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高速切削关键技术 高速切削的关键技术及应用
    　　机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。在机械加工技术中，切削加工是应用最广泛的加工方法。近年来，高速切削技术蓬勃发展，已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。在数控机床出现以前，用于工件上下料、丈量、换刀和调整机床等的辅助时间超过工件加工总工时的70%；以数控机床为基础的柔性制造技术的发展和应用，大大降低了工件加工的辅助时间，切削所占时间比例越来越大。因此，实现高速切削成为进步机床生产效率的重要技术手段之一。目前，高速切削技术在航空航天、模具生产和汽车制造等行业已经获得广泛应用，并产生了巨大的经济效益。我国事机床消费大国，已经超过德国，成为世界第一大机床市场。高速切削作为一种新的切削加工理念，对其深进研究具有重要意义。本文作者着重研究了高速切削的关键技术——机床技术、刀具技术和工艺技术及其应用。 　　1．高速切削技术概述　　1.1高速切削的概念　　高速切削（HighSpeedCutting）是一个相对概念，迄今尚未有一个确切的界定。高速切削通常指比常规切削速度和进给速度高出5倍～10倍的切削加工，有时也称为超高速切削（Ultra2&high&Speed&Cutting）。也有将主轴转速达到10000r/min～60000r/min，快速进给速度40m/min以上，均匀进给速度10m/min以上，加速度大于1g的切削加工定义为高速切削。对于不同的工件材料和加工工艺，高速切削速度（切削加工的线速度，单位m/min）范围也不同。按工件材料划分，当切削速度对钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时，被以为是合适的高速切削速度范围；按加工工艺划分，高速切削速度范围为：车削700m/min～7000m/min，铣削300m/min～6000m/min，钻削200m/min～1100m/min，磨削5000m/min～10000m/min。　　高速切削概念是德国切削物理学家萨洛蒙（CarlSalomon）于1931年提出的，现在人们常用“萨洛蒙曲线”来表示。他以为，在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的进步而升高，一定的工件材料对应有一个临界切削速度，此处切削温度最高，但当切削速度超过临界值后，切削温度不但不升反而下降。对于每一种工件材料，都存在一个速度范围，在该范围内，由于切削温度太高，刀具材料无法承受，切削加工不能进行，这个范围称之为“死谷”。假如切削速度能越过“死谷”，在高速区工作，则有可能用现有的刀具进行高速切削，切削温度与常规切削基本相同，从而大大减少切削工时，大幅度进步机床生产效率。　　1.2高速切削技术的特点　　高速切削速度较之常规切削速度几乎高出1个数目级，其切削机制异于常规切削。由于切削机制的改变，使得高速切削技术具有如下特点。　　1.2.1切削力小　　由于切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力减少，切削变形减小，从而使切削力比常规切削降低30%以上，尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力大幅度减少，特别适合于加工薄壁类刚性差的工件，如飞机上的机翼壁板等。　　1.2.2工件热变形小　　在高速切削时，90%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件积累热量少，工件温升不会超过3℃，基本保持冷态，不会由于温升导致热变形，特别适合于加工细长易热变的工件。　　