黄欣春先生--瑞士特纳斯有限公司销售经理

钱航先生--MAG  IAS产品经理

袁华博士--德国雄克公司中国市场部总经理

恩宝贵先生--原机械部机床司副总工程师
 

刘福林先生--瑞士宝美技术公司上海代表处销售经理

始于20世纪70年代的数控车床的制造是金属切削机床制造业中所占份额最大的产业。随着制造业的全面发展，数控车床的高效化就愈显重要，那么是什么在制约着车床实现高效化？真正意义上的高效化又是什么？让我们共同探讨。
重新定义高速加工

黄欣春先生：高效车削就是通过以最快速度对多余材料的去除，得到所要求的产品尺寸精度及各种表面位置要求的加工过程。高效切削的主要目标之一是通过提高生产率来降低生产成本，通过缩短生产时间和交货时间提高企业整体竞争力。

我认为高速加工包含以下几个方面：高切削速度切削；高主轴速度切削；高切除率切削。

一般车削加工是以中等转速配合大切深方式进行大余量地铁屑切除来实现，但这样因切削力大带来的发热来不及通过冷却液及铁屑完全带走，容易对于产品精度产生不良影响。所以对于一般精度产品的加工，多采用大余量切削来实现。

如果我们通过高转速，高切削速度来减小加工中发热，可在提高生产效率的同时，减小刀具受力，加快散热，可有效提高刀具寿命并提高产品精度。通过小余量的高速切削，可减小产品成品应力变化，使对薄壁零件及精细零件的切削成为可能。

高速切削减少了主轴轴承、导轨和滚珠丝杠的磨损，同时提高机床寿命。在小尺寸零件的车削加工中，高转速加工才能有效保证高切削速度的实现，保证达成产品的优良表面精度。

目前零件形状变得越来越复杂，高速车削也就显得越来越重要，辅之以各种轴向、径向的钻铣等加工方法，能够有效减小物流，有效提高复杂产品的高效加工。通过高转速，配合高切削速度，可有效提高产品余量的切除，节省加工时间，提高生产率。

钱航先生：高速加工技术是一种用比常规切削高得多的切削速度进行切削加工的高效新技术。通常把切削速度比常规高出5～10倍以上的切削加工称为高速加工。按不同的工艺方法来划分，车削速度700～7000m/min；铣削速度300～6000m/min；钻削速度200～1100m/min；磨削速度9000～21600m/min，可称为高速加工。

高速加工时，主轴（刀具）的转速高和进给轴的速度和加速度高，大大提高加工时的金属切除率；当切削速度达到一定值后，切削力可降低30%左右，特别适用于薄壁零件的精密加工； 95%以上的切削热由切屑直接带走，工件基本上保持冷态，因发热引起的变形小；高速加工时，高速机床的激振频率远离加工系统的固有频率范围，振动小，加工质量高；高速加工可以用来加工各种难加工材料。高速加工时切削速度高，不仅可以提高生产率，而且可以减少刀具磨损。

高速加工的关键技术包括高速加工的机理研究、刀具技术、机床设计、工艺技术等。现在，高速加工技术已渐趋成熟，并开始在制造领域中大显身手。目前主要应用于有色金属、铸铁、钢、纤维强化复合材料以及各种难加工材料的加工领域。

提高利用率  自动化先行

钱航先生：随着数控车床性能的提高，切削加工时间越来越短，导致提高数控车床利用率的关键在于缩短数控车床辅助时间。目前基于提高数控车床利用率的技术主要有：

1.复合加工技术

由于复合加工机床省去多次装夹定位时间、各道工序之间的辅助时间，从 而大大缩短加工工时，提高生产效率。

复合加工（Complex Machining）按其加工特性可分为：工艺复合（Complex Process）和工序复合（Complex Operation）两类：工艺复合是指当工  件装入机床后，顺序地或并发地用多种制造方法尽可能多地完成零件的表面加工。车铣复合加工中心是目前最常见的工艺复合加工机床之一。例如在车削中心的基础上增添用于回转刀具的第二主轴和工件调头机械手的车铣复合加工中心，就可实现工件全部6个面的所有加工。

