超高速切削加工及其关键技术
超高速加工技术
应用案例二：汽车发动机缸体加工
总结词
提高缸体质量和加工效率
详细描述
在汽车发动机缸体加工中，超高速加工技术能够提高缸体的加工效率和精度，同时降低废品率。通过高速旋转的 刀具和高效的切削液系统，可以快速去除材料，减少切削力和热量的产生，提高缸体的表面质量和耐久性。
应用案例三：模具钢材料加工
总结词
提高模具寿命和加工效率
发展趋势
随着新材料、新工艺的不 断涌现，超高速加工技术 正朝着智能化、绿色化、 复合化等方向发展。
主题重要性
促进制造业转型升级
满足市场需求
超高速加工技术的应用有助于提高生 产效率、降低成本，推动制造业向智 能化、柔性化、绿色化方向转型升级。
随着市场对产品品质和性能要求的不 断提高，超高速加工技术的应用能够 满足消费者对高品质产品的需求。
超高速加工技术能够大幅提高航空航天材料的加工效率，缩 短生产周期，降低制造成本，同时保证零部件的加工精度和 质量。
汽车制造
汽车制造领域需要大量高精度零部件 ，超高速加工技术能够快速、准确地 加工出汽车发动机缸体、缸盖、变速 器壳体等复杂零部件。
超高速加工技术能够提高汽车零部件 的加工效率，降低生产成本，同时提 高零部件的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳 强度等性能。
数字化
超高速加工技术将向数字化方向发展， 实现数字化的加工模型和加工过程的 仿真与优化。
05
超高速加工技术的实际案例
应用案例一：航空叶片加工
总结词
提高加工效率，降低生产成本
详细描述
超高速加工技术应用于航空叶片加工，能够显著提高加工效率，缩短生产周期， 降低生产成本。通过高转速的刀具和精确的数控系统，可以快速、准确地完成 叶片的切削和磨削，提高表面质量和精度。
_超高速加工技术
2、超高速主轴系统动态特性及热态特性研究：动刚度、固有 频率等参数的影响。 3、超高速主轴系统的润滑和冷却技术研究：润滑充分问题、 冷却效果问题。 4、超高速主轴系统多目标优化设计、虚拟设计技术研究。
第四节 超高速加工进给单元制造技术
超高速加工进给单元是超高速加工机床的重要组成部分。 一、超高速加工进给单元的基本要求： 1、要求具有大的加、减速度：在瞬时达到高速，瞬时准停。 2、要求具有搞的定位精度：能精确控制零件的尺寸精度。 二、超高速加工进给单元的关键技术： 1、高速位置环芯片研制；
4、超高速加工中工件状态的测试技术； 5、超高速加工中自适应控制技术； 6、超高速加工中智能控制技术。
第五节 超高Βιβλιοθήκη 加工测试技术从某种意义上讲，超高速加工测试技术是超高速加工得到应 用的技术关键。 一、超高速加工测试技术的概念： 主要是指在超高速加工过程中，通过传感、分析、信号处理 等，对超高速机床及系统的状态进行实时在线监测和控制的监测 技术。 监测主要基于对切削力、声发射、切削功率和温度等信息参 数检测，来监测加工状态。 二、超高速加工测试的关键技术： 1、基于监控参数的在线检测技术； 2、超高速加工的多传感器融合检测技术； 3、超高速加工机床中各单元系统功能部件的测试技术；
3、超高速进给单元制造技术； 4、超高速加工用刀具和磨具材料； 5、超高速机床支承； 6、超高速加工测试技术。
二、超高速切削机理： 1、萨洛蒙超高速切削理论： 三个切削速度区： ⑴ 常规的切削速度区：现行的切削加工速度范围； ⑵ 不能切削区：此区切削速度下，切削温度过高，刀具不能 承受； ⑶ 高速切削区：当切削速度达到某一数值后，切削温度不再 升高，反而随切削速度继续增加，切削温度呈下降趋势，切削 温度降到刀具能承受的切削速度时，即为高速切削的最低速度。 试验表明，萨洛蒙超高速切削理论并不适用于所有的加工 材料，有些材料在超高速切削时不存在不能切削区。 2、超高速磨削最大切屑厚度hmax理论： 在保持其它参数不变，仅增大磨削速度情况下， hmax会减 小，每个磨削刃上的作用切削力也会减小。
高速加工与超高速加工
轴承润滑：油脂润滑、油雾 润滑、油气润滑等。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 气浮轴承--高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 液体静压轴承--运动精度高，动态刚度大，有油升影响。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨削砂轮 砂轮基体--必须考虑高速离心力作用； 砂轮磨粒--立方氮化硼、金刚石。
高速砂轮典型结构 变截面等力矩腹板结构，无中心法兰孔， 通过多个小螺孔与主轴安装固定，以降低法兰孔应力。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨床结构 具有高动态精度、
高阻尼、高抗振性和 热稳定性。
时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应 着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。 超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬 质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
