高速切削(High Speed Cutting)研究可追溯至30年代由所羅門(Salomons)所提出并獲得德國的專利。經(jīng)過幾十年的努力和高速切削的相關(guān)技術(shù)逐漸地成熟，至今，高速切削技術(shù)正在迅速崛起的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，對機(jī)械制造業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。實(shí)現(xiàn)高速切削的最關(guān)鍵技術(shù)是研究開發(fā)性能優(yōu)良的高速切削機(jī)床，自20世紀(jì)80年代中期以來，開發(fā)高速切削機(jī)床便成為國際機(jī)床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流。目前適應(yīng)高速切削加工要求的高速加工中心和其它高速數(shù)控機(jī)床在工業(yè)發(fā)達(dá)國家內(nèi)已是普及應(yīng)用的趨勢，而我國也正在加快發(fā)展高速加工中心的生產(chǎn)和研究應(yīng)用，據(jù)初步統(tǒng)計，最近幾年進(jìn)口高速加工中心高達(dá)數(shù)億美元，已是我國許多產(chǎn)業(yè)部門的進(jìn)口熱點(diǎn)。下面介紹高速加工中心的特點(diǎn)和發(fā)展：
1、高速主軸
高速主軸是高速加工中心最關(guān)鍵的部件之一。目前主軸轉(zhuǎn)速在20000～40000r/min的加工中心越來越普及，一些歐洲的高速加工中心的主軸轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到60000r/min，轉(zhuǎn)速高達(dá)100000r/min以上超高速主軸也正在研制開發(fā)中。高速加工中心的轉(zhuǎn)速、馬力、動態(tài)平衡、剛性、錐度孔型及熱變形特性等，對高速加工中心的剛性和熱穩(wěn)定性都有相當(dāng)程度的影響。這樣就要求高速加工中心主軸和電機(jī)合二為一，制成電主軸，實(shí)現(xiàn)無中間環(huán)節(jié)的直接傳動，減少傳動部件，具有更高的可靠性。
主軸主軸軸承也是決定主軸壽命和負(fù)荷容量的關(guān)鍵部件。為了適向高速切削加工，高速加工中心的主軸設(shè)計采用了先進(jìn)的主軸軸承的潤滑、散熱技術(shù)。目前高速主軸主要采用3種特殊軸承：(1)陶瓷軸承；(2)磁力軸承；(3)空氣軸承。主軸軸承潤滑對主軸轉(zhuǎn)速的提高起著重要的作用，高速主軸一般采用油空氣潤滑或噴油潤滑。
2、高速進(jìn)給系統(tǒng)
提高切削進(jìn)結(jié)速度是提升加工效率所必須的。目前高速加工中心的切削進(jìn)給速度一般為20－40m/min，有的直線電機(jī)驅(qū)動X、Y軸的立式加工中心超高速定位速度達(dá)140m/min，有的高速加工中心進(jìn)給速度高達(dá)208m/min。要實(shí)現(xiàn)并準(zhǔn)確控制這樣高的進(jìn)給速度，對高速加工中心導(dǎo)軌、滾珠絲桿、伺服系統(tǒng)、工作臺結(jié)構(gòu)等提出了新的要求。直線電機(jī)的成熟應(yīng)用使高速加工中心在效率、精度和實(shí)用性方面翻開了新的一頁。直線電機(jī)為非接觸的直接驅(qū)動方式，移動部件少，無扭曲變形問題，采用這種技術(shù)，機(jī)床制造達(dá)到了傳統(tǒng)滾珠絲桿所無法達(dá)到的水平。直線電機(jī)具有高加速度和減速特性，加速度可達(dá)2g，為傳統(tǒng)驅(qū)動裝置的10－20倍，進(jìn)給速度是傳統(tǒng)的4－5倍。
3、高速CNC控制系統(tǒng)
高速加工中心要求CNC控制系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能化特性，以保證在高速切削(特別是4－5軸坐標(biāo)聯(lián)動加工復(fù)雜曲面時)仍具有良好的加工性能。高速加工中心須選擇傳輸速度快，CPU運(yùn)算速度快，預(yù)讀單節(jié)及NURBS功能等適當(dāng)?shù)腃NC控制器，才能發(fā)揮高速切削加工的效能。OPEN架構(gòu)及PC－Based也是發(fā)展的一個新潮流。結(jié)合PC在通訊及網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)展，建立參數(shù)資料庫系統(tǒng)、CAD/CAM整合模擬系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)化電控模組，也是未來發(fā)展的新趨勢。
高速CNC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力有兩個重要指標(biāo)：一是單個程序段處理時間，為了適應(yīng)高速，要求單個程序段處理時間要短，為此，需使用32位CPU和64位CPU，并采用多處理器；二是插補(bǔ)精度，為了確保高速下的插補(bǔ)精度，要有前饋和大數(shù)目超前程序段處理功能，此外，還可采用NURBS(非線性B樣條)插補(bǔ)、回沖加速、平滑插補(bǔ)、鐘型加減速等輪廓控制技術(shù)。高速切削加工CNC系統(tǒng)的功能特征包括：(1)加減預(yù)插補(bǔ)；(2)前饋控制；(3)精確矢量補(bǔ)償；(4)最佳拐角減速度。
4、高速切削刀具
已發(fā)展的刀具材料主要有聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬質(zhì)含金涂層刀具、陶瓷刀具等，都能適應(yīng)鋁合金、鑄鐵、鋼和耐熱合金的高速切削，其切削水平如下：鋁合金2500～5000m/min(Si含量≥12%為500～ 1500m/min)，鑄鐵500～ 1500m/min，鋼300～1000m/min，淬硬鋼、耐熱合金100～400m/min，鐵合金90～ 200m/min。有關(guān)研究機(jī)構(gòu)正開發(fā)新的刀具材料，向更高的切削速度發(fā)展。
要對刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行動平衡，特別刀柄外伸較長的刀具必須進(jìn)行動平衡，以防止高速引起離心力使抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性都較低的刀柄或刀片發(fā)生斷裂，對高速加工中心和操作者帶來危險。刀柄系統(tǒng)選擇也會影響自動換刀的重復(fù)精度和刀具切削剛性。目前刀柄系統(tǒng)一般選擇7:24錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng)，ISO、CAT、DIN、BT等都屬此類，兩面定位刀具系統(tǒng)有HSK、KM、NC5、BIG-PLUS、WSU、ABSC等。
5、高速加工中心溫控系統(tǒng)
高速加工中心的熱特性是指高速加工中心結(jié)構(gòu)在其內(nèi)部熱源和外部熱源的作用下，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形和對加工精度影響的特性，為了改善高速加工中心的熱特性，一般采用溫控循環(huán)水(或其他介質(zhì))來冷卻主軸電機(jī)、主軸軸承、直線電機(jī)、液壓油箱、電氣柜，有的甚至冷卻主軸箱、橫梁、床身等大構(gòu)件。此外，還可采用低膨脹系數(shù)的鑄鐵來作高速加工中心的主軸箱體，以減少主軸的熱伸長和主軸部件的熱變形。
為了使高速加工中心正常運(yùn)行和發(fā)揮效能，高速加工中心總體結(jié)構(gòu)上還要設(shè)置刀庫及換刀裝置、冷卻系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、安全防護(hù)與實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)、刀具破損監(jiān)控、刀具長度及直徑的激光檢測裝置、光柵尺測量系統(tǒng)和排屑裝置等。
