淺談高速切削加工技術(shù)在數(shù)控機床中的運用

焦丕顯，李林，肖光臨，呂巖

（1.沈陽第一機床廠；2.沈陽機床（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110000）

隨著我國機械制造業(yè)的飛速發(fā)展以及更多的工作需求，數(shù)控機床被越來越多地應(yīng)用到機械制造領(lǐng)域，同時，隨著時間的推移，數(shù)控機床的重要影響也日益顯現(xiàn)出來。在機械制造領(lǐng)域，在提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對能源資源節(jié)約是機械制造行業(yè)始終追求的目標。高速切削加工技術(shù)特點明顯，優(yōu)勢顯著，能夠滿足數(shù)控機床的不同需求。本文對數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)做相關(guān)分析，并提出了具體的應(yīng)用策略，同時，探討了高速切削加工技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控機床中的未來發(fā)展趨勢。

1 數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)的現(xiàn)狀

高速切削加工技術(shù)是數(shù)控機床運用的金屬加工方法，也是綜合性較高的新科技。數(shù)控機床實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)是實現(xiàn)高速切削加工的基礎(chǔ)。而高速切削機床中的刀具和工件是高速切削加工的關(guān)鍵執(zhí)行部件，在目前的國際市場，提供高速加工中心或生產(chǎn)數(shù)控機床設(shè)備的廠家，其生產(chǎn)的代表性產(chǎn)品技術(shù)性能均達到了一定水準。我國雖然對高速切削加工技術(shù)做了大量研究，也取得了一定進展，但與國外技術(shù)水平相比，還是有一定的差距，因此，需要我們的相關(guān)研究人員再接再厲，在吸收國外先進技術(shù)的同時，爭取研發(fā)出更符合我國發(fā)展的技術(shù)。

2 數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)的基本要求

要想實現(xiàn)產(chǎn)品的高速加工，需要對機床主軸單元進行科學(xué)合理的設(shè)計，這也是技術(shù)領(lǐng)域中實現(xiàn)目標的關(guān)鍵所在，同時，也是數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工的關(guān)鍵部件。

對主軸單元進行設(shè)計要求中，不僅需要轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)達到很高的標準，還要保證同軸度的高度一致，對傳遞力矩和傳動功率也有嚴格要求，同時，還需要裝置具備良好的冷卻和散熱性能，嚴格矯正動平衡，保證主軸單元動態(tài)和熱態(tài)的良好特性，需要在極短的時間通過高標準的角速度變化達到速度升降和嚴格的開始和停止。數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)后，會和普通的機床有明顯的不同，具體表現(xiàn)在：主軸轉(zhuǎn)速會比普通機床的快N 倍，利用高速運轉(zhuǎn)達到高效切削加工的目的；主軸加減速度遠高于普通機床。只有達到這些標準，才能使數(shù)控機床快速精準地加工產(chǎn)品，進而保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 高速切削加工技術(shù)的具體優(yōu)勢

高速切削加工技術(shù)是科技進步和社會發(fā)展的產(chǎn)物，該技術(shù)對切削速度進行了優(yōu)化，同時，不僅使切削溫度穩(wěn)定性更好，還對產(chǎn)品精度做到了進一步提升，把高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到機械制造領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，具體表現(xiàn)如下。

3.1 生產(chǎn)效率得到提升

高速切削加工技術(shù)大大提升了切削的工作效率，與機械制造加工中的傳統(tǒng)切削相比，同一時間利用高速切削技術(shù)能夠使切削量提升至少四倍。同時，高速切削加工技術(shù)還對工序有很好的改進作用，使工序集中性更強，保證目標的順利完成。傳統(tǒng)切削需要把工件進行劃分，然后，對不同的工序?qū)嵤┎煌募庸ぃ龠M行裝卸和搬運，不僅耗費時間，還降低了加工制造的速度。如果采用高速切削加工技術(shù)，傳統(tǒng)的劃分工件工序等直接通過一道工序就可以完成，不僅節(jié)約大量的人力物力和時間，還大大提升了機械制造的生產(chǎn)效率。

