提高生產(chǎn)率是機械制造領(lǐng)域的永恒課題，也是當(dāng)前機械制造領(lǐng)域普遍關(guān)注的問題爵憎。高速加工是目前獲得高生產(chǎn)率的重要手段鸡岗，關(guān)鍵在于創(chuàng)造條件，迅速普及戈锻。

　　機械制造領(lǐng)域當(dāng)前發(fā)展的特點是：難切削材料的大量出現(xiàn)使加工難度明顯增加艺踪；加工中也提出了許多需要迫切解決的課題，如硬切削皂州；為了保護環(huán)境哩讶，要求少用或不用切削油劑甲祖，即實現(xiàn)干切削或半干切削√芘洌總之鞍伟，機械制造面臨許多難題，在這樣的情況下请状，為了提高生產(chǎn)率秀吧，必須綜合利用有關(guān)的一切技術(shù)進步。特別是航空航天工業(yè)系統(tǒng)铝儒，由于難加工材料多醒腹、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制周期短抬邑、單件小批量產(chǎn)品多的特點漆暑，如何提高生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期个扰，一直是科技人員長期關(guān)注的重要問題瓷炮，也是航空航天系統(tǒng)必須抓緊解決的問題。

　　從另一方面看递宅，當(dāng)前科技發(fā)展迅速娘香，如何將新的技術(shù)和工藝移植過來，十分迫切办龄。值得注意的是烘绽，當(dāng)今世界，科技發(fā)展迅速俐填，極大地推動了機械制造各個方面的飛速發(fā)展安接，出現(xiàn)了提高生產(chǎn)率的多種方法和手段。眾所周知玷禽，單晶天然金剛石刀具的研磨難度很大赫段，一般采用高磷鑄鐵研磨盤，以金剛石粉末作磨料矢赁，效率極低糯笙。

　　最近日本報道，采用低含碳量蹈瑟、低導(dǎo)熱率的不銹鋼304(日本的牌號)制造成圓盤夯铡，將金剛石壓在4000r/min的回轉(zhuǎn)盤上，溫度控制在800℃相誓，金剛石的去除率極高闷墅，達到0.94mm3/min，工作時不使用磨料，而是利用物理熙屁、化學(xué)的作用扁奢，被稱為熱化學(xué)加工，這是打破常規(guī)的方法匹憎；又如最近的快速成型(RP)逻袭，可以在沒有模具的情況下成型，省去了模具制造的周期业满；電火花線切割的切割速度在國內(nèi)的快走絲機床上可以達到70mm2/min肢俄，瑞士的AGIE公司的機床可以達到500mm2/min，而日本三菱電機的機床則可達到550mm2/min李臀，達到了一般的銑削速度現(xiàn)在開展的高速磨削速度已經(jīng)達到60憎兽、120m／s，甚至到200m/s吵冒，在實驗室已達到500m/s纯命，而一般的磨削速度僅為30～35m/s。高速磨削是高效磨削方法桦锄，其切深淺扎附，走刀速度大；另外一種蠕動磨削與高速磨削剛好相反结耀，切深大，走刀速度小匙铡，但都是高效磨削图甜，只是切削用量不同，所以有人形象地比喻為“龜兔賽跑”鳖眼，各有所長黑毅。1931年，德國的CarlSalomon提出了有名的預(yù)言：一般切削速度與切削熱是同步增加的钦讳，但是經(jīng)過一個切削不了的死谷后矿瘦，切削速度即使增加；反而會出現(xiàn)切削熱下降栖挣，今天学蛤，鋁的切削速度已經(jīng)達到了5000m/min，CarlSalomon的預(yù)言將被揭示夫次。

　　綜上所述夭菲，都是以提高切削速度作為提高生產(chǎn)率的重要手段，當(dāng)然這不是全部搔冈，尚有待開發(fā)摇轨。因為高速加工主要體現(xiàn)在銑削方面，所以下面就以機械加工中心為主進行介紹肩菲。

