【編者按】文章主要介紹了高速加工的概念施司、所使用的刀具号均、冷卻系統(tǒng)哆卓，并闡述了如何通過高速切削來實(shí)現(xiàn)綠色切削。
　　
　　高速切削的概念
　　
　　ISO1940標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定逝惑，主軸轉(zhuǎn)速高于8000r/min稱為高速切削加工岂苏。但在現(xiàn)實(shí)中一般認(rèn)為，主軸轉(zhuǎn)速10000r/min以上的切削才可稱之為高速切削巾沟。針對(duì)不同的切削方式其特征又有所不同限禀，如車削速度在500m/min以上可稱為高速車削，銑削速度在300m/min以上可稱為高速銑削祷安，鉆削速度在200m/min以上可稱為高速鉆削等夫啊。
　　
　　高速切削的發(fā)展
　　
　　高速切削的概念最早由德國的Garl.J.Salomon博士于1931年提出，但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)辆憔、設(shè)備情況的限制撇眯，沒能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展虱咧，實(shí)驗(yàn)條件逐步完善熊榛，西方發(fā)達(dá)國家特別是美國于20世紀(jì)60年代以后開始重視其發(fā)展，并進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)腕巡，20世紀(jì)80年代以后特別是20世紀(jì)90年代更是研究得如火如荼玄坦，產(chǎn)品的品種日益增多，技術(shù)日益完善绘沉，宣傳和服務(wù)更加到位煎楣。我國直到20世紀(jì)90年代以后才有了比較成熟的產(chǎn)品，如寧夏“小巨人”開發(fā)的VTC動(dòng)柱式立式加工中心（主軸轉(zhuǎn)速10000r/min）车伞、北京機(jī)床研究所于2003年研制成的μ10005V立式加工中心等择懂。
　　
　　高速切削與綠色環(huán)保的聯(lián)系
　　
　　隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及加入世貿(mào)組織后發(fā)達(dá)國家針對(duì)我國綠色壁壘的設(shè)置，客觀上要求機(jī)械產(chǎn)品在制造時(shí)盡可能少地消耗能源和污染環(huán)境关读。而機(jī)械切削（下簡稱切削）是機(jī)械制造中消耗能源和污染環(huán)境的直接原因蝶映，所以，人們有針對(duì)性地提出了綠色切削（綠色制造）的概念够戒。所謂綠色切削就是指消耗盡可能少的刀具材料擦斑、切削液、加工時(shí)間和電力驼牵，盡可能少地污染環(huán)境才昔，來達(dá)到某種特定的切削目的的一種切削方式。由于高速切削的特點(diǎn)決定了高速切削可以節(jié)省切削液蛮昭、刀具材料峰礁、切削工時(shí)，從而節(jié)約了自然資源晰淋，減少了對(duì)環(huán)境的污染尸饵，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到“綠色切削”的目的乘儒。
　　
　　高速切削的特點(diǎn)
　　
　　1.切削力小苔寝、振動(dòng)頻率低
　　
　　切削形成的過程分為擠壓塑性變形和撕裂兩個(gè)階段，工件受切削力和切削熱影響而發(fā)生塑性變形主要在這個(gè)階段塑猖。由此可知：切削速度越高竹祷，塑性變形的時(shí)間越短使剪切變形區(qū)域越窄，剪切角越大羊苟，變形因子越小以及切屑流出速度越快（切屑中的熱量占切削熱的80%）塑陵、傳入工件和刀具中的熱量越小，所以高速切削可使切削變形機(jī)率平均降低30-40%以上蜡励，十分適合于剛性較差和薄壁零件的切削加工令花。
