文章主要介紹了高速加工的概念、所使用的刀具、冷卻系統(tǒng)，并闡述了如何通過高速切削來實現(xiàn)綠色切削。
　　
　　高速切削的概念
　　
　　ISO1940標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，主軸轉(zhuǎn)速高于8000r/min稱為高速切削加工。但在現(xiàn)實中一般認(rèn)為，主軸轉(zhuǎn)速10000r/min以上的切削才可稱之為高速切削。針對不同的切削方式其特征又有所不同，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，鉆削速度在200m/min以上可稱為高速鉆削等。
　　
　　高速切削的發(fā)展
　　
　　高速切削的概念zui早由德國的Garl.J.Salomon博士于1931年提出，但由于當(dāng)時的技術(shù)、設(shè)備情況的限制，沒能進(jìn)行實驗。隨著技術(shù)的發(fā)展，實驗條件逐步完善，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)行了一系列實驗，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，產(chǎn)品的品種日益增多，技術(shù)日益完善，宣傳和服務(wù)更加到位。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動柱式立式加工中心（主軸轉(zhuǎn)速10000r/min）、北京機(jī)床研究所于2003年研制成的μ10005V立式加工中心等。
　　
　　高速切削與綠色環(huán)保的
　　
　　隨著人們環(huán)保意識的增強及加入世貿(mào)組織后發(fā)達(dá)國家針對我國綠色壁壘的設(shè)置，客觀上要求機(jī)械產(chǎn)品在制造時盡可能少地消耗能源和污染環(huán)境。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，所以，人們有針對性地提出了綠色切削（綠色制造）的概念。所謂綠色切削就是指消耗盡可能少的刀具材料、切削液、加工時間和電力，盡可能少地污染環(huán)境，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決定了高速切削可以節(jié)省切削液、刀具材料、切削工時，從而節(jié)約了自然資源，減少了對環(huán)境的污染，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。
　　
　　高速切削的特點
　　
　　1.切削力小、振動頻率低
　　
　　切削形成的過程分為擠壓塑性變形和撕裂兩個階段，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階段。由此可知：切削速度越高，塑性變形的時間越短使剪切變形區(qū)域越窄，剪切角越大，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%）、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，十分適合于剛性較差和薄壁零件的切削加工。
　　
　　從動力學(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（即強迫振動）的振幅。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，避免共振的發(fā)生。因此，高速切削可大大降低加工表面粗糙度，提高加工質(zhì)量。
　　
　　2.機(jī)床本身特征
　　
　　高速切削機(jī)床應(yīng)用了目前的技術(shù)，是集機(jī)、光、電、氣、液壓為一體、采用目前所已知的機(jī)床的復(fù)合材料所制成的技術(shù)產(chǎn)品。所以高速切削機(jī)床除主軸轉(zhuǎn)速高外，相對于普通數(shù)控機(jī)床，其自動化程度（又稱智能化）更高、功率更大、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）、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）；由于廣泛采用伺服電機(jī)，其傳動系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化且傳動可靠；采用復(fù)合材料或人造大理石為基座或工作臺（如瑞士MIKRON的UCP600）使機(jī)床剛性得到顯著提高，這些都使零件的尺寸精度得以極大提高。
　　
　　3.使用*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，而且機(jī)床剛性好、切削力小、振動小，所以其刀具破損失效的概率極小甚至可以忽略不記。高速切削時主軸轉(zhuǎn)速高、切屑流出速度很快、切削過程極短，發(fā)生粘結(jié)的可能性很小。根據(jù)刀具磨損的幾種形式分析，只有相變磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨損、熱裂磨損等，而這些均屬于熱磨損范疇，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，如熔點、耐熱性、抗氧化性、高溫力學(xué)性能和抗熱沖擊性能等，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。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，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，對比情況如圖一所示：
　　