　　機床發(fā)展是高效高速加工的前提條件

　　當(dāng)前由于機床制造技術(shù)的迅速發(fā)展翠坟，機械制造領(lǐng)域正在醞釀著巨大的變化已唐。數(shù)控機床發(fā)展成多軸機械加工中心，集約各種工序為一體醒狭，明顯地縮短了輔助時間胆狐，提高了生產(chǎn)率，同時減少了工件的裝夾次數(shù)肺灭，提高了加工精度虱而。綜上所述，當(dāng)前機床的發(fā)展目標(biāo)應(yīng)是：減少工序的更換开泽，明顯提高效率牡拇；趨向于工序集約，易于提高精度穆律；使用復(fù)合刀具惠呼、球頭立銑刀等先進工具，可提高每單位時間的切削量峦耘；走刀速度加快剔蹋，切削效率提高；能減少銑削后的打光工序辅髓；切削工具泣崩、托板的自動交換，自動化程度高洛口，輔助時間顯著縮短矫付；由于復(fù)雜零件容易加工，促進零件結(jié)構(gòu)的改進等第焰。從航空航天的角度看洞歼，普遍認為機床的這種發(fā)展，非常適合于單件小批量生產(chǎn)产贤，所以迅速地宣验、較多地在單件小批量生產(chǎn)系統(tǒng)中充實了這些裝備，實踐也表明了自動化的設(shè)備是符合航空航天系統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)展的需要的鹦房。

　　當(dāng)然娇晦，從提高生產(chǎn)率的角度分析，除了自動化加工以外看群，仍然存在著如何更進一步沦煤、更合理地利用各種技術(shù)進步的問題。從機床的發(fā)展觀察涯锅，機床主軸的高速化顯著地提高了轉(zhuǎn)速寇祈，高于10000r/min的機床已經(jīng)比較普遍。軸承技術(shù)的進步，為此提供了可能勋崇。主軸的發(fā)展憋庙，最突出的是電主軸已經(jīng)商品化。主軸的潤滑技術(shù)十分關(guān)鍵取视，受到各方面的關(guān)注硝皂。多年來，從油脂潤滑發(fā)展到油霧潤滑作谭、油氣潤滑稽物、環(huán)下(under-race)潤滑，甚至冷風(fēng)潤滑等折欠。伴隨著高速主軸的發(fā)展贝或，油脂潤滑已經(jīng)不能適應(yīng)，油霧潤滑由于污染的原因使用也在減少锐秦，現(xiàn)在使用最為廣泛的是油氣潤滑咪奖，更合理的是環(huán)下潤滑，使關(guān)鍵的內(nèi)環(huán)得到了更好的潤滑酱床。潤滑性能的提高羊赵，使?jié)L珠軸承也能承受70000r/min的高轉(zhuǎn)速。美國原來在機床主軸上采用的是ABEC7級高精度軸承扇谣，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到ABEC9級昧捷，說明軸承的精度提高是必須的。由于材料的發(fā)展帮廉，又出現(xiàn)了陶瓷滾珠徽榄，使得滾珠軸承的性能更加提高，這也是保證主軸高速化的需要闲耿。在提高主軸轉(zhuǎn)速和精度方面，也有采用氣浮靜壓軸承或者液浮靜壓軸承的皆舅，而磁力軸承則能達到更高的水平减组。

　　幾年前，美國J&L和Ingersoll公司推出了采用直線電機的高速機床特植，引起巨大的反響哆卓，在加大走刀速度方面起到了滾珠絲杠達不到的速度，但是當(dāng)時因為成本太高逝惑，在具體的應(yīng)用上岂苏，較多出現(xiàn)的是加大絲杠的螺距，增加頭數(shù)巾沟，或者制造成中空的大直徑絲杠限禀，通以溫控的水，保持適宜的溫度。也有主張采用靜壓絲杠的姥芥，但是從性能上仍有比較大的差距兔乞，它最高可以達到加速度1～1.5g，而直線電機可以達到10g以上凉唐。后來由于直線電機制造技術(shù)的進步庸追，其成本明顯降低，應(yīng)用明顯增加√ù眩現(xiàn)在在電火花機床上也采用了直線電機淡溯，如日本的SODICK甚至采用3個直線電機。只有走刀的高速化簿训，高速加工才能真正得到實現(xiàn)咱娶。當(dāng)然，圍繞高速加工仍有一系列的技術(shù)需要解決煎楣，例如豺总，托板交換、工具交換的速度也要增大择懂。

