超高速切削技术的发展现状及趋势
高速磨削
高速磨削高速磨削是国内外正在大力研究并逐步推广的一种先进的机械加工方法 , 它是近代磨削加工技术发展的一种新工艺 , 与普通磨削相比 , 其优点是能够大大提高被加工工件的精度 , 降低零件表面粗糙度。
随着科学技术的不断进步和发展 , 对零件的加工精度和生产率提出了更高的要求 , 高速磨削技术更加显示出它的重要性。
1 国外高速磨削技术的现状与发展趋势早在上世纪 50年代 , 国外就已经开始研究高速磨削 , 到 60年代 , 许多国家在高速磨削方面的研究更加得到普遍重视 , 并取得了许多成功经验 , 如日本京都大学工学部冈村健二郎教授首先提出了高效磨削理论 , 当时在日本也是盛行一时。
德国阿亨大学Optiz教授系统地发表了 60m /s高速磨削的实验结果。
在 70年代 , 高速磨削在许多工业国家迅速发展 , 60m /s以上高速磨床品种超过 50种 , 少数磨床磨削速度达到 125m /s, 到了 80年代 , 许多国家继续在提高磨削速度上进行努力 , 但是高速磨削并未按原先预料的情况发展 , 它受到许多条件的制约 , 如受到机床结构、动态特性、砂轮速度及磨料耐磨性等的限制 , 实际上在这个时期磨削速度的提高也受到了一定的限制。
近年来 , 高速磨削加工技术又有了很大发展 , 主要表现在以下几个方面 :(1)高速磨削机理方面。
在越过能产生磨削热损伤的国限带之后 , 磨削用量进一步加大不仅不会使热损伤加剧 , 反而会使其不再发生。
这一发现 , 开拓出一个广阔的高速磨削参数领域 , 为实现超高速的磨削提供了理论基础 , 加上人造金刚石和立方氮化硼在砂轮制造中的大量应用 , 高速磨削得以再度兴起 , 并实现了线速度高于普通磨削 5 - 6倍甚至更高的超高速磨削。
(2)高速磨削的有利环节。
继喷雾润滑轴承和空气润滑轴承之后 , 利用磁力承受负荷的磁悬浮轴承已进入实用阶段 , 它的转速可以在主轴强度所能承受的限度内任意提高。
高速切削技术研究
高速切削技术研究第一部分高速切削技术的定义与特点 (2)第二部分高速切削刀具材料与磨损机理 (4)第三部分高速切削机床的选型与应用 (7)第四部分高速切削参数优化方法 (10)第五部分高速切削过程的热控制技术 (13)第六部分高速切削加工精度与表面质量 (15)第七部分高速切削在典型零件加工中的应用 (17)第八部分高速切削技术的发展趋势与挑战 (20)第一部分高速切削技术的定义与特点高速切削技术是一种先进的制造工艺，它通过使用高转速的刀具和优化的切削参数来提高材料去除率、加工精度和表面质量。
该技术的核心在于实现高效率、高质量和高精度的加工过程。
在高速切削过程中，刀具以极高的速度旋转（通常超过每分钟数千转），同时进给速度也相应提高。
这种高速旋转产生的离心力有助于减小切削力和切削热，从而延长刀具寿命并减少工件的热变形。
此外，由于切削力的降低，高速切削还可以减少振动，进一步提高加工精度。
高速切削技术的优势主要体现在以下几个方面：1.高效率：与传统切削相比，高速切削可以显著提高材料去除率，缩短加工时间。
研究表明，高速切削可以提高生产效率达 30%至50%。
2.高精度：高速切削过程中的低切削力可以减少工件的振动，从而提高加工精度。
此外，由于切削热的影响较小，工件的热变形也得到了控制。
3.高质量表面：高速切削产生的切削热较低，这有助于减少工件的烧伤和裂纹，从而获得更好的表面质量。
4.刀具寿命延长：高速切削可以降低切削力，减少刀具磨损，从而延长刀具的使用寿命。
5.节能减排：高速切削技术可以实现更高的材料去除率，从而减少能源消耗和碳排放。
然而，高速切削技术也存在一些挑战，如刀具成本较高、对机床性能要求较高等。
因此，在实际应用中，需要根据具体加工需求和技术条件，合理选择切削参数和刀具，以确保高速切削技术的有效性和经济性。
总之，高速切削技术作为一种先进的制造工艺，具有高效率、高精度、高质量表面等优势，但在实际应用中需充分考虑其成本和设备要求。
浅谈高速切削加工技术的发展
一
前 ， 于 高 速 切 削 加 工 中 心 其 主 轴 最 高 转 速 一 般 都 大 于 １０ ０／ 适 ０ ０ｒ ｍ ｎ 有 高 达 ６ ０ ０／ ｎ １０ ０ ｒｍｎ 为 普 通 机 床 １ ｉ， ０ ０ ｒｍｉ－ ０ ０ ０／ ｉ， ０倍 左 右 ；
０科技 — — —
—
—
—
塑 坐
浅谈高速切削加工技术 的发展
口 蔡 素 桔
摘
要 ： 高速 切 削技 术 是 近 十 几 年 来迅 速 崛起 的 一项 先 进 制 造 技 术 ， 已成 为现 代 制造 业 的 重要 组 成 部 分 。 高 速切 削 的特 点 和 机 从
理 入 手 ， 析 这 项 高新技 术 发展 状 况 和 目前 的应 用 。 分 关键 词 ： 高速 切 削 ： 床 ； 具 机 刀
高速切削强调的是高的速度 ， 要有高的主轴转速 ， 速切削 中 即 高 的 高 速 不是 一 个 技 术 指 标 ， 而应 是 一个 经济 指 标 。 速 切 削 时 由 高
于 切 削 速度 的 大 幅 度 提 高 ， 定 了 高 速 切 削 具 有 以下 特 点 ： 是 决 一
性 能 良好 的机 床 是 实 现 高 速 切 削 前 提 和 关 键 ，而 具 有 高 精 度 高 速 主 轴 和控 制精 度 高 高 速 进 给 系 统 ，则 是 高 速 切 削 机 床 技
主 电动 机 功 率 １ ｋ ５ ｗ罐 ０ Ｗ， ｋ 以满足高速车削 、 高速铣削之要求 。 控制
、
高 速 切 削 的 机 理
在 高 速 切 削 过 程 中 ， 于 切 削 速 度 足 够 快 ， 应 变 硬 化 来 不 由 使 及 发生 ， 变形 只发 生小范 围内会 使切削力小 于传统速 度的切 削力 。高 速 切 屑 变 形 机 理 在 很 大程 度上 与 热 量 有 关 ，随 着 切 削 速 度 的增 加， 切屑 流受 到 的阻 力 减 小 ， 而使 切 屑 变薄 、 削 力 减小 。 从 切 高 速 切 削 机 理 主要 包 括 高 速 切 削 中 切 削 力 、切 削 热 变 化 规 律 ． 具 磨 损 的规 律 ． 屑 的 成 型 机 理 以 及 这 些 规 律 和 机 理 对 加 刀 切 工 的影 响 。 目前 对 铝 合 金 的 高 速 切 削 机 理 的 研 究 与 应 用 比较 成 功 ，但 对 黑 金 属 和难 加 工 材 料 的 高 速 切 削 机 理 的研 究 与应 用 尚 处 于不 断探 索之 中 ，应 用 也 是 在 不 成 熟 的 理 论 指 导 下进 行 。 另 外 ， 速 切 削 机 理 的研 究 与 应 用 已进 入钻 铰 、 丝 等 的切 削方 式 高 攻 中 ， 还 处 于 探 索 阶段 。随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 高 速 切 削 的 切 但 对 削 力 、 削热 、 屑 成 型 、 具 磨 损 、 具 寿 命 、 工 的 精 度 和 表 切 切 刀 刀 加
超高速切削机床和超高速刀具技术的现状
３ ．砂轮抬起 ， 主轴再次前进至磨削 位置 ， 由 再
４ ．重复过 程 ２ 。
参 考 文 献
１ 毕承恩． ． 丁乃建． 现代数控机床． 机械工业出版社，９３ １９
２ 廖效果． ． 朱启建． 数控机床． 华中理工大学出版社，９２ １９
步进 电机 ２控制 ， 动 １ ０， 转 ８ 。以便 磨削 另一螺旋 槽 。 ５ ．砂轮 抬起 ， 重复前 述 毛 坯装夹 过程 。
已经积 极地 推广 使用 高速 切削 和超 高速切 削 。追 溯