3.2 提升了制造加工的精準度

高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機床中，不僅使加工工序得到了進一步簡化，還有效縮短了加工時間，進一步提升了加工精準度。在機械制造加工中，利用高速切削進行加工制造，保證了工件切削的受力變小同時提高了切削速度，使傳統(tǒng)工件因擠壓力度過大引發(fā)變形的問題大大減少，極大地提升了產(chǎn)品的合格率。不僅如此，應(yīng)用高速切削加工技術(shù)后，工件在加工中因高速切削的快速性降低了熱量的產(chǎn)生，由于切削加工速度的高效性，使切削產(chǎn)生的熱量迅速散開，使工件受熱程度顯著降低，避免了由于溫度過高致使工件受損發(fā)生變形的問題，使機械加工制造的精準度得到提升，進而提升產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 利于能源資源的節(jié)約

把高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機床中，不僅使各種資源得到了有效利用，還使機械制造所需能源的消耗得到了顯著降低，極大地提升了能源利用率，保證了數(shù)控機床加工制造的整體效益。

4 數(shù)控機床運用高速切削加工技術(shù)的具體方面

4.1 高速切削加工技術(shù)應(yīng)用中的機床主軸

數(shù)控機床的關(guān)鍵部分是機床的主軸，這也是加工制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。加工制造中，需要主軸在保持高速運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上穩(wěn)定運行，同時，還需要其傳遞力矩及傳動功率狀態(tài)良好，以便更好地散熱。將高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到機床主軸中，不僅保證了上述功能的穩(wěn)定實施，還有效提升了運轉(zhuǎn)過程的穩(wěn)定性，對機床主軸控制溫差的水平得到了進一步提升。同時，應(yīng)用高速切削加工技術(shù)使機床的軸承支撐力更強，潤滑性能更好，使主軸的整體性能得到了提高，進而有效增長了機床主軸的使用壽命。

4.2 運用中的伺服單元

如果機床主軸轉(zhuǎn)速得到提升，與之配套的機床進給速度也需要隨之提升，使刀具進給量保持平衡，進而提升切削速度。同時，還需要提升加工制造的表面質(zhì)量，以此增大刀具的使用年限。鑒于此，針對數(shù)控機床的伺服單元，應(yīng)配備響應(yīng)速度一致的設(shè)施。我國數(shù)控機床中廣泛使用的伺服單元有滾珠螺桿副和直線導(dǎo)軌副，桿端對轉(zhuǎn)動的抵抗能力較高，使傳動阻尼處在低水平狀態(tài)，有利于促進數(shù)控機床加工的效率性和質(zhì)量。

4.3 運用中機構(gòu)設(shè)計的合理性

只有選擇合理的機構(gòu)設(shè)計，才能保證高速切削加工技術(shù)的充分應(yīng)用。在切削作業(yè)中，機床是作業(yè)中最基礎(chǔ)的部分，因此，這部分結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性需要具備良好的狀態(tài)，同時，剛度和強度也要符合標準，在運行過程中，需要始終處于低阻尼狀態(tài)。為了保證機床結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，可以適當使用冷卻液或冷卻油霧，通過控制傳感達到結(jié)構(gòu)合理的目的，進而有效控制數(shù)控機床的主軸和所有溫度達到預(yù)期效果，保證機床運轉(zhuǎn)過程始終保持理想的溫度，以免由于熱變化過大對工件質(zhì)量造成不同程度的影響，進而提高機械制造加工的整體質(zhì)量。

4.4 高速切削加工運用中的配套刀具

根據(jù)實際情況需要對配套的刀具材料進行合理選用，以保證刀具使用的優(yōu)質(zhì)性和持續(xù)性。普遍使用的高速切削刀具材料，具體包括硬質(zhì)合金、涂層刀具、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼以及金剛石刀具等。這些刀具材料各有其優(yōu)點，針對工件材料及切削速度范圍的不同選用合適的刀具，高速切削加工刀具材料需要根據(jù)所加工制造的工件材料及性質(zhì)做合理選擇。另外，還需注意，應(yīng)根據(jù)實際情況對高速切削刀具的角度進行合理設(shè)置，和傳統(tǒng)的刀具比起來，高速切削刀具的前角需要適當減小，根據(jù)實際情況可以將其控制在二三度左右，而刀具后角則需要增大到一定范圍，標準在五度到八度之間。同時，還要對刀具的刀桿和刀套精度做進一步提高，使其在高速切削中更加精準，刀柄可以選用空心質(zhì)地輕薄的材料，通過對配套刀具性能的提升，使數(shù)控機床加工制造的效率性更高，加工制造的產(chǎn)品質(zhì)量和精度更好。

