高速切削--刀具的接口技术

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高速切削关键技术

中心和其他数控机床进给系统采用 1.5 g。它在高速加工中心上的应用速度达76.2 m/min，进给加速度达
的主要形式。滚珠丝杠副传动系统仍受到一定的限制。
1~1.5 g。意大利Vigolzone公司生产
采用交流伺服电机驱动，进给加速
采用滚珠丝杠副传动实现的高的高速卧式加工中心，三轴采用直
46 汽车工艺与材料 AT&M
高速切削机床是实现先进切削工艺、获得高效加工效益的载体，也是进行高速切削试验研究的平台。高速切削的关键技术有高速切削机理、高速加工技术、高速加工用刀
具技术、高速加工工艺技术以及高速加工测试技术等，其中高速机床是实现高速加工的前提和基础条件。
1 高速主轴单元
高速主轴部件是高速机床最为关键的部件之一，同时高速主轴单元的设计是实现高速加工的关键技术之一。高速主轴在离心力作用下产生振动和变形，高速运转时产生的摩擦热和大功率内装电机产生的热会引起温升和热变形，将直接影响机床最终的加工性能，因此必须对其进行严格控制。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴。不同类型的主轴输出功率相差较大。高速主轴要在极短的时间内完成升降速，并在指定的位置快速准停，这要求主轴具有很高的角加速度。主轴的驱动如果通过皮带等中间环节，不仅会在高速状态打滑、产生振动和噪声，而且增加了转动惯量，机床主轴快速准停非常困难。高速加工机床主轴系统在结构上几乎都是采用交流伺服电机直接驱动的集成结构形式。集成化主轴有两种形式，一种是通过联轴器把电机与主轴直接联接，另一种是把电机转子和主轴做成一体。
蚀作用及高速紊流下气泡的产生对 20~25 μm。相对于采用直线电机本。日本精工已经研制出进给速度

机械制造中的机械加工高速切削技术

机械制造中的机械加工高速切削技术高速切削是机械加工领域中的一项重要技术，它在工件加工过程中使用高速切削工具，以较大的进给速度和转速进行切削，提高了加工效率和加工质量。

