高速切削加工技术在数控机床中的应用

常利民

（哈尔滨技师学院（哈尔滨劳动技师学院），黑龙江 哈尔滨150000）

现代机械产品加工制造产业利用优越的技术条件以极快的速度向前发展，在环保化理念的要求下，改进制造过程，缩减后续带来的污染与能耗问题。机械化切削活动带来的环境污染与能源消耗都比较严重，因此对其实施环保化改造时，提出了绿色切削的工作理念，缩减切削加工期间的电力、切削液以及刀具材料的损耗，缩短切削加工所需的时间，减少机械产品制造工作给环境带来的压力。高速切削技术能够满足绿色切削的要求，因此可以将其运用到数控机床中。

1 高速型切削机床的应用现状分析

高速型切削加工属于当前的高新技术，其综合性较为突出，运用高速切削加工系统来优化机床，以实现高速化运转机床，机床可以被看做是这种优质技术的主体。研制与开发性能稳定的高速机床，以此来确保机床及单元能够带动相应的工件与道具开展加工作业活动，进一步发展当前的高速切削加工技艺。研发新型机床时，高速化已经成为其具有的一个重要发展方向。

高速型切削机床被逐步投放到国际市场中，制造业对其进行积极应用，持续扩大其使用范围，借助先进化的机床来创收更多的社会效益与经济效益，高速切削相关理论也被运用到实践活动中。高速切削系统具有高加工精度、极快的进给速度与较快的切削速度，我国应当继续加大对这种机床的研究力度。

2 高速型切削机床的应用要求与技术优势

2.1 应用要求。高速加工活动中最关键的部分是设计高速主轴单元，通过完成这项设计获取高速化的切削加工机床的核心部件。其在保持高转速的旋转状态时，还需有较高的传动功率、传递力矩与同轴度，优质的冷却与散热装置也是不能缺失的，严格地矫正系统的动平衡，设计主轴部件时，需要对部件具有的热态与动态特性进行考察，形成稳定的角加减速度后，可使机床系统仅需要花费比较少的时间就可以在要求的位置进行准停操作或者改变运行速度。融合高速型切削系统的机床与原来的普通型机床不同，主要表现在基本技术参数上，其主轴转速能够达到一般机床的5 到10倍，机床最大转速大多超过10000r/min，主轴单元电机功率范围为20kW 到80kW，可支持重载荷、高效与高速切削的要求，主轴单元形成最高转速或者按照指令从最高转速转变为停止运行的状态仅需要1 到2s 的时间即可完成，主轴的减速度与加速度都优于普通机床。

2.2 技术优势。高速切削系统所使用的刀具的刀刃长度偏短，切削深度偏浅，可以在高速切削活动中减少刀齿受到的损伤，主轴具有较高的转动速度，进料效率也极高，在同样的切削时间条件下可形成更高的切削效率，使用该种加工系统来制造与加工工件，可在单次工装活动中，直接完成工件成型与保障工件密实度等任务，提升切削处理速度的同时，工件的切削表面同样能够形成极高的磨削水平，还可省略原有的精加工、磨平与抛光环节。在提升切削速度的基础上，端走刀之间的行距缩短，使切削表面更加光滑，工件也能够形成更高的加工精度。切削系统中融合了竖向压力技术，工件所直接承受来自于横向的切削力偏小，型腔之中的薄壁处理任务也可完成，切削实施中生成的热量可被切屑带走，工件自身的温度变动幅度小，刀片过热导致工件形变的问题也被解决。

3 高速切削机床部件选择

3.1 选择刀柄。机床核心部件的选择关系着高速数控机床的最终使用效果，为了对生产效率与工件加工质量进行保障，需要精选机床构成部件。在选用刀柄部件时，增设弹性夹套，可选择ER的夹套，其切削精度与性价比均比较高，能够满足高速切削加工系统的各种加工应用需求，相比其他的夹套，其优点如下：夹套具有极佳的同心性，形成其需要的旋转加速向心力；夹套具有较小的直径，可形成更大的夹力；使用该弹性夹套时，需配合应用平衡螺帽，刀柄可形成更强的平衡性与稳定性。选用热缩型刀柄，这种新型刀具采用全新设计理念，其刀柄会给刀具带去限制化影响，其同样具有极佳的向心性，属于小直径式刀柄，配套刀具具有比较低的离心力，刀柄选用均匀的材质，整体平衡度偏高，还带有加热系统，这种刀具更具实用性。选用强力铣夹式刀柄时需注意其应用范围方面的问题，其比较适合直径较大的刀具。同心性与同心力均很高，刀柄的实际夹紧程度良好，实施高速切削活动时，其可以帮助最大化地发挥出刀具所具有的切削性能。

