摘 要：介绍了高速切削机床及其伺服系统、控制系统、刀具和配套装备，以便正确选购使用有关技术装备，并充分发挥其作用。
关键词：高速切削；伺服系统；控制系统；切削刀具；配套装备
高速切削（high speed cutting-hsc）概念起源于德国切削物理学家carl salomn的著名切削实验及其物理引伸。他认为一定的工作材料对应有一个临界切削速度，其切削温度最高。
在常规切削范围内（见图1a区）切削温度tv随着切削速度vc的增大而提高，当切削速度到达临界切削速度后，切削速度再增大，切削温度反而下降（见图1c区），所以越过b区，在高速区c区进行切削，则可用现有的刀具进行高速切削，从而大大地减少切削工时，成倍提高机床的生产率，同时提高加工质量管理，并可用于切削各种硬、韧性、难加工材料的工件。因此，自上世纪80年代以来，国外在制造业的模具、航空、航天、汽车、精密机械、光学和家电等许多部门中，开始广泛应用该先进技术、取得了很大的成效。目前，面对日益加剧的国际竟争，国内广大企业迫切需要对hsc加工技术有比较全面的了解，以便能正确选购有关技术装备，并充分发挥其作用，获得予期的经济效益。
1高速切削机床
为了适应粗精加工，轻重切削和快速移动，同时保证高精度（定位精度±0.005mm），性能良好的机床是实现高速切削的关键因素。其关键技术有以下几项：
1.1高速主轴
高速主轴是高速切削机床的核心部件，随着对主轴转速要求的不断提高，传统的齿轮——皮带变速传动系统由于本身的振动、噪音等原因已不能适应要求，取而代之的是一种新颖的功能部件——电主轴，它将主轴电机与机床主轴合二为一，实现了主轴电机与机床主轴的一体化。电主轴采用了电子传感器来控制温度，自带水冷或油冷循环系统，使主轴在高速旋转时保持恒温，一般可控制在20°~25°范围内某一设定温度，精度为± 0.7°，同时使用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术，使主轴免维护、长寿命、高精度。
1.2 高速精密轴承
高速轴承是高速切削机床的核心，是决定高速主轴寿命和负载容量的最关键部件。
1.2.1磁悬浮轴承
它是用电磁力将主轴无机械接触地悬浮起来，其转速可达45000r/min，功率为20kw，精度高，易实现实时诊断和在线监控，是理想的支承元件，但其价格较高。
1.2.2液体动静压轴承
采用流体动、静力相结合的办法，使主轴在油膜支撑中旋转，具有径、轴向跳动小、刚性好、阻尼特性好，适于粗、精加工，寿命长的优点。但其无通用性，维护保养较困难。
1.2.3混合陶瓷轴承
用氮化硅制的滚珠与钢制轨道相组合，是目前在高速切削机床主轴上使用最多的支承元件，在高速转动时离心力小，刚性好，温度低，寿命长，功率可达80kw，转速高达150000r/min，它的标准化程度高，便于维护，价格低。
1.3高速伺服系统
为了实现高速切削加工，机床不但要有高速主轴，还要有高速的伺服系统，这不仅是为了提高生产效率，也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件，否则会造成刀个的急剧磨损与升温，破坏工件加工的表面质量。
1.3.1直线电机伺服系统
直线电机是使电能直接转变成直线机械运动的一种推力装置，将机床进给传动链的长度缩短为零，它的动态响应性能敏捷、传动刚度高、精度高、加减速度大，行程不受限制、噪音低、成本较高，在加速度大于1g的情况下，是伺服系统的唯一选择。
1.3.2滚珠丝杠驱动装置
滚珠丝杠仍是高速伺服系统的主要驱动装置，用ac伺服电机直接驱动，并采用液压轴承，进给速度可达40~60m/min，其加速度可超过0.6g，成本较低，仅为直线电机的1/2.5。
1.4高性能的cnc控制系统
高速切削机床优良的力学性能，必须通过它优良的控制性能才能够充分发挥。高速主轴，高速伺服系统都与控制技术的发展密不可分。用于hsc的计算机数控（cnc）系统必须具有很高的运算速度和精度，以及快速响应的伺服控制。hsc机床的cnc系统在相同一段时间内需要计算处理的数据比普通数控机床的cnc系统多得多，就要求前者的计算处理容量和速度大大提高，其cnc系统的硬件，采用功能强大的个人计算机器人配置。例如奔腾芯片，64mb内存，1-10gb硬盘等，使程序块的执行时间降低到3~0.5μs。在此基础上配备空间螺旋线、抛物线和样条插补功能、速度预控制功能，数字化自动平滑运动轨迹功能、加速和制动时的急动速度监控功能等等，使工件加工质量在高速切削时得到明显改善。相应地，伺服系统则发展为数字化、智能化和软件化，使伺服系统与cnc系统在a/d—d/a转换中不会有丢失或延迟现象，尤其是全数字交流伺服电机和控制技术已得到广泛应用，该技术的主要特点为具有优异的动力学特征、无漂移、极高的