本文将介绍机械加工高速切削技术的原理、特点以及在机械制造中的应用。

一、高速切削技术的原理高速切削技术是基于高速运动的切削工具和工件之间的相对运动原理。

在高速切削过程中，切削工具以较高的转速和进给速度与工件接触，形成切屑并进行切削。

相比传统的慢速切削，高速切削具有以下特点：1. 切削速度较快：高速切削在保持刀具刃口整齐的情况下，增大刀具转速和进给速度，从而大幅提高了切削效率。

2. 切削温度较低：高速切削由于切削时间短，切削工具与工件接触时间减少，从而减少了热量在切削区域的积累，使得切削温度低于常规切削。

3. 切削力较小：高速切削采用较高的转速和进给速度，在单位时间内切削的材料量相对较大，切削力得到了有效分散，从而降低了切削力的大小。

二、高速切削技术的应用1. 提高生产效率：高速切削技术在机械制造中广泛应用，能够显著提高生产效率。

通过提高切削速度和进给速度，生产厂商可以在较短时间内完成更多的加工任务，提高了机械加工的效率。

2. 提高加工精度：高速切削技术具有切削温度低、切削力小等特点，能够减小热变形和机械振动对工件加工精度的影响，提高了加工精度和表面质量。

3. 增加工件材料种类：高速切削技术在闪光电火花加工、超硬材料和薄壁工件高速切削等领域应用广泛。

高速切削通过较高的转速和进给速度，能够更好地适应不同材料的加工需求。

4. 降低加工成本：高速切削技术通过提高加工效率和降低切削力，可以减少切削时间和刀具磨损，从而降低了加工成本。

三、机械加工高速切削技术的挑战与发展高速切削技术在机械制造中的应用受到了一些挑战，如切削热问题、切削润滑和冷却问题等。

同时，随着高速切削技术的发展，一些新的切削方式如超声波切削、激光切削等也受到了广泛关注。

为了进一步推动高速切削技术的发展，需要加强研究，探索新的切削理论和方法。

刀具高速切削加工技术特点

刀具高速切削加工技术特点
高速切削加工技术中的“高速”是一个相对概念，对于不同的加工方法和工件材料与刀具材料，高速切削加工时应用的切削速度并不相同。

通常把切削速度比常规高出5～10倍甚至以上的切削加工叫作高速切削或超高速切削。

以德国达姆施塔特工业大学H．Schulz教授提出的铣削速度范围比较具有代表性：铝合金1000～7000m/min，铸铁800～3000m/min，钢500～2000m/min，钛合金100～1000m/min，镍基合金50～500m/min。

传统硬质合金类刀具加工铝合金壳体切削速度一般在150～300m/min之间，而聚晶石（PCD）类刀具的切削速度能达到2000m/min以上，实现高速切削。

高速切削加工时，高切削速度在材料剪切区短时释放大量热能。

因此，随着切削速度的增加，切削的剪切区、切屑压缩区和变形区内材料的单位切削力反而下降。

总切削力和必需的切削功率同样下降。

高速切削工艺典型的小切削深度结合高进给速度和高主轴转速，将降低切削刃切入工件的时间，或称接触时间。

刀具监控系统在高速切削加工过程中还应该考虑的一个问题是刀柄与机床主轴锥孔的连接方式，常用的锥柄有BT、HSK、CAT及CAPITO等多种形式，但是在高速切削时HSK因其的双面接触过定位结构可以保证刀尖很高的跳动要求，，特别适合高转速工况。

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2012 - 006 - 高速切削(刀具与机床)

20
D
高速切削加工刀具 – 刀具材料应具备的基本性能
（1）硬度和耐磨性。必须高于工件材料的硬度，一般在HRC60以上；
硬度越高，耐磨性越好。
（2）强度和韧性。要承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。（3）耐热性。能承受高温，具备抗氧化能力。（4）工艺性能和经济性。具备良好的锻造、热处理、焊接和磨削加
减小进给量改变刀具主偏角以增加稳定性选择韧性好的刀具材料
（4）剥落和裂纹高速切削时温度很高，易产生平行于切削刃方向的热应力，而刀具离开被加工件时热应力释放，刀具不断切入、切出，造成热应力疲劳。接触疲劳与热应力疲劳都会引起裂纹，使刀具前、后刀面发生剥落。（5）破损刀具材料或切削用量选择不当，刀具经受不住强大应力（切削载荷或热应力）作用，就可能突然破损
图高速切削刀具材料性能
D
高速切削加工刀具 – 刀具材料
金刚石：以PCD为主立方氮化硼（PCBN）陶瓷刀具：Al2O3基和Si3N4基两大类 TiC (N) 基硬质合金（金属陶瓷）
涂层刀具：刀体+涂层材料，CVD和PVD两种方法实现
D
高速切削加工刀具 – 刀具材料表普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比
b）涂层整体硬质合金刀具（Vc=1200m/min,ap=5mm,ae=12mm）图机械疲劳裂纹及热裂纹（高速铣削7050铝合金）
D
高速切削加工刀具 – 磨损和破损
a）涂层整体硬质合金刀具（Vc=1000m/min,ap=4mm,ae=10mm）
D
高速切削加工刀具 – 磨损和破损
b）可转位超细晶粒硬质合金刀具（Vc=1200m/min,ap=3mm,ae=12mm）图10 微崩刃（高速铣削7050铝合金）