1.2.3材料切除率高　　随切削速度的进步，进给速度也相应进步5倍～10倍，单位时间内的材料切除率可达常规切削的3倍～6倍，适用于材料切除率要求大的场合，在航空航天、汽车和模具制造等领域，高速切削技术已成为加工整体构件最理想的制造技术。在2001年德国汉诺威举办的欧洲机床展览会（EMO）上展出的荷兰Unisign公司制造的Unipro25型五轴立式加工中心（X行程1000mm、Y行程800mm），电主轴功率100kW，最高转速25000r/min，最大扭矩90N•m，其铣削铝合金的材料切除率已达8000cm3/min～10000cm3/min。1.2.4工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工　　在高速切削时，机床的激振频率很高，远远超出了“机床—刀具—工件”工艺系统的固有频率范围（50Hz～300Hz），使得加工过程平稳，振动小，可实现高精度、低粗糙度加工。高速切削加工获得的表面质量常可达磨削水平，因此常可省往铣削后的精加工工序。例如，瑞士DIXI机械公司生产的DHP50高精度卧式加工中心，工作台500mm×500mm，双托盘，行程为700mm×700mm×700mm，主轴转速为12000r/min，功率为25kW，刀库容量65把，换刀时间4s（T2T），6s（C2C），定位精度4μm，重复定位精度2μm（按ISO23022标准），丈量分辨率0.5μm。高速切削尤其适合于光学等领域的加工。　　1.2.5可加工难加工材料　　难加工材料如高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料和耐磨铸铁等的切削加工不仅切削效率低，而且刀具寿命短。高速切削时，由于切削力小，切屑变形阻力小，刀具磨损小，故可加工一些难加工材料。例如，航空制造业中大量采用的镍基合金、钛合金材料，强度大、硬度高、耐冲击、易加工硬化，切削温度高，刀具磨损严重，在常规切削中一般采用很低的切削速度。假如采用高速切削，其切削速度可进步到100m/min～1000m/min，不但能大幅度进步机床生产效率，而且能有效减少刀具磨损，进步工件表面加工质量。　　1.2.6高速干切削可以实现加工过程的绿色制造　　高速干切削就是在切削加工过程中不使用任何切削液的工艺方法，是对传统切削方式的一种技术创新。它相对于湿切削而言，是一种从源头上控制污染的绿色切削和清洁制造工艺，它消除了切削液的使用对外部系统造成的负面影响。目前，能实现高速干切削的工件材料有铸铁、铝合金、转动轴承钢等。　　2．高速切削的关键技术　　高速切削是一项复杂的系统工程。高速切削不只是切削速度的进步，它的发展涉及到机床、刀具、工艺和材料等诸多领域的技术配合和技术创新。　　2.1高速切削机床技术　　性能良好的高速切削机床是实现高速切削的条件和关键，而具有高精度的高速主轴和控制精度高的高速进给系统，则是高速切削机床技术的关键所在。2.1.1高速主轴　　高速主轴是高速切削机床的核心部件，在很大程度上决定着高速切削机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。目前，适于高速切削的加工中心其主轴最高转速一般都大于10000r/min，有的高达60000r/min～100000r/min，为普通机床的10倍左右；主电动机功率15kW～80kW，以满足高速车削、高速铣削之要求。　　随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的快速发展，高速数控机床主传动的机械结构得到极大简化，取消了齿轮传动和带传动，采用机床主轴与主轴电机一体化的传动结构形式（即所谓的电主轴），实现了机床的“零传动”。　　轴承是决定主轴寿命和负荷的关键部件。电主轴采用的轴承主要有转动轴承、流体静压轴承和磁悬浮轴承。转动轴承因其具有刚度高、高速性能好、结构简洁、标准化程度高和价格适中等优点，在电主轴中得到最广泛应用。转动轴承在高速回转时，润滑极为重要，目前，电主轴主要采用两种润滑方式：油脂润滑和油-气润滑。油雾润滑尽管价廉，但因其污染环境、损害操纵工人健康，不符合绿色制造和可持续发展原则，国外电主轴公司已不再使用。