如换 刀 时间 的缩短 、 刀 的高速 化 、 轴 的加速 度启 走 主 停 、 屑的处理 、 却液 的选 择 、 切 冷 主轴 的温控 、 主轴的 动 平 衡 、 夹具 的 合理 选 择 等 。从提 高 生 产率 的角 刀 度， 除了 主轴 的 高速 化 之 外 ， 刀 的高 速化 、 走 主轴 的 加速 度 启停 显得更 加重 要 。 主轴 的 高速 化 ， 轴承 的研 究 开发 提 出了 更高 对 的要求 。首 先 ， 动轴承 的质 量一 直在 提 高 （ 美 国 滚 如 将 ＡＢ Ｃ７ Ｅ 级提 高到 了 Ａ ＥＣ Ｂ ９级 ） 由于 高速 下 的 。 轴 承 温升 高 ， 却润滑方 法 不 断进步 ， 油脂 润滑一 冷 从源自关键 词超 高速切 削
切 削刀具
机 床
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄ ｕ ｔａｈ ｇ ｐ ｅ ｕ ｔ ｇ，ｃ ｔｉ ｇ ｔ ｏ ，ｍ ａ ｈ ｎ ｏ ｌ ｙ ｒ ｓ ｌｒ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔｉ ｎ ｕ ｔ ｏ ｌ ｎ ｃ ｉｅｔ ｏ
当前 机 械制 造 业 为 实现 高 生产率 和 追 求 利 润 ，
维普资讯
超高速切削机床 和超高速 刀具技 术 的现状
超高速加工技术
（2）汽车制造。
1
2
3
4
钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔
高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床 5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔型固 定不变）
高速加工中心 1台1轴1工序（3万件/月）
柔性（零件、孔数、孔径、 孔型可变）
图12 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）
（3）模具制造。
b）高速模具加工的过程
图14 两种模具加工过程比较
生产剃须刀的石墨电极
生产球形柄用的铜电极
图15 高速切削加工电火花加工用工具电极
（4）难加工材料领域。硬金属材料（HRC55～62），可 代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1um。
（5）超精密微细切削加工领域。
粗铣整体铝板； •精铣去口； •钻680个直径为3mm的小孔。 时间为32min。
在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷 或油冷。精度高、振动小、噪声低、结构紧凑。
高速加工技术的发展与应用
图5 HSM600U型数控五轴高速加工中心
生产厂家：瑞士Mikron 主轴转速：最高42000 rpm
主轴功率：13 KW 进给速度：最高40 m / min
定位精度：0.008 mm
重复定位精度：0.005mm
图6 HSM 系列高速五轴联动小型立式加工中心
图7 HSM800 图9 HSM400
• Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公 认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、铬镍 合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。
近年来，我国在高速、超高速加工的各关键领域 (如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、 陶瓷滚动轴承等方面)也进行了较多的研究并有相应 的研究成果。
高速切削加工关键技术现状与发展
出 现 专 业 化 生 产 厂 家 ，按 系 列 提 供 产 品 。 由 于 直 接 传 动 ，
省去 了电 机 ，主轴 问 的皮 带 轮 、齿 轮 箱 等 传 动 链 ，其转
作 用 而 产 生 电 磁 推 力 ， 带 动 负 载 运 行 。 最 早 开 始 使 用 高
速 轻 而 易 举 地 达 到 ０～４０ ０／ ｉ，甚 至 更 高 ，不 仅 如 此 ， 速 直 线 电 机 的 美 国 Ｉ 瑚 ｌ 司 ，在 Ｈ Ｍ８０加 工 中 心 的 ２ ０ ｒｒｎ ａ ． ｎ Ⅱ公 Ｖ ０
出现 至 今 ２ ｏ年 左 右 时 间 ， 所 谓 高 速 切 削 ， 首 先 是 高 的 速
度 ，即 要 有 高 的 主 轴 转 速 ， 比 如 １ ００／ ｉ， １００／ ｉ ， ２ ０ ｒ ｎ ８ ０ ｒ ｎ ａ ｒ ａ ｒ
用 于 电 主 轴 。 陶 瓷 轴 承 的 滚 动 体 为 热 压 氮 化 硅 陶瓷 材 料 ， 内外 环 使 用 轴 承 钢 。 由 于 陶 瓷 滚 动 体 密 度 小 是 钢 的
高速 电主 轴 是 内装 式 主 轴 电 机 一 体 化 的主 轴 单 元 。 它 采 用 无 壳 电 机 ，将 其 空 心 传 子 用 压 配 合 的 形 式 直 接 装 在 机 床 主 轴 上 ，带 有 冷 切 套 的 定 子 则 安 装 在 主 轴 单 元 的
超高速加工技术发展现状及趋势
达 到 磨 削 表 面 的 水平 ，超 高 速 铣 削 可 实 现 硬 切 削 （ ＲＣ ０以下 ） 因而可 用 于模 具 的精 加工 ，省 去 其 Ｈ ６ 常规 的精 整加工 工序 或节 省抛光 工 时 。 在超 高速 加 工 中由于机 床 主轴 转速 很高 ，激 励 振 动频 率就很 高 ，远 离机 床 固有 振动频 率 ，因此 工
了 ２ ３倍 。 —
是超 高 速加 工 技术 对机 械制 造 业 实现 高 效 、
优 质 、低成 本 生产 有 广 泛 的适 用 性 。 超 高 速加 工 可 大 幅 度 提 高 加工 效 率 、缩 短 加 工 时 间 、降低 加
正 是 超 高 速 加 工 技 术 特 别 是 超 高 速 铣 削 ，与 新 一 代 数 控 机 床 特 别是 高 速加 工 中心 的开 发 应 用 紧密 相 关 。９ ０年代 以来 ，美 、欧 、 日各 国争 相 开 发 应用 新 一 代 高 速 数 控 机 床 ，集 高 效 、精 密 、柔 性 为 一 体 的数 控 机 床 的高 效 特 征 有 了 新 的 飞 跃 。 新 一代 数 控 机 床 已经 从 原 有 数 控机 床基 型 的高 速 型 派 生 品种 ，加 快 高 速 化 发 展 步 伐 ，适 应 超 高 速 度 高效 加 工 的新 结 构 已 用 于 多 种 产 品 中 ，高 速 主 轴 单 元 、高 速且 高 加／ 速 度 的进 给运 动 部件 、高 减 性 能 数控 和 伺服 系统 以及 工 具 系 统 都 出 现 了新 的
５ ０ ｒｍｉ ，进 给 速 度 ６ ／ ｎ 中 小 型 加 工 中心 ０ ０／ ｎ ｍ ｍｉ ；
二 、超 高速 加 工技 术 的 重 要性
超高速加工发展状况及趋势
班级：机制2班姓名：周明学号：1208470528超高速加工发展状况及趋势随着时代发展与科学进步，各个国家关于对超高速加工技术的投资与研究使用的比例越来越高，但是各国的发展水平却依然存在很大的差距。
超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40~60m/min，砂轮磨削速度达100~150m/s;超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。
超高速加工已经成为先进制造技术竞争的一个制高点。
超高速加工中，工件与刀具相互高速撞击，力的瞬态作用使剪切局限在一个微区域，能量在此微区的耗散使材料局部高温，可能达到熔化或接近熔化的状态。
正反馈效应使局部绝热剪切作用愈加增强。
切削速度越高，这种绝热剪切作用也越强，接近音速的超高速切削走向极端条件，带来了诸多新机理研究和对传统切削机理的突破性挑战。