《高速切削加工》课件

03 高速切削加工的关键技术
高速切削加工的刀具技术
刀具材料
01
高速切削加工需要使用高硬度、高耐磨性的刀具材料，如硬质
合金、陶瓷和金刚石等。
刀具涂层技术
02
涂层技术能够提高刀具表面的硬度和耐磨性，降低摩擦系数，
提高切削效率。
刀具几何形状
03
高速切削加工需要采用特殊的刀具几何形状，如小前角、大后
角和短刀刃等，以减小切削力、切削热和刀具磨损。
在高速切削加工中，降低能耗、减少废弃物排放和提高资源利用效率成为重要的发展趋势，符合可持续发展的要求。
高速切削加工面临的挑战与对策
高温与热变形
高速切削加工过程中产生的高温可能导致刀具磨损、工件热变形等问题，需采用新型刀具材料、强化冷却技术等手段解决。
振动与稳定性
高速切削加工过程中的振动可能影响加工精度和表面质量，应优化机床结构、提高刚性和阻尼性能。
模具型腔加工
高速切削加工技术在模具制造业中广泛应用于模具型腔的加工，如注塑模、压铸模等，能够快速准确地完成复杂型面的加工。
模具钢材料加工
高速切削加工技术能够高效地加工各种模具钢材料，如H13、 SKD61等，提高加工效率，减少热量的产生和材料的变形。
高速切削加工在航空航天制造业的应用
航空发动机制造
高速切削加工的工艺参数
1 2 3
切削速度
提高切削速度可以提高加工效率，但同时也需要选择合适的刀具和材料，以避免刀具磨损和工件热变形。
进给速度
进给速度的提高可以增加材料去除率，但过高的进给速度可能导致刀具磨损和工件表面质量下降。
切削深度
适当的切削深度可以提高加工效率，但过大的切削深度可能导致刀具磨损和工件表面质量下降。

第四讲高速切削技术及刀具

2）不稳定性的解释：
当变形缓慢时，上述过程是等温的。开始时，塑性剪切应变限制在材料的部分弱剪切区。在这个区里，应变硬化强化了材料，而且应变区在材料上扩散，使切削力增加。这是传统速度切削时切削力的情况。然而如果切削速度足够快，使应变来不及发生，变形就只发生在小范围内，会使切削力小于传统速度的切削力。此即高速切削时切削力下降的原因。
高速切削及刀具
3）突变滑移和绝热剪切：在快速塑变过程中，局部发热产生温度梯度，最大的温度出现在发热最大的点。如果被切削材料应变强化速率下降，会导致切削点局部温度升高，当下降速率等于或大于应变硬化材料的速率时，金属将继续保持局部变形而不扩散。这个不稳定过程导致突变条件产生，称为突变滑移。随着切削温度的提高，达到绝热条件后，使热能量限制在特定的滑移区。因为特定滑移区的软化，发生附加滑移，最终得到完全剪切。
高速切削及刀具
高速切削技术的概念高速切削的发展史；
；
高速切削的优点；
高速切削的应用；高速切削的“软硬件”要求；
高速切削的概念与特点
高速切削技术的概念

20世纪90年代走向实际应用的先进制造技术，目前国际上对其定义尚无统一规定;
通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣; 现阶段一般把转速10000r/min以上视为高速切削; 国外对高速切削两种表述方法：
1）形成已加工表面和切屑底面两个新生表面所需能量 2）剪切区的剪切变形功
3）前、后刀面与切屑、工件的摩擦功 4）切削层材料经过剪切面时，由于动量改变而消耗的功
切削热
• 产生的热：
1）高速切削时，切屑变形所消耗的能量绝大部分转变成热形成新生表面消耗的功：成为工件和切屑所增加的内能剪切变形功和动量改变消耗的功：大部分变为基本变形区的热量，小部分形成新生表面的内能前后刀面的摩擦功产生的热：变为第二、三变形区的热量