流体静压轴承（包括气体静压轴承和液体静压轴承）为非接触式轴承，具有磨损小、寿命长、旋转精度高和阻尼特性好等优点。气体静压轴承电主轴转速可高达100000r/min～200000r/min，缺点是刚度差，承载能力低；液体静压轴承刚度高，承载能力强。磁悬浮轴承又称磁力轴承，也为非接触式轴承，没有磨损，无需任何润滑。　　目前，生产磁悬浮轴承电主轴的厂家有德国GMN公司、瑞士IBAG公司及中国洛阳轴承研究所等。　　2.1.2高速进给系统　　控制精度高的高速进给系统也是实现高速切削的关键技术之一。　　传统的滚珠丝杠副传动系统对高速进给系统表现出不适应性，必须对其进行技术改进和技术创新，才能适应高速切削的要求。主要技术措施有：（1）丝杠采用中空结构，进步丝杠的支承刚度。（2）为降低高速滚珠丝杠副传动系统的发热，将冷却液通进空心丝杠内部进行强制循环冷却，以保证滚珠丝杠副传动系统的精度。（3）改进螺母结构设计，适当减小滚珠直径，钢珠采用空心结构，滚珠链中钢珠按一大一小间隔排列，可有效降低高速运行时的噪声。（4）改进滚珠材料，滚珠选用陶瓷材料，可明显降低温升。（5）采用螺母旋转、丝杠不动的驱动方案。将螺母安装于轴承中，由伺服电机带动其旋转，或将螺母与驱动电机的转子集成为一体，由转子直接驱动。　　该结构由于丝杠固定不动，螺母作高速旋转的同时作轴向移动，故可消除丝杠临界转速的限制。　　高速滚珠丝杠副传动系统的加速度范围为（0.5～1.0）g，行程范围≤6m，用于低档高速数控机床；高速进给系统采用直线电机进给驱动系统后，其加速度可高达（2～10）g，行程范围不受限制，用于高档高速数控机床和高速加工中心。直线电机进给驱动系统具有以下优点：（1）高速响应性。由于系统采用直线电机直接驱动工作台，机床实现“零传动”，故使整个闭环控制系统动态响应性能大大进步，反应异常灵敏快捷。（2）速度和加速度高。最大进给速度可达80～180m/min，加速度可高达（2～10）g。（3）定位精度高。直线电机进给驱动系统常用光栅尺作为位置丈量元件，采用闭环控制，因而定位精度可高达0.1μm～0.01μm。直线电机伺服系统的价格约是高速滚珠丝杠伺服系统的2.5倍，但在加速度大于1g的情况下，前者还是高速进给系统的唯一选择。　　2.2高速切削刀具技术　　刀具技术是实现高速切削的重要保证。正确选择刀具材料和设计刀具系统对于进步加工质量、延长刀具寿命和降低加工本钱都起着重要作用。　　2.2.1高速切削刀具材料　　高速切削要求刀具材料具有如下性能：高硬度、高强度和耐磨性；高韧度、良好的耐热冲击性；高热硬性、良好的化学稳定性。目前，高速切削加工常用的刀具材料有：涂层刀具、陶瓷刀具（Al2O3，Si3N4）、立方氮化硼（CBN）材料和聚晶金刚石（PCD）材料等。　　2.2.1.1涂层刀具　　目前，用于高速切削刀具的涂层主要有两类：一类是“硬”涂层，如TiC、TiN和Al2O3等涂层刀具，其优点是硬度高、耐磨性好。其中，TiC涂层刀具具有很强的抗后刀面磨损能力，TiN涂层刀具则具有理想的抗月牙洼功能。一类是“软”涂层，如MoS2、WS等涂层刀具，这类刀具也称为“自润滑刀具”，刀具、工件和切屑之间的摩擦因数很低，只有约0.01，能降低切削力和切削温度。航空航天产业用材如高强度硬质合金、钛合金等的加工就不适合采用“硬”涂层刀具；采用“软”涂层刀具，可防止刀刃上产生积屑瘤，进步工件表面加工质量，延长刀具寿命。　　2.2.1.2陶瓷刀具　　陶瓷刀具是高速切削最重要的刀具材料之一。可用于高速切削的陶瓷刀具包括金属陶瓷（Cermet）、氧化铝陶瓷（Al2O3）和氮化硅陶瓷（Si3N4）等。陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性，适于加工HRC50～65的高硬度材料；高温性能好，在1200℃的高温下仍能进行切削；具有良好的抗粘结性能，不轻易与金属产生粘结，化学稳定性好。但陶瓷刀具抗冲击载荷能力差、抗热冲击性能差，因此，用陶瓷刀具进行切削时，不宜使用切削液，适于进行高速干切削。　　