机床工作在数万转/分转速下承受冲击载荷，依然达到μ级的工作精度，要求实现机床主轴系统旋转的高精度高稳定性控制以及整机动静热特性的精确设计。
冲击载荷下，主轴的高刚度、高精度要求轴承工作间隙很小，在微间隙中轴承润滑介质受到强剪切与挤压，同样达到了一种极端的工况。
超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。
超高速加工技术主要包括:超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。
超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。
超高速切削是金属切削加工技术的新发展。
在今后15年内,现代机床技术将在机床设计、结构、金属切削效率和生产率等方面有重大突破。
预计九十年代生产的机床将比七十年代生产的机床体积更小,速度更快。
它将采用强度与重量之比很高的材料(有色金属狈非金属材料)来代替钢和铸铁。
高速切削加工技术介绍
美国于 1960 年前后开始进行超高速切削试验。试验将刀具装在加农炮里，从滑台上射向工件；或将工件当作子弹射向固定的刀具。 1977 年美国在一台带有高频电主轴的加工中心上进行了高速切削试验，其主轴转速可以在 180 ～ 18000r / min 范围内无级变速，工作台的最大进给速度为 7 . 6m / min。
1979 年美国防卫技术研究总署（ DARPA ）发起了一项“先进加工研究计划”，研究切削速度比塑性波还要快的超高速切削，为快速切除金属材料提供科学依据。
在德国， 1984 年国家研究技术部组织了以 Darmstadt 工业大学的生产工程与机床研究所 PTW ）为首，包括 41 家公司参加的两项联合研究计划，全面而系统地研究了超高速切削机瓜刀具、控制系统以及相关的工艺技术，分别对各种工件材料（钢、铸铁、特殊合金、铝合金、铝镶铸造合金、铜合金和纤维增强塑料等）的超高速切削性能进行了深入的研究与试验，取得了切削热的绝大部分被切屑带走国际公认的高水平研究成果，并在德国工厂广泛应用，获得了好的经济效益。日本于 20 世纪 60 年代就着手超高速切削机理的研究。日本学者发现在超高速切削时，工件基本保持冷态，其切屑要比常规切屑热得多。日本工业界 35善于吸取各国的研究成果并及时应用到新产品开发中去，尤其在高速切削机床的研究和开发方面后来居上，现已跃居世界领先地位。进人 20 世纪 90 年代以来，以松浦（ Matsuora ）、牧野 ( Makino ）、马扎克（ Mazak ）和新泻铁（ Niigata ）等公司为代表的一批机床制造厂，陆续向市场推出不少超高速加工中心和数控铣床，日本厂商现已成为世界上超高速机床的主要提供者.
2 高速切削刀具
刀具是实现高速加工的关键技术之一。生产实践证明，阻碍切削速度提高的关键因素是刀具能否承受越来越高的切削温度在萨洛蒙高速切理研究和高速切削试验的不断深人，证明高速切削的最关键技术之一就是所用的刀具。舒尔兹教授在第一届德国 ― 法国高速切削年会（ 1997 年）上做的报告中指出：目前，在高速加工技术中有两个基本的研究发展目标，一个是高速引起的刀具寿命问题，另一个是具有高精度的高速机床．
超高速切削的发展现状
超高速切削的发展现状超高速切削是一种先进的切削加工技术，采用高速转速和小切削深度进行切削，能够有效提高切削效率和加工精度。
本文将对超高速切削的发展现状进行详细介绍。
超高速切削技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时由于切削过程容易产生几何形状的误差和表面质量问题，因此一直未能得到广泛应用。
随着计算机数控技术和精密制造技术的快速发展，超高速切削技术在上世纪80年代出现了突破性的进展。
发展初期，超高速切削主要用于加工金属材料，如铝合金、镁合金等，通过提高切削速度和减小切削深度，大大提高了切削效率和表面质量。
随着材料科学和刀具制造技术的进步，超高速切削技术逐渐应用到切削硬度较高的材料，如钢、铁等。
近年来，随着新材料和复杂工件的出现，超高速切削技术迎来了新的发展机遇。
首先是新材料的应用，如高性能陶瓷、纳米材料等，这些材料具有高硬度和高韧性，传统切削技术难以满足对其加工精度和表面质量的要求，而超高速切削技术能够有效解决这一问题。
其次是复杂工件的加工，如汽车发动机缸体、飞机发动机叶片等，这些工件形状复杂，表面精度要求高，传统加工方法效率低、成本高，而超高速切削技术具有快速、高效的优势。
随着超高速切削技术的不断发展，相关设备和工具也在不断更新迭代。
首先是刀具材料的优化，采用纳米材料、复合材料等先进材料制造刀具，能够提高切削效率和切削质量。
其次是机床的改进，采用高刚性、高速度的数控机床，能够满足高速切削的要求。
同时，先进的控制系统和传感器技术的应用，能够实时监测切削过程中的温度、压力等参数，保证整个加工过程的稳定性和安全性。
超高速切削技术的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。
首先是加工效率的提高，相比传统切削技术，超高速切削能够大幅度提高切削速度和加工效率，节约了生产时间和成本。
其次是加工精度和表面质量的提升，超高速切削能够实现微米级的精度和纳米级的表面粗糙度，满足了高精度工件的需求。
此外，超高速切削技术还可以减少切削力和切削温度，降低刀具磨损和能量消耗，从而延长刀具寿命，减少了对自然资源的消耗，对环境保护具有积极意义。
高速切削技术的发展现状
温度随着切削速度 的增大而提高 ， 当切削速度到 达临界切削速度后 ， 切削速度再强大 ， 切削温度反
。
而下降（ 见图 １。他的理论给人们一个非常重要 ） 的启示 ： 如果能越过图 １中的 Ｂ区， 而在高速 区
（ １ 图 中的 ｃ区） 进行切削 ， 则有可能用现有 的刀 具进行高速切削 ， 而大大地减少切削工时， 从 成倍 地提高机床的生产率 。 目前世界各 国通 常把切削速度 比常规 切削 速度高 ５ ０倍 以上 的切 削称 为高速切 削。不 —１ 同的材料高速 切削速度 的范 围也不 同。各 种常 用材 料 如 铝 台 金 为 １０ ０ ０—７ ０ｍ ｒｎ ００ ／ ｉ，铜 为 ａ ９０ ．０ｍ ｍｎ ０一 ０／ｔ ￣ ，钢为 ５Ｏ ２０ｍ ｒｎ ０ 一 ００ ／ ｉ ａ ，灰铸铁 为 ８Ｏ一３０ｍ ｒｉ，钛 为 １０—１０ｍ ｍｎ ０ ００ ／ ｎ ａ ０ ００ ／ ｉ。不 同加工方式的高速切削速度范围为 ：车削 ７０ ０—
ｔｐｒ ｔｅｕｅ ｈ ｍ ｅ ｒ ｃｄｔｅ∞啦ｅ ｎ ｃ ｈ ｄ ａｄ丑 删ａ ｏ 咿 ｆｉ ｈ
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关键技术也正在不断革新 。它包括以下几项 ：
２ １ 高速 主 轴 ．
高速主轴是高速切削机床的搀 部件 ， 随着对 主轴转 速要 求的不断提高 （ 主轴转 速在 ｌ０ 一 Ｏ呻 ２ ００ ，ｉ 的数控加 工中心越来越普及 ）传 统 ０ ０Ｉ加ｎ ，
的齿轮一 皮带变速主传动 系统由于本身的振动、
高速切削技术要点及其在我国的发展趋势
科 技论 坛 ＩＩＩ
罗 巍
高速切 削技术要点及其在我 国的发展趋势
（ 山重 型机 床 厂 ， 北 唐 山 ０ ３ ０ ） 唐 河 ６ ０ ０
