以高速、高精度和大进给为主要特征的高速切削加工近十多年来发展十分迅猛。高速切削理论指出，当切削速度超过被切削材料临界切削速度时，切削温度下降，切削抗力减小，刀具使用寿命延长。为此，为实现高速切削，世界各国竞相研究，以使高速切削这一先进技术在实际工业生产中得到应用。
随着科学技术的进步，这一技术得到了突破性进展，高速机床与高速切削刀具的出现，使高速切削进入了工业应用阶段。目前，主轴转速高达60 000 r/min，进给速度高达90 m/min，加速度达到1.7g的高速切削机床已商品化。并在航天、模具、汽车等行业的实际应用中，产生了巨大的技术经济效益。
高速切削加工不但要求切削主轴的高转速，而且要求轴向进给的高速度和高加速度、先进的切削刀具等相关的关键技术。这里就高速切削的定义、加工特点以及上述关键技术进行 讨论。
高速切削的定义及特点
通常将切削速度和进给速度达到常规机床5～10倍的切削加工称之为高速切削。也有将主轴转速达到10 000 r/min，快速进给速度 40m/min 以上，平均工作进给速度 10m/min 以上 ，最大工进速度30 m/min 以上，进给加速度 0.3 g 以上的切削加工定义为高速切削。但 是，基于对切削速度要求不断提高的发展趋势，迄今为止，还很难对高速切削作出得到广泛 认同的确切界定。然而，根据salomon的高速切削理论，高速切削应为切削温度不再随切削 速度的提高而上升，且以高切削速度、高切削精度、高进给速度与加速度为主要特征的切削 加工。因此，对于不同的材料，高速切削的速度范围是不同的。
目前，常用材料的高速切削范围：铝合金为1 000～7 000m/min，碳钢为500～2 000m/m in，钛合金为100～1 000m/min。
应当指出，高可靠性是顺利进行高速切削的前提，高速切削应该是可靠的高速切削。
高速切削时，其切削变形区具有以下特征：
第1变形区变窄，剪切角增大，变形系数减小；第2变形区的接触长度变短，切屑以极高速度排出，前刀面受周期载荷作用。
上述特征使高速切削加工时切削抗力减小，切削表面损伤减轻。因而可采用高速切削技术加工壁厚更薄的零件而不会产生更大的影响加工系统稳定的振动或变形，并使加工效率和加工表面质量大为提高。这一点，可在seco技术中心利用moriseiki公司的sv-50机床对壁厚仅0.3mm的零件进行高速加工演示中得到验证。
高速切削加工为的是高效而又经济地加工出合格的零件。目前，主要应用于生产批量大，加工时金属去除量大，加工精度要求高的零件加工，以及需要减小机床占地面积和实现一机多用等场合。
高速切削加工机床
高速机床是实现高速切削加工的前提和关键。具有高精度的高转速主轴，具有控制精度高的高轴向进给速度和进给加速度的轴向进给系统，又是高速机床的关键所在。分述如下：
1. 高速主轴
随着工业上对主轴转速要求不断提高，高速主轴技术近年来得到了迅猛发展。在理论与实验研究的基础上研制开发出实用的主轴单元已商品化，如瑞士ibag主轴制造厂生产的主轴单元，其最高转速可达12 000～80 000 r/min，美国precise公司研制的用于铣削的sc40/120主轴，最高转速高达120 000r/min，德国kapp公司采用磁浮轴承制造的高速主轴，其最高转速达60 000r/min。我国在高速主轴的开发上也取得了一定的进展，如广东工业大学研制的gd-2型高速主轴单元，采用无壳主轴电机，陶瓷滚动轴承和油气润滑技术，通过优化设 计，最高转速可达18 000r/min。
电主轴是为适应高速切削而研制的新颖功能部件。具有结构紧凑、重量轻、惯性小、响应快、振动小、噪声低等特点，因此可置于加工中心刀库中作为可更换刀具的主轴。现已有专业化生产厂，可按系列提供产品，最高转速已达180 000 r/min。
高速精密轴承是支撑主轴高速化的关键零部件，分为接触式轴承与非接触式轴承两大类。
保持接触式轴承长期高速运转的技术措施是预加载荷的自动补偿和良好的润滑。在高速接触式轴承中，最常用的润滑方案有两种。1种是将极少量(每小时对孔径10mm的轴承喷出一滴润滑油，且能根据转速高低和载荷对喷出的润滑油量进行调节)的润滑油与大量的洁净空气分2路输出至轴承，油液用于润滑，空气用于冷却。由于供油量极少，无需润滑油回收系统 。以油气润滑的陶瓷球轴承主轴，其允许的转速为最高，其实用极限值dm.n为3 000 0 00 mm.r/min(dm为轴承内外圈平均直径，mm；n为轴承转速，r/min)。另1种是在轴承 处直接喷射经过冷却的高压润滑油，润滑油经主轴后流到集油器，经冷却过滤后再循环使用 。
