浅谈高速切削加工技术在数控机床中的运用

焦丕显，李林，肖光临，吕岩

（1.沈阳第一机床厂；2.沈阳机床（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）

随着我国机械制造业的飞速发展以及更多的工作需求，数控机床被越来越多地应用到机械制造领域，同时，随着时间的推移，数控机床的重要影响也日益显现出来。在机械制造领域，在提升生产效率和产品质量的基础上，对能源资源节约是机械制造行业始终追求的目标。高速切削加工技术特点明显，优势显著，能够满足数控机床的不同需求。本文对数控机床应用高速切削加工技术做相关分析，并提出了具体的应用策略，同时，探讨了高速切削加工技术应用在数控机床中的未来发展趋势。

1 数控机床应用高速切削加工技术的现状

高速切削加工技术是数控机床运用的金属加工方法，也是综合性较高的新科技。数控机床实现高速运转是实现高速切削加工的基础。而高速切削机床中的刀具和工件是高速切削加工的关键执行部件，在目前的国际市场，提供高速加工中心或生产数控机床设备的厂家，其生产的代表性产品技术性能均达到了一定水准。我国虽然对高速切削加工技术做了大量研究，也取得了一定进展，但与国外技术水平相比，还是有一定的差距，因此，需要我们的相关研究人员再接再厉，在吸收国外先进技术的同时，争取研发出更符合我国发展的技术。

2 数控机床应用高速切削加工技术的基本要求

要想实现产品的高速加工，需要对机床主轴单元进行科学合理的设计，这也是技术领域中实现目标的关键所在，同时，也是数控机床应用高速切削加工的关键部件。

对主轴单元进行设计要求中，不仅需要转速运转达到很高的标准，还要保证同轴度的高度一致，对传递力矩和传动功率也有严格要求，同时，还需要装置具备良好的冷却和散热性能，严格矫正动平衡，保证主轴单元动态和热态的良好特性，需要在极短的时间通过高标准的角速度变化达到速度升降和严格的开始和停止。数控机床应用高速切削加工技术后，会和普通的机床有明显的不同，具体表现在：主轴转速会比普通机床的快N 倍，利用高速运转达到高效切削加工的目的；主轴加减速度远高于普通机床。只有达到这些标准，才能使数控机床快速精准地加工产品，进而保证加工产品的质量。

3 高速切削加工技术的具体优势

高速切削加工技术是科技进步和社会发展的产物，该技术对切削速度进行了优化，同时，不仅使切削温度稳定性更好，还对产品精度做到了进一步提升，把高速切削加工技术应用到机械制造领域优势明显，具体表现如下。

3.1 生产效率得到提升

高速切削加工技术大大提升了切削的工作效率，与机械制造加工中的传统切削相比，同一时间利用高速切削技术能够使切削量提升至少四倍。同时，高速切削加工技术还对工序有很好的改进作用，使工序集中性更强，保证目标的顺利完成。传统切削需要把工件进行划分，然后，对不同的工序实施不同的加工，再进行装卸和搬运，不仅耗费时间，还降低了加工制造的速度。如果采用高速切削加工技术，传统的划分工件工序等直接通过一道工序就可以完成，不仅节约大量的人力物力和时间，还大大提升了机械制造的生产效率。

3.2 提升了制造加工的精准度

高速切削加工技术应用到数控机床中，不仅使加工工序得到了进一步简化，还有效缩短了加工时间，进一步提升了加工精准度。在机械制造加工中，利用高速切削进行加工制造，保证了工件切削的受力变小同时提高了切削速度，使传统工件因挤压力度过大引发变形的问题大大减少，极大地提升了产品的合格率。不仅如此，应用高速切削加工技术后，工件在加工中因高速切削的快速性降低了热量的产生，由于切削加工速度的高效性，使切削产生的热量迅速散开，使工件受热程度显著降低，避免了由于温度过高致使工件受损发生变形的问题，使机械加工制造的精准度得到提升，进而提升产品质量。

3.3 利于能源资源的节约

把高速切削加工技术应用到数控机床中，不仅使各种资源得到了有效利用，还使机械制造所需能源的消耗得到了显著降低，极大地提升了能源利用率，保证了数控机床加工制造的整体效益。