2.2.1.3立方氮化硼（CBN）　　立方氮化硼（CBN）材料的硬度仅次于金刚石，高达HV，具有很高的耐磨性、热稳定性和化学稳定性，最适于高硬度淬火钢、高温合金、硬化轴承钢（HRC60～62）、工具钢（HRC57～60）、高速钢（HRC62）等材料的高速切削。　　2.2.1.4　聚晶金刚石（PCD）　　聚晶金刚石（PCD）材料的硬度约为CBN的2倍，其导热性好、热膨胀系数小、摩擦因数小，适于铜铝合金、非金属材料和复合材料的高速切削，是实现高精度、高效率、高稳定性和低表面粗糙度切削加工的重要刀具。PCD刀具主要用于轻金属及其合金、新型陶瓷材料及难加工材料的高速切削，用于精密、超精密及光学元件的精加工。　　2.2.2　高速切削刀具系统　　刀具几何参数对加工质量和刀具耐用度有很大影响，一般高速切削刀具的前角比普通切削刀具约小10°，后角大5°～8°。　　刀具在高速旋转时，会承受很大的离心力，其大小远远超过切削力，成为刀具的主要载荷，足以导致刀体破碎，造成重大事故。以高速铣刀为例，进步刀具设计的安全性技术有：（1）高速铣刀大多采用HSK空心短锥刀柄与机床主轴连接，有时做成整体式结构，以进步刚性和安装的重复定位精度。（2）在高速旋转时，刀具的不平衡会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速的平方成正比。对安装在高速主轴上的旋转刀具来说，高精度的动平衡是至关重要的。德国于1994年起草的《高速旋转铣刀的安全性要求》标准规定，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试。　　2.3高速切削工艺技术　　高速切削工艺和常规切削工艺有很大不同。常规切削以为高效率来自低转速、大切深、缓进给、单行程；而高速切削则追求高转速、中切深、快进给、多行程的加工工艺。在进行高速切削时，工件材料不同，所选用的切削刀具、切削工艺和切削参数也有很大不同。下面着重研究轻金属、钢和铸铁的高速切削工艺技术。　　2.3.1高速切削轻金属技术　　铝合金因具有良好的耐蚀性，较高的比强度，导电性及导热性好等优点，在汽车产业和航空航天产业中已经大量应用。铝镁合金大多使用铸件，这些轻合金的最大优点就是其固有的易切特性。轻合金可采用很高的切削速度和进给速度进行加工，切削速度可高达1000m/min～7500m/min，高速切削使95%～98%的切削热被切屑迅速带走，工件保持室温状态，热变形小，加工精度高。　　高速铣削轻金属时，由于加工过程存在较大的冲击载荷，PCD和CBN刀具的寿命特性并不好。当切削速度达到1000m/min时，可使用K型硬质合金刀具；当切削速度达到2000m/min时，可使用金属陶瓷刀具；当切削速度更高时，可使用PCD刀具；高速铣削铝镁合金时，可使用K10硬质合金刀具。　　2.3.2高速切削钢和铸铁技术　　高速铣削钢和铸铁时，碰到的主要题目是刀具的磨损。　　高速铣削钢材时，刀具使用锋利切削刃和较大后角可减少刀具磨损，进步刀具使用寿命。刀具的磨损与工件材料的力学性能有关。如工件材料的抗拉强度增大，则刀具磨损增加，因此应减少每齿的进给量。表1给出了钢的切削速度和每齿进给量。表1 铣刀每齿进给量参考值工件材料fz/ ㎜粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.10～0.150.10～0.250.02～0.050.10～0.15铸铁0.12～0.200.15～0.30　　高速铣削铸铁时，切削速度的选择取决于刀具材料。进步切削速度和减少每齿进给量，可进步工件表面加工质量。表2给出了铸铁的切削速度和每齿进给量。表2 铣削加工的切削速度参考值工件材料硬度（HBS）Vc/（m.min-1）高速钢铣刀硬质合金铣刀钢＜22518～4266～150225～32512～3654～120325～4256～2136～75铸铁＜19021～3666～150190～2609～1845～90260～3204.5～1021～30　　3．