　　
　　從動(dòng)力學(xué)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(dòng)（即強(qiáng)迫振動(dòng)）的振幅凉倚。轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的低階固有頻率兼都，避免共振的發(fā)生。因此稽寒，高速切削可大大降低加工表面粗糙度扮碧，提高加工質(zhì)量。
　　
　　2.機(jī)床本身特征
　　
　　高速切削機(jī)床應(yīng)用了目前最先進(jìn)的技術(shù)杏糙，是集機(jī)慎王、光、電嚼般、氣偿股、液壓為一體、采用目前所已知的最適合機(jī)床的復(fù)合材料所制成的尖端技術(shù)產(chǎn)品棱硝。所以高速切削機(jī)床除主軸轉(zhuǎn)速高外园秫，相對(duì)于普通數(shù)控機(jī)床，其自動(dòng)化程度（又稱智能化）更高爹窥、功率更大峡稿、切削材料硬度較高（可高速切削HRC50-54甚或HRC60的材料）、精度更高（達(dá)到0.001mm甚至0.0001mm）膊许、切削和進(jìn)給速度更高（是普通數(shù)控機(jī)床的幾倍甚至幾十倍）土叠；由于廣泛采用伺服電機(jī)，其傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化且傳動(dòng)可靠拭秃；采用復(fù)合材料或人造大理石為基座或工作臺(tái)（如瑞士MIKRON的UCP600）使機(jī)床剛性得到顯著提高构睬，這些都使零件的尺寸精度得以極大提高。
　　
　　3.使用先進(jìn)的刀具
　　
　　由于高速切削的毛坯比較規(guī)則或經(jīng)過預(yù)處理蔓献，而且機(jī)床剛性好歪榕、切削力小基公、振動(dòng)小，所以其刀具破損失效的概率極小甚至可以忽略不記宋欺。高速切削時(shí)主軸轉(zhuǎn)速高轰豆、切屑流出速度很快、切削過程極短齿诞，發(fā)生粘結(jié)的可能性很小酸休。根據(jù)刀具磨損的幾種形式分析，只有相變磨損祷杈、擴(kuò)散磨損斑司、氧化磨損、熱裂磨損等但汞，而這些均屬于熱磨損范疇宿刮，所以，決定高速切削刀具失效的因素主要是刀具材料的熱性能私蕾，如熔點(diǎn)糙置、耐熱性、抗氧化性是目、高溫力學(xué)性能和抗熱沖擊性能等谤饭，其次為刀具的幾何角度。
　　
　　目前常用的刀具材料有以下幾種：
　　
　　（1）涂層硬質(zhì)合金刀具
　　
　　涂層硬質(zhì)合金刀具是60年代出現(xiàn)的新型刀具材料耗亮。它是采用化學(xué)氣象沉積法或其他方法在硬質(zhì)合金或高速鋼表面涂附一薄層（約5~10μm）耐磨的難熔金屬化合物诚悍，可在一定程度上提高刀具的綜合切削性能，在同樣情況下其切削速度比普通硬質(zhì)合金或高速鋼刀具高40%左右筐知，對(duì)比情況如圖一所示：
　　
　　涂層材料有TiC毛师、TiN、AL2O3等幾種或兩種及兩種以上的復(fù)合使用符固。以下將分別予以說明：
　　
　　·TiC涂層
　　
　　TiC涂層具有很高的硬度與耐磨性族江，抗氧化性也較好，切削時(shí)能形成氧化鈦薄膜降低摩擦系數(shù)拓肉，減小刀具磨損站号，使切削速度提高40%以上，比較適合高速切削瘩朋。TiC涂層與鋼的粘結(jié)溫度高尔减，表面晶粒很細(xì)，切削時(shí)很少產(chǎn)生積屑瘤券亚，比較適合于高速精密車削缓艳。缺點(diǎn)是線膨脹系數(shù)與基體差別較大，因此看峻，高速車削或銑削硬材料阶淘、高溫合金或帶夾雜物工件時(shí)衙吩，涂層易崩裂。