摘 要： 本文通过介 绍高速切 削机理 以及通过对机床 、 刀具等方 面介绍 实现 高速切 削的技 术措施及今后 的发展趋势 。探讨 高速切 削的应 用领 域； 高速切 削研究现存问题 并展 望高速切 削的发展趋势和未来研究方向。 分析 关键词 ： 高速切削技 术； 机床 ； 刀具 ； 发展现状 ； 理 围内某一设定 温度 ， 精度 为 ± ． ， ０ 。 同时使 用 ７ ４ 高速切削技术在我国的现状 切削加 工是机械 加工应用 最广 泛 的加 工 油雾润滑、 混合陶瓷轴承等新技术 ， 使主轴免维 我国在 ２ 世纪 ９ 年初 开始 了有关 高速切 ０ ｏ 长寿命 、 高精度 。 削机床及工艺 的研究。 研究 内容包括水泥床身、 方法之一 ， 而高速是它 的重要发展方向 ， 其中包 护 、 括高速软切削 、 高速硬切削 、 速干切削 、 进 高 大 ２ 高精度快速进给系统 ． ２ 超高速 主轴系统 、 全陶瓷轴承及磁悬浮轴 承、 快 给切削等 。高速切削能够大幅度提高生产效 率 高精度快速进给系统高速切 削是 高切 削速 速进给系统 、有色金属 及铸铁超 高速切 削机理 和单位时间内材料切除率 ，改善 加工 表面质量 度 、 高进给率和小切削量的组合 ， 进给速 度为传 与适应刀具等方面。通过我 国科技工作者 的艰 降低加工 费用 。通常认 为 ， 高速切 削加工为 ： 切 统的 ５～１ 。这就要求 机床进 给系统很高 的 苦 工作 ， ０倍 各项关键技术都取得 了显著进展 。 部分 削速度超过普通切削的 ５ １ 倍 ； — ０ 机床主轴转速 进给速度和良好的加减速特性 。一般要求快速 单项技术指标 可达 国际先进水平 。然而高速切 在 １０ ０ ２ ０ ０ ｒ ｎ以 上 ；进给 速度 通 常 达 进给率不小于 ６ ｍｒ ｎ ００－００ｒ ｉ ／ ａ ０ ／ ｉ，程序 可编辑进给率小 削机床是诸多高新技术 的高度集成 ，并且在一 ａ １ — ０ ／ ｉ， ５ ５ ｍ ｒｎ 最高可达 ９ ｒ ｍ ｎ 高速 切削技术 于 ４ ｎｍ ｎ ａ ０ ｄ ｉ。 ｔ ０ｄ ｉ，轴 向正逆 向加速 大于 １ ｍｓ （ ） 定 的市场需求 驱动下才能真 发展起来 。高速 ０／ １ 。 ２ ｇ 是 在机床结构及材料、 机床设计制造技术 、 高速 机床制造商大多采用全 闭环位置伺服控制的小 机床的高档数控 系统和开放式数控系统正在深 主轴系统 、 速进给系统 、 快 高性能 Ｃ Ｃ控制 系 导程 、 Ｎ 大尺寸 、 高质量的滚珠丝杠或大导程多头 人研究中 ， 目 但 前主要还是依赖进 口。 统、 高性能刀夹系统、 高性 能刀具材料及刀具设 丝 杠 。 国内刀具材料 目 前仍 以高速钢 、硬质合金 ２ 高速伺服系统 － ３ 计制造技术 、 高效高精度测量测试技术 、 高速切 刀具为 主 ， 先进刀具 材料（ 如涂层硬 质合金 、 金 削机理 、高速切 削工艺等诸多相关硬件与软件 为 了实现高速切削加工 ，机床不但要有高 属陶瓷 、 陶瓷刀具 、 Ｂ Ｃ Ｎ和 Ｐ Ｄ刀具等） Ｃ 虽有 一 技术 均得到充分发展的基础之 上综合 而成 的 。 速 主轴 ， 还要有高速 的伺服系统 ， 这不仅是为了 定基础 ， 但应用范 围不够广泛。总的来 说 ， 切削 因此 。 高速切削加工是 一个复杂 的系统工程 ， 涉 提高生产效率 ，也是维持高速切削中刀具正常 速度普遍偏低 ，切削水平和加工效率较低。 自 及机 床、 刀具 、 工件 、 加工工艺 过程参数及 切削 工作 的必要条件，否则会造成刀个的急剧磨损 ２ 世纪 ９ 年代 以来 ， 高速切 削铝合 金 、 、 Ｏ Ｏ 对 钢 与升温 ， 破坏工件加工 的表面质量。 铸铁、 高温合金、 钛合金等的切削力 、 切削温度 、 机理等诸多方面。 生产率与切削速度有着很密切关 系的 ， 切 ３实现高速切削 ，要正确地使用 高速切 削 刀具 损与破损和刀具寿命进行 了一定研究 和 削速度的提高可 以提高生产率 ，同时精 密和超 刀 具 探讨 ， 但还没有进行全面系统 的研究 。 对切削加 ３１高速切削刀具材料 ． 工过程的监控技术 研究较 多，但投入生产使用 精密加工技术 的发展也对切削速度有了更 进一 步提高的要求 。 高速切削加工 的概念提出后 ， 经 刀具材料的发展 ，高速切削技术发展 的历 的较少 。 也就是刀具材料不断进 步的历史 。 高速切削 ５高速切 削加工技术展望 过长期的探索 、 研究和发展 ， 泛应用 于工业 史 ， 被广 生产。 高速切 削除了能大幅度提高生产率以外 ， 的代表性 刀具材料是立方氮化硼 （ Ｂ ） Ｃ Ｎ 。端 面 高速切削发展趋势和未来研究方 向归纳起 Ｂ 还可以提高加工质量 ，特别是改善 已加工表 面 铣 削使 用 Ｃ Ｎ刀具 时 ，其 切 削 速 度 可 高达 来主要有 ： 新一 代高速大功率 机床的开发与 ｎ ０ ０ ／ ｉ， ｂ 高速切削动态特性 及稳 定性的研究 ； ｅ ． 质量。传统 的切削速度和刀具 寿命 的关 系被假 ５０ ｍｍ ｎ 主要用 于灰 口铸铁的切削加工 。聚 研制 ；． 定 为线性关系 ， 即刀具 的速度越高 ， 刀具 的磨损 晶金刚石（ Ｃ 刀具被称之为 ２ 世 纪的刀具 ， 高速切削机理的深入研究 ；． Ｐ Ｄ） １ ｄ 新一代 抗热振性 越 快。２ Ｏ世纪上半叶 。 研究人 员开始发 现， 在加 它特别适用 于切 削含有 Ｓ ｉ 的铝合金 材料 ， Ｏ 而 好 、 耐磨性好 、 寿命长的刀具材料的研制及适 宜 工过程 中， 切削速度达 到某个值后 ， 情况开始发 这种金属材料重量 轻、 强度高 ， 广泛地应用于汽 于高速切削的刀具结构 的研究 ；． 一步拓宽 ｅ进 生 变化 ， 刀具磨损加剧 ， 是速度继续上 升 ， 但 超 车、 摩托车发动机 、 电子装置 的壳体 、 底座 等方 高速切削工件材料及其高速切削工艺范围 ；开 ￡ ｇ 建 过某一值 ， 又可以恢复正常加工 。 经过 长期 的生 面。目前 ，用聚晶金刚石刀具端 面铣削铝合金 发适用 于高速切 削加工 状态 的监控技 术 ；－ 产实践 ，人们意识 到对于某一特定的被加工材 时，０ ０ ／ ｉ ５ ０ ｍ ｍｎ的切削速度 已达到实用化水 平 ， 立高速切削数据库 ，开发适于高速切 削加工的 ｈ 料来说 ，在比现行使用的切削速度高许多倍的 此外 陶瓷刀具也适用于灰 口铸铁 的高速切 削加 编程技术 以进 一步推 广高速 切削加 工技术 ；． 区域可能存 在一个十分理想的切削条件 ，在这 工 。 基于高速切削工艺 ， 发推广干式 （ 开 准干式 ） 切 涂层 刀具 ：Ｂ Ｃ Ｎ和金 刚石刀具 尽管具 有很 削绿色制造技术 ；基 于高速切削 ， 个切 削条 件下 ， 生产率高 、 刀具 耐用度长 ， 而且 ｊ ． 开发推广高 切 削 力 也 比较 小 。 好的高速切 削性能 ， 但成本相对较高 。 用涂层技 能加工技术 。 ２实现高速切 削 ， 高速切削机床应具 备的 术能够使切 削刀具既价格 低廉，又具有优异性 高速切削技术 是切 削加工技术 的主要发展 条件 能， 可有效 降低加工成本。 现在高速加工用 的立 方 向之一。 它会随着 Ｃ Ｃ技术 、 电子技术 、 Ｎ 微 新 为 了适应 粗精加 工 、轻重 切削 和快速 移 铣刀 ， 大都用 ＴＡＮ系的复合多层涂镀技术进 材料 和新结构等基 础技术 的发展而迈上更高的 ｉＩ 动， 同时保证高精度 （ 位精度 ± ． ５ ｍ ， 定 ０ ０ ｒ ）性 行 处 理 。 ０ ａ 台阶。 但也应清醒的看到。 高速切 削技术 自身也 能 良好的机床是实现高速切 削的关键 因素 。其 ３ ． ２高性 能 的 刀具 存在着一些亟待解决 的问题 ，这些都在一定程 应具备的技术有以下几项 ： 夹持系统高速铣床的刀具夹持系统要求其 度上制约和阻碍 了高速切削技术 的发展 ，我们 有很高的动平衡性 ， 要求 主轴具 有 ３０ ０／ ｉ 需要找准问题所在 ， ００ ｒ ｎ ｍ 认真研究并真正加以解决 。 ２１ 速 主 轴 ．高 高速主轴是高速切削机床 的核心部件 ， 随 之上 的动平衡能力 ， 且具有绝对的定心性 。主 着对 主 轴 转 速要 求 的不 断 提 高 ，传 统 的齿 轴 、 刀柄 、 刀具三者在旋转时应具有极高的同心 轮——皮带变 速传 动系统 由于本身 的振 动 、 噪 度 ， 这样才能保证高速 、 高精度加工 。否则转速 音等 原因已不能适应要求 ，取而代之的是一种 越 高离心力越大 当其达到系统的临界状态将 新颖 的功能部件—— 电主轴 ，它将主轴电机与 会使刀具系统发生 激振 ，其结果 是加工质量下 刀具寿命缩短 ， 加速 主轴轴 承磨损 ， 重时 严 机床 主轴合二为一 ，实现 了主轴 电机与机床主 降， 轴 的～体化。电主轴采用 了电子传感器来控制 会使 刀具与主轴损坏 。刀柄系统与主轴锥 度穴 温度 ， 自带水冷或 油冷循环系统 ， 使主轴在高速 孔应结合紧密，现在 刀柄一般都采用锥部 与主 旋转时保持恒温 ，一般可控制在 ２ 。 ～ ５ ０ ２ 。范 轴端面同时接触 的双定位锥柄。
