主轴锥孔的大小来划分: 50 ISO taper at 10,000 to 20,000 rpm.40 ISO taper at 20,000 to 40,000 rpm.30 ISO taper at 25,000 to 40,000 rpm. HSK taper at 20,000 to 40,000 rpm.KM taper above 35,000 rpm.3高速切削加工技术的应用高速切削加工技术经历了理论探索，应用探索，初步应用和较成熟应用等四个阶段，现已在生产中得到了一定的推广。

特别是20世纪80年代以来，航空工业和模具工业的需求大大推动了高速加工的应用。

飞机零件中有大量的薄壁零件，如翼肋、长桁、框等，它们有很薄的壁和筋，加工中金属切除率很高，容易产生切削变形，加工比较困难；另外，飞机制造厂方也迫切要求提高零件的加工效率，从而缩短飞机的交付时间。

在模具工业和汽车工业中，模具制造是一个关键，缩短模具交货周期，提高模具制造质量，也是人们长期努力的目标。

高速切削无疑是解决这些问题的一条重要途径。

自20世纪90年代起，高速加工逐步在制造业中推广应用。

目前，据统计，在美国和日本，大约有30%的公司已经使用高速加工，在德国，这个比例高于40%。

在飞机制造业中，高速切削已经普遍用于零件的加工。

4高速切削技术机床的进给系统高速切削系统主要由高速切削CNC机床、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具、高速切削CAM系统软件等几部分组成。

4.1高速机床对进给系统的要求高速进给系统是高速数控机床的关键部件之一.随着高速技术和高速数控机床的不断发展,对高速机床进给系统的要求越来越高.目前对高速进给机床系统的要求概括为如下几个方面:1)高速度2)高加速度3)高精度4)高可靠性和高安全性5)合理的成本4.2高速滚珠丝杠副传动系统为使高速滚珠丝杆螺母传动系统能够继续在高速数控机床中发挥作用，必须对其进一步的创新改进，形成新一代具有优良高速性能的高精度传动系统。

目前，在滚珠丝杠螺母传动系统实现现代化的方面的主要技术措施如下：1)提高系统刚度2)增大丝杠螺母的导程和螺纹头数3)实施强制冷却，减少发热影响4)对螺母机构进行特殊设计5)采用陶瓷等新材料制造滚珠6)对螺母预载荷进行自适应控制7)采用螺母旋转，丝杠不动的运动分配方案8)采用双电机驱动结构4.3直线电机进给驱动系统1993年德国Indramat公司开发成功的感应式直线电机。

改机床的最高转速为24000 r/min，工作台的最大进给速度为60 m/min。

下图为感应式直线电动机高速进给单元的工作原理图直线电动机进给驱动的主要优点：1)速度高2)加速度大3)定位精度高4)行程不受限制5高速切削机床的控制系统“数控”是数值控制的简称。

它的概念是把加工机械零件的要求，如形状、精度等信息，转换成数据指令，传送到电子控制装置，然后由该装置控制和驱动机床运动而加工出零件。

5.1高速机床对控制系统的要求高速加工技术是传统数控技术的新发展，从基本原理上说，它与传统数控加工的本质没是区别。

对于高速数控加工，数控机床的目标是要求高速度地加工出高精度的零件，高速加工机床对CNC的要求可以归结为：1)能够高速度处理程序段2)能够迅速、准确的处理和控制信息流，把加工误差控制为最小3)能够减少机械的冲击，使机床平滑移动4)要有足够的容量，可以让大容量加工程序高速运转，或者通过网络传递大量数据的能力5)具有高速工作的主轴电动机、进给伺服电动机和传感器等6)由于子啊高速下加工，因此可靠性和安全性十分重要5.2高速加工控制技术在高速加工时的加工误差主要是控制系统加、减速的滞后和伺服系统的滞后引起的。

因此要设法是控制系统减少这两方面的误差减少伺服滞后的误差：前馈控制，采用数字伺服技术减少加减速滞后的产生误差：采用不同形状的加、减速曲线，插补前加减速控制6结论超高速切削技术是当今世界制造业中一项快速发展的高新技术，是继数控技术之后给机械制造业带来的又一次革命性变化的高新技术。

该技术以其切削力小、切削热少、零件变形小、变质层薄及加工质量效率高，成为最有前途的制造方法之一。

超高速切削技术的应用，将使我国的制造业具有快速反应能力，在13趋激烈的市场竞争中，能以高效率、高质量赢得市场，极大地提高产品的竞争力。

高速切削是当今世界制造业中一项快速发展的高新技术。

高速切削作为一种新的切削方式，要应用于实际生产，缺乏可供参考的应用实例，更没有实用的切削用量和加工参数数据库，高速加工的工艺参数优化是当前制约其应用的关键技术之一。

另外，高速切削的零件NC程序要求必须保证在整个切削过程中载荷稳定，但是现在使用的多数CNC软件中的自动编程功能都还不能满足这一的要求，需要由人工编程加以补充和优化，这在一定程度上降低了高速切削的价值，必须研究采用一种全新的编程方式，使切削数据适合高速主轴的功率特性曲线，充分发挥数控高速切削的优势。

在现代工业发达国家，高速切削作为一种新的切削加工理念，被愈来愈多的机械工程师所认可。

而高速切削所带来的高切削效率和高切削精度，也是为了不断满足制造业不断发展的需要。

汽车工业所追求的零件生产效率和模具制造业所追求的精密模具硬质材料的切削，都促使高速切削技术蓬勃发展。

参考文献[1]张伯霖.杨庆东.陈万年高速切削技术及应用机械工业出版社2009-4-1[2]刘战强.武文革.万熠高速切削数据库与数控编程技术国防工业出版社2009-1-1 [3]艾兴高速切削加工技术先进制造技术丛书国防工业出版社2004-5。