　　
　　·TiN涂層
　　
　　TiN涂層在高溫時(shí)能形成氧化膜溪窒，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小坤塞，抗粘結(jié)性能好、有效的降低了摩擦力與切削溫度霉猛，TiN涂層刀片抗月牙洼及后刀面磨損能力比TiC涂層刀片強(qiáng)，最適合切削鋼與易粘刀的材料珠闰，使加工表面粗糙度減小惜浅，切削速度提高。此外TiN涂層抗碎裂性與抗熱震性能也較好伏嗜，這很適合于高速切削坛悉。但其與基體結(jié)合強(qiáng)度低于TiC涂層，且涂層厚時(shí)易剝落承绸，一般用于高速車削琴市。
　　
　　·TiC-TiN復(fù)合涂層
　　
　　兼具兩種涂層的優(yōu)點(diǎn)，先涂TiC伸危，再涂TiN使結(jié)合強(qiáng)度提高殊馋、摩擦力、切削力欺邻、切削溫度降低嗤舀，對(duì)高速切削中的粗、精加工都很好橘抵。如株硬集團(tuán)的CN15工杀、CN25（精）、CN35（粗）等甲脚。
　　
　　·TiC-AL2O3復(fù)合涂層
　　
　　先涂TiC再涂AL2O3估裁，TiC使涂層粘結(jié)牢固，AL2O3使涂層具有陶瓷的耐磨性帽拘、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性吠谐。該復(fù)合刀片能像陶瓷刀一樣高速切削，同時(shí)又避免了陶瓷的脆性坡疼、易崩刃的特點(diǎn)椒涯，如株硬集團(tuán)的CA15。該涂層刀具極適合于高速切削回梧，特別適合高速車削废岂。
　　
　　涂層刀具具有省貴重材料、易制造狱意、使用時(shí)間長等特點(diǎn)湖苞，既符合環(huán)保的需要又為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益拯欧，所以被廣泛推薦使用。
　　
　〔乒恰（2）陶瓷刀具
　　
　　該材料以氧化鋁為主要成分镐作，在高溫下燒結(jié)而成。由于采用了新工藝使其純度提高隆箩、晶粒細(xì)化该贾，應(yīng)用熱壓工藝、添加晶須等捌臊，克服了陶瓷的熱沖擊性差杨蛋、強(qiáng)度與韌性低、脆性大的問題肘认，能勝任難加工材料的高速切削蛹段，具有廣闊的發(fā)展前景。添加了碳化物（主要是TiC）后可提高抗熱裂紋能力舞铝，可高速車削HRC60~62的淬硬工具鋼捞书、鉻鎳鉬粉末冶金等“C”形屑塑性材料。氮化硅陶瓷（以氮化硅為主要成分）刀具能對(duì)硬度
　　
　　同時(shí)毁设，氮化硅陶瓷刀具的耐熱性和抗高溫氧化性特別好佣锁，即使在1200~1450切削溫度時(shí)仍能保持一定的硬度和強(qiáng)度進(jìn)行長時(shí)間切削。在一定范圍內(nèi)高速車削時(shí)厢卖，切削溫度的升高能改變工件材料的性能帆疚，提高陶瓷刀具的韌性，從而減少其破損象人，所以一般陶瓷刀具均采用干切削养烙。但陶瓷刀具對(duì)沖擊和振動(dòng)載荷比較敏感。機(jī)床-工件-刀具工藝系統(tǒng)剛性弱是促使陶瓷刀具壽命降低或崩刃的主要原因蜀谤。所以货僚，氮化硅陶瓷刀具只適用于高速切削。
　　
　　（3）超硬刀具材料
　　
　　超硬刀具材料主要指人造金剛石（JR）和立方氮化硼（CBN）亚侠。只使用于高速切削高溫合金曹体、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料硝烂。
　　
