高速切削关键技术的发展

高速切削技术是目前机械加工领域中的最前沿技术，高速切削具有：金属切除率高于常规切削5-10倍；切削力比传统切削低约30%，切削变形小；被加工表面有较低的切削热；易于实现无振动切削；精加工成本低等诸多的优点。 
高速切削技术的实施主要取决于机床、刀具、加工方法和冷却技术的实施。当前高速机床和高速刀具技术发展较快，并由此产生出许多关键性技术。有高速电主轴系统、快速进给系统、高速高效CNC控制系统、高速切削刀具材料和刀具结构、高速切削刀柄系统、高速切削加工的安全防护与实时监控技术等，这些关键技术对高速切削技术的发展和应用起着决定性的作用。而先进加工方法和冷却技术研究相对来说还比较落后，当然这取决于高速切削机理研究的相对落后。 
高速切削技术是一个工程科学问题，影响因素众多，且各因素又是相互制约，相互关联与耦合。包括了力学、机床动力学、热力学、化学、材料学、摩擦学和经济学等，所以说高速切削技术是一门综合交叉性学科。 
高速切削机理研究的主要内容 
高速切削机理研究主要从四个方面来进行：高速切削过程和切屑成形机理；高速加工基本规律；各种材料的高速切削机理；高速切削虚拟技术。其中： 
（1）高速切削过程和切屑成形机理的研究是针对高速切削加工中切屑成形机理、切削过程的动态模型、基本切削参数等反映切削过程原理的研究来进行。 
（2）高速加工基本规律的研究是针对高速切削加工中的切削力、切削温度、刀具磨损、刀具耐用度和加工质量等现象及加工工艺参数对这些现象的影响规律进行研究；提出反映其内在联系的数学模型、实验方案和试验数据处理等间题。 
（3）各种材料的高速切削机理研究是针对各种工程材料在高速切削下的切削机理，包括轻金属材料、钢和铁、复合材料、难加工合金材料等。通过系统的实验研究和分析，建立高速切削数据库等。 
（4）高速切削虚拟技术研究是针对在试验研究的基础上，利用虚拟现实和仿真技术，虚拟高速加工过程中刀具和工件相对运动的作用过程，对切屑形成过程进行动态仿真，显示加工过程中的热流、相变、温度及应力分布等，预测被加工工件的加工质量，研究切削速度、进给量、刀具和材料以及其他切削参数对加工的影响等。 
高速机床研究的主要内容 
高速切削加工机床与普通机床的主要区别在于高速机床必须能够提供高的切削速度和满足高速切削加工下的一系列功能要求。 
适合于高速运转的主轴单元及其驱动系统 
高速主轴单元的设计，是实现高速加工的最关键的技术领域之一，同时也是高速加工机床最为关键的部件。它不仅要能在很高的转速下旋转，而且要有高的同轴度、高的传递力矩和传动功率、良好的散热或冷却装置，要经过严格的动平衡矫正，主轴部件的设计要保证具有良好的动态和热态特性，具有极高的角加减速度来保证在极短时间内实现升、降速和在指定位置的准停。 
有快速反应的进给系统单元和数控伺服驱动系统 
高速机床在高速切削加工时，随着主轴转速的提高，机床进给速度和其加、减速度也必须大幅度提高，以保证刀具每齿或工件每转进给量基本不变，否则会严重影响工件加工的表面质量和刀具寿命。同时机床空行程运动速度也必须大大提高。现代高速加工机床进给系统执行机构的运动速度要求达到（40-120）m/min，进给加速度和减速度同样要求达到（1-8）g。 
机床进给驱动系统的设计必须突破传统一般数控机床中的“旋转伺服电机+普通滚珠丝杠”的进给传动方式。在结构形式上采取的主要措施有：大幅度减轻进给移动部件的重量，在结构上实现“零传动”，即直接采用直线电机驱动；采用多头螺纹行星滚柱丝杠代替常规钢球式滚珠丝杠以及采用无间隙直线滚动导轨，实现进给部件的高速移动和快速准确定位；采用快速反应的伺服驱动CNC控制系统。