高速切削的研究可以追溯到20世紀(jì)30年代，由Salomons提出，并獲得德國(guó)專利。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(duì)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。實(shí)現(xiàn)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(jī)床。自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，發(fā)展高速切削機(jī)床已成為國(guó)際機(jī)床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流。目前，高速加工中心等滿足高速切削要求的高速數(shù)控機(jī)床已成為工業(yè)化國(guó)家推廣應(yīng)用的趨勢(shì)，我國(guó)也在加快發(fā)展高速加工中心的生產(chǎn)、研究和應(yīng)用。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，高速加工中心進(jìn)口額達(dá)數(shù)億美元，已成為我國(guó)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速為60000 r/min，主軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、馬力、動(dòng)平衡、剛度、錐度孔型和熱變形特性對(duì)高速加工中心的剛度和熱穩(wěn)定性有相當(dāng)大的影響。因此要求高速加工中心的主軸和電機(jī)合二為一，做成電主軸，實(shí)現(xiàn)無(wú)中間環(huán)節(jié)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(yīng)高速切削，高速加工中心的主軸設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的主軸軸承潤(rùn)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(rùn)滑對(duì)提高主軸速度起著重要作用。高速主軸一般采用油氣潤(rùn)滑或噴油潤(rùn)滑。

高速進(jìn)給系統(tǒng)

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軸直線電機(jī)驅(qū)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(xiàn)并精確控制如此高的進(jìn)給速度，對(duì)高速加工中心導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服系統(tǒng)、工作臺(tái)結(jié)構(gòu)等提出了新的要求。直線電機(jī)的成熟應(yīng)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)。直線電機(jī)是一種非接觸式直接驅(qū)動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)部件少，無(wú)失真。利用這項(xiàng)技術(shù)，機(jī)床制造達(dá)到了傳統(tǒng)滾珠絲杠達(dá)不到的水平。直線電機(jī)具有高加減速的特點(diǎn)，加速度可達(dá)2g，是傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的10-20倍，進(jìn)給速度是傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的4-5倍。

高速數(shù)控系統(tǒng)

高速加工中心要求數(shù)控控制系統(tǒng)具有快速的數(shù)據(jù)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(biāo)聯(lián)動(dòng)加工復(fù)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(yùn)算速度、預(yù)讀單段和NURBS功能等的數(shù)控控制器。，以充分發(fā)揮高速加工的效率。開(kāi)放式架構(gòu)和基于PC也是一種新的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)合PC機(jī)在通信和網(wǎng)絡(luò)方面的發(fā)展，建立參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、CAD/CAM集成仿真系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化電控模塊也是未來(lái)的新趨勢(shì)。

高速數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力有兩個(gè)重要指標(biāo):一是單個(gè)程序段的處理時(shí)間。為了適應(yīng)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(bǔ)精度。為了保證高速時(shí)的插補(bǔ)精度，需要具備前饋功能和大量的高級(jí)程序段。此外，還可以采用NURBS(非線性B樣條)插補(bǔ)、齒隙加速、平滑插補(bǔ)、鐘形加減速等輪廓控制技術(shù)。高速切削數(shù)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)包括:(1)加減法預(yù)插補(bǔ)；(2)前饋控制；(3)精確的矢量補(bǔ)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(jī)構(gòu)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(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡，特別是刀柄延伸較長(zhǎng)的刀具必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡，以防止彎曲強(qiáng)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(xiǎn)。

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

高速加工中心溫度控制系統(tǒng)

高速加工中心的熱特性是指高速加工中心的結(jié)構(gòu)在內(nèi)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(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、床身等大型部件。此外，低膨脹系數(shù)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(zhǎng)和主軸部件的熱變形。

其他的

為了使高速加工中心正常運(yùn)行并充分發(fā)揮其效率，高速加工中心的總體結(jié)構(gòu)應(yīng)配備刀庫(kù)和換刀裝置、冷卻系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、安全保護(hù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、刀具破損監(jiān)控裝置、刀具長(zhǎng)度和直徑激光檢測(cè)裝置、光柵尺測(cè)量系統(tǒng)和排屑裝置等。這里不一一介紹了。