超高速加工技术的现状及发展趋势
超⾼速加⼯技术的现状及发展趋势超⾼速加⼯技术的现状及发展趋势俗话说的好，“只要功夫深，铁杵磨成针”，这要是在遥远的古代社会也许是不折不扣的真理，但是在这个科技发展⽇新⽉异经济社会⾼度发达的⽂明社会，这就是⼀个谬误了。
特别是在机械加⼯⽅⾯更是⼤⼤的谬误了。
在这个时间就是⾦钱效益就是⽣命的机械制造⾏业⾥，谁掌握了技术谁就掌握了主动，谁提⾼了效率谁就站在了队伍的前列……超⾼速加⼯技术----⽆疑就是今后机械制造业发展的趋势之⼀.⾼速切削的概念与⾼速切削技术超⾼速加⼯技术是指采⽤超硬材料的刃具，通过极⼤地提⾼切削速度和进给速度来提⾼材料切除率、加⼯精度和加⼯质量的现代加⼯技术。
超⾼速加⼯的切削速度范围因不同的⼯件材料、不同的切削⽅式⽽异。
⽬前，⼀般认为，超⾼速切削各种材料的切速范围为：铝合⾦已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合⾦达300m/min，钛合⾦达150~1000m/min，纤维增强塑料为2000~9000m/min。
各种切削⼯艺的切速范围为：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削250m/s以上等等。
超⾼速加⼯技术主要包括：超⾼速切削与磨削机理研究，超⾼速主轴单元制造技术，超⾼速进给单元制造技术，超⾼速加⼯⽤⼑具与磨具制造技术，超⾼速加⼯在线⾃动检测与控制技术等。
⾼速切削是⼀项系统技术，图1显⽰了影响⾼速技术的各⽅⾯因素，企业必须根据产品的材料和结构特点，购置合适的⾼速切削机床，选择合适的切削⼑具，采⽤最佳的切削⼯艺，以达到理想的⾼速加⼯效果。
图1速机床CNC控制技术⾼速切削的应⽤由于⾼速切削机床和⼑具技术及相关技术的迅速进步，⾼速切削技术已应⽤于航空、航天、汽车、模具、机床等⾏业中，车、铣、镗、钻、拉、铰、攻丝、磨削铝合⾦、钢、铸铁、钛合⾦、镍基合⾦、铅、铜及铜合⾦、纤维增强的合成树脂等⼏乎所有传统切削能加⼯的材料，以及传统切削很难加⼯的材料。
中国刀具与切削加工技术的发展现状与趋势
中国⼑具与切削加⼯技术的发展现状与趋势⾦属切削⼑具市场的发展现状与趋势随着机床⼯业的飞速发展, 难加⼯材料⽇益增多。
多功能复合⼑具、智能⼑具、⾼速⾼效⼑具逐渐成为现代制造技术的关键装备。
⼑具材料与⼑具结构⽅⾯也有了新的发展。
从⼯艺、性能、结构等⽅⾯对⼑具与切削加⼯技术的发展现状进⾏分析, 并对发展趋势进⾏展望。
1 ⼑具与切削加⼯技术的发展现状1.1 开创了⾼速切削等新⼯艺, 全⾯提⾼了加⼯效率。
⾼速切削作为⼀种新的切削⼯艺显⽰出独特的优越性。
⾸先, 切削效率有显著的提⾼, 加⼯铝合⾦缸盖的PCD ⾯铣⼑, 铣削速度已达402lm/rain, 进给速度5670mm/min; 精加⼯灰铸铁缸体的CBN ⾯铣⼑, 铣削速度已达2000m/min, ⽐传统的硬质合⾦⾯铣⼑提⾼了10 倍。
其次, ⾼速切削还有利于提⾼产品质量、降低制造成本、缩短交货周期。
此外, 在⾼速切削技术的基础上, 开发了⼲切削(准⼲切削、微量润滑切削)、硬切削(以车代磨、以铣代磨) 等新⼯艺, 不仅提⾼了加⼯效率, 改变了传统不同切削加⼯的界限, ⽽且开创了切削加⼯“绿⾊制造”的新时代。
硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加⼯、淬硬模具加⼯实⽤的⾼效新⼯艺。
1.2 以硬质合⾦材料为主的各种⼑具材料性能使硬质合⾦的性能不断改进, 应⽤⾯扩⼤, 成为切削加⼯主要的⼑具材料, 对推动切削效率的提⾼起到了重要作⽤。
⾸先是细颗粒、超细颗粒硬质合⾦材料的开发, 显著地提⾼了硬质合⾦材料的强度和韧性, ⽤它制造的整体硬合⾦⼑具, 尤其是通⽤的量⼤⾯⼴的中⼩规格的钻头、⽴铣⼑、丝锥等⼑具, ⽤来代替传统的⾼速钢⼑具, 使切削速度和加⼯效率提⾼了数倍, 把量⼤⾯⼴的通⽤⼑具带⼊了⾼速切削的范围, 为切削加⼯全⾯进⼊⾼速切削阶段打下了半壁江⼭。
整体硬质合⾦还在⼀些复杂成形⼑具中得到应⽤。
其次, 硬质合⾦加压烧结等新⼯艺的开发和使⽤,提⾼了硬质合⾦的内在质量; 以及针对不同加⼯的需求开发专⽤牌号的做法, ⼜进⼀步提⾼了硬质合⾦的使⽤性能, 在作为化学涂层硬质合⾦⼑⽚牌号的基体材料时, 开发了具有良好抗塑性变形能⼒和韧性表层的梯度硬质合⾦, 提⾼了涂层硬质合⾦⼑⽚的切削性能和应⽤范围。
我国超硬刀具高速切削技术发展现状、问题及前景
・
超 硬材料合 成现状 、 艺及技 术 ・ 邓福铭 工
等
我 国超硬 刀具 高速切 削技术发展现状 、 问题及前景 ２ １ ６月 ０ ０年
我国超硬刀具高速切 削技术发 展现状 、 问题及前景
邓 福铭 卢 学军 ’
１ 中国矿 业 大学 （ 、 北京 ） 硬 刀 具材 料研 究 所 北 １０ ８ 超 ００３ ２ 北 京迪 蒙特 佳 工模 具技 术 有 限公 司 北京 １０ ８ 、 ００３
又 随切 削 速 度 的增 大 而 下 降 ｊ 。如 图 １所 示 。
当切削速度提高 １ 、 Ｏ倍 进给速度提高 ２ Ｏ倍 、 远
高速切 削 （ ｉｈＳｅｄＣ ｔｎ ， Ｈｇ ｐｅ ｕｔ ｇ 简称 Ｈ Ｃ） ｉ Ｓ
通 常是 指 用 比常规 切 削 速 度 和 进 给 速 度 高 得 多
摘要 本文介绍 了国内外高速切削技术 的发展历程及其与超硬刀具 技术发展 中的相互关
系， 分析了国内超硬刀具高速切削技术发展 中存在 的主要问题 ， 最后对 国内超硬刀具高速
切削技术发展前景进行 了展望 ， 并对 以后的发展提出了建议 。 关键词 高速切削 超硬刀具 数控机床
Ｓｔ ｔ 一 ０ ａｅ ｆ— ｔ ｅ Ａｒ ｆＨ ｉｈ ｅ ｄ Ｃｕｔｉ ｆ Ｓ ｐｅ —ｈａ ｄ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｈ ｔｏ ｇ Ｓｐ ｅ ｔｎｇ ｏ ｕ ｒ ｒ ｔ ｒａ
提高切削效率 、 降低 生产成本 。因此 ， 改进刀具
材料对于降低切削成本 比其它任何单一 过程 的
礴
疆 签
改变更具 潜力 ， 如何 合理 地选 择 与应用 现代 刀
具材料是降低加工成本 、 获得经济效益 的关键 。
无独有偶 的是 ， 上世 纪七十年代 中期 ， 在美
高速高效切削加工技术的现状及发展趋势
高速高效切削加工技术的现状及发展趋势一、前言目前，我国已成为世界飞机零部件的重要转包生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国转包生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。
为此，国内各飞机制造公司均进行了大规模的技术改造，引进了大量国外先进的加工装备，使我国的飞机制造业设备的数控化率越来越高。
与此同时，大量高速、高效、柔性、复合、环保的国外切削加工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本的变化。