高速切削技术的应用　　3.1高速切削在航空航天产业中的应用　　航空航天产业中很多零件采用薄壁、细筋结构，由于刚度差，不答应有较大的吃刀深度，因此，高速切削成为此类零件加工工艺的唯一选择。　　飞机上的一些零件为了进步可靠性和降低本钱，将原来由多个铆接或焊接而成的部件，改用整体实心材料制造，此即“整体制造法”。有的整体构件的材料往除率高达90%，采用高速切削可大大进步生产效率和产品质量，降低制造本钱，这也是高速切削技术在飞机制造业获得广泛应用的主要原因。例如，波音公司在生产波音F/15战斗机时，采用“整体制造法”，飞机零件数目减少了42%，用高速铣削代替组装方法得到大型薄壁构件，减少了装配等工艺过程。　　3.2高速切削　　在汽车制造业中的应用以高速加工技术为基础的灵敏柔性自动生产线被越来越多的国内外汽车制造厂家使用。国内如一汽大众捷达轿车自动生产线，由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成，年产轿车能力15万辆，制造节拍1150辆/min；上海大众桑塔纳轿车自动生产线等。国外如美国GM发动机总成工厂的高速柔性自动生产线、福特汽车公司和Ingersoll机床公司合作研制的以HVM800卧式加工中心为主的汽车生产线等。　　4．结束语　　高速切削技术已经成为切削加工的主流，高速切削技术对于机械制造业来说是一场深刻的技术革命，必将对机械制造业产生重要而深远的影响。高速切削技术的发展和应用是一项复杂的系统工程，它涉及到刀具、机床、工艺、材料、灵敏生产、网络化、智能化和故障诊断等诸多领域的技术发展和创新。　　为适应快速变化的市场和顾客化的产品需求，高速切削和高速加工技术必将在生产工艺离散型和混合型企业（如模具、船舶、汽车和航空航天等制造企业）中得到进一步发展和应用。未来高速切削机床结构将会具有更高的刚度和抗振性；随着机床技术、刀具技术和工艺技术的发展，刀具寿命将会更长，工件上下料、丈量和换刀等辅助时间将会更短。以上是用户分享关于高速切削的关键技术及应用的资料希望对您有所帮助了，感谢您对就爱阅读的支持！
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兰生专家认为应考虑高速切削加工的特殊性，对实施高速切削加工的机床提出新的要求。只有这样才能实现高速、高效、高精度的平衡切削。
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对高速切削加工机床的要求
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超高速切削及其对机床、刀具的要求
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切削加工仍是当个主要的机械加工方法，在机械制造业中占据着重要地位。据估计，机械制造业中30%～40%的工作量是切削加工，全世界每年切削加工耗费约2500亿美元。超高速切削技术是近年来发展起来的集高效、优质和低耗为一身的先进制造技术。它借助于自身独特的加工机理和技术特点，具有极高的加工效率、极高的加工质量。很低的加工成本以及拓宽的应用范围等一系列的优越性，使切削技术发生了彻底的改革性进步。1超高速切削加工的主
切削加工仍是当个主要的机械加工方法，在机械制造业中占据着重要地位。据估计，机械制造业中30%～40%的工作量是切削加工，全世界每年切削加工耗费约2500亿美元。 超高速切削技术是近年来发展起来的集高效、优质和低耗为一身的先进制造技术。它借助于自身独特的加工机理和技术特点，具有极高的加工效率、极高的加工质量。很低的加工成本以及拓宽的应用范围等一系列的优越性，使切削技术发生了彻底的改革性进步。 1 超高速切削加工的主要特点超高速切削加工不仅可大幅度缩短加工时间，提高加工效率，降低加工成本，而且可以使零件的表面加工质量和加工精度达到更高的水平。超高速切削加工具有以下主要特点： 工件热变形减少 在超高速切削加工中，由于切屑在极短时间内被切除，切削热绝大部分被切屑带走，因而工件温度并不高，不仅受热变形的可能性减小，而且可避免热应力、热裂纹等表面缺陷。 