3.2 选择刀具材料。涂层刀具有两类不同的涂料，分别是软涂料与硬涂料，TiN 与TiC 等涂层型刀具在抗磨损方面存有显著的优势，运用软涂料的涂层刀具具有较低的摩擦因数，以此来控制切削形成的力度，给机床应用软涂层型刀具后，可使工件加工表面变得更光滑，刀具也可以被长时间应用。使用陶瓷材质刀具，主要是考虑耐磨性能与硬度优势，在处于硬度偏高的加工材料时，可选用该种刀具，另外这种刀具拥有的抗高温性能极佳，能够在高温条件下切削工件，使用期间基本不会形成粘连的问题，抵抗粘结性、稳定性与化学性能均能够满足机床应用标准。金刚石本身就有良好的导热系数与最高的硬度，在高速切削体系中，金刚石材质的刀具不会形成过于严重的磨损问题，但是其经济性比其他的刀具差，焊接处理阶段也存在问题，综合实用性不佳。

4 高速切削机床的未来发展方向

4.1 高精度化。数控机床的加工控制中心在具有高速化的技术优势的同时，还追求更高的加工精度，如果无法满足加工的基本精度标准。在高速运行的前提条件下，通过技术措施来提升加工精度，在对数控机床结构体系的热态、动态与静态特性进行改善时，可使用仿真以及计算机辅助设计等技术方法，使伺服系统与数控系统也能够形成更稳定的性能，选择控制策略时，可应用超前控制与前馈控制的策略，对误差实施有效补偿。通过改变给数控机床提出的精度要求，来保障工件装配与制精度。

4.2 纵深化。高速数控加工技术领域已经获取了多个具有实用意义的研究成果，原本的多主轴组合化机床被高速型加工中心所取代，数控机床的柔性化程度得以增强，可更快速地进行产品更新换代活动，生产效率并不会受到技术条件变动的负面影响，机床的使用范围被扩大。电加工型机床也面临着高速化改造诉求，在宇航与航空工业领域中，逐渐减少了拼装结构的应用，而是更多地运用铝合金材质坯料以及整体化制造工艺，来加工大零件，加工中心系统具有钻、铣等多种加工功能，可达到高速加工的技术目标。高速化加工切削技术的优越性得以呈现，技术应用领域还在被扩大，有明显的纵深发展倾向，其他的多种领域的高速化机床技术也随之得到发展，人们在开发与研究数控机床时，还注重相关配套技术的有效研发，提升机床的进给速度与转速。

4.3 网络化、智能化、模块化与开放化。研发高速切削机床时，融入了系统化与模块化的技术理念，面对一定范围内的加工对象，以功能为划分标准的同时，还可运用标准化与系列化的技术原则，形成具有独立结构与功能的单元模块，采取不同的组合方式形成功能具有差异化数控机床，仅运用不高的成本与比较短的生产周期即可生成具有多元化特征的产品。在高速数控机床系统中，各种技术部件与构成单元都被转化为系列化与模块化的产品，分别由掌握专门技术的厂家进行生产。

4.4 绿色化和干切削化。高速化切削系统运行时，需消耗较多的冷却液，制造成本因此而增多，同时操作工人的身体健康也会受到切削加工系统的影响，加工车间内外的环境都会被破坏，基于环保化理念，必须消除这一数控机床系统应用问题，引进准干切削与干切削工艺，在绿色环保化技术要求的引导下，完成产品应用与设计以及最终的废弃处理任务。在运用干切削技术的基础上，开发再造与回收技术，提升高速数控机床的环保应用收益。

结束语

高速化数控机床在当前技术与技术型资源的支持下，被大力研发，现代可用的数控机床形成了较高的精度、运行效率与加工速度，原本的成本过高与工作空间偏小等技术缺陷得以消除，计算机控制技术、制造技术与微电子技术等先进技术手段辅助数控机床升级改进活动。数控机床工运的高速切技艺帮助缩减切削液与刀具材料的损耗，在缩减劳动力的同时也减少了切削加工活动所造成的污染，在日后的绿色切削加工发展中，需继续发挥新型数控机床的作用。