刀具在航空航天加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。
与此形成鲜明对比的是，我国的装备制造业和以制造业为主要服务对象的传统的工具工业却无法满足航空航天工业对现代制造装备和先进加工工艺的要求。
下面结合我国航空航天工业加工技术的现状及发展趋势，着重介绍我国高效、高速切削刀具的生产应用情况，对我国工具工业的发展现状和存在的问题提出自己的看法。
二、航空航天工业加工技术的现状及发展趋势1.航空结构件材料的发展趋势及其特点①以整体件为代表的铝合金结构件为了提高零件的可靠性、降低成本和减轻重量，传统的铆接结构逐步被整体薄壁的机加工结构件所代替。
这类零件由于大部分是用整体实心铝合金材料制成的薄壁、细筋结构件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削产生的热量少、切削力小、零件变形小，因此提高生产效率的唯一途径是采用四轴或五轴联动机床进行高速铣削加工。
②以钛基和镍基合金零件为代表的难切削材料零件由于钛（镍）合金具有比强度高、热强度好、化学活性大等特点，目前飞机发动机重要部件采用钛基和镍基合金材料的逐渐增多。
采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，为常规切削速度的10倍。
这类材料的加工特点是：切削力大、切削温度高、加工硬化和粘刀现象严重、刀具易磨损。
③以碳纤维复合材料零件为代表的复合材料结构件复合材料现已成为新一代飞机机体结构主要材料之一，如飞机上的大型整体成形的翼面壁板、带纵墙的整体下翼面等。
高速切削加工技术
在通用机械制造业中，高速切 削加工技术广泛应用于机床、 泵阀、压缩机和液压传动装置 等产品的制造。
05
高速切削加工技术的发 展趋势与挑战
高效稳定的高速切削技术
高效稳定的高速切削技术是未来发展 的关键，需要不断提高切削速度和加 工效率，同时保持加工过程的稳定性 和可靠性。
高效稳定的切削技术还需要不断优化 切削参数和刀具设计，以适应不同材 料和加工需求的挑战。
高速切削工艺技术
切削参数选择
根据不同的加工材料和切削条件， 选择合适的切削速度、进给速度 和切削深度等参数，以实现高效
切削和高质量加工。
切削液使用
合理选用切削液，如乳化液、极 压切削油等，以提高切削效率和 工件表面质量，同时减少刀具磨
损和热量产生。
加工路径规划
采用合理的加工路径和顺序，以 减少空行程和换刀次数，提高加
高效稳定的切削技术需要解决切削过 程中的振动和热变形问题，提高加工 精度和表面质量。
高性能刀具材料的研发
高性能刀具材料是实现高速切削 的关键因素之一，需要具备高硬 度、高强度、高耐磨性和良好的
抗热震性等特点。
研发新型高性能刀具材料，如超 硬材料、陶瓷材料等，能够提高 切削速度和加工效率，同时减少
刀具磨损和破损。
改善加工质量
01
高速切削加工技术能够减少切削 力，降低切削热，从而减小了工 件的热变形和残余应力，提高了 加工精度和表面质量。
02
由于切削力减小，工件不易产生 振动，减少了振纹和表面粗糙度 ，进一步提高了加工质量。
降低加工成本
高速切削加工技术能够显著提高加工效率，缩短了加工周期，从而降低了单件成 本。
高速切削加工技术
目 录
• 高速切削加工技术概述 • 高速切削加工技术的优势 • 高速切削加工的关键技术 • 高速切削加工的实践应用 • 高速切削加工技术的发展趋势与挑战 • 高速切削加工技术的未来展望
高速切削(HSC)技术
一、高速切削的原始定义1931年，德国切削物理学家萨洛蒙（Carl.J.Salomon）博士提出了一个假设，即同年申请了德国专利（Machine with high cutting speeds）的所罗门原理：被加工材料都有一个临界切削速度V0，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。
切削塑性材料时，传统的加工方式为“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但进给速度低，切削力大。
实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状演化，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。
二、现代高速切削技术的概念所罗门原理出发点是用传统刀具进行高速度切削，从而提高生产率。
到目前为止，其原理仍未被现代科学研究所证实。
但这一原理的成功应该不只局限于此。
高速切削技术是切削技术的重要发展方向之一，从现代科学技术的角度去确切定义高速切削，目前还没有取得一致，因为它是一个相对概念，不同的加工方式，不同的切削材料有着不同的高速切削速度和加工参数。
这里包含了高速软切削、高速硬切削、高速湿切削和高速干切削等等。
事实上，高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能CNC控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。
只有在这些技术充分发展的基础上，建立起来的高速切削技术才具有真正的意义。
所以要发挥出高速切削的优越性能，必须是CAD/CAM系统、CNC控制系统、数据通讯、机床、刀具和工艺等技术的完美组合。
超高速加工技术
长度缩短为零。我们称这种新型的驱动与传动方式为“零传
动”。
超高速电主轴
超高速电主轴
（3）集成式电机主轴振动小，由于直接传动，因而减少了高精密 齿轮等关键零件，消除了齿轮的传动误差。同时，集成式主轴也简 化了机床设计中一些关键性的工作，如简化了机床外型设计，容易 实现高速加工中快速换刀时的主轴定位等。 这种电主轴和以前用于内圆磨床的内装式电机主轴有很大的区别， 主要表现在： (1) 有很大的驱动功率和扭矩； (2) 有较宽的调速范围； (3) 有一系列监控主轴振动、轴承和电机温升等运行参数的传感器、 测试控制和报警系统，以确保主轴超高速运转的可靠性与安全性。 国外超高速主轴单元的发展较快，中等规格的加工中心的主轴转速 已普遍达到10 000 r/min，甚至更高。
具刃磨费用等。
（二）超高速磨削加工的优 越性
• • • • • 大幅度提高磨削效率 磨削力小，零件加工精度高 获得低粗糙度表面 大幅度延长砂轮寿命，有助于实现磨削 加工自动化 改善加工表面完整性
四、超高速切削的相关技术
1、 超高速切削的刀具技术
超高速切削的刀具材料
（1）涂层刀具材料。在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬
悬浮轴承砂轮主轴，转速达到60 000 r/min。德国GMN公司的磁悬浮轴承主
轴单元的转速最高达100 000 r/min以上。此外，液体动静压混合轴承也已 逐渐应用于高效磨床。 。
超高速切削机床的进给系统
•
超高速切削进给系统是评价超高速机床性能的 重要指标之一，不仅对提高生产率有重要意义， 而且也是维持超高速切削中刀具正常工作的必要 条件。超高速切削在提高主轴速度的同时必须提 高进给速度，并且要求进给运动能在瞬时达到高
高速切削加工工艺的现状与优化趋势
精密、微细 、绿色等方 向发展 。现在 ，高速切削加 确定各表面的加工方法 ，根据零件的实际情况保证 工技术相对趋于成熟 ，并开始在各制造领域显示作 加工精度与表面质量 ，再根据最优化原则 ，确定最 用。例如 ：它已经在航空航天 、汽车、模具等工业 短 的走刀路线和最少 的换刀次数 ，以减少加工辅助