4.5 高速切削加工運用中的數(shù)控系統(tǒng)

將高速切削加工技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控機床中，還需要使相關(guān)聯(lián)的數(shù)控系統(tǒng)和高速切削技術(shù)保持高度一致，在機械制造加工中，將數(shù)控系統(tǒng)的整體性能做進一步提升，并為之配置更加符合要求的專業(yè)計算機系統(tǒng)，同時，要保證配置系統(tǒng)的科技性和優(yōu)異性，保證系統(tǒng)有強大的數(shù)控功能，保證其更加靈活通用、安全可靠，針對比較復(fù)雜的數(shù)控功能能夠便于實現(xiàn)，并且還要保證維護或使用都非常方便，同時，還要具備一定的網(wǎng)絡(luò)連接功能和遠程通信功能。

4.6 高速切削加工技術(shù)運用中的冷卻液

冷卻液在數(shù)控車床加工制造中起著非常重要的作用，通過冷卻液不僅可以對加工制造所產(chǎn)生的溫度進行有效降低，還能對加工刀具起到潤滑作用，有效延長高速切削刀具的使用壽命。使用冷卻液需要注意以下幾方面，具體包括：（1）不能使用有毒的冷卻液，如果含有有害成分，會對操作區(qū)域中相關(guān)人員的身體健康造成一定的威脅；（2）不能使用易燃冷卻液，由于數(shù)控機床的電器設(shè)施較多，如果電線發(fā)生老化或加工制造中超負荷工作可能會發(fā)生引燃事故，同時，高速切削中也會產(chǎn)生一定的高溫，如果冷卻液成分易燃也會發(fā)生安全事故；（3）腐蝕性冷卻液不能使用，如果冷卻液有腐蝕性，會導(dǎo)致機器橡膠部件發(fā)生硬化或膨脹，也可能會導(dǎo)致機器表面的涂層出現(xiàn)不同程度的脫落，損壞機器的正常使用；（4）如果冷卻液帶有導(dǎo)電功能，可能導(dǎo)致機器中的感應(yīng)器部件失靈，使機器無法正常運轉(zhuǎn)；（5）切勿使用變質(zhì)冷卻液，如果冷卻液成分發(fā)生變質(zhì)，就會大大降低高速切削加工中的冷卻性能及潤滑功效，對機械加工制造的產(chǎn)品精度產(chǎn)生一定影響，進而影響加工產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

5 數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)的趨勢方向

隨著我國科技發(fā)展的不斷進步，再加上國民不斷增強的環(huán)保意識，為了更好地順應(yīng)時代發(fā)展，高速切削加工技術(shù)越來越趨向于綠色化和高精度化，這在機械制造加工實際生產(chǎn)中具有十分重要的意義。

5.1 高速切削加工技術(shù)的綠色化趨勢

數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)時，由于生產(chǎn)制造的需求，需要添加大量的冷卻液，冷卻液不僅成本較高，還會污染周圍的環(huán)境，有很大弊端。為了順應(yīng)當今國民逐漸增強的環(huán)保意識，高速切削加工技術(shù)在實際運用中越來越趨向于綠色化。比如，在數(shù)控機床實際加工中，如果為了生產(chǎn)需要不得不使用大量冷卻液時，就需要科學(xué)合理地設(shè)計相關(guān)的回收再造技術(shù)，以降低冷卻液的污染程度，進而減少能源資源的消耗率。高速切削加工技術(shù)綠色化是發(fā)展的必然趨勢，這也對數(shù)控機床未來加工制造有重要意義，機械制造領(lǐng)域應(yīng)將其作為未來行業(yè)發(fā)展的目標，提升加工制造效率的同時進一步保護環(huán)境。