　　德國的DIGMA喻喳、CHIRON、STAMA蝶映，日本的大隈巍坦，瑞土的MIKRON等公司都是世界上有名的高速機床制造商。CHIRON的小型機械加工中心的工具交換時間已經(jīng)達到0.5s擦斑。同時也要求提高主軸的加減速度腿若，使主軸能在極短的時間里停止或者達到最高速，現(xiàn)在已經(jīng)可以達到2s左右才昔。

　　為了滿足高效率加工的需要谓蹂，機床的強度、剛度峰礁、穩(wěn)定性漠恰、抗振性等都接受了挑戰(zhàn)，所以從設(shè)計方面采用了CAD方法鞠洪，預(yù)先打好基礎(chǔ)蹲自；特別是在結(jié)構(gòu)材料上有了比較明顯的變化，出現(xiàn)了石質(zhì)材料取代傳統(tǒng)的鑄鐵和鋼的方法乏唤，如采用花崗巖颗介、陶瓷、人造花崗巖苇经、人造大理石等赘理。在超精密機床上還有采用零膨脹系數(shù)的微晶玻璃(德國稱為Zerodur宦言，日本稱為玻璃陶瓷)的。近幾十年來感憾，機床為了適應(yīng)生產(chǎn)率的發(fā)展要求蜡励，在結(jié)構(gòu)材料方面發(fā)生了很大的變化，機床的性能有了長足的進步阻桅。我國較早研制成功人造花崗巖凉倚，在花崗巖的應(yīng)用上已經(jīng)有比較長的歷史。德國DIGMA公司的高速機床結(jié)構(gòu)材料就采用了復(fù)合聚合物混凝土嫂沉，提高了機床的剛度稽寒，具有振動衰減性優(yōu)越(為鑄件的1/6～1/8)、低熱變形(為鑄件的1/25～1/40)的特點趟章。

　　近年來機床的發(fā)展日新月異杏糙，高速化、復(fù)合化蚓土、多功能化嚼般、高精度化的趨勢比較明顯，機械制造領(lǐng)域的主旋律則是提高生產(chǎn)率澄俘。例如DMG公司展示的激光銑削機械中心棱硝，將不同的工種集約在一臺機床上；為了更好地解決排屑的問題酸儿，德國的EMAG公司研制了倒置機械加工中心着届；當(dāng)前比較多的公司提供了5軸機械加工中心；特別是虛擬機床的出現(xiàn)昵鳍，從機床的設(shè)計上發(fā)生了較大的變化抢必，現(xiàn)在它依舊在發(fā)展之中。

　　切削工具性能的提高為高效高速加工發(fā)展提供了可能性

　　如果需要達到高效高速加工难宋，切削工具是另外一個重要的因素耗鲸。當(dāng)前切削工具材料的發(fā)展，對加工的需要創(chuàng)造了比較好的條件乙闰，除了高速鋼蔓献、硬質(zhì)合金以外，陶瓷基公、金屬陶瓷、超硬材料的發(fā)展起到了重要的作用宋欺。特別是陶瓷轰豆、超硬材料，對高效高速加工的發(fā)展提供了有力的支持齿诞。更值得提及的是酸休，1955年美國GE公司用高溫骂租、高壓合成超硬材料取得成功，促使切削領(lǐng)域發(fā)生了重大變化斑司。在這個基礎(chǔ)上渗饮，很快出現(xiàn)了PCD、PCBN宿刮，為難加工材料的切削互站、干切削、硬切削僵缺、超精密切削等的加工創(chuàng)造了條件胡桃。

