【摘要】介紹高速加工技術(shù)發(fā)展過程，高速加工技術(shù)的原理，特點與應用以及優(yōu)缺點。 

一、引 言 

    高速加工技術(shù)作為先進制造技術(shù)中的重要組成部分，正成為切削加工的主流，具有強大的生命力和廣闊的應用前景。高速加工的理念從20世紀30年代初提出以來，經(jīng)過半個多世紀艱難的理論探索和研究，并隨著高速切削機床技術(shù)和高速切削刀具技術(shù)的發(fā)展和進步，直至20世紀80年代后期進入工業(yè)化應用。目前在工業(yè)發(fā)達國家的航空航天、汽車、模具等制造業(yè)中應用廣泛，取得了巨大的經(jīng)濟效益。 

二、高速加工技術(shù)的發(fā)展 

    20世紀中后期，隨著社會生產(chǎn)力的提高和科學技術(shù)的發(fā)展，特別是材料、信息、等領域的長足進步，對常規(guī)的金屬加工效率產(chǎn)生了更高的要求。需要在保證加工質(zhì)量的同時能夠盡快的完成金屬切削加工過程，提高生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，進而提升企業(yè)的產(chǎn)能，增加企業(yè)收入。在這樣的背景之下，高速加工技術(shù)概念提出20年后，從20世紀50年代后期開始，高速切削加工的理論基礎研究開始在世界范圍內(nèi)展開。  

    首先是高速加工理論研究和探索階段（1931年—1971年）。由于當時還沒有高速加工的機床，不能進行很高速的切削加工實驗，于是采用了彈射實驗的方法。研究表明很多材料是可以通過高速切削來實現(xiàn)加工的，可以大大的提高生產(chǎn)效率，但是要解決高速切削過程中嚴重的刀具磨損和機床振動現(xiàn)象。  

    然后是高速加工應用基礎研究探索階段（1972年—1978年）。該階段主要探索了高速切削加工用于實際生產(chǎn)的可行性。最后發(fā)現(xiàn)：生產(chǎn)上應用切削速度（305~915）m/min切削加工鑄鐵和鋼；（610~3660）m/min切削加工鋁合金是可行的，并且可以有效地提高表面加工質(zhì)量，但要加強研究開發(fā)刀具和具有快速裝卸工件與更換刀具的高速加工機床。  

    隨后是高速加工應用研究階段（1979年—1989年）。此時期開始研究由磁懸浮軸承支持的高速電主軸系統(tǒng)，全面深入系統(tǒng)研究了高速銑削鐵屬和非鐵屬材料的基礎理論、高速切削刀具和機床技術(shù)、高速切削加工工藝和效率以及高速切削加工技術(shù)的實際應用，獲得許多有重要價值的成果。  

    目前是高速加工技術(shù)發(fā)展和應用階段（1990年至今）。1993年直線電機的出現(xiàn)拉開了高速進給的序幕，快速換刀和裝卸工件的結(jié)構(gòu)日益完善，自動新型電主軸高速切削加工中心也不斷投放到國際市場。高速切削刀具的材料、結(jié)構(gòu)和可靠的刀具與主軸連接的刀柄的出現(xiàn)與使用，標志著高速加工技術(shù)已從理論研究進入工業(yè)應用階段。高速加工技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)發(fā)達國家成為切削加工主流，日益廣泛的應用于模具、航空、航天、高速機車和汽車工業(yè)等，取得巨大的經(jīng)濟效益。 

三、高速加工技術(shù)的原理  

    在機械加工中，切削溫度是一個重要的制約參數(shù)，德國物理學家薩洛蒙在1931年提出的高速加工理論：當切削速度達到一定數(shù)值時，切削刃處的切屑去除溫度開始降低。他當時還同時提出了一個理論：用傳統(tǒng)刀具在更高切削速度下加工時，有可能提高生產(chǎn)效率。切削溫度和常規(guī)切削基本相同，但切削工時大大減小，生產(chǎn)效率可大幅提高。高速加工主要以較快的生產(chǎn)節(jié)拍進行加工，它是指刀具切削刃相對于零件表面的切削運動或移動速度超過普通切削的5~10倍，主要體現(xiàn)在刀具快進、工進及快退三個環(huán)節(jié)上。 