高速切削加工技术

高速切削的适用性
高速切削的适用性
高速加工作为一种新的技术，其优点是显而易见的，它给传统的金属切削理论带来了一种革命性的变化。那么，它是不是放之四海而皆准呢?显然不行。即便是在金属切削机床水平先进的瑞士、德国、日本、美国，对于这一崭新技术的研究也还处在不断的摸索研究当中。实际上，人们对高速切削的经验还很少，还有许多问题有待于解决：比如高速机床的动态、热态特性；刀具材料、几何角度和耐用度问题，机床与刀具间的接口技术（刀具的动平衡、扭矩传输）、冷却润滑液的选择、CAD/CAM 的程序后置处理问题、高速加工时刀具轨迹的优化问题等等。
(1)CAM系统应具有很高的计算编程速度
高速加工中采用非常小的切给量与切深，故高速加工的NC程序比对传统数控加工程序要大得多，因而要求计算速度要快，要方便节约刀具轨迹编辑，优化编程的时间。
(2)全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力
高速加工以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切对机床、产品和刀具将产生灾难性的后果，所以要求其CAM系统必须具有全程自动防过切处理的能力。高速加工的重要特征之一就是能够使用较小直径的刀具，加工模具的细节结构。系统能够自动提示最短夹持刀具长度，并自动进行刀具干涉检查。
如此看来，主轴转速为10～r/min这样的高速切削在实际应用时仍受到一些限制： (1)主轴转速10～r/min时，刀具必须采用 HSK 的刀柄，外加动平衡，刀具的长度不能超过120mm，直径不能超过16mm，且必须采用进口刀具。这样，在进行深的型腔加工时便受到限制。 (2)机床装备转速为10～r/min的电主轴时，其扭矩极小，通常只有十几个N·m，最高转速时只有5～6N·m。这样的高速切削，一般可用来进行石墨、铝合金、淬火材料的精加工等。 (3)MIKRON公司针对这些情况开发了一些主轴最高转速为r/min、r/min、r/min和r/min的机床，尽力提高进给量(～mm/min)，以保证机床既能进行粗加工，又能进行精加工，既省时效率又高。

浅析高速切削中的刀具技术

（）－特点
和化学稳定性，最适于高硬度淬火钢、高温合金、硬化轴承钢（Ｒ６～６）ＨＣ０２、工具钢（Ｒ５～印）ＨＣ７、高速钢（Ｒ６）等材ＨＣ２
料的高速切削。聚晶金刚石（Ｃ）ＰＤ：聚晶金刚石（Ｃ）材料的硬度约为ＰＤ
Ｃ新的工程材料也不断问世，而每一种新型材料的采用都对切削高效率、高稳定性和低表面粗糙度切削加工的重要刀具。ＰＤ加工提出了新的要求。今后随着产品更新速度的加快，将构成刀具主要用于轻金属及其合金、新型陶瓷材料及难加工材料的
付芝芳，刘月花
（．娄底职业技术学院，湖南娄底４７０；２＿ｇＪ技术学院，湖南长沙４０２）１１００．５－￣ｋ，，１１９
摘要：近年来。高速切削技术蓬勃发展，已成为切削加工
的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。高速切削作为一
随着制造业的发展，在２世纪对奥氏体不锈钢、高锰钢、１Ｂ的２淬硬钢、复合材料、耐磨铸铁等材料的用量将迅速增加，而这ＣＮ倍，其导热性好、热膨胀系数小、摩擦因数小，适于铜些材料加工较为困难。与此同时，产品的材料构成将不断优化，铝合金、非金属材料和复合材料的高速切削，是实现高精度、
耐磨性好。其中，ＴＣｉ涂层刀具具有很强的抗后刀面磨损能力，
ＴＮ层刀具则具有理想的抗月牙洼功能。一类是 “ ” 涂层，ｉ涂软

