数控加工技术的基础知识

目前高速切削加工技术逐步在制造业推广应用，但要给高速切削下一个确切的定义还比较困难，高速切削加工的切削速度范围较难给出。高速切削加工是一个相对的概念，它与加工材料、加工方式、刀具、切削参数等有很大的关系。

高速切削加工的优势

高速切削加工之所以得到制造业越来越广泛的应用，是因为它相对于传统加工方式具有显著的优越性，具体说来有以下特点：

1．提高生产率

高速切削加工中主轴转速和进给速度的提高，可以提高材料的去除率。与传统加工技术相比，高速切削加工主轴转速高，切削进给速度高，切削量小，但在单位时间内的材料切除量却增加了数倍。同时，高速切削加工可加工淬硬零件，许多零件一次装夹可完成粗、半精和精加工等全部工序，对复杂型面加工也可以直接达到零件表面质量要求，进而大大提高加工生产率。

2．改善加工精度和表面质量

高速切削加工的精度很高。高速切削加工机床必须具备高刚性和高精度等性能，同时由于切削力低，工件热变形小，切削深度小，而进给速度较快，加工表面粗糙度很小，切削铝合金时可达Ra0.4~0.6，切削钢件时可达Ra0.2~0.4。

3．减少切削产生的热量

在高速切削加工中，切削过程产生的热量大部分被切屑带走，而不是传到工件中去，因此，工件温升低，热变形、热膨胀小，可以有效的减少工件的热变形。

4．减小切削力

由于高速切削采用较浅的切削深度和较窄的切削宽度，因此与常规切削相比切削力可至少减小30%以上。这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形，使一些薄壁类精细零件的切削加工成为可能。

5．部分代替某些工艺

常规切削加工不能加工淬火后的材料，淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削加工则可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可完全省去电火花加工、手工磨削等工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除了人工光整加工，缩短工艺路线。

高速切削加工实现的要求

高速切削加工主要由两个特点：一是主轴转速较高，一般情况下主轴转速在10 000～60 000 r/min；二是高速进给，进给速度一般在每分钟几米甚至几十米以上。由于进给速度很大，机床主轴的惯性就成为高速加工时最不能忽视的要素，在机床和控制系统的选配过程中都要予以充分的考虑，否则，使用不当不仅会缩短设备的使用寿命，而且会影响加工质量。因此，高速切削加工技术对机床、刀具、控制系统、编程、工艺流程、设计系统等都提出了更高的要求，所以不能沿用老一套数控加工的思路。

1．高速加工对机床的要求

由于高速加工的特点，高速加工机床必须满足以下几个条件：首先，机床的功率必须足够大，以满足在加工时对机床功率速度变化的需求；其次，是必须配给结构紧凑的高速主轴，高速进给丝杠；再次，机床必须配备实心的台架、刚性的龙门框架且基体材料应对机床的结构振动衰减作用较大，这种结构对机床的结构振动衰减作用可有效消除加工中的振动，提高机床的稳定性；最后，是对伺服电机的要求，采用直接驱动的线性马达可提高加工质量并极大简化了结构，而且很容易达到高的线速度且能提供恒定的速率，使速度的变化不超过0.01%，从而使工件获得最佳的表面质量和更长的刀具寿命。

2．高速加工对数控系统的要求

对于高速切削加工的数控系统，必须有高速、高精度的插补系统、快速响应数控系统和高精度的伺服系统；必须具备程序预读、转角自动减速、优化插补、可适用于通用计算机平台等功能。

3．高速加工对主轴的要求

由于主轴的转速较高，为减少主轴的轴向窜动和径向圆跳动，对主轴的结构和轴承提出了较高的要求，整体制造法可以极大的减少主轴在高速回转时产生的误差。通过选用高精度的轴承，可有效提高主轴的动平衡性，从而减少工件的加工误差。近年来，超高速电主轴制造技术的突破，对高速切削加工的应用起到了重要的作用。

4．高速加工对刀具的要求

高速切削加工中刀具的选择非常重要，选择刀具主要从两个方面考虑，一是高速旋转状态下的刀具动平衡状态，另一个是如何确保刀具的寿命。为保证高速旋转状态下刀具能够绕轴线稳定旋转，目前采用两种办法：一是采用带有动平衡装置的刀具，此类刀具在刀套里面安装了机械滑块或采用流体动平衡设计；另一种就是采用整体刀具，刀套与刀体合为一体，以确保刀体与刀套安装过程中间隙最小。从整体使用性能来看，整体刀具在这一方面是最理想的。但是，由于刀套与刀体是一体的，一旦刀体报废，刀套也就一起报废了，因此费用较高。

高速加工对刀具的总体要求是平衡、材料先进、制造精度高、安全、易排屑和多用途。

5．高速加工对切削参数的要求

高速切削加工中，在主轴转速一定的情况下，首先要注意对切削深度的控制，包括刀具的轴向切削深度和刀具的径向切削深度。切削深度的控制对于能否加工出一个合格零件以及延长刀具的使用寿命起到非常关键的作用，因此应保持稳定的切深和比较小波动范围的切宽。一般情况下，高速加工的切削参数宜采用更高的切削速度，精加工时更少的加工余量，更密的刀位轨迹及更小的切深，以求得到高精度和降低零件表面的粗糙度值。