　　在切削加工的另一個方面，就是表面技術(shù)在切削工具上的應(yīng)用磕潮，PVD(物理氣相沉積)昵裁、CVD(化學(xué)氣相沉積)不斷推陳出新，由單層發(fā)展成多層暖经、千層祈痢、復(fù)合涂層，現(xiàn)在又發(fā)展成納米涂層缕沟；涂層的材料姚菱，從TiN發(fā)展為A12O3、TiC族江、ZrO2惜荐、等，根據(jù)加工的要求站号，為提高耐高溫的性能用缔，又發(fā)展了TiCN、TiAlN尔减、TiSiN赠粘、CrSiN等。為了減少摩擦力缓艳，采用軟涂層校摩，如沉積MoS2，又如德國Guehring公司采用的Molyglide阶淘，這種涂層就是以MoS2為主的衙吩，它能減少切削中的摩擦系數(shù)。當(dāng)然這要根據(jù)被加工件的特點溪窒，分別地應(yīng)用在所需的加工上±と現(xiàn)在涂層技術(shù)又發(fā)展到了超硬涂層(類金剛石、金剛石澈蚌、立方氮化硼)摹芙，更使切削加工的范圍拓寬灼狰。特別值得提到的是薄膜涂層發(fā)展成為厚膜，它不同于天然金剛石浮禾，具有各向同性交胚，現(xiàn)在已經(jīng)在國內(nèi)外得到應(yīng)用，部分取代了天然金剛石∮纾現(xiàn)在也已經(jīng)解決了大顆粒單晶金剛石的合成技術(shù)蝴簇，這些變化對我國的影響非常深遠，我國已經(jīng)是世界合成金剛石產(chǎn)量最多的國家邑丰，這有利于我國發(fā)展高效加工技術(shù)伸危。

　　為了適應(yīng)高效高速加工，輔助工具也是十分重要的手段伺免，例如原來的組合夾具在機械加工中心的應(yīng)用中欺邻，為了提高其強度，已經(jīng)從槽系發(fā)展成為孔系徐敢。目前比較典型的是EROWA和3R組合工具的應(yīng)用橘抵，已經(jīng)從電加工，發(fā)展到機械加工中心上彰茉，不僅加快了節(jié)奏甲脚，更重要的是達到了高精度，這些工具從原來的模具電加工發(fā)展到了切削加工領(lǐng)域垮登。在帶柄的切削工具方面所需的刀柄帽拘，也在配合高效率、高精度切削加工的過程中發(fā)展了新型的結(jié)構(gòu)疙岂，例如液壓的坡疼、塑料的，現(xiàn)在又廣泛采用熱裝的刀柄衣陶，其夾緊的精度明顯提高柄瑰，達到2～3μm。現(xiàn)在這種裝置已經(jīng)成熟剪况，例如德國的ZOLLER公司已經(jīng)將這樣的裝置直接安裝在對刀儀上教沾，說明此項技術(shù)又向前推進了一步。工具的進步為高效加工提供了有力的支持译断。

　　為高效高速加工的實現(xiàn)創(chuàng)造條件

　　眾所周知授翻，航空航天工業(yè)從產(chǎn)量的角度看屬于多品種小批量生產(chǎn)，因此認為與自動化加工關(guān)系比較少孙咪，往往不采用自動化的裝備藏姐。自從NC機床出現(xiàn)以后，特別是各種機械加工中心誕生后该贾，人們的觀念開始發(fā)生微妙的變化羔杨。自從引進為數(shù)不少的機械加工中心以后，經(jīng)過一二十年的實踐杨蛋，小批量零件的加工自動化不僅發(fā)揮了重要的作用兜材，而且在周期、質(zhì)量上都有明顯的提高蛹段，工裝的數(shù)量也顯著減少猖生，特別在工序多、周期長捞书、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體零件的加工方面妥尘，更顯示出中心的優(yōu)越性。