CNC机床加工中的高速切削技术

CNC机床加工中的高速切削技术在CNC机床加工中，高速切削技术是一种先进的加工方法，其具有高效、高精度和高质量的特点。

本文将就高速切削技术在CNC机床加工中的应用进行探讨，并分析其对加工效率和产品质量的影响。

一、高速切削技术的基本原理高速切削技术是指在CNC机床中，将切削速度提高到较高的水平，以达到更快的加工速度和更高的精度。

其基本原理是通过增加切削刀具的转速和提高进给速度，以缩短切削时间并提高加工效率。

同时，高速切削技术还要求切削刀具具备足够的硬度和耐磨性，以保持切削效果的稳定性。

二、高速切削技术的优点1. 提高加工效率：高速切削技术能够显著缩短加工时间，提高CNC 机床的生产效率。

通过提高切削速度和进给速度，大大缩减了加工时间，缩短了生产周期，使企业能够更快速地响应市场需求。

2. 提高产品质量：高速切削技术能够实现更高的加工精度和更好的表面质量。

较高的切削速度使得加工过程中切削力的波动更小，有利于减少振动和共振现象的产生，从而提高了加工精度和表面质量。

3. 延长刀具寿命：高速切削技术还可以有效延长刀具的使用寿命。

相比传统的低速切削，高速切削可以减少刀具与工件的接触时间，降低了刀具磨损，延长了刀具的使用寿命，降低了生产成本。

4. 降低能耗：高速切削技术由于加工时间的减少，可以减少机床的运行时间，从而降低了能耗。

这对于提高企业的生产效益和环境保护都具有积极的意义。

三、高速切削技术的应用高速切削技术广泛应用于CNC铣床、车床、磨床等机床领域。

以下是常见的高速切削技术应用场景：1. 高速铣削：在零件加工中，采用高速切削技术可以显著提高铣削效率和表面质量。

高速切削铣削通常用于加工铝合金、镁合金等轻金属材料，同时还可以用于精密模具的加工。

2. 高速车削：在车削加工中，采用高速切削技术可以提高车削效率和降低成本。

高速车削通常应用于加工不锈钢、钛合金等难切削材料，可以大幅提高车削效率和降低能耗。

3. 高速磨削：在精密磨削中，采用高速切削技术可以提高磨削效率和减少磨削温度。

先进制造技术高速切削

先进制造技术
三. 高速切削加工关键技术
直线电机直接驱动的优点是：
① 控制特性好、增益大、滞动小，在高速运动中保持较高位移精度； ② 高运动速度，因为是直接驱动，最大进给速度可高达100～180m/min； ③ 高加速度，由于结构简单、质量轻，可实现的最大加速度高达2～10g ④ 无限运动长度； ⑤ 定位精度和跟踪精度高，以光栅尺为定位测量元件，采用闭环反馈控制系统，工作台的定位精度高达0.1～0.01µm； ⑥ 起动推力大(可达12 000N)； ⑦ 由于无传动环节，因而无摩擦、无往返程空隙，且运动平稳；⑧有较大的静、动态刚度。
先进制造技术
一. 高速切削的概念和基本原理
6. 高速切削的加工工艺方法
目前高速切削工艺主要在车削和铣削，各类高速切削机床的发展将使高速切削工艺范围进一步扩大，从粗加工到精加工，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、磨削等。随着市场竞争的进一步加剧，世界各国的制造业都将更加积极地应用高速切削技术完成高效高精度生产。
先进制造技术
三. 高速切削加工关键技术
三. 高速切削加工关键技术
1. 高速主轴系统
高速主轴系统是高速切削技术最重要的关键技术之一。目前主轴转速在 15000-30000rpm 的加工中心越来越普及，已经有转速高达 100000-150000rpm的加工中心。高速主轴由于转速极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩擦热和大功率内装电机产生的热会引起热变形和高温，所以必须严格控制，为此对高速主轴提出如下性能要求：(1) 要求结构紧凑、重量轻、惯性小、可避免振动和噪音和良好的起、停性能；(2) 足够的刚性和高的回转精度；(3) 良好的热稳定性；(4) 大功率；(5) 先进的润滑和冷却系统；(6) 可靠的主轴监测系统。

