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高速切削是一項(xiàng)綜合技術(shù)，要根據(jù)產(chǎn)品的材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的切削刀具，采用最佳的切削工藝，以達(dá)到理想的高速切削加工的效果、產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。高速切削是集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進(jìn)制造技術(shù)，是切削加工新的里程碑。

   高速切削的定義

   進(jìn)入21世紀(jì)，切削加工依然是制造技術(shù)最基礎(chǔ)的工藝，而高速切削則是切削加工工藝最重要的發(fā)展方向。高速加工技術(shù)的起源可以追溯到1931年，德國(guó)切削物理學(xué)家薩洛德在這個(gè)時(shí)期有一項(xiàng)專利，在其中對(duì)高速切削加工工藝作了描述。此后，大約過了30年，人們才對(duì)高速切削的切削過程和工作原理有了了解。但是只有開發(fā)出相應(yīng)高效的機(jī)床附件（例如高速電主軸、高材質(zhì)刀具和高品質(zhì)表面涂層技術(shù)以及相應(yīng)的夾具）后，高速切削才真正步入正軌。

   根據(jù)1992年國(guó)際生產(chǎn)工程研究會(huì)（CIRP）年會(huì)主題報(bào)告的定義，高速切削指切削速度超過傳統(tǒng)切削速度5~10倍的切削加工。高速切削分高速銑削、高速車削及高速鉆孔等，但絕大部分是高速銑削。不同的材料其參數(shù)是不同的，目前加工鋁合金已達(dá)到2000~7500m/min；鑄鐵為900~5000m/min；鋼為600~3000m/min。實(shí)際上在機(jī)床上進(jìn)行高速切削加工時(shí)，不僅有高的切削速度，而且要有高的進(jìn)給速度（含快移速度）以及能在最短時(shí)間和行程內(nèi)達(dá)到指定速度的高加（減)速度與之相配合。高速切削加工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及機(jī)床、刀具、工件和若干外圍技術(shù)，比如CAM技術(shù)、加工狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)等。

   汽車變速器殼體加工，國(guó)外已廣泛采用高速加工中心、高強(qiáng)度刀柄、高效刀具進(jìn)行加工，基本是自動(dòng)化、無人化加工。比較前瞻的國(guó)內(nèi)制造業(yè)，也在本世紀(jì)初引進(jìn)加工中心，但由于選配較低，加工效率基本為國(guó)外的50％。即使購買了高效刀具，由于機(jī)床老化，也達(dá)不到預(yù)期效果。所以在國(guó)內(nèi)推廣高速加工技術(shù)起步較晚。

   豐田某變速器殼體，國(guó)際水平的加工工時(shí)為12~13分鐘，在日本的加工時(shí)間為14~15分鐘，國(guó)內(nèi)加工時(shí)間為30分鐘左右（采用新設(shè)備、新刀具后為16~17分鐘），差距是一目了然的。

   高速切削基本原理

   高速切削技術(shù)是包括高速切削機(jī)床，高性能刀具技術(shù)，高速切削加工理論及工藝等諸多相關(guān)技術(shù)的一項(xiàng)綜合技術(shù)。

   通常認(rèn)為采用的切削速度和進(jìn)給速度比常規(guī)加工速度高5——10倍的加工方式就是高速加工。并非普通意義上的采用大的切削用量來提高加工效率的加工方式。而是采用高轉(zhuǎn)速，快進(jìn)給。小背吃刀量和小進(jìn)給量來去除余量。完成零件加工的過程。包括

   高進(jìn)給速度的高效加工工藝（HPM）和高生產(chǎn)率加工工藝（HSM）的高速切削技術(shù)。

   切削加工時(shí)，切削溫度隨切削速度升高而很快提高，但到一定速度后，因切屑帶走的熱量隨切削速度的提高而增加，切削溫度升高逐漸很慢，直至很少變化；隨切削速度的進(jìn)一步提高，切削溫度達(dá)到峰值后反而下降，到達(dá)一定值后就與普通切削具有一樣的溫度，而切削速度卻高出很多。

   高速切削加工切屑形成特征：每個(gè)分節(jié)基本保持一定的厚度，切屑在前刀面積累過程中由于刀具推擠作用而使切屑均勻增厚。?鋸齒在分節(jié)后沿前刀面和剪切面向上滑移的過程中，集中剪切面基本保持一個(gè)角度位置，即分節(jié)的前的前后面間保持平行剪切角被保留了下來的前后面間保持平行，剪切角被保留了下來。切屑分節(jié)自由表面基本保持了原來的長(zhǎng)度，沒有出現(xiàn)明顯的變形。

