科　科Ｉ技Ｉ论Ｉ坛　高速切削技术要点及其在我国的发展趋势　罗巍　（唐山重型机床厂，河北唐山０６３０００）　摘要：本文通过介绍高速切削机理以及通过对机床、刀具等方面介绍实现高速切削的技术措施及今后的发展趋势。探讨高速切削的应用领　域；分析高速切削研究现存问题并展望高速切削的发展趋势和未来研究方向。　关键词：高速切削技术；机床；刀具；发展现状；趋势　ｌ高速切削技术与高速切削机理　切削加工是机械加工应用最广泛的加工　方法之一，而高速是它的重要发展方向，其中包　括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进　给切削等。高速切削能够大幅度提高生产效率　和单位时间内材料切除率，改善加工表面质量　降低加工费用。通常认为，高速切削加工为：切　削速度超过普通切削的５—１０倍；机床主轴转速　在１００００－２００００ｒ／ｒａｉｎ以上；进给速度通常达　１５—５０ｍ／ｒａｉｎ，最高可达９０ｒｔｄｍｉｎ。高速切削技术　是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速　主轴系统、快速进给系统、高性能ＣＮＣ控制系　统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设　计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切　削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件与软件　技术均得到充分发展的基础之上综合而成的。　因此。高速切削加工是一个复杂的系统工程，涉　及机床、刀具、工件、加工工艺过程参数及切削　机理等诸多方面。　生产率与切削速度有着很密切关系的，切　削速度的提高可以提高生产率，同时精密和超　精密加工技术的发展也对切削速度有了更进一　步提高的要求。高速切削加工的概念提出后，经　过长期的探索、研究和发展，被广泛应用于工业　生产。高速切削除了能大幅度提高生产率以外，　还可以提高加工质量，特别是改善已加工表面　质量。传统的切削速度和刀具寿命的关系被假　定为线性关系，即刀具的速度越高，刀具的磨损　越快。２Ｏ世纪上半叶。研究人员开始发现，在加　工过程中，切削速度达到某个值后，情况开始发　生变化，刀具磨损加剧，但是速度继续上升，超　过某一值，又可以恢复正常加工。经过长期的生　产实践，人们意识到对于某一特定的被加工材　料来说，在比现行使用的切削速度高许多倍的　区域可能存在一个十分理想的切削条件，在这　个切削条件下，生产率高、刀具耐用度长，而且　切削力也比较小。　２实现高速切削，高速切削机床应具备的　条件　为了适应粗精加工、轻重切削和快速移　动，同时保证高精度（定位精度±０．００５ｒａｍ），性　能良好的机床是实现高速切削的关键因素。其　应具备的技术有以下几项：　２．１高速主轴　高速主轴是高速切削机床的核心部件，随　着对主轴转速要求的不断提高，传统的齿　轮——皮带变速传动系统由于本身的振动、噪　音等原因已不能适应要求，取而代之的是一种　新颖的功能部件——电主轴，它将主轴电机与　机床主轴合二为一，实现了主轴电机与机床主　轴的～体化。电主轴采用了电子传感器来控制　温度，自带水冷或油冷循环系统，使主轴在高速　旋转时保持恒温，一般可控制在２０。～２５。范　围内某一设定温度，精度为±０．７。，同时使用　油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术，使主轴免维　护、长寿命、高精度。　２．２高精度快速进给系统　高精度快速进给系统高速切削是高切削速　度、高进给率和小切削量的组合，进给速度为传　统的５～１０倍。这就要求机床进给系统很高的　进给速度和良好的加减速特性。一般要求快速　进给率不小于６０ｍ／ｒａｉｎ，程序可编辑进给率小　于４０ｎｄｍｉｎ，轴向正逆向加速大于１０ｍ／ｓ２（１ｇ）。　机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小　导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头　丝杠。　