非接触式轴承有空气轴承，液体动、静压轴承，磁悬浮轴承等。其摩擦仅与流体自身的摩擦 系数有关，因而比接触式轴承有高得多的最高允许转速。空气轴承一般用于高精度、高转速、轻载荷的场合，如零件的光整加工等。为克服液体动、静压轴承中液体介质油的粘度大，而气体轴承承载能力差的不足，出现了一 种被称为“turbotool”的水基静压轴承，能在很高转速下可靠工作。磁悬浮轴承虽然在目前还有一些技术问题需要加以研究和改进，但在未来更高速或超高速主 轴单元的应用中更具潜力。
2. 直线电机进给驱动系统
提高轴向进给速度和加速度受到传统结构的限制，不能满足高速切削加工的需要。如常用的伺服电机+滚珠丝杠副的轴向直线进给系统，当伺服电机最高转速一定时，要提高其轴向进给速度，必须降低运动系统的转动惯量和运动质量以及增加丝杠导程，而导程的增加势必导致运动系统的静刚度急剧降低，机床加工精度下降。因此，根据理论计算，伺服电机+滚珠丝杠副的轴向直线进给系统的最大加速度很难突破1g，实际应用中的伺服电机+滚珠丝杠副的轴向直线进给系统的最大加速度为0.5g。要满足高速切削加工轴向直线进给的高速度和 高加速度，只有采用直线电机驱动系统。
采用直线电机驱动系统，可由直线电机直接驱动机床工作台，消除了中间传动环节，提高了驱动系统的进给速度、加速度、刚度和定位精度。
直线电机驱动系统的最大速度vmax、加速度amax可由式(1)、式(2)求 得：
vmax=2(1-s)τfmax(1)
(2)
式中：s——滑差率；
τ——直线电机电极距，mm；
fmax——交流电源最高可调频率，hz；
fmax——直流电机的最大电磁推力，n；
ff——机床导轨的摩擦力，n；
m——系统运动质量的总和，kg。
可见，欲提高直线电机进给驱动系统的轴向进给加速度，可增大直线电机的电磁推力，减小导轨摩擦阻力，减轻系统运动质量。
满足高速机床进给驱动要求的交流直线电机，按励磁方式分为永磁式直线电机和感应式直线电机两种。美国ingersoll公司在hvm8加工中心的轴向进给系统中首先采用了永磁式直线电机，使进给速度达到76.2m/min，进给加速度达到1.5g。北美ge fanuc automation 与其它公司联合开发的高速机床采用了直线电机进给驱动系统、全数字cnc控制系统和高分辨率反馈装置。其进给加速度达到1.5g，当进给速度为38.1～76.2m/min时，其轮廓形状尺寸精度达到3～5μm。
采用直线电机进给驱动时，要求控制系统有很高的控制精度和响应速度，而全数字伺服系统驱动的直线电机驱动系统能满足这一要求。为了使控制系统的运算速度、伺服系统和反馈检测元件的响应频率与高速切削进给相适应，simens880，840，fanuc15，ab9260等数控系统均采用了32位机。
高速切削刀具材料
高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲合力要小，并具有优异的机械性能和热稳定性，抗冲击，耐磨损。目前在高速切削中常用的刀具材料有单涂层或多涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼(cbn)、聚晶金刚石等。
涂层硬质合金刀具因涂层的不同而具有切削多种材料的能力。如日本黛杰公司开发的jc110 涂层刀具，切削碳钢的速度可达360m/min，而金刚石涂层刀具切削铝合金时，在进给速度为 3m/min时，其最高切削速度可达2 500m/min。
陶瓷刀具的强度、断裂韧性、搞冲击能力等都有很大的提高，且由于其优异的化学稳定性、 热稳定性和良好的耐磨损等特性，能以比硬质合金更高的切削速度进行切削加工。立方氮化硼是高速切削淬硬钢、冷硬铸铁、钛合金等材料的最理想的刀具材料。聚晶金刚石 刀具则是高速切削铝合金、镁合金、硅合金等有色金属和非金属等材料时的理想刀具材料。
杨祖孝（潍坊高等专科学校 261041）
参考文献
1，robert b, aronson. spindles for 2 000 and beyond. manufactrring engineering，1998,7
2，王西彬等.高速切削刀具的研究.机械工艺师，1998，8
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