4 数控机床运用高速切削加工技术的具体方面

4.1 高速切削加工技术应用中的机床主轴

数控机床的关键部分是机床的主轴，这也是加工制造的关键环节。加工制造中，需要主轴在保持高速运转的基础上稳定运行，同时，还需要其传递力矩及传动功率状态良好，以便更好地散热。将高速切削加工技术应用到机床主轴中，不仅保证了上述功能的稳定实施，还有效提升了运转过程的稳定性，对机床主轴控制温差的水平得到了进一步提升。同时，应用高速切削加工技术使机床的轴承支撑力更强，润滑性能更好，使主轴的整体性能得到了提高，进而有效增长了机床主轴的使用寿命。

4.2 运用中的伺服单元

如果机床主轴转速得到提升，与之配套的机床进给速度也需要随之提升，使刀具进给量保持平衡，进而提升切削速度。同时，还需要提升加工制造的表面质量，以此增大刀具的使用年限。鉴于此，针对数控机床的伺服单元，应配备响应速度一致的设施。我国数控机床中广泛使用的伺服单元有滚珠螺杆副和直线导轨副，杆端对转动的抵抗能力较高，使传动阻尼处在低水平状态，有利于促进数控机床加工的效率性和质量。

4.3 运用中机构设计的合理性

只有选择合理的机构设计，才能保证高速切削加工技术的充分应用。在切削作业中，机床是作业中最基础的部分，因此，这部分结构的热稳定性需要具备良好的状态，同时，刚度和强度也要符合标准，在运行过程中，需要始终处于低阻尼状态。为了保证机床结构设计的合理性，可以适当使用冷却液或冷却油雾，通过控制传感达到结构合理的目的，进而有效控制数控机床的主轴和所有温度达到预期效果，保证机床运转过程始终保持理想的温度，以免由于热变化过大对工件质量造成不同程度的影响，进而提高机械制造加工的整体质量。

4.4 高速切削加工运用中的配套刀具

根据实际情况需要对配套的刀具材料进行合理选用，以保证刀具使用的优质性和持续性。普遍使用的高速切削刀具材料，具体包括硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼以及金刚石刀具等。这些刀具材料各有其优点，针对工件材料及切削速度范围的不同选用合适的刀具，高速切削加工刀具材料需要根据所加工制造的工件材料及性质做合理选择。另外，还需注意，应根据实际情况对高速切削刀具的角度进行合理设置，和传统的刀具比起来，高速切削刀具的前角需要适当减小，根据实际情况可以将其控制在二三度左右，而刀具后角则需要增大到一定范围，标准在五度到八度之间。同时，还要对刀具的刀杆和刀套精度做进一步提高，使其在高速切削中更加精准，刀柄可以选用空心质地轻薄的材料，通过对配套刀具性能的提升，使数控机床加工制造的效率性更高，加工制造的产品质量和精度更好。

4.5 高速切削加工运用中的数控系统

将高速切削加工技术应用到数控机床中，还需要使相关联的数控系统和高速切削技术保持高度一致，在机械制造加工中，将数控系统的整体性能做进一步提升，并为之配置更加符合要求的专业计算机系统，同时，要保证配置系统的科技性和优异性，保证系统有强大的数控功能，保证其更加灵活通用、安全可靠，针对比较复杂的数控功能能够便于实现，并且还要保证维护或使用都非常方便，同时，还要具备一定的网络连接功能和远程通信功能。

4.6 高速切削加工技术运用中的冷却液

冷却液在数控车床加工制造中起着非常重要的作用，通过冷却液不仅可以对加工制造所产生的温度进行有效降低，还能对加工刀具起到润滑作用，有效延长高速切削刀具的使用寿命。使用冷却液需要注意以下几方面，具体包括：（1）不能使用有毒的冷却液，如果含有有害成分，会对操作区域中相关人员的身体健康造成一定的威胁；（2）不能使用易燃冷却液，由于数控机床的电器设施较多，如果电线发生老化或加工制造中超负荷工作可能会发生引燃事故，同时，高速切削中也会产生一定的高温，如果冷却液成分易燃也会发生安全事故；（3）腐蚀性冷却液不能使用，如果冷却液有腐蚀性，会导致机器橡胶部件发生硬化或膨胀，也可能会导致机器表面的涂层出现不同程度的脱落，损坏机器的正常使用；（4）如果冷却液带有导电功能，可能导致机器中的感应器部件失灵，使机器无法正常运转；（5）切勿使用变质冷却液，如果冷却液成分发生变质，就会大大降低高速切削加工中的冷却性能及润滑功效，对机械加工制造的产品精度产生一定影响，进而影响加工产品的最终质量。