高速切削刀具技术.pdf

1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
对于钢、铸铁等黑色金属，宜选用陶瓷、金属陶瓷及立方氮化硼刀具；
对于铝、镁等有色金属，宜选用聚晶金刚石 PCD和化学气相沉积金刚石涂层刀具CVD等刀具材料。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石特点:
有极高的硬度（10000 HV）和耐磨性，是目前已知的最硬物质；刀具切削刃非常锋利，适合于极精密的加工；具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数，故加工质量好。耐热温度可达700℃～800℃。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石能用作刀具材料的金刚石有四类：天然金刚石人工合成单晶金刚石聚晶金刚石化学气相沉积金刚石涂层刀具
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——天然金刚石
天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工领域，如加工微机械的微型零件、光学镜面、导弹和火箭中的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。
氧化铝在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的五分之一，因此，氧化铝基陶瓷扩散磨损小，同时它的抗氧化能力强。
但氧化铝基陶瓷的强度、断裂韧性、导热系数和抗热震性都比较低。
氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅陶瓷刀具更优越的切削性能。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具氧化铝基陶瓷适于加工各种钢材(碳素结构钢、
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具陶瓷刀具材料主要有两大类：氧化铝基陶瓷(Al2O3) 氮化硅基陶瓷(Si3N4)

数控机床刀具的高速切削原理

数控机床刀具的高速切削原理数控机床刀具的高速切削技术是现代制造业中一种重要的加工方法，其应用广泛，能够大幅度提高生产效率和加工质量。

高速切削技术的核心就是对刀具的设计和切削原理进行优化，使得切削过程更加高效和精确。

本文将介绍数控机床刀具的高速切削原理，并分析其在现代制造业中的应用。

一、刀具的结构与选择在数控机床的高速切削加工过程中，刀具的结构和选择起到至关重要的作用。

首先，刀具的材料要具备一定的硬度和耐磨性，以保证在高速切削中不会产生较大的磨损和变形。

常见的高速切削刀具材料包括硬质合金、陶瓷和涂层刀具等。

其次，刀具的结构设计要合理，包括刀柄、刀片和刀具的固定方式等。

合理的刀具结构可以提高切削刚度和切削稳定性，降低切削振动和刀具损伤的风险。

二、切削速度的选择高速切削的关键在于选择合适的切削速度。

切削速度是指切削工具与被切削材料之间的相对运动速度。

在选择切削速度时，需要综合考虑被切削材料的性质、刀具材料的耐磨性以及机床主轴的转速等因素。

通常情况下，高切削速度可以提高生产效率，但也会增加刀具磨损和发热的风险。

因此，切削速度的选择需要根据具体情况进行权衡。

三、切削力的控制高速切削过程中，切削力的控制是一个重要的问题。

过大的切削力会加剧刀具磨损和变形的风险，同时也会增加机床的负荷。

为了控制切削力，可以采取以下措施：优化刀具的几何形状，使其具备较大的切削刚度；合理选择切削进给量和切削深度；采用合适的冷却液，降低切削温度等。

通过综合运用这些方法，可以有效地控制切削力，提高切削过程的稳定性和可靠性。

四、切削润滑与冷却在高速切削加工中，切削润滑和冷却也是至关重要的。

适当的切削润滑可以减少切削热量，提高切削表面质量，并延长刀具的使用寿命。

常用的切削润滑方式包括干切和湿切两种，选择合适的润滑方式需要根据具体加工材料的情况进行判断。

此外，切削冷却也可以有效地降低切削温度，减少刀具的热变形和热裂纹的风险。

切削冷却可以通过在切削过程中喷洒冷却液或者使用高速切削专用冷却器等方式来实现。

高速切削刀具及接口技术

高速切削刀具及接口技术闫峤（沈阳理工大学机械学院 110159）【摘要】本文简要介绍了高速切削工艺及其对刀具及接口的要求，以及刀具的设计技术。

分析了HSK刀柄和KM刀柄的结构特征。

【关键词】高速切削接口技术刀具设计High-speed cutting tools and interface technologyY AN Qiao(Mechanical Engineering, Shenyang University of T echnology 110159)[Abstract]This paper describes the process and its impact on high-speed cutting tools andinterface requirements, and tool design. Analysis of the HSK shank and the shank of the structural characteristics of KM[Key words]High-speed cutting. Interface Technology Tool design0 前言代表现代机械加工主流方向的高速切削加工，因顺应了 21世纪机械加下高效率、高精度、柔性与绿色化的要求而得到了迅猛发展。