有利于保证零件的尺寸、形位精度 在超高速切削加工中，单位切削力由于切削层材料软化减少，从而减少零件加工的变形，这对于加工薄壁类刚性差的零件特别有利。 可获得较好的加工表面质量 超高速切削加工可减小表面硬化层深度，减小表面层残余应力及表面层微观组织的热损伤，从而减少零件表面层材质的机械、物理及化学性质产生变化的可能性，保证已加工表面的内在质量，确保零件的使用性。粗精加工工序复合加工，几乎不需要在加工后消除内应力，例如模具表面的超高速硬铣削，可以部分取代电火花成形加工。 工艺系统振动减小 在超高速切削加工中由于机床主轴转速很高，激振频率远离机床固有频率，因而使工艺系统振动减小，提高了加工质量。 显著提高材料切除率 在提高切削速度的同时可提高进给速度，从而显著提高材料切除率。例如超高速铣削，当保持切削厚度不变(每齿进给量和切深不变)，进给速度比常规铣削可提高5～10倍，从而达到很高的材料切除率。超高速铣削已广泛用于汽车工业、航空航天工业和模具制造业，加工铝、镁等轻金属合金、钢材及铸铁。例如汽车发动机缸体、缸盖、减速器壳体，飞机的整体铝合金薄壁零件，淬硬模具钢以及镍基会金、钛合金等难加工材料。提高材料切除率的策略已由强力而缓慢转向快速而轻便，机床由强力型(提高力学特性参数)转向高速型(提高速度特性参数)。2 超高速切削加工对机床系统的主要要求高速切削机床是实现高速及超高速切削的必要条件之一。超高速切削对机床的主要要求如下： 有一个适应于超高速运转的主轴部件及其驱动系统 主轴的变速范围完全由变频调速交流主轴电机来实现，并使电机和机床主轴合二为一，构成所谓的电主轴。由于电主轴结构紧凑、重量轻、惯性小、响应特性好，并且避免振动与噪声，因而是高速主轴单元的理想结构。 高速主轴单元的核心是高速精密轴承。高速主轴可采用的轴承包括空气轴承、静压轴承、动压轴承、滚动轴承和磁浮轴承。 目前空气轴承受到切削载荷较小及较小过载能力的限制，静压轴承则由于摩擦热及有关功率损失而使转速受限，故这两种轴承应用有限。 动静压混合轴承采用流体动力和流体静力有机结合的方法，使主轴在油膜支撑中旋转，具有径向和轴向跳动精度高、刚度好、阻尼特性好、粗精加工均适用、轴承寿命无限长等优点，受到Ingersoll公司的大力推崇。 经多年努力现已研究开发成功了两种适宜超高速运转的新型轴承——陶瓷滚动轴承和磁浮轴承。 在高速转动条件下，滚动轴承中滚动体的离心力和陀螺力短将急剧增大。为了减少滚珠离心力，一般采取两个措施：①减小滚珠直径。②采用氯化硅陶瓷材料做滚珠(Si3N4)。用这种材料做成的陶瓷轴承具有高速、高刚度、低温升、长寿命的优点，是使用广泛而经济的高速轴承。目前在高速机床主轴上主要采用混合陶瓷球轴承(氯化硅滚珠与钢制轨道)，滚道可进行涂层或其他表面处理。 磁浮轴承是用电磁力将主轴无机械接触悬浮起来的新型智能化轴承，高速性能好、精度高、易实现实时诊断和在线控制，是高速加工机床主轴理想的支承元件，相继被许多国家用于高速加工机床上。 另外还要合理地选择润滑方式。主轴承润滑为高速主轴转速的提高起着重要作用。特别是滚动轴承，采用油空气润滑或喷油润滑是不可避免的课题。采用油空气润滑后，轴承的dn值将比脂润滑提高30%～50%。喷油润滑的轴承极限转速可达(2.3～2.5)×106r/min。有一个快速反应的数控伺服系统和进给部件 超高速机床是精密的数控机床。在进行超高速切削时，为了保持刀具每齿进给量基本不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅度提高。目前，高速加工中心和NC铣床工作台的进给量(进给速度)已达到20～30m/min，快速空程速度高达 40～60m/min，加速度达 25m/s2，因而对进给部件的动态特性提出了非常高的要求。主要措施有：①大幅度减轻移动部件的重量。②采用多线螺纹行星滚柱丝杠代替目前的滚珠丝杠。国外生产的某些高速加工中心(例如法国Ex-cell-O公司的XHC－240型卧式加工中心)，已在其X、Y、Z三个坐标方向采用了直线伺服电机，省去了滚动丝杜等中间传动环节，把机床的进给传动系统缩至最短。