   高速切削的優(yōu)勢(shì)

   1、加工時(shí)間短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常規(guī)的5~10倍。

   2、刀具切削狀況好，切削力小，主軸軸承、刀具和工件受力均小。由于切削速度高，吃刀量很小，剪切變形區(qū)窄，變形系數(shù)ξ減小，切削力降低大概30%~90%。同時(shí)，由于切削力小，讓刀也小，提高了加工質(zhì)量。

   3、工件表面質(zhì)量好。首先工件粗糙度好，其次切削線速度高，機(jī)床激振頻率遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因而工藝系統(tǒng)振動(dòng)很小，十分容易獲得好的表面質(zhì)量。

   4、高速切削刀具熱硬性好，且切削熱量大部分被高速流動(dòng)的切屑所帶走，可進(jìn)行高速干切削，不用冷卻液，減少了對(duì)環(huán)境的污染，能實(shí)現(xiàn)綠色加工。

   5、可完成高硬度材料和硬度高達(dá)HRC40-62淬硬鋼的加工。如采用帶有氮化鋁鈦涂層（TiAlN）的硬質(zhì)合金刀具，在高速、大進(jìn)給和小切削量的條件下，完成高硬度材料和淬硬鋼的加工，可獲得十分高的表面質(zhì)量Ra0.4以下，基本上不用拋光。

   高速切削的條件

   1、高速切削機(jī)床，具有高主軸轉(zhuǎn)速、高動(dòng)態(tài)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)、大的功率、主軸和床身良好的剛性、優(yōu)良的吸振特性和隔熱性能、快速的CNC控制性能和可靠的安全防護(hù)等。

   2、高速切削刀具，具有良好的耐磨性、高的強(qiáng)度和韌性，優(yōu)良的刀具涂層技術(shù)，合理的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，高度動(dòng)平衡的刀具系統(tǒng)，安全可靠的夾緊方式，高同心度的刀刃精度質(zhì)量等。

   要求刀具材料與被加工材料的化學(xué)親合力要小，并且具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、抗沖擊性和耐磨性涂層刀具材料。涂層刀具通過在刀具基體上涂覆金屬化合物薄膜，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能。金屬陶瓷刀具材料，具有較高的室溫硬度、高溫硬度及良好的耐磨性。我司常用的金屬陶瓷刀具材料主要是PCD(聚晶金剛石)刀具材料和CBN(立方氮化硼)刀具材料，前者特別適用于變速器鋁合金殼蓋的加工，后者具有極高的硬度及紅硬性，可承受高切削速度，適用于超高速加工鋼鐵和淬硬鋼的加工。

   3、高速切削工藝優(yōu)化的高速加工參數(shù)，適合高速切削的加工走刀方式，專門的編程策略，充分冷卻潤(rùn)滑并具有環(huán)保特性的冷卻方式等。

   高速機(jī)床各主要部件的要求

   （1）高速主軸系統(tǒng)

   主軸的轉(zhuǎn)速和功率應(yīng)根據(jù)本公司生產(chǎn)零件的工件材料、刀具、生產(chǎn)工藝流程等確定，高速加工的主軸轉(zhuǎn)速通常應(yīng)不低于15000r/min；此外，主軸應(yīng)滿足長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)工作條件，而且精度高，剛性好、運(yùn)行平穩(wěn)；應(yīng)具備高效的主軸冷卻系統(tǒng)，以減小主軸的熱變形。

   （2）高速進(jìn)給系統(tǒng)

   每分鐘幾十米速度的多維系統(tǒng)，形成軌跡復(fù)雜而精確的超高速進(jìn)給系統(tǒng)，其突出的難點(diǎn)有二處：一是運(yùn)動(dòng)慣性要降低到最小的程度；二是數(shù)控伺服系統(tǒng)要具有高速而精確的跟蹤性能，因此必須滿足高進(jìn)給速度、高加速度、高精度、高可靠性和高安全性要求，進(jìn)給速度通常應(yīng)不低于20m/min。采用小運(yùn)動(dòng)慣量輕質(zhì)移動(dòng)部件，以實(shí)現(xiàn)高加速度。

   （3）機(jī)床結(jié)構(gòu)

   確保機(jī)床的承載能力、高剛性、熱穩(wěn)定性、耐沖擊性和抗振性，為了使機(jī)床的固有頻率闊別切削顫振頻率，獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，國(guó)外均采用新奇的非金屬大阻尼材料作支承件。