思考与练习
1. 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析 高速切削加工所要解决的关键技术。 2. 超高速切削包含哪些相关技术？ 3. 简述超高速磨削特点及关键技术。 4. 简述超高速铣削特点及关键技术。
1. 高速与超高速加工技术
1.1 高速与超高速切削技术概述 1.2 超高速切削加工关键技术 1.3 超高速磨削技术 1.4 超高速铣削技术
1.1 高速与超高速切削技术概述
“高速加工”的起源
Salomon切削理论： 工件材料均有一个
临界切削速度，在该速 度下有最高切削温度。
为什么要进行高速加工？
萨洛蒙曲线
常用结构有龙门式、并联式机床结构。
1.2 超高速切削加工关键技术
高速切削报告-国内外现状
2、超高速切削加工优势
极大地提高了机床的生产率
随着切削速度的大幅度提高，进给速度也相应提 高5－10倍。这样，单位时间内的材料切除率可大大增 加，可达到常规切削的3－6倍，甚至更高； 同时机床快速空程速度的大幅度提高，也大大减 少了非切削的空行程时间，从而极大地提高了机床的 生产率。
降低切削力
大多数情况下，垂直力比水平力大，这和理论分析的 结果相反；
峰值切削力只增加了33％－70％，而不是预计的500 ％，而且使用的平均力还会减小； 在高速切削下，剪切角增大而导致剪切力减小。
超高速切削加工 与传统的切削加工相比发生了质变
1.3 高速切削逐渐成熟
在20世纪70年代中期，美国科学家罗伯特·金 （Robert I.king）和麦克唐纳（Mcdonaid.J)着手 验证和发展沃汉（Vaughan）的研究结论。
存在的问题
1）刚度低、惯量大，难以获得高进给速度和高加速度 （速度很难超过60m/min、加速度很难超过1.5 g）。
2）非线性严重，不易实现闭环控制。
3）传动误差较大，影响机械加工精度。
4）机械传动链结构复杂，特别是在重型机和多坐标机 床中这个问题尤为突出。
5）机械噪声大。
6）传动效率低，一般0.6。
主要结论：
1）高速切削方面
在超高速条件下，高强度材料可以切削，切削速度可高 达1220m/s；
高速钢刀具可在这一速度下切削高强度材料；
加工合金材料的脆性失效现象在高速下并没有发生； 高速下的实验结果和通常的加工曲线计算的结果不一样； 超高速切削可提高工件的表面质量； 高速切削的金属加工切除率可高达普通切削的240倍。
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》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。
高速切削加工技术ppt课件.pptx
我国高速切削加工技术最早应用于轿车工业，二十世纪八十年 代后期，相继从德国、美国、法国、日本等国引进了多条具有先进 水平的轿车数控自动化生产线，如从德国引进的具有九十年代中期 水平的一汽大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其中 大量应用了高速切削加工技术。生产线所用刀具材料以超硬刀具为 主，依靠进口。
近年来，我国航天、航空、汽轮机、模具等制造行业引进了 大量加工中心和数控镗铣床，都不同程度地开始推广应用高速切 削加工技术，其中模具行业应用较多。
例如上海某模具厂，高速铣削高精度铝合金模具型腔，半精 铣采用主轴转速18000rpm，切削深度2mm，进给速度5m/min； 精铣采用20000rpm，切削深度0.2mm，进给速度8m/min，加工 周期为6h，质量完全满足客户要求。
➢ 高速切削已成为当今制造业中一项快速发展 的新技术，在工业发达国家，高速切削正成 为一种新的切削加工理念。
➢ 人们逐渐认识到高速切削是提高加工效率的 关键技术。
高速切削的特点
➢ 随切削速度提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减 少，切削效率提高3～5倍。加工成本可降低20％-40％。
➢ 在高速切削加工范围，随切削速度提高，切削力可减少30%以上， 减少工件变形。对大型框架件、刚性差的薄壁件和薄壁槽形零件 的高精度高效加工，高速铣削是目前最有效的加工方法。
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。
高速切削加工在国内的研究与应用
先进制造技术 第2章 高速切削技术2-1
萨洛蒙在l924一1931年间，进行了一系列的高速切削实验： 在非黑色金属材料，如铝、铜和青铜上，用特大直径的刀 盘进行锯切，最高实验的切削速度曾达到14000m／min， 在各种进给速度下，使用了多达20齿的螺旋铣刀。l931年 申请了“超极限速度”专利，随后卖给了“Krupp钢与工 具制造厂”。 萨洛蒙和他的研究室实际上完成了大部分有色金属的切削 试验研究，并且推断出铸铁材料和钢材的相关曲线。 萨洛蒙理论提出了一个描述切削条件的区域或者是范围， 在这个区域内是不能进行切削的。萨洛蒙没有提出可靠的 理论解释，而且他的许多实验细节也没有人知道。