工序复合是指用同类加工方法对不同工序进行顺序或并发操作。例如车铣复合加工中心为实现工序复合从数控车床单主轴、单刀架结构的基础上扩展为双主轴、双刀架结构；

2.控制智能化

首先，通过自动抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪声等，可提高机床的加工精度、效率；其次，对于进一步发展集成制造系统来说，单个机床自动化水平提高后，可以大大减少人在管理机床方面的工作量，使人能有更多的精力和时间来解决机床以外的复杂问题，能更进一步发展智能机床和智能系统；第三，数控系统的开发创新，对于机床智能化起到了极其重要的作用，它能收容大量信息，并对各种信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制；还有诸如：工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析、开工时间状况解析、实际加工负荷监视、加工导航、调节、优化，以及适应控制等重要功能。

3.增加自动化辅助装置。如上料装置、工件回收装置、自动排屑装置等

黄欣春先生：现在车床上使用较多的自动化手段主要有：自动上料系统，减少上下料时间，定位精确，减少装夹时间；正负主轴加工，减少AB工程物流时间，缩短非加工时间；控制器高速运行能力，使高速进给得以实现，减少加工时间；多主轴加工，同台设备的互不干涉的加工区域同时运行，使加工时间重叠，缩短加工节拍，减少人工成本，提高工效；自动卸料装置，通过机械手收集工件，固定加工路径，可通过机械高效运行保证加工安全，减少主轴停机时间，提高机床使用率，增加功效。

刘福林先生：目前我们有下面几种自动化手段提高车削效率，全部都是一次装夹完成：

自动上下料的双主轴双刀塔S-189，8轴控制、双Y轴、各4轴联动，实现零件的正面反面同步车削，车削时间长的一端为整个工件的节拍。

S-191LINEAR不需要预热的铣车复合中心（整体独立恒温冷却方案），零件的正反两端车削更加复杂化。正反两根工件主轴均为电主轴，分度为扭矩马达直接驱动，刀具进给直线电机控制，刚性、精度、快速定位大大加强，有两大特色，车刀可以根据工艺要求任意角度摆动，时刻保证最佳车削迎角；零件反面可以在立车和卧车两个智能位置车削。

EZ123三工位纵切机床，突破传统，正向两根棒料进给，零件背面由一根电主轴夹持，实现三工位同步加工。提高工件转动速度，16000r/min，5kW，刀具进给为直线电机90m/min,一般来讲零件正面的加工节拍比较长，所以背面采用单主轴设计。

S-1000C多工位专机可以实现12根棒料同步车削及分度，由于工件转动速度不够，采用刀具旋转套车、旋风车削方式。

难加工材料的挑战

钱航先生：在各种工程材料中，有不少是属于难切削的，即所谓“难加工材料”。难加工的原因一般是以下几个方面：高硬度、高强度、高塑性和高韧性、低塑性和高脆性、低导热性、有微观的硬质点或硬夹杂物以及化学性质活泼。难加工材料的这些特性，会使切削过程中的切削力加大，切削温度升高，刀具耐用度下降，有时还将使已加工表面质量恶化，切屑难以控制，最终则使加工效率和加工质量降低。
目前，难加工材料切削技术的新发展主要有：

2.采用高性能的新刀具材料

在难加工材料的切削加工中，刀具材料是最活跃的因素。新刀具材料的出现和应用，有力地推动了难加工材料切削加工效率的提高。当前，新型高速钢有各种超硬高 速钢、粉末高速钢和涂层高速钢，切削性能比普通高速钢大力提高。新型硬质合金有含各种添加元素的WC基合金、细晶粒超细晶粒的WC基合金、TIC基和Ti（C，N）基合金、涂层 和稀土硬质含金，还有热压复合陶瓷和超硬刀具材料CBN、金刚石等。