　　涂層材料有TiC、TiN、AL2O3等幾種或兩種及兩種以上的復(fù)合使用。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，抗氧化性也較好，切削時能形成氧化鈦薄膜降低摩擦系數(shù)，減小刀具磨損，使切削速度提高40%以上，比較適合高速切削。TiC涂層與鋼的粘結(jié)溫度高，表面晶粒很細(xì)，切削時很少產(chǎn)生積屑瘤，比較適合于高速精密車削。缺點是線膨脹系數(shù)與基體差別較大，因此，高速車削或銑削硬材料、高溫合金或帶夾雜物工件時，涂層易崩裂。
　　
　　·TiN涂層
　　
　　TiN涂層在高溫時能形成氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好、有效的降低了摩擦力與切削溫度，TiN涂層刀片抗月牙洼及后刀面磨損能力比TiC涂層刀片強，切削鋼與易粘刀的材料，使加工表面粗糙度減小，切削速度提高。此外TiN涂層抗碎裂性與抗熱震性能也較好，這很適合于高速切削。但其與基體結(jié)合強度低于TiC涂層，且涂層厚時易剝落，一般用于高速車削。
　　
　　·TiC-TiN復(fù)合涂層
　　
　　兼具兩種涂層的優(yōu)點，先涂TiC，再涂TiN使結(jié)合強度提高、摩擦力、切削力、切削溫度降低，對高速切削中的粗、精加工都很好。如株硬集團(tuán)的CN15、CN25（精）、CN35（粗）等。
　　
　　·TiC-AL2O3復(fù)合涂層
　　
　　先涂TiC再涂AL2O3，TiC使涂層粘結(jié)牢固，AL2O3使涂層具有陶瓷的耐磨性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性。該復(fù)合刀片能像陶瓷刀一樣高速切削，同時又避免了陶瓷的脆性、易崩刃的特點，如株硬集團(tuán)的CA15。該涂層刀具極適合于高速切削，特別適合高速車削。
　　
　　涂層刀具具有省貴重材料、易制造、使用時間長等特點，既符合環(huán)保的需要又為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益，所以被廣泛推薦使用。
　　
　　（2）陶瓷刀具
　　
　　該材料以氧化鋁為主要成分，在高溫下燒結(jié)而成。由于采用了新工藝使其純度提高、晶粒細(xì)化，應(yīng)用熱壓工藝、添加晶須等，克服了陶瓷的熱沖擊性差、強度與韌性低、脆性大的問題，能勝任難加工材料的高速切削，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，可高速車削HRC60~62的淬硬工具鋼、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）刀具能對硬度
　　
　　同時，氮化硅陶瓷刀具的耐熱性和抗高溫氧化性特別好，即使在1200~1450切削溫度時仍能保持一定的硬度和強度進(jìn)行長時間切削。在一定范圍內(nèi)高速車削時，切削溫度的升高能改變工件材料的性能，提高陶瓷刀具的韌性，從而減少其破損，所以一般陶瓷刀具均采用干切削。但陶瓷刀具對沖擊和振動載荷比較敏感。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。所以，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）。只使用于高速切削高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料。
　　
　　（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，可提高高速加工刀具耐用度及加工效率，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*的冷卻技術(shù)
　　
　　由于高速切削高速旋轉(zhuǎn)的特點，若使用傳統(tǒng)的冷卻方法，冷卻液很難達(dá)到冷卻部位，起不到冷卻與潤滑的作用。出于環(huán)保與節(jié)約的需要，低溫氣體冷卻和MQL-zui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，起到冷卻作用。
　　
　　高速切削時的切削力為傳統(tǒng)切削力和變頻沖擊力雙重作用力的結(jié)合，而氮氣下刀具與切屑及工件間更易產(chǎn)生TiN層，TiN具有減摩作用，銑削時，由于摩擦作用所產(chǎn)生的銑削力會減少，所以總切削力也隨之下降，氣體也更易到達(dá)切削部位，達(dá)到冷卻目的，同時氣體無污染且易得到，對環(huán)保更有利。
　　
　　（2）MQL-zui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，廣泛應(yīng)用于鑄鐵、鋼、鋁合金等的鉆、鉸、攻螺紋、深孔鉆削以及高速車、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），就像是把有限的少量潤滑劑“涂到”切削位置上一樣，使少量潤滑劑得到zui充分的利用。與此同時，高壓氣體起到冷卻和輔助斷屑作用，以降低刀具溫度，防止刀具冷焊。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）強制冷卻，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，出與環(huán)保的考慮，*不用切削液，采用輔助加熱裝置對工件表面局部加熱（如激光加熱、導(dǎo)電加熱等）至一定溫度，以改善材料的可加工性，降低切削力，有助于干式切削的實現(xiàn)。但該技術(shù)對刀具的長時間耐熱性（紅硬性）提出了高要求，所以，目前只適用于在高溫下可長時間保持強度、硬度的陶瓷刀具。
　　
　　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，目前尚不是通用技術(shù)。
　　
　　結(jié)語
　　
　　綜合高速切削的特點，可以看出高速切削可以達(dá)到節(jié)約刀具材料和切削液，節(jié)省勞動力，節(jié)約自然資源，減少對環(huán)境的污染，是實現(xiàn)綠色切削的有效途徑，被*為21世紀(jì)制造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)之一。