5.2 高速切削加工技術(shù)的高精度化趨勢

數(shù)控機床加工應(yīng)用高速切削加工技術(shù)，利用先進的數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助，進一步提升了機械加工的智能化水平，使機械加工的精準度顯著增強。另外，在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的幫助下，利用先進的數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了工件加工的自主補充，使機械加工制造中的實際需求得到了進一步滿足。

5.3 高速切削加工數(shù)控機床的智能和模塊化

為了進一步提升制造效率，一些比較發(fā)達的制造企業(yè)應(yīng)用了先進的模塊化及系統(tǒng)化思想。將某范圍內(nèi)的產(chǎn)品，按照一定的標準原則通過不同的功能劃分，設(shè)計功能和結(jié)構(gòu)獨立的基礎(chǔ)模塊，然后，組合成不同的MC 機床，最后，以低成本短周期快速生產(chǎn)出成品以滿足市場的不同需求。與高速切削加工數(shù)控機床配套的技術(shù)性部件產(chǎn)品已經(jīng)呈現(xiàn)模塊化和系列化，比如，某些廠家專門制造生產(chǎn)電主軸單元，某些廠家專門生產(chǎn)高壓冷卻系統(tǒng)等。對產(chǎn)品做模塊化設(shè)計時，就需要考慮其在硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)方面的兼容性，在產(chǎn)品實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)的同時還要保證其開放性。現(xiàn)代數(shù)控機床在向模塊、智能、網(wǎng)絡(luò)、開放化方向發(fā)展，這也是數(shù)控機床未來發(fā)展的主要特點。

5.4 將數(shù)控車床和加工中心復(fù)合成一體

為數(shù)控車床刀盤增加動力刀架形成固定的車削中心，但在實際加工中，不僅功率低速度還遠遠達不到要求。如果用高速電主軸功能部件代替刀盤，再配備系統(tǒng)化的模塊化部件和刀庫，就會實現(xiàn)車削和銑削的高精度加工。這就是應(yīng)用最廣泛且難度最大的車銑復(fù)合加工，它是將數(shù)控車床和加工中心進行復(fù)合而成。隨著數(shù)字化技術(shù)等綜合型科技的不斷發(fā)展，機械制造領(lǐng)域的信息數(shù)字化發(fā)展也得到了顯著提升。一些新型的高速切削數(shù)控加工設(shè)備，通過智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)展應(yīng)用體現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢和功能。在數(shù)字科技日益發(fā)達的今天，機械制造領(lǐng)域只有嚴格遵循相關(guān)的標準，對產(chǎn)品信息保持一致性，并對高速切削加工技術(shù)進行不斷研究和發(fā)展，才能使機械制造技術(shù)真正實現(xiàn)智能化和全球化以及加工制造的高效性。

6 結(jié)語

高速切削數(shù)控機床向數(shù)字化、高效化方向發(fā)展是必然趨勢，世界各國也都在通過相關(guān)工作原理對其展開大量研究和開發(fā)，使機械制造加工生產(chǎn)速度更快、效率更高、精準度更高，并對投入成本高和工作空間限制性高做一定的攻克，通過高效生產(chǎn)降低成本，同時，利用生產(chǎn)時間及交貨時間的有效縮短來提升機械制造的整體競爭力。隨著電子科技技術(shù)的不斷發(fā)展以及制造和控制技術(shù)的不斷前進，數(shù)控機床應(yīng)用高速切削加工技術(shù)會更上一個新臺階。通過以上表述可以得出，高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用不僅使加工生產(chǎn)效率得到了提升，還提升了制造加工的精準度，通過應(yīng)用高速切削加工技術(shù)，大大節(jié)約了加工時間和勞動力，進而有效提升了能源資源的節(jié)約。隨著我國不斷發(fā)展的科技手段和國民日益增強的環(huán)保意識，高速切削加工越來越趨向于綠色化和高精度化以及智能網(wǎng)絡(luò)化，這也是機械制造領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢，是保證機械制造行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。