2.采用非常规的新切削方法

（1）高速硬切削技术。硬切削是指对高硬度(>54HRC)材料直接进行切削加工。与磨削相比，硬切削具有如下优点：加工灵活性强，精度易于保证；硬切削的加工成本低于磨削 (通常仅为磨削的1/4)；硬切削不需要专用机床、刀具和夹具；硬切削的生产效率高于磨削；硬切削易于实现干切削，产生的切屑可再利用。

（2）加热切削法。一种加热切削法是导电加热切削，即在工件和刀具的 回路中（工件必须是导电体）施加低电压（约5V）、大电流（约500A），利用刀具、工件间 及剪切面处的电阻使切削区产生热量，从而使局部工件材料的力学性能、接触和摩擦条件都发生变 化。另一种加热切削法是等离子体加热切削，即用等离子弧对靠近刀尖处的工件材料进行加热，使其 硬度、强度降低，从而改善了切削条件。

要配备高效夹具系统

袁华博士：ROTA THW 系列液压动力卡盘是雄克公司针对高速车床推出的高效夹具系统，其通过自身优异的结构特性，可实现在几秒钟内变换夹持直径，一分钟内整副更换卡爪，且调整后能够保持极高的重复精度。这一工作特点，有效地节省了工人调整夹具的时间，在高速情况下仍保持较高的夹紧力，例如直径215外径的ROTA THW卡盘，在5400r/min的高速车床上依然具有46kN的工件夹持力，完全满足高速车床的夹持要求。

在雄克ROTA THW卡盘的斜齿条滑块上，设有专用的凸轮机构。在夹持直径或夹持面变化需要更换卡爪时，只需将卡盘钥匙在钥匙孔轻轻一转，已可抽动卡爪，实现改变夹持直径或更换卡爪的目的，且重复精度保持在0.01mm之内。这种在一分钟内可以更换全部卡爪的卡盘，为高速车床的高效加工节省了大量的装夹时间。

在THW系列基础上开发的ROTA THW vario卡盘，既可以与雄克卡爪相配合，实现一般高速车床卡盘的功能；又可以很方便地安装上机械胀轴或弹簧夹套，用来实现较小直径的孔夹持或外圆的夹持，实现高速车削加工，且安装程序极为简单。

这种一个卡盘可以在一台高速车床上多次使用、多种使用的模式，为高速车床的高效加工节省了可观的辅助工作时间。

发展重点

恩宝贵先生：中国数控车床向高精度、高效率、复合化方向发展。如北一大隈LBR—370铣床中心，床鞍上最大回转直径420mm，主轴转速45～4500r/min，快速移动X 20m/min，Z 25m/min，刀架工位数12、定位精度X  0.005mm、Z 0.007mm、重复定位精度X  0.002mm、Z 0.003mm。工件一次装卡可完成车、铣、攻丝等复合工序。沈阳机床股份公司SSCKZ80-5车铣复合中心，具有5轴车铣复合加工功能，具有一项专利，五项创新技术，其中四项技术世界领先。济南一机床集团公司研制成功MJ-860DT双刀架，四轴对置式数控车床。长城机床厂开发出TW250双主轴、双刀架、可控8轴4轴联动车削中心。

巩固提高低档、重点开发提高普及型产品技术水平并实现产业化、攀登开发高档。我国数控机床消费额中中档产品占60%以上，进口数控车床的主体也是中档产品。因此首先应做好普及型。

发展普及型数控车床基本目标，可考虑在加工直径400mm，主轴最高转速>4000r/min，快速进给X/Z 25m/min以上，刀塔分度时间≤0.2s，定位精度≤±0.005mm、重复定位精度≤±0.002mm，尾座可手动或编程、MTBF在1000h以上。