高速加工的最大特点是在极大满足高效生产的同时，也大大提高了被加工零件的加工精度和表面质量。

运用高速加工的“一次过”技术，可将传统的粗精加工一次加工完成，既可获得高质量的加工表面，又省去了传统的若干工序，使加工效率得以极大提高。

随着电主轴在机床中的普遍应用，制约机床切削速度不断提高的因素已不仅仅是机床主轴本身，适宜高速切削加工要求的刀具系统与技术的硏究已成为影晌高速加工不断发展的重要因素。

因此，深入硏究高速加工对刀具系统提出的新要求，幵发适宜高速加下要求的刀具系统具有十分重要的意义。

本文针对传统刀具在高速加工中存在的弊端，在认真分析高速加工对刀具系统要求的基础上，论述了适宜高速加工要求的刀具系统的技术方法。

4高速切削技术的特点、刀柄特点与选用

当拉力增大（4~8）倍时，连接刚性可提高(20~50)%
由于内外锥体配合精度原因，无论是在配合前端或后端的间隙，在切削过程中由于切削力的影响使得刀具跳动加大，配合后端的间隙还会引起刀柄在主轴内的摆动，会加速主轴孔前段的磨损，形成喇叭口，引起刀具轴向定位误差。
主轴精度：现在市场上绝大部分镗铣设备主轴，孔均为பைடு நூலகம்:24锥孔，锥孔精度为AT2~AT3级。
动平衡性差：标准7:24锥度柄较长，很难实现全长无间隙配合，一般只要求配合前段70%以上接触，而后段往往会有一定间隙。该间隙会引起刀具的径向圆跳动，影响刀具系统的动平衡。
重复定位精度低：当采用ATC(自动换刀)方式安装刀具时，由于锥度较长，难以保证每次换刀后刀柄与主轴锥孔结合的一致性。同时，长刀柄也限制了换刀过程的高速化。
保证同心度的目的是使刀具和主轴正确地绕同一轴线旋转，它与主轴的形式无关。
夹紧力：
在高精加工中，刀柄应具有足够的夹紧力，其夹紧力应从数千磅至液压式夹具的6000磅范围内。
在一般的加工条件下刀具的夹紧力是足够的，但在加工中产生振动时，应使用热装(热压配合)刀柄或液压式刀柄装夹刀具，因为热装刀柄与其它形式的刀柄相比，能较好地保持刀具的位置精度。
加工铝及铝合金的切削速度可达1,200m/min，甚至1,800m/min
机床的主轴转速不断提高，由4,000r/min提高到6,000r/min、8,000r/min主轴转速可达24,000r/min或更高
高速切削的速度范围与加工方法和工件材料密切相关
车削：700～7000m/min；
铣削：300～6000m/min；
现代机床及刀具对于刀柄有着很严格的要求.特别是在很高的速度下使用硬质合金立铣刀及钻头时,要求跳动量极低以实现较长的刀具寿命。