5 数控机床应用高速切削加工技术的趋势方向

随着我国科技发展的不断进步，再加上国民不断增强的环保意识，为了更好地顺应时代发展，高速切削加工技术越来越趋向于绿色化和高精度化，这在机械制造加工实际生产中具有十分重要的意义。

5.1 高速切削加工技术的绿色化趋势

数控机床应用高速切削加工技术时，由于生产制造的需求，需要添加大量的冷却液，冷却液不仅成本较高，还会污染周围的环境，有很大弊端。为了顺应当今国民逐渐增强的环保意识，高速切削加工技术在实际运用中越来越趋向于绿色化。比如，在数控机床实际加工中，如果为了生产需要不得不使用大量冷却液时，就需要科学合理地设计相关的回收再造技术，以降低冷却液的污染程度，进而减少能源资源的消耗率。高速切削加工技术绿色化是发展的必然趋势，这也对数控机床未来加工制造有重要意义，机械制造领域应将其作为未来行业发展的目标，提升加工制造效率的同时进一步保护环境。

5.2 高速切削加工技术的高精度化趋势

数控机床加工应用高速切削加工技术，利用先进的数控网络技术的帮助，进一步提升了机械加工的智能化水平，使机械加工的精准度显著增强。另外，在网络信息技术的帮助下，利用先进的数控系统实现了工件加工的自主补充，使机械加工制造中的实际需求得到了进一步满足。

5.3 高速切削加工数控机床的智能和模块化

为了进一步提升制造效率，一些比较发达的制造企业应用了先进的模块化及系统化思想。将某范围内的产品，按照一定的标准原则通过不同的功能划分，设计功能和结构独立的基础模块，然后，组合成不同的MC 机床，最后，以低成本短周期快速生产出成品以满足市场的不同需求。与高速切削加工数控机床配套的技术性部件产品已经呈现模块化和系列化，比如，某些厂家专门制造生产电主轴单元，某些厂家专门生产高压冷却系统等。对产品做模块化设计时，就需要考虑其在硬件结构和软件系统方面的兼容性，在产品实现模块化生产的同时还要保证其开放性。现代数控机床在向模块、智能、网络、开放化方向发展，这也是数控机床未来发展的主要特点。

5.4 将数控车床和加工中心复合成一体

为数控车床刀盘增加动力刀架形成固定的车削中心，但在实际加工中，不仅功率低速度还远远达不到要求。如果用高速电主轴功能部件代替刀盘，再配备系统化的模块化部件和刀库，就会实现车削和铣削的高精度加工。这就是应用最广泛且难度最大的车铣复合加工，它是将数控车床和加工中心进行复合而成。随着数字化技术等综合型科技的不断发展，机械制造领域的信息数字化发展也得到了显著提升。一些新型的高速切削数控加工设备，通过智能网络发展应用体现出了强大的优势和功能。在数字科技日益发达的今天，机械制造领域只有严格遵循相关的标准，对产品信息保持一致性，并对高速切削加工技术进行不断研究和发展，才能使机械制造技术真正实现智能化和全球化以及加工制造的高效性。

6 结语

高速切削数控机床向数字化、高效化方向发展是必然趋势，世界各国也都在通过相关工作原理对其展开大量研究和开发，使机械制造加工生产速度更快、效率更高、精准度更高，并对投入成本高和工作空间限制性高做一定的攻克，通过高效生产降低成本，同时，利用生产时间及交货时间的有效缩短来提升机械制造的整体竞争力。随着电子科技技术的不断发展以及制造和控制技术的不断前进，数控机床应用高速切削加工技术会更上一个新台阶。通过以上表述可以得出，高速切削加工技术的应用不仅使加工生产效率得到了提升，还提升了制造加工的精准度，通过应用高速切削加工技术，大大节约了加工时间和劳动力，进而有效提升了能源资源的节约。随着我国不断发展的科技手段和国民日益增强的环保意识，高速切削加工越来越趋向于绿色化和高精度化以及智能网络化，这也是机械制造领域发展的必然趋势，是保证机械制造行业持续健康发展的基础。