超高速切削技术体系、技术现状和发展趋势-

论文导读：
摘要 沿袭数十年的普通数控机床的传动与结构已远远不能适应要求，必须进行全新设计。因此，有人称高速与超高速机床是2l世纪的新机床，其主要特征是实现机床主轴和进给的直接驱动，是机电一体化的新产品。
关键词 超高速切削；技术；体系；现状；发展
A 文章编号 1674-6708（2012）72-0124-02
现代工业技术的发展技术不断发展，车床加工的工艺也逐渐向精细化、自动化发展。在这种环境下，机床材料与结构、机床设计、快速给进系统、自动化制造技术、高性能刀架系统、高速轴承系统、高性能切削技术、高性能刀具等多方面的软硬件技术充分发展，以此为基础综合发展而出现了较为复杂的工业系统工程的高速切削技术。
1 超高速切削技术的优越性
在现代工业科学技术的不断发展进步中，高速与超高速切削刀具与机床设备等关键技术取得了突破性的进展，使得朝高速切削工艺逐渐走向成熟。超高速切削工艺技术不断进步，切削速度范围不断扩展，在实际的生产应用过程中，铝合金的超高速切削速度已经能够达到每分钟1 500m～5 500m，铸铁的超高速切削速度为每分钟750m～4 500m，普通刚的切削速度为每分钟600m～800m，给进速度达到每分钟20m～40m。随着现代工艺的发展，超高速切削的技术还在不断发展，实验室中铝合金的切削速度已经超过了每分钟6 000m，给进加速度已经能够达到3倍重力加速度。超高速切削的具体特点与优势包括以下几点。

1.1 可提高生产效率

在机床加工的切削过程中，生产效率的提高是核心。而生产效率的主要影响因素包括加工系统的自动化程度、机床机械的动作时间与辅助加工时间。根据文献资料，机床主轴给进与转动的速度大幅度提高，使得加工时间减少一半，从而简化了机床的机械结构，减少了1/4的零件数量，简化了维护的过程。

1.2 可获得较高的加工精度

现代机械技术的发展，减少了1/3以上的切削力，使得工件的加工精度增加。由于减少了变形程度，降低了切削热量向工件的传导，能够使工件的温度加热程度减少，减少了热变形程度，从而提高了加工精度。在大型薄板件、框架见、薄壁槽型件的加工过程中，要实现加工过程的高效率与高精度，主要的有效加工方式即为超高速切削。

1.3 能获得较好的表面完整性

生产效率不断提高的工艺改进中，能够实现进给量的减少，以较小的进给量增加加工表面的光滑程度，同时切削力改变幅度降低且减少切削力的作用，工艺系统的固有频率相比机床激振频率小很多，所有振动对加工工件表面质量的影响较小，切削热传人工件的比率大幅度减少，加上表面的受热时间短，切削温度低，加工表面可保持良好的物理力学性能。
2 超高速磨削技术的现状与发展趋势
20世纪60年代初，高速磨削的砂轮速度曾一度达到90m/s，但更多的还是在45m/s～60m/s之间使用。20世纪70年代初，高速磨削在各工业发达国家得到较快的发展，砂轮圆周速度基本达到80m/s～90m/s，少数磨床砂轮线速度达到120m/s。高速磨削作为最早开发应用的一种高效磨削技术曾风靡一时，但是，高速磨削并未按原先预料的方向发展。通过研究，高速磨削时，一方面由于磨屑厚度变小，磨削能会增加，磨削热增加；另一方面磨削液难以进入磨削区，使传入工件的热流比例增大。这就使工件受热变形和表面烧伤等成为限制砂轮速度进一步提高的主要因素。此外，早期的高速磨削技术在当时技术水平下还受到了普通砂轮的强度、普通磨料的耐磨性、机床结构和成形砂轮修整等多方面因素的制约。高速磨削技术在一段时间内发展缓慢，只是在对磨削温度没有限制的高效磨中，砂轮速度发展到120m/s。在20世纪50年代末，源于：7彩论文网论文的格式www.7ctime.com
德国的ELB磨床公司首创了另一种高效磨削加工方法——缓进给磨削，即砂轮的线速度保持普通磨削时的水平，而加大切削深度，降低工件进给速度，使砂轮像铣削那样工作，从而提高材料去除率，获得磨削的精度和表面粗糙度。缓进给磨削几乎是同高速磨削同时发展起来的一种高效磨削技术。自1963年缓进给磨削机床正式投入工业应用以来，一直受传统砂轮速度(u。<35m/s)的限制。人们普遍认为高砂轮速度不适合于深磨场合，因为砂轮速度的提高会引起磨削温度上升，导致磨削烧伤的危险性增加。
1979年，德国的P.G.Wemer博士预言了高效深磨区存在的合理性，Wemer在试验基础上将缓进给磨削的深磨机制推广到高速磨削领域，提出了高效深磨的新概念。该磨床成功应用于螺杆齿轮、丝杠、工具沟槽、转子槽、齿槽等零件的机械加工中，用磨削加工代铣加工。在这种情况下，外界才真正开始意识到HEDG技术的巨大能量，并受到全世界的极大关注。HEDG技术将传统的磨削加工工艺提高到了难以想象的程度，材料去除率Q+达到50-1000m3/(mm·s)，磨削比一般在20 000以上。这种技术能够实现零件毛坯到成品的直接加工，同时结合粗加工与精加工，与传统铣削、车削加工工艺相比较，极大程度提高了加工效率、缩短了加工时间。HEDG真正使磨削实现了高效优质的结合，因而被誉为磨削技术发展的高峰。近年来，随着人造金刚石和立方氮化硼超硬磨料砂轮的推广应用和高速磨削机制研究的进一步深入，高速磨削得以再度兴起，并实现了砂轮线速度高于普通磨削5倍～6倍的超高速磨削。20世纪80年代末期，市场上已出现了80m/s～120m/s的磨床，实验室的磨削速度已达230m/s。德国居林公司已制造出砂轮线速度为14m/s～160m/s的CBN磨床，现在工业上实用磨削速度已达到了150m/s～250m/s，实验室中达到400m/s，并表现出非常优异的磨削效果。
3 结论
超高速切削对机床结构的要求是最基本的关键技术，其技术包括直线驱动告诉进给系统、主轴结构改进单元、数字控制与伺服驱动的高性能系统、超高速切削刀具技术工艺与配套系统、实时监控系统、稳定的安全装置、高效的冷却系统、高阻尼和高刚度的机床床体结构、方便可靠的换刀装置、良好的动态特性和热特性。
此外，超高速切削工艺也非常重要，忽视这点也很难实现高速与超高速切削。
参考文献
宋昌才.高速机床与高速切削在现代机械加工中的应用[J].新技术新工艺，2002(9)：2-5.
陈炜.现代机械加工中高速切削的应用[J].太原科技，2003(4)：80-81，83.