热冲击性等优化性能要求 。高速切削要求刀具结构 吃刀量等参数 的选择 。而进给量是精加工时决定生 和刀具夹紧机构具有更严格的要求 ，以确保生产安 产 率 的主要 因素 ，增 大进 给 量将 会 增 大加 工 表 面 的 全的可靠性 。可综合以下几个要点进行考虑 ： 粗 糙度数 值 ，所 以要 慎重 选择 与协调 。 首先选择刀具材料 ：在高速切削加工系统 中优 主要 考 虑 刀具 的影 响 ，考虑 工 件 材料 的 加工 性 先选 用 硬质 合金 ，甚 至超 细粒 度 硬质 合 金 或具 有 涂 能 。在确 定切 削用 量 参数 时 ，首 先 应 采用 尽 可 能大 层技 术等 材料 的高性 能刀具 ，以提 高使 用 的可靠性 。 的背吃刀量 ，其次选用较大 的进给量 ，最后确定合 其 次 选择 刀 具结 构 ：根 据 零 件 的结 构 和尺 寸选 理 的切 削速度 。 择合适的刀具与其相适应 ，优先选用机夹式可转位 总之 ，无论在何种加工场合 ，都应在保证加工 结构 ，甚 至复合 结构 或专用 结构 刀具 ，以减 少换 刀 、 质 量 的前 提下 ，认 真 选 择切 削参 数 ，并兼 顾 切 削效 对 刀和刃磨 的时间 。 率 、经济性和加工成本。而具体数值的确定 ，可根 最后选择刀柄结构 ：保证刀具能够迅速 、准确 据 实 际情 况及 机 床说 明 书 、切 削用 量 手册 ，并结 合 地安装到机床主轴或刀库 中去 ，优先选用标准化或 加工经验而确定 。综合协调这些参数之间的关系可 系 列化 刀柄 ，并 且尽 可能 选用 短 刀柄 ，以提 高刀 具 实 现切 削用 量参数 的优 化选择 。 的 刚性 。 ２２ 切 削路径 优化 ． 般 情 况下 ，选 用 高 耐用 度 、高精 度 和专 用 化 切削路径的选择与优化在高速切削加工 中，除 的刀具 ，会增加刀具使用成本 ，但是 ，它却提高 了 了刀具 材 料 和刀 具几 何参 数 的选 择 外 ，还 要 采取 不 零件 的加工 效率 和加 工 质 量 ，可 以使 整 个 加 工成 本 同的切 削路径 才能 得到 较好 的切削效 果 。 大大降低。因此 ，在加工系统 中选择合理的切削刀 切削路径优化 的目的是提高刀具耐用度 ，提高 具 ，利用刀具 自身优势来完成高速切削加工。 切削效率 ，获得最小的加工变形 ，提高机床走刀利 ２４ 冷却 方式优 化 ． 用 率 ，充 分发 挥 高速 加工 的优 势 。 传 统 切 削加 工 的冷 却方 式 一 般采 用 冷却 液 ，这 （ 走刀方 向的优化在走刀方 向的选择上 ，以曲 １ ） 对加 工环境 带来危 害 ，不符 合绿 色加工 的概 念范 畴 。 面平坦 性 为评 价 准则 ，确定 不 同 的走刀 方 向选 取方 而 高速 切 削 加 工 可采 用 干 式 （ 干 式 ） 削 技 术 ，不 准 切 案 ；对于 曲率变化大的曲面 以最大 曲率半径方向为 采用 切 削液 或采 用微 量 的切削 液 ，这可 以提 高切 屑 最 优进 给 方 向 ，对 曲率 变化 小 的面 ， 以单 条 刀 轨平 的回收利用率 ，降低切削成本 、降低切削过程对环 均 长度最 长 为原则选 择走 刀方 向。 境的危害 、提高切屑的回收利用率等。 （） 位轨 迹 生成按 照 刀位路 径 尽可 能简 化 ，尽 ２刀 ２５ 研究 与展 望 ． 量走直线 ，路径尽量光滑的要求选择加工策略 ，选 高速切削加工技术系统而复杂 ，离不开机床 、 择合适 的插补方 法 ，保证加工面残 留高度 的要求 ， 刀具 、夹具 及其 控制 软件 的配 合 。该 工 艺 的许 多 问 采 用过 渡 圆弧 的 方法处 理 加 工 干涉 区 ，样 在 加工 时 题现在 并没 有得 到充分 解决 ，其发 展前 景十 分广 阔 。 就不需要减速 ，提高加工效率 。 随着 技术 的 日益 成熟 ，特 别是 高 速 主轴 的 出 现 ，切 （） 性加 减速 和 断刀 的几率 。选取 合适 的加减 ３柔 削速度将进一步提高。但也要追求高速切削转速和 速方式 ，减少启动冲击 ，保持机床 的精度 ，减少刀 进给速度 的最佳参数 ，简化工序 ，这样高速切削的 具 颤振 。 “ 高速 ”才 能充分 发挥 出来 。刀具 的磨 损 以及 轴承 技 ２３ 切 削刀具 优化 ． 术将会是今后一段时间内制约高速切削发展的关键 高 速切 削 刀具 是 高速 加 工工 艺 系 统 中最 活跃 的 因素 。 要素 ，是实现高速加工 的关键技术之一 。高速切削
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数控技术结课论文 题目： 超高速切削技术的发展现状及趋势学 部 信息科学与工程学部学科门类 工学专 业 XXXXXX学 号 XXXXXXXXXX姓 名 XXXXXX指导教师 XXXX20XX 年XX 月XX 日装订线 河北大学工商学院超高速切削技术的发展现状及趋势摘要当前机械制造业领域中先进制造技术的应用越来越广泛而深入，超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分,也已被积极地推广使用。
本文主要针对于先进制造技术中超高速切削这一方面做了广泛的调查研究，阐述了什么是超高速切削技术以及超高速切削技术的发展现状，并对超高速切削技术在国内和国外的发展做了具体仔细的分析比较，就超高速切削技术的未来发展趋势做了简明的分析。
关键词：先进制造；高速切削；数控机床；发展现状The present status and development trend of high speed cuttingtechnologyABSTRACTApplication of the current field in mechanical manufacturing industry and advanced manufacturing technology more widely and deeply, ultra high speed cutting technology is an important part of advanced manufacturing technology, has also been actively promoting the use of. In this paper, aiming at the super advanced manufacturing technology of high speed cutting this has done extensive research, mainly expounds what is ultra high speed cutting technology and the high speed cutting technology development status, and make a specific careful analysis on the two aspects of high speed cutting tool and the high speed cutting technology of high speed cutting technology, the future development trend ultra high speed cutting technology has made the concise analysis.Key words：Advanced manufacturing；High speed cutting；CNC machine tool；Development Status目录引言 (3)1 超高速切削技术简介 (3)1.1 超高速切削技术概况 (3)1.2 超高速切削技术分类 (3)1.3 超高速切削技术特点 (4)2 超高速切削技术现状 (4)2.1 超高速切削技术现状简述 (4)2.2 国外超高速切削技术发展情况 (6)2.3 国内超高速切削技术发展情况 (7)3 超高速切削技术发展趋势 (7)3.1 难加工材料的超高速切削 (7)3.2 刀具夹紧机构设计 (7)3.3 节省能源,实现绿色加工 (8)结论 (8)参考文献 (9)引言伴随着世界经济日益国际化，更兼并着科学技术的不断发展与突飞猛进，工业化的发展程度，成为一个国家在世界地位中凸显的重要标志之一。