四、高速加工技術(shù)的特點及應用  

     高速加工主要有兩個特點：一是主軸轉(zhuǎn)速較高，一般情況下主軸轉(zhuǎn)速在10 000~60 000r/min;二是高速進給，進給速度一般在每分鐘幾米甚至幾十米以上。由于進給速度很大，機床主軸的慣性就成為高速加工時不能忽視的要素，在機床和控制系統(tǒng)的選配過程中都要予以充分的考慮，否則使用不當不僅會縮短設備的使用壽命，而且會影響加工質(zhì)量。此外由于高速加工時機床設備、切削工具的正常狀態(tài)與普通加工有很大的差異，因此，高速加工與普通加工有很大的差異。所以，高速加工技術(shù)對機床、刀具、控制系統(tǒng)、編程、工藝流程、設計系統(tǒng)等方面都提出了更高的要求，所以不能采用老一套加工的思路。 

五、高速加工技術(shù)的優(yōu)缺點 

    高速加工之所以得到工業(yè)界越來越廣泛地應用，是因為它相對傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性，具體說來有以下優(yōu)點： 

    1.可提高生產(chǎn)效率，高速切削加工允許使用較大的進給率，比常規(guī)切削加工提高5～10倍，單位時間材料切除率可提高3～6倍。當加工需要大量切除金屬的零件時，可使加工時間大大減少。 

    2.降低了切削力: 由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低30%，這對于加工剛性較差的零件

來說可減少加工變形，使一些薄壁類精細工件的切削加工成為可能。   

    3.提高了加工質(zhì)量  

    因為高速旋轉(zhuǎn)時刀具切削的激勵頻率遠離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會造成工藝系統(tǒng)的受迫振動，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的精確性，也使得切削破壞層變薄，殘余應力小，實現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工。 

從動力學角度分析頻率的形成可知，切削力的降低將減小由于切削力產(chǎn)生的振動(即強迫振動)的振幅；轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的固有頻率，避免共振的發(fā)生；因此高速切削可大大降低加工表面粗糙度，提高加工質(zhì)量。    

4.加工能耗低，節(jié)省制造資源  

由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的在制時間短，從而提高了能源和設備的利用率，降低了切削加工在制造系統(tǒng)資源總量中的比例，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

5.簡化了加工工藝流程,  常規(guī)切削加工不能加工淬火后的材料，淬火變形必須進行人工修整或通過放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工。   由于高速切削的特點決定了高速切削可以節(jié)省切削液、刀具材料和切削工時，從而可極大限度地節(jié)約自然資源和減少對環(huán)境的污染，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，因此，高速切削在工業(yè)生產(chǎn)尤其是規(guī)模較大的汽車企業(yè)和與之相關(guān)的模具制造業(yè)上的應用具有“燎原”之勢。  

    同時，高速加工在現(xiàn)今的制造業(yè)中也存在一些不足之處： 

1、工件特點方面的不足：加工較復雜的工件，加工成本會大大增加，很多復雜工件、薄壁工件、深窄槽加工、微細加工等加工難度較大，甚至無法加工。 

2、加工精度方面的不足：需要昂貴的高精度、高剛性的機床，機床成本是電火花機床的3～5倍。對于內(nèi)邊角加工無法實現(xiàn)，存在刀具干涉、無合適刀具等原因，還需用電火花加工或鉗工二次加工處理。

3、加工材料方面的不足：加工淬火工件，刀具昂貴成本高，且刀具壽命很低。

4、加工速度方面的不足：對機床的控制系統(tǒng)要求很高。對編程以及操作人員技術(shù)素質(zhì)要求很高，對人員的依賴性較強。 

六、結(jié)論 

    高速加工技術(shù)已應用于航空、航天、汽車等行業(yè)中的車、銑、鏜、鉆、拉、鉸、攻絲、磨削加工, 適用 于鋁合金、鋼、鑄鐵、鈦合金、鎳基合金、銅合金、纖 維增強的合成樹脂等所有傳統(tǒng)切削材料, 以及難 加工材料的加工。 

    高速加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的必有之路, 是 切削加工發(fā)展的主要方向之一。推廣應用高速加 工技術(shù)不但可以大幅度提高機械加工的效率、質(zhì) 量, 減低成本, 而且可帶動一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展。隨著高速切削加工及其關(guān)鍵技術(shù)的研究, 新的更高速、超高速機床和刀具的應用, 必將對機械制造也產(chǎn)生重要而深遠的影響。