　』稹（4）選用合適的刀具幾何角度
　　
　　根據(jù)切削情況，選擇合適的刀具幾何角度滞谢，可提高高速加工刀具耐用度及加工效率串稀，如：氧化鋁陶瓷刀具在干切削淬硬鋼情況下美國Valenite公司推薦0.5ｘ30°T形棱面，CBN刀具刃口采用斜面或倒圓及負(fù)倒角而不采用大倒棱等。
　　
　　4.采用先進(jìn)的冷卻技術(shù)
　　
　　由于高速切削高速旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)母截，若使用傳統(tǒng)的冷卻方法到忽，冷卻液很難達(dá)到冷卻部位，起不到冷卻與潤滑的作用清寇。出于環(huán)保與節(jié)約的需要喘漏，低溫氣體冷卻和MQL-最小油量潤滑技術(shù)在高速切削中逐步得到了推廣應(yīng)用。
　　
　　（1）低溫氣體冷卻
　　
　　低溫氣體冷卻技術(shù)就是采用液氮或冷氣以高壓直接噴涂于切削部位华烟，起到冷卻作用塞补。
　　
　　高速切削時(shí)的切削力為傳統(tǒng)切削力和變頻沖擊力雙重作用力的結(jié)合，而氮?dú)庀碌毒吲c切屑及工件間更易產(chǎn)生TiN層径瘪，TiN具有減摩作用喻丐，銑削時(shí)，由于摩擦作用所產(chǎn)生的銑削力會(huì)減少家厂，所以總切削力也隨之下降篷浅，氣體也更易到達(dá)切削部位填庄，達(dá)到冷卻目的婿孟，同時(shí)氣體無污染且易得到，對(duì)環(huán)保更有利题琅。
　　
　　（2）MQL-最小油量潤滑技術(shù).
　　
　　MQL技術(shù)主要有氣霧外部潤滑和內(nèi)部冷卻兩種孟盅，廣泛應(yīng)用于鑄鐵、鋼歉活、鋁合金等的鉆悠怕、鉸、攻螺紋莉歼、深孔鉆削以及高速車隶谒、銑等加工過程中。氣霧外部潤滑是在0.5~0.6Mpa的壓縮空氣（用高壓冷卻泵產(chǎn)生）中添加少量高性能的潤滑油（5-50mL/h）火架，就像是把有限的少量潤滑劑“涂到”切削位置上一樣鉴象，使少量潤滑劑得到最充分的利用。與此同時(shí)何鸡，高壓氣體起到冷卻和輔助斷屑作用纺弊，以降低刀具溫度，防止刀具冷焊骡男。如：德國福鳥（VOGEL）集中潤滑系統(tǒng)的MQL微量潤滑冷卻系統(tǒng)采用（高壓冷卻泵）強(qiáng)制冷卻淆游，屬內(nèi)部冷卻方式。
　　
　　5.干式切削技術(shù)
　　
　　干式切削技術(shù)是隨著陶瓷刀具的發(fā)展提出的隔盛，出與環(huán)保的考慮犹菱，完全不用切削液，采用輔助加熱裝置對(duì)工件表面局部加熱（如激光加熱、導(dǎo)電加熱等）至一定溫度已亥，以改善材料的可加工性熊赖，降低切削力，有助于干式切削的實(shí)現(xiàn)虑椎。但該技術(shù)對(duì)刀具的長時(shí)間耐熱性（紅硬性）提出了高要求咱窜，所以，目前只適用于在高溫下可長時(shí)間保持強(qiáng)度疚傲、硬度的陶瓷刀具寂逛。
　　
　　干式切削由于受目前工藝條件、工件材料和加工類型的影響痕豺，目前尚不是通用技術(shù)亏铃。
　　
　　結(jié)語
　　
　　綜合高速切削的特點(diǎn)，可以看出高速切削可以達(dá)到節(jié)約刀具材料和切削液努辛，節(jié)省勞動(dòng)力穴眼，節(jié)約自然資源，減少對(duì)環(huán)境的污染腿扑，是實(shí)現(xiàn)綠色切削的有效途徑没赔，被公認(rèn)為21世紀(jì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)之一。

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