其高效高质量制造技术被广泛应用于工业制造领域，并对一个国家的、经济、航空航天、国防事业作出重大贡献，逐步成为推动世界先进技术向高端技术发展重要标志。
高速切削技术是近十年来迅速崛起的一项先进制造技术，由于高速切削技术具有切削效率高、加工质量高、能直接加工淬硬钢件和良好的经济性，使航空、模具、汽车、轻工和信息等行业的生产效率与制造质量显著提高，并引起加工工艺及装备相应的更新换代。
因此如同数控技术一样，高速切削和高速加工已成为21世纪机械制造业一场影响深远的技术革命。
目前，适应技术要求的高速加工中心和其他高速数控机床在发达国家已呈普及趋势，我国近来也在加快发展。
1 超高速切削技术简介1.1 超高速切削技术概况超高速切削技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术超高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。
可以说，超高速切削是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。
超高速切削的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。
[1] 1.2 超高速切削技术分类超高速切削技术主要包括以下内容：（1）超高速切削、磨削机理研究。
对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。
（2）超高速主轴单元制造技术研究。
主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。
[2]（3）超高速进给单元制造技术研究。
高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。
（4）超高速切削用刀具磨具及材料研究。
研究开发各种超高速切削(包括难加工材料) 用刀具磨具材料及制备技术。
（5）高速CNC控制系统：超高速切削要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性，以保证加工复杂曲面轮廓时，具有良好的加工性能。
还要具有高速插补及超前处理能力，防止刀具轨迹偏移和突发事故。
（6）超高速切削在线检测与控制技术研究。
对超高速切削机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术。
1.3 超高速切削技术特点超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工，对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。
与普通磨削相比，超高速磨削显示出极大的优越性。
表1.1 常见工件材料的超高速铣削速度与常用铣削速度[3]（1）切削速度快，铣削速度一般是普通铣削速度的五到十倍。
（2）能实现对硬脆材料的延性域磨削，对高塑性和难磨材料获得良好的磨削效果。
由于加工时对刀具和工件进行了冷却润滑，减少了切削热对工件的影响，特别适合加工易热变形的工件。
（3）降低加工工件表面粗糙度值，易获得高光洁的加工表面。
激振频率远远高于机床和工艺系统的固有频率，加工平稳，振动小，加工表面质量好。
（4）能极大地提高生产效率。
但是，高速切削采用的高压大流量冷却方式会增加环境污染、提高生产成本、减少刀具的耐用度、加大机床腐蚀等一系列问题。
（5）明显降低磨削力，提高零件加工精度。
（6）砂轮耐用度提高，使用寿命延长，具有巨大的经济效益。
2 超高速切削技术现状2.1 超高速切削技术现状简述（1）高速主轴系统：高性能的电主轴是实现超高速切削的基础，要求具有很高的转速及相应的功率和扭矩。
新近开发的加工中心主轴Dn值(主轴直径与每分钟转速之积)大都已超过100万。
在主轴系统中主要采用重量轻于钢制品的陶瓷球轴承，轴承润滑方式大都采用油气混合润滑方式。
在高速加工领域，目前已开发出空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴合并构成的磁气/空气混合主轴。
（2）高速进给机构：超高速切削要求进给系统能够完成高速进给运动，所用的进给驱动机构通常都为大导程滚珠丝杠或直线电机，其最高加速度在2G以上，最高进给速度可超过160m/min。
[4]图2.1 超高速切削技术结构（3）高速切削刀具：超高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼( CBN) ，端面铣削使用CBN 刀具时，其切削速度可高达5000m/min。
用金刚石刀具端面铣削铝合金时，5000m/min的切削速度已达到实用化水平。
CBN和金刚石刀具只能用于一定的加工领域，尚不能取得非常理想的降低加工成本的效果。
目前，涂层技术是一项既能作到价格低廉、性能优异，又可有效降低加工成本的技术。
现在超高速切削用的立铣刀，大都采用TiAIN系的复合多层涂镀技术进行处理。
如在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时，DLC( Diamond Like Carbon) 涂层刀具就受到人们极大的关注，预计其市场前景十分可观。
(4)刀具夹持系统：刀具的夹持系统是支撑高速切削的重要技术，目前使用最为广泛的是两面夹紧式工具系统。
作为商品正式投放市场的两面夹紧式工具系统主要有：HSK、KM、Bigplus、NC5、AHO 等系统。
在高速切削的情况下，刀具与夹具回转平衡性能的优劣，不仅影响到加工精度和刀具寿命，而且也会影响到机床的使用寿命。
因此，在选择工具系统时，应尽量选用平衡性能良好的产品。
(5)安全保护措施：进行高速切削时，由于刀具高速回转，切屑的速度也相当高。
在对钢材或铸件进行高速铣削时，其切屑带着火花四处飞溅，因此，必须采取措施，使切屑沿着一定的方向排出。
目前，三菱综合材料公司已开发出一种铣刀，可控制排屑方向，大大提高了高速铣削加工的安全性。
2.2 国外超高速切削技术发展2.2.1 欧洲的发展情况欧洲高速超高速磨削技术的发展起步比较早。
1979年德国 Bremen大学的Werner P G 教授撰文预言了高效深磨区存在的合理性，由此开创了高效深磨的概念。
1983年德国Bremen大学出资由德国Guhring Automation公司制造了当时世界上第一台高效深磨的磨床，砂轮圆周速度达到了209 m/s。
德国 Guhring Automation公司于1992 年成功制造出砂轮线速度为140～160m/s的CBN 磨床，并正在试制线速度达180m/s 的样机。
[5]德国Aachen大学、Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果。
据Aachen工业大学实验室的Koeing和Ferlemann宣称，该实验室已经采用了圆周速度达到500m/s的超高速砂轮，这一速度已突破了当前机床与砂轮的工作极限。
瑞士Studer公司开发的CBN砂轮线速度在60m/s以上，并向120～130m/s方向发展。
目前在试验室内正用改装的S45型外圆磨床进行线速度280m/s的磨削试验。
2.2.2 美国的发展情况美国20世纪60年代中期开始提高陶瓷砂轮的线速度。