高速切削的研究可以追溯到20世紀30年代，由Salomons提出，并獲得德國專(zhuān)利。經(jīng)過(guò)幾十年的努力和高速切削相關(guān)技術(shù)的逐漸成熟，到目前為止，高速切削技術(shù)作為一種先進(jìn)制造技術(shù)正在迅速崛起，對機械制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。實(shí)現高速切削的關(guān)鍵技術(shù)是研究和開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的高速切削機床。自20世紀80年代中期以來(lái)，發(fā)展高速切削機床已成為國際機床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流。目前，高速加工中心等滿(mǎn)足高速切削要求的高速數控機床已成為工業(yè)化國家推廣應用的趨勢，我國也在加快發(fā)展高速加工中心的生產(chǎn)、研究和應用。據初步統計，近年來(lái)，高速加工中心進(jìn)口額達數億美元，已成為我國多個(gè)工業(yè)部門(mén)的進(jìn)口熱點(diǎn)。

高速加工中心的特點(diǎn)和發(fā)展描述如下:

高速主軸

高速主軸是高速加工中心最關(guān)鍵的部件之一。目前主軸轉速20000 ~ 40000 r/min的加工中心越來(lái)越普及。歐洲一些高速加工中心的主軸轉速為60000 r/min，主軸轉速超過(guò)100000 r/min的超高速主軸也在研發(fā)中。高速加工中心的轉速、馬力、動(dòng)平衡、剛度、錐度孔型和熱變形特性對高速加工中心的剛度和熱穩定性有相當大的影響。因此要求高速加工中心的主軸和電機合二為一，做成電主軸，實(shí)現無(wú)中間環(huán)節的直接傳動(dòng)，減少傳動(dòng)部件，可靠性更高。

主軸軸承也是決定主軸壽命和承載能力的關(guān)鍵部件。為了適應高速切削，高速加工中心的主軸設計采用了先進(jìn)的主軸軸承潤滑散熱技術(shù)。目前高速主軸主要使用三種特種軸承:(1)陶瓷軸承；(2)磁力軸承；(3)空氣軸承。軸承潤滑對提高主軸速度起著(zhù)重要作用。高速主軸一般采用油氣潤滑或噴油潤滑。

高速進(jìn)給系統

要提高加工效率，就必須提高切削速度。目前高速加工中心的切削進(jìn)給速度一般為20-40m/min。X、Y軸直線(xiàn)電機驅動(dòng)的立式加工中心有的超高速定位速度為140m/min，有的進(jìn)給速度為208m/min。為實(shí)現并精確控制如此高的進(jìn)給速度，對高速加工中心導軌、滾珠絲杠、伺服系統、工作臺結構等提出了新的要求。直線(xiàn)電機的成熟應用，在高速加工中心的效率、精度和實(shí)用性上翻開(kāi)了新的一頁(yè)。直線(xiàn)電機是一種非接觸式直接驅動(dòng)方式，運動(dòng)部件少，無(wú)失真。利用這項技術(shù)，機床制造達到了傳統滾珠絲杠達不到的水平。直線(xiàn)電機具有高加減速的特點(diǎn)，加速度可達2g，是傳統驅動(dòng)裝置的10-20倍，進(jìn)給速度是傳統驅動(dòng)裝置的4-5倍。

高速數控系統

高速加工中心要求數控控制系統具有快速的數據處理能力和較高的功能特性，以保證其在高速切削時(shí)(尤其是4-5軸坐標聯(lián)動(dòng)加工復雜曲面時(shí))仍具有良好的加工性能。高速加工中心必須選擇合適的具有快速傳輸速度、快速CPU運算速度、預讀單段和NURBS功能等的數控控制器。，以充分發(fā)揮高速加工的效率。開(kāi)放式架構和基于PC也是一種新的發(fā)展趨勢。結合PC機在通信和網(wǎng)絡(luò )方面的發(fā)展，建立參數數據庫系統、CAD/CAM集成仿真系統和標準化電控模塊也是未來(lái)的新趨勢。

高速數控系統的數據處理能力有兩個(gè)重要指標:一是單個(gè)程序段的處理時(shí)間。為了適應高速，要求單個(gè)程序段的處理時(shí)間短。所以需要使用32位CPU和64位CPU，采用多處理器；第二，插補精度。為了保證高速時(shí)的插補精度，需要具備前饋功能和大量的高級程序段。此外，還可以采用NURBS(非線(xiàn)性B樣條)插補、齒隙加速、平滑插補、鐘形加減速等輪廓控制技術(shù)。高速切削數控系統的功能特點(diǎn)包括:(1)加減法預插補；(2)前饋控制；(3)精確的矢量補償；(4)最佳拐角減速度。

高速切削工具

已開(kāi)發(fā)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)鍍金刀具、陶瓷刀具等。，均適用于鋁合金、鑄鐵、鋼、耐熱合金的高速切削。切削水平如下:鋁合金2500 ~ 5000 m/min (Si含量≥12%為500 ~ 1500 m/min)，鑄鐵。相關(guān)研究機構正在開(kāi)發(fā)新的刀具材料，向更高的切削速度邁進(jìn)。

為了對刀具結構進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡，特別是刀柄延伸較長(cháng)的刀具必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡，以防止彎曲強度和斷裂韌性較低的刀柄或刀片因高速產(chǎn)生的離心力而斷裂，給高速加工中心和操作者帶來(lái)危險。

刀架系統的選擇也會(huì )影響自動(dòng)換刀的重復精度和切削剛性。目前刀柄系統一般選用錐度為7:24的單面夾緊刀柄系統，如ISO、CAT、DIN、BT等。雙面定位工具系統包括HSK、KM、NC5、BIG-PLUS、WSU、ABSC等。

高速加工中心溫度控制系統

高速加工中心的熱特性是指高速加工中心的結構在內外熱源的作用下會(huì )發(fā)生變形，影響加工精度的特性。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))冷卻主軸電機、主軸軸承、直線(xiàn)電機、液壓油箱、電氣柜，有的甚至冷卻主軸箱、橫梁、床身等大型部件。此外，低膨脹系數的鑄鐵可用作高速加工中心的主軸箱，以減少主軸的熱伸長(cháng)和主軸部件的熱變形。

其他的

為了使高速加工中心正常運行并充分發(fā)揮其效率，高速加工中心的總體結構應配備刀庫和換刀裝置、冷卻系統、溫度控制系統、安全保護和實(shí)時(shí)監控系統、刀具破損監控裝置、刀具長(cháng)度和直徑激光檢測裝置、光柵尺測量系統和排屑裝置等。這里不一一介紹了。

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