数控机床中高速切削加工技术的应用

2012年第11卷第15期
数控机床中高速切削加工技术的应用探讨
□吴卫军
【内容摘要】目前高速切削技术以其高效率、低磨损的技术特点，在制造行业内的应用正不断增强，尤其是在精密仪器的制造上，更是离不开高速切削的技术支持。

这一技术对其运行设备要求严格，目前，数控机床是高速切削技术应用的最
好平台，该技术也对数控机床设备提出了一定的要求。

【关键词】数控机床；高速切削；电主轴；刀具
【作者单位】吴卫军，江苏省东台中等专业学校
当前，社会的发展对制造领域提出了更高的要求，随着生产力的不断提升，高效率、高质量、高节能的机械加工水平已经成为了整个数控加工行业的共同追求。

二十世纪三十年代，随着高速切削理念的提出和发展，时至今日，在加工效率和加工质量上兼具优势的高速切削技术已经成为数控机床的首要选择。

高速切削是一个相对概念，并且随着时代的进步而不断变化。

一般认为高速切削或超高速切削的速度为普通切削加工的5 10倍［1］。

在汽车制造、航空航天技术、船舶加工以及模具的制造等需要精密加工的领域几乎都能看到高速切削技术的应用，这也反映了高速切削技术在数控机床中占据的位置必将越来越重要的发展趋势。

一、高速切削的效益优势
1931年，德国切削物理学家萨洛蒙（Carl．j．Salomon）博士研究成果得出：被加工材料都有一个临界切削速度，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的五至十倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小［2］。

高速切削技术这一特性为切削过程带来了必然的高效益，具体表现如下：
（一）生产率上的优势。

高速切削首先带来了切削速度的提升，速度的改变使相同时间内的切削量至少提高四倍，这就使得加工工序的高度集中变为了可能。

常规的切削过程经常要把工件按加工的精细程度进行划分，分工序进行分别加工，这种情况需要占用一定的工件装卸和搬运时间。

采用高速切削技术后，可以将繁复的加工工序简单化，以前要分工进行的步骤都可以集中在同一道工序内进行加工，而且基本上不会对工件的精度和质量造成影响。

此外，由于高速切削技术的引入，切削刀具的使用寿命大大地延长了，在另一方面也能够减少刀具替换和托盘交换的时间，从而极大地提高工件的生产率。

（二）加工精度上的优势。

高速切削技术不仅不会降低工件的加工精度，反而能够做到工件质量的提升，这不得不说是高速切削的魅力所在。

1．工件所受切削力变小。

高速切削的技术原理不同于常规的切削技术，在切削时运行速度高，切削力却比较小，切削速度的提高和切削力的减小，使得工件因夹压受力导致形状异化的可能性大大降低，故而大大地提升了工件的合格率，这种切削技术尤其适用于一些较细长、较纤薄的精密部件的加工。

2．工件受热降低。

在常规切削加工中，由于切削带来的高温也是导致部分工件变形的主要原因之一。

采用高温切削技术以后，由于切削热量的降低及切屑的迅速散热效果，工件受热量大大降低，这也基本上避免了由于高温受热所造成的工件变形。

由于高速切削在这两方面的技术优势，制造出来的工件往往在尺寸要求、表面平整性、光滑性等方面具有较高的精度，这是常规切削工艺所难以比拟的。

二、高速切削加工技术对数控机床提出的要求
高速切削技术对使用设备在运行速度、设备精度及稳定程度上都有较高的要求。

目前，数控机床是最符合高速切削加工技术要求的加工设备。

然而，当前的数控机床还存在提升和进步的空间，在“软件”和“硬件”两方面都有待于进一步的改善和提升，以便更好地适应先进的高速切削技术的内在要求。

具体如下：
（一）采用电主轴作为数控机床的主轴。

主轴单元的设计，是实现高速加工的最关键的技术领域之一，同时也是高速加工机床最为关键的部件，它不仅要能在很高的转速下旋转，而且要有很高的同轴度，高的传递力矩和传动功率、良好的散热或冷却装置，要经过严格的动平衡矫正，主轴部件的设计要保证具有良好的动态和热态特性，具有极高的角加减速度来保证在极短的时间内实现升降速和指定位置的准停［3］。