　　值得考慮的一個問題是怎樣利用高速加工為高效加工服務(wù)佣锁。最近郊蹈，在世界各大展覽會上展示的設(shè)備更多強調(diào)的是高效率，在這個基礎(chǔ)上擎津，又強調(diào)利用高速加工房肿，也就是說，要綜合利用技術(shù)的進步朵聪。展示的機械加工中心大部分主軸的轉(zhuǎn)速為20000r/min左右暗环。這也許就是當(dāng)前的主旋律——高效高速加工。

　　為了實現(xiàn)高效高速加工亮花，必須考慮到各個方面副瀑，例如機床、工具的合理選擇恋谭；切削用量的恰當(dāng)使用糠睡；高速主軸保養(yǎng)；安全防護及切屑的及時清理等箕别。在這些方面铜幽，還需要進一步探討。以機床為例串稀，應(yīng)當(dāng)采用高速除抛、大功率的主軸；機床有足夠剛度母截、強度到忽；刀柄必須選擇與機床主軸的錐體和端面接觸，以防止在高速回轉(zhuǎn)時松動清寇；在防護方面喘漏，必須防止切屑的飛濺；切削油劑必須能注入到切削點上华烟，特別在高速磨削時塞补，為了防止工件燒傷青烙，噴嘴的設(shè)計特別重要，日本明治大學(xué)的橫川和彥發(fā)表了許多意見喻丐，值得參考冕店；由于高速切削的切屑量大，所以切屑必須及時地排除等腔水。

　　以切削工具為例嘁压，當(dāng)前涂層發(fā)展非常快已堆，針對加工的對象選擇是必要的爆踱；為了提高加工表面的質(zhì)量，采用球頭銑刀是合適的你拗，由于其中心的切削速度為零变抡，所以使用時可將立銑刀傾斜一個角度為了改善立銑刀引起的銑削顫振，采用帶圓角銑刀偏戳，這是最近的發(fā)展趨勢莉歼；為了改善冷卻效果采用帶油孔的工具；為了防止立銑刀的振動攻泼，將刀槽作成不等分或者不同的螺旋槽火架；在高速切削時，銑刀刀盤采用鋁合金忙菠，切斷刀的刀把往往強度差何鸡，所以日本住友公司提出采用硬質(zhì)合金，為了解決切屑的處理牛欢，采用合適的斷屑刀片骡男；在加工深孔時候，采用新型刀槽鉆頭傍睹，如Geuhring公司RT系列的鉆頭隔盛，其芯厚加大，提高了剛度拾稳，容屑槽加寬吮炕，切屑易于排出，所以有利于深孔加工访得；在機械加工中心上龙亲，必須采用數(shù)控刀具，這個認識是一致的左启，但是價格提高了∥欠恚現(xiàn)在復(fù)合刀具的大量出現(xiàn)，不僅可以提高效率，而且減少了刀具的件數(shù)值资，ISCAR的車刀是最典型的鸡犯。切削工具的復(fù)合化明顯減少了換刀的次數(shù)和時間，機床的刀庫變小闪妓，也必然提高了效率努辛。

　　從目前情況看，有的單位已引進數(shù)千臺的新型自動化機床甚庇，但是主軸轉(zhuǎn)速大于10000r/min的很少，其原因是没赔，對高速加工存在一種疑慮葵嗦。根據(jù)德國DMG公司的介紹，該公司提供的高速主軸的壽命是2年取铃，關(guān)鍵是如何合理應(yīng)用的問題英品。在探討引進設(shè)備的時候，幾乎都希望引進高速的設(shè)備族壳，這也反映出技術(shù)人員的心態(tài)憔辫。

　　Mikron公司認為高性能切削現(xiàn)在沒有嚴格的定義，然而仿荆，在實際應(yīng)用中贰您，雖然高速切削與高性能切削這兩種銑削方法都屬于高性能切削工藝的范疇之內(nèi)，但高速切削在大多數(shù)情況下拢操，與高性能切削有著明顯的不同锦亦。高速切削只是高性能切削的一個方面而已，而高性能切削關(guān)注的另一個要素則是金屬去除率令境，這是我們引進設(shè)備時需要考慮的問題

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