   （4）安全防護(hù)

   由于高速切削飛濺的切屑和碎片具有子彈般的殺傷力。所以須置以具有防彈效果的防護(hù)體系，同時(shí)，還要考慮到觀察和操縱的方便性。

   （5）溫控系統(tǒng)

   應(yīng)有效地改善機(jī)床的熱穩(wěn)定性。

   （6）高速CNC控制系統(tǒng)

   系統(tǒng)不僅要求運(yùn)算速度快，工作穩(wěn)定性好，且應(yīng)具有NURBS插補(bǔ)、加工殘余分析，待加工軌跡監(jiān)控等高速高精度控制功能，以確保高速加工的成功實(shí)現(xiàn)。

   （7）冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)

   適當(dāng)?shù)睦鋮s方式和噴射壓力，有利于實(shí)現(xiàn)高精度和高效率加工。超高速加工時(shí)，必然產(chǎn)生大量的高溫?zé)崆行迹仨毎阉杆購墓ぷ髋_(tái)上弄走，避免導(dǎo)致機(jī)床、工件和刀具產(chǎn)生熱變形，以及妨礙切削加工的繼續(xù)進(jìn)行。

   （8）刀柄系統(tǒng)

   滿足剛性好、傳遞轉(zhuǎn)矩大、體積小、動(dòng)平衡好、高速切削振動(dòng)小等要求，對(duì)于不同材料的工件，應(yīng)具有相應(yīng)的刀具材料、刀具參數(shù)和特殊的刀體結(jié)構(gòu)。

   殼體加工工藝安排的一點(diǎn)建議

   1)殼體前后兩個(gè)面上的螺紋孔、螺栓過孔、定位銷孔預(yù)孔、軸承孔預(yù)孔的位置精度要求一般在0.2左右，這類孔安排在立加上完成，基準(zhǔn)平面，工藝銷孔的加工也放在立加上完成。

   2)臥加較立加的定位精度要好很多，而且臥加回轉(zhuǎn)定位精度很高，可以確保殼體兩個(gè)面之間的位置精度，因此我們將殼體上的軸承孔、兩面上的定位銷孔、重要平面的最終加工放在臥加上完成。為了避免殼體轉(zhuǎn)序?qū)庸け砻娴目呐鰟潅覀円话愣紝⒃摴ば蜃鳛闅んw加工的最后一道工序。

   3)殼體的周邊孔要求都不是很高，但是要多角度轉(zhuǎn)位加工。雖然可以采用立加帶四軸的加工方式，但是這種方式裝卸工件很不方便，因此我們一般情況下還是將殼體周邊內(nèi)容加工安排在臥加上加工。

   五、目前我們企業(yè)高速切削目前存在如下問題

   1、缺乏合理的加工參數(shù)選擇方案

   高速切削作為一種全新的切削方式，目前尚沒有完整的加工參數(shù)表可供選擇，也沒有許多加工實(shí)例可供參考。在高速加工時(shí)，大多數(shù)依然是依靠以往的經(jīng)驗(yàn)，或者進(jìn)行大量的試切來選擇參數(shù)，達(dá)到最佳的切削效果，找到合理的加工參數(shù)是目前高速切削應(yīng)用的一個(gè)首要問題。

   2、缺乏合適的刀具選擇方法

   刀具是高速切削推廣應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵問題。由于高速切削的切削機(jī)理與傳統(tǒng)的切削完全不同，加工的磨損機(jī)制與失效形式，刀具的受力狀況，形成的切削形態(tài)等都不同。傳統(tǒng)的銑削加工，刀具的主要失效形式是后刀面磨損，而在高速切削中，其失效形式根據(jù)加工的條件以及工件材料不同而完全不同，比如有刀尖破碎，前、后刀面磨損，刀桿折斷等各種形式，并且不同的刀具與不同的工件材料組合產(chǎn)生的效果也不一樣。如何選擇合理的高速切削刀具，盡可能延長(zhǎng)刀具使用壽命，以及最大限度地發(fā)揮刀具的性能。高速切削是一項(xiàng)綜合技術(shù)，企業(yè)在購置合適的高速切削機(jī)床后，必須根據(jù)產(chǎn)品的材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的切削刀具，采用最佳的切削工藝，以達(dá)到理想的高速加工效果。高速切削中的高速不僅是一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，而更應(yīng)該是一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。它不僅是一個(gè)技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)的切削速度，而且必須是一個(gè)由此可獲得較大經(jīng)濟(jì)效益的高切削速度。