２－３高速伺服系统　为了实现高速切削加工，机床不但要有高　速主轴，还要有高速的伺服系统，这不仅是为了　提高生产效率，也是维持高速切削中刀具正常　工作的必要条件，否则会造成刀个的急剧磨损　与升温，破坏工件加工的表面质量。　３实现高速切削，要正确地使用高速切削　刀具　３．１高速切削刀具材料　刀具材料的发展，高速切削技术发展的历　史，也就是刀具材料不断进步的历史。高速切削　的代表性刀具材料是立方氮化硼（ＣＢＮ）。端面　铣削使用ＣＢＮ刀具时，其切削速度可高达　５０００ｍ／ｍｉｎ，主要用于灰口铸铁的切削加工。聚　晶金刚石（ＰＣＤ）刀具被称之为２１世纪的刀具，　它特别适用于切削含有ＳｉＯ　的铝合金材料，而　这种金属材料重量轻、强度高，广泛地应用于汽　车、摩托车发动机、电子装置的壳体、底座等方　面。目前，用聚晶金刚石刀具端面铣削铝合金　时，５０００ｍ／ｍｉｎ的切削速度已达到实用化水平，　此外陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加　工。　涂层刀具：ＣＢＮ和金刚石刀具尽管具有很　好的高速切削性能，但成本相对较高。用涂层技　术能够使切削刀具既价格低廉，又具有优异性　能，可有效降低加工成本。现在高速加工用的立　铣刀，大都用ＴｉＡＩＮ系的复合多层涂镀技术进　行处理。　３．２高性能的刀具　夹持系统高速铣床的刀具夹持系统要求其　有很高的动平衡性，要求主轴具有３００００ｒ／ｍｉｎ　之上的动平衡能力，且具有绝对的定心性。主　轴、刀柄、刀具三者在旋转时应具有极高的同心　度，这样才能保证高速、高精度加工。否则转速　越高离心力越大　当其达到系统的临界状态将　会使刀具系统发生激振，其结果是加工质量下　降，刀具寿命缩短，加速主轴轴承磨损，严重时　会使刀具与主轴损坏。刀柄系统与主轴锥度穴　孔应结合紧密，现在刀柄一般都采用锥部与主　轴端面同时接触的双定位锥柄。　４高速切削技术在我国的现状　我国在２０世纪９ｏ年初开始了有关高速切　削机床及工艺的研究。研究内容包括水泥床身、　超高速主轴系统、全陶瓷轴承及磁悬浮轴承、快　速进给系统、有色金属及铸铁超高速切削机理　与适应刀具等方面。通过我国科技工作者的艰　苦工作，各项关键技术都取得了显著进展。部分　单项技术指标可达国际先进水平。然而高速切　削机床是诸多高新技术的高度集成，并且在一　定的市场需求驱动下才能真　发展起来。高速　机床的高档数控系统和开放式数控系统正在深　人研究中，但目前主要还是依赖进口。　国内刀具材料目前仍以高速钢、硬质合金　刀具为主，先进刀具材料（如涂层硬质合金、金　属陶瓷、陶瓷刀具、ＣＢＮ和ＰＣＤ刀具等）虽有一　定基础，但应用范围不够广泛。总的来说，切削　速度普遍偏低，切削水平和加工效率较低。自　２Ｏ世纪９Ｏ年代以来，对高速切削铝合金、钢、　铸铁、高温合金、钛合金等的切削力、切削温度、　刀具　损与破损和刀具寿命进行了一定研究和　探讨，但还没有进行全面系统的研究。对切削加　工过程的监控技术研究较多，但投入生产使用　的较少。　５高速切削加工技术展望　高速切削发展趋势和未来研究方向归纳起　来主要有：ｎ新一代高速大功率机床的开发与　研制；ｂ．高速切削动态特性及稳定性的研究；ｅ．　高速切削机理的深入研究；ｄ．新一代抗热振性　好、耐磨性好、寿命长的刀具材料的研制及适宜　于高速切削的刀具结构的研究；ｅ．进一步拓宽　高速切削工件材料及其高速切削工艺范围；￡开　发适用于高速切削加工状态的监控技术；ｇ－建　立高速切削数据库，开发适于高速切削加工的　编程技术以进一步推广高速切削加工技术；ｈ．　基于高速切削工艺，开发推广干式（准干式）切　削绿色制造技术；ｊ．基于高速切削，开发推广高　能加工技术。　高速切削技术是切削加工技术的主要发展　方向之一。它会随着ＣＮＣ技术、微电子技术、新　材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的　台阶。但也应清醒的看到。高速切削技术自身也　存在着一些亟待解决的问题，这些都在一定程　度上制约和阻碍了高速切削技术的发展，我们　需要找准问题所在，认真研究并真正加以解决。　

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