而电主轴能够保证机床主轴和发电机的转子轴合二为一，在运行的平稳性上达到更好的效果。

并且电主轴在温度的保持上具有一定的独到之处，对于温差的控制水平更为先进，在轴承支撑和润滑方面采用了最新的技术，保证了主轴的使用寿命和高性能。

（二）改善伺服单元的性能。

切削速度的提升需要与之配套的进给，才能更好地体现先进的高速切削技术的工作水平。

由于主轴转速的提高，机床进给速度也必须大幅提高（60m/min以上），以保持刀具每齿或每转进给量基本不变，从而保证加工表面质量和刀具寿命。

每故而在数控机床伺服单元的性能上，应尽量采用响应速度较高的配套设施。

在
2012年第11卷第15期
高速冲床液压系统设计
□赵保刚
【内容摘要】目前开发适合我国现状的高速冲床液压系统成为目前研究的一个重要课题。

本论文开发研制的数控高速冲床液压系统采用比例伺服控制，结构简单，冲压频率高，安全可靠。

【关键词】高速冲床；液压系统；差动连接
【作者简介】赵保刚（1970 ），男，山东济南人；山东大学工程训练中心助理工程师；研究方向：锻压技术、机械设计、实践教学
液压式压力机与传统的机械式压力机相比有很多优点，液压式压力机结构简单，加工制造方便；液压系统运动平稳、易调速、行程可控，其动力传动为“柔性”传动，可以实现过载保护，能控制滑块的速度和位置；可以由液压系统来调整冲压力大小，并能在整个行程中提供所需的最大工作压力，可避免机器过载的情况；噪声降低，振动减小，基本上只有板材冲断的声音；冲压频率提高，液压传动简单，运动部件少，控制方便。

随着我国汽车工业、电子技术以及航天航空等尖端工业的发展，国内市场对冲压设备的需求越来越大，目前我国生产的冲压设备其液压系统基本依赖进口技术，成本较高，不适应我国国情。

本论文针对我国现状开发研制了一套数控高速冲床的液压系统。

一、冲压设备发展概况及发展趋势
（一）冲压设备概述。

冲压技术是目前被广泛应用的金属压力加工方法之一，它具有效率高、质量好、能量省、成本低的特点，所以工业先进的国家越来越多地采用冲压技术来代替切削技术和其他加工技术。

冲压技术广泛应用于汽车工业、农业机械、家用电器、电子仪表、国防工业以及日用品等生产部门［1］。

先进的冲压设备是冲压技术发展的先决条件，当今国内外的冲压设备其冲压系统主要有机械式和液压式两种。

机械式主要有曲柄压力机，它通过曲柄滑块机构将旋转运动转变为往复运动，曲柄滑块机构主要由曲轴、连杆和滑块等零件组成。

液压式压力机采用液压传动系统来代替曲柄滑块机构。

当前的技术水平下，建议使用滚珠丝杠副，这种方式在传动刚度上较为高效，却又能将传动阻尼保持在较低水平，是较为理想的伺服单元。

（三）改善数控机床的机构设计。

高速切削技术对数控机床的机构设计也提出了一定的要求。

机床是切削作业的基础部分，这部分部件在结构上最好能够保持高度的热稳定性、一定的刚度以及在运转时维持较低的阻尼。

在这一方面上可以借鉴瑞士HSM加工中心、日本YBM950V加工中心采用的机床结构，通过引入冷却液、冷却油雾或利用传感手段进行控制的方式，全面控制机床主轴及各部分的温度，保证机床在运作过程中温度的均衡，尽量降低热变对工件质量产生的影响。

（四）提升数控机床配套刀具的性能。

高速切削技术对配套道具的性能也提出了特殊的要求，一般来讲，由于切削的高速性，对于刀具材料的要求并不高，常用的刀具材料如陶瓷和立方氮化硼等都可以用作高速切削的刀具。

与常规切削刀具不同的是，在角度上，高速切削采用的刀具应较常规刀具减小十度左右的前角大小，增加五至八度的后角大小。

除此之外，对于刀具的刀杆、刀套的要求更加精细，包括采用质量较轻的空心刀柄等精细化的要求，以便保证旋转离心力对工件标准性不会产生影响。

（五）升级数控系统的性能。

目前，与高速切削技术适应性较高的数控系统是CNC系统。

这一系统采用先进动力学原理和优化的设计，配置优异，功能强大，能够保证较强的运
行精度，其伺服单元能够满足高速进给的要求。

随着数控系统的不断开发，技术的升级和改造是数控系统面临的崭新局面，对此，高速切削技术也应时时关注数控系统的发展进程，不断采用最新的技术手段，提高生产力和生产效率，满足工件加工制造需求。

三、结语
高速切削技术是制造业发展的必然走向，以其先进性维持着其在业内的领先地位，对于精密仪器的加工，这一技术必将成为大规模生产的主力，在科技越来越发达的今天，为制造业的不断发展提供全新的动力。

目前，我国在数控机床的开发上正朝着高性能的方向不断发展，随着社会的不断进步，高速切削技术在数控机床中的应用必将越来越重要。

可以预期，随着世界范围内众多科研机构、高等院校和公司开发部门对高速切削的深入研究和开发，高速加工机床的相关技术将得到进一步解决或完善，并将在信息技术的带动下，向智能化、网络化和集成化方向发展［5］。

【参考文献】
1．孙钊．高速切削在数控加工中的应用［J］．科技信息，2012 2．李小静．高速切削刀具在数控加工中的应用［J］．陶瓷研究与职业教育，2009
3．丁杰，赵杰，张振金．高速切削加工技术在数控机床中的应用［J］．机械设计与制造，2007。