这种直接传动的最大优点是可得到很高的瞬时加(减)速度，系统动态响应快，从而可大大提高工作台进结和快速行程速度(高达60～80m/min)，提高定位精度(0.004mm)，并可减少插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。当用20m/min的进给速度铣削圆孔时，其形状误差＜0.004mm。③采用快速反应的伺服控制系统。 大流量喷射冷却系统 在超高速切削时，单位时间内将产生大量的热切屑，必须把它迅速从工作台清除，以免妨碍高速切削的正常进行，避免产生机床、刀具和工件的热变形。解决这个问题的主要方法是：①开发新型的高压喷射装置，把压力为7MPa、流量为60L/min左右的高压切削液射向机床的切削部位。②以“瀑布”方式将大量切削液从机床顶部淋向机床工作台，把大量的热切屑立即冲离工作台，始终保持工作台面的清洁，并形成一个恒温的小环境，保证加工精度。③用防护罩把切削区完全封闭起来，以防止切屑和切削液到处飞溅，污染工作环境。在高速旋转的刀具周围，用足够厚的优质钢板和防弹玻璃做安全罩和观察窗，以确保人身和设备的安全。 有一个“三刚”(静刚度、动刚度、热刚度)特性都很好的机床支承元件 如用聚合物混凝土(polymer concrete)，即所谓的“人造花岗岩”制成的超高速机床的床身或立柱，其阻尼特性比铸铁高7～10倍，而密度只有铸铁的1/3。提高机床刚性的一个措施是改革床体结构，例如美国 Giddings & Lewis公司在其RAM高速加工中心的设计上，大胆地将立柱和底座合为一整体。 据Ingersoll公司称，高速加工对支承固有频率的要求比常规机床高出3倍以上。该公司推出的HVM800卧式加工中心的床身采用钢板焊接件，其内腔充满阻尼材料。3 超高速切削加工刀具高速切削刀具是实现高速切削及超高速切削的必要条件之二，同时它也是实现高速及超高速切削的重要条件。 刀具材料的突破 由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍。高速和超高速加工正是基于这一重要前提，对刀具材料既要求硬度高、耐磨性好、耐热性(红硬性)好，又要求韧性好、耐冲击。近30年来，刀具材料所取得的突破，使得这一难题得到了很好的解决：①随着增强陶瓷刀具和涂层技术的应用，大大提高了刀具的硬度，并使刀具兼有高硬度的刃部和高韧性的基体。②聚晶立方氮化硼刀片(PCBN)，硬度达HV，已成为高速切削淬硬钢的首选刀具。③同样用聚晶方法得到的聚晶金刚石(PCD)刀片，硬度可达HV，已应用于车刀、铣刀、钻头等，进入了高速切削有色金属领域，有时也应用于切削黑色金属。 高速加工用的刀具材料，必须根据工件材料和加工性质来选择。一般而言，陶瓷、金属陶瓷及PCBN刀具等，适用于对钢、铁等黑色金属的高速加工；PCD和CVD等刀具材料，适用于对铝、镁、铜等有色金属的高速加工。刀具的结构 采用物美价廉的硬质合金、金属陶瓷、涂层材料制造的可转让刀片和整体刀具，并用集成平衡装置和相应结构对付离心力使刀具产生的高应力。 PCBN和PCD均是先制成0.5～1mm的薄片，然后烧结在硬质合金基体上，达到兼有高硬度和高韧性的目的，同时也节约了成本。刀刃形状 刀具切削刃形状对加工质量也有很大影响。例如金刚石刀具切削刃有适当结晶方位时，能极大地改善刀具寿命和加工表面的粗糙度等。刀具的形状正向着高刚性、复合化、多刃化和表面超精加工方向发展。随着新型刀具材料和超硬磨料磨具的实用化以及机床技术的进步，切削加工的高参数化是永无止境的。目前及今后一段时间，高速化仍将具有明显优势。 4 结束语高速及超高速切削加工是正在发展的一项先进制造工艺。在当前的技术条件下，实现高速及超高速切削的代价还比较昂贵。可以预期，随着世界范围内众多科研机构、高等院校、公司开发部门对高速切削的深入研究和开发应用，高速切削加工的相关技术必将得到长足的发展
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