高速钻孔切削原理与刀具设计

高速钻孔切削原理与刀具设计随着现代工业的发展，钻孔切削技术在制造领域中起着至关重要的作用。

而在高速钻孔切削中，刀具设计是确保加工质量和效率的关键因素之一。

本文将介绍高速钻孔切削的原理以及与其相关的刀具设计。

高速钻孔切削是指在工件上以较高转速进行钻孔操作。

与传统的低速钻孔相比，高速钻孔拥有更快的加工速度和更高的加工质量。

高速钻孔的主要优点包括：减少振动和冲击、提高生产效率、降低能耗、延长刀具寿命以及提高表面质量等。

而要实现高速钻孔切削，需要理解其基本原理和刀具设计。

高速钻孔切削的原理主要涉及切削力、刀具与工件之间的热力学相互作用以及材料的去除方式。

在高速钻孔切削中，切削力是刀具与工件之间产生的力，它由剪切力、挤压力和切向力构成。

剪切力使切屑产生，挤压力使切屑形成流线型，切向力使切屑推出孔口。

切削力大小的控制是高速钻孔切削中的重要因素，它直接影响加工质量和刀具寿命。

刀具设计在高速钻孔切削中起着至关重要的作用。

刀具设计的目标是提高加工效率和加工质量，同时降低切削力和切削温度。

下面将介绍几个常见的高速钻孔切削刀具设计。

首先是刀具材料的选择，常见的高速钻孔切削刀具材料包括硬质合金、陶瓷和超硬材料。

硬质合金刀具具有良好的强度和硬度，适用于大部分高速钻孔切削应用。

陶瓷刀具具有高硬度和良好的耐磨性，适用于高温和高速切削。

超硬刀具材料（如多晶立方氮化硼）具有极高的硬度和抗磨性能，适用于切削硬质材料。

其次是刀具结构的设计，包括刀具形状、刀尖角度、切削刃数等。

刀具形状的选择应根据具体的加工要求，例如，钻头适合深孔钻削，而镗刀适合修整孔壁。

刀尖角度的选取对切削力和切屑控制有重要影响，合理的切削刃角能减小切削力，降低切削温度和延长刀具寿命。

切削刃数的选择主要考虑加工精度和切削力，通常较多刃数可提高表面精度，而较少刃数可降低切削力。

最后是冷却润滑的设计，高速钻孔切削过程中，刀具与工件之间会产生大量的热量，因此冷却润滑是至关重要的。

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。

高速机床主轴刀具联结的设计

高速机床主轴刀具联结的设计一、高速切削对刀/轴联结要求高速加工要求确保高速下主轴与刀具联结状态不能发生变化。

但是，高速主轴的前端锥孔由于离心力的作用会膨胀，膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大，标准的7/24实心刀柄膨胀量较小，因此标准锥度联结的刚度会下降，在拉杆拉力的作用下，刀具的轴向位置会发生改变（见图1）。

主轴的膨胀还会引起刀具及夹紧机构质心的偏离，从而影响主轴的动平衡。

要保证这种联结在高速下仍有可靠的接触，需有一个很大的过盈量来抵消高速旋转时主轴轴端的膨胀，如标准40号锥需初始过盈量为15～20μm，再加上消除锥度配合公差带的过盈量（AT4级锥度公差带达13μm），因此这个过盈量很大。

这样大的过盈量需拉杆产生很大的拉力，拉杆产生这样大的拉力一般很难实现，对换刀也非常不利，还会使主轴端部膨胀，对主轴前轴承有不良影响。

详解：高速机床主轴刀具联结的设计高速加工对动平衡要求非常高，不仅要求主轴组件需精密动平衡（G0.4级以上），而且刀具及装夹机构也需精密动平衡。

但是，传递转矩的键和键槽很容易破坏动平衡，而且，标准的7/24锥柄较长，很难实现全长无间隙配合，一般只要求配合面前段70%以上接触，因此配合面后段会有一定的间隙，该间隙会引起刀具径向跳动，影响结构的动平衡。

键是用来传递转矩和进行角向定位的，为解决键及键槽引起的动平衡问题，可以尝试研究一种刀/轴联结实现在配合处产生很大的摩擦力以传递转矩，并用在刀柄上作标记的方法实现安装的角向定位，达到取消键的目的。

二、标准7/24锥联结的优缺点标准的7/24锥联结有许多优点：因不自锁，可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴内锥孔内支承刀具，可以减小刀具的悬伸量；这种联结只有一个尺寸即锥角需加工到很高的精度，所以成本较低而且可靠，多年来应用非常广泛。

但是，7/24联结也有一些缺点；锥度较大，锥柄较长，锥体表面同时要起两个重要的作用，即刀具相对于主轴的精确定位及实现刀具夹紧并提供足够的联结刚度。