刀具磨损曲线
三、高速切削切屑形成
高速切削试验表明，工件材料及 性能对切屑形态 有决定性影响。
低硬度和高热物理性能的工件材料（铝合金、低碳钢、未 淬硬钢等）易形成连续带状切屑。 高硬度和低热物理性能的工件材料（钛合金钢、未淬硬钢 等）易形成锯齿状切屑。
切削速度对切屑形态有重要影响。对钛合金，在 （1.5~4800)m/min的切削速度范围内形成锯齿状 切屑，随切削速度的增加，锯齿程度（锯齿的齿 距）在增加，直至成为分离的单元切屑。
不同切削速度下车削45钢件的切削形态。
一方面，切削速度增加，应变速度加大，导致脆 性增加，易于形成锯齿状切屑；另一方面，切削 速度增加，切屑温度增加，导致脆性降低，不易 形成锯齿状切屑；
绝热剪切理论（Adiabatic Shear Theory) 周期脆性断裂理论（Periodic brittle fracture theoty）
萨洛蒙（Salomon）曲线
1600
切削温度/℃
钢
1200
青铜
铸铁 硬质合金980℃ Stelite合金850℃ 高速钢650℃ 碳素工具钢450℃
超高速加工技术的基本概念,技术原理与特点
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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。
超高速加工技术
超咼速加工技术2011级机械设计制造及其自动化4班刘傅文摘要：本文介绍了超高速加工技术的概念、内容和发展现状，并分析了其发展动向。
关键词：高速加工技术、机械制造、先进加工、发展。
超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。
超高速加工技术的特征：切削力低、热变形小、材料切除率高、高精度、减少工序。
超高速加工技术主要包括：（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。
（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（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。
研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术。
（5）高速CNC空制系统：超高速加工要求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）超高速加工在线检测与控制技术研究。
对超高速加工机床主轴单元、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，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。
验研究。
模具高速切削加工工艺的关键技术
根据相 关资料 的统计 ，在现代化 的工业 生产中，零件粗加工 的 ７ ５ ％，精加 工的 ５ ０ ％， 塑件的 ９ ０ ％是 由模具加 工的，做为一种 高附 加 值和 高技术 密集 型产业 ，现代模具 工业 已 成为 当今 工业发展 的基础 。而模具 工业发展 的关键主 要依靠设 计、制造 中先进技 术的应 用 （ 如 并 行 工 程 ＣＥ 、 逆 向工 程 Ｒ Ｅ、快 速 成 形Ｒ Ｐ、虚拟制造技术 ＶＭ、网络化设计与制 造 、高速切削技术 ＨＳ Ｃ等 ） ，其 中模具 的高速 切削技术 已成为 当前模具 制造领域 的热点和 发展方向 。
、
高速 切削加 工在模 具制造 中的
应 。
１ ． 高速 切 削 （ Ｈ ｉ ｇ ｈ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ 简称
ＨＳ Ｃ）
高速切削 的概念实 际上早在 ２ Ｏ 世纪 ３ ０ 年代就 由德国切削物理专家 Ｃ ａ ｒ ｌ Ｓ ａ ｌ ｏ ｍｏ ｎ提 出的 。这 一理 论的发现为人 们提供 了一种在 低温低 能耗条件下 实现高 效率切削金 属的方 法 。那 么何谓 高速 切削昵 ？从 目前来 看 ，高 速切削 还没有一个 明确 的定义 ，它 只是一个 相对概 念，一般 来说 ，把 切削速度 比常规切 削速度 高 ５ 一ｌ Ｏ倍 以上的切削称为 高速切 削。 例如 ：车 削为 ７ ０ ０ ～７ ０ ０ ０ ／ ｍｉ ｎ ，铣削 加工 为
超高速加工
2、超高速切削刀具结构
超高速切削刀具的结构主要从加工精度、安全性、 高效方面考虑，如超高速刀具的几何结构和刀具的装 夹结构。 为了使刀具具有足够的使用寿命和低的切削力，刀 具的几何角度必须选择最佳数值。如超高速切削铝合 金时，刀具最佳前角数值为 12°～ 15°，后角数值为 13°～ 15°；超高速切削钢材时，对应的是 0°～ 5° 和 12°～ 16°，铸铁对应的是 0°和 12°，铜合金是 8°和16°；超高速切削纤维强化复合材料时，最佳前 角数值为20°，后角为15°～20°。
1、超高速切削的刀具材料
(3) 陶瓷刀具材料。陶瓷刀具材料主要有氧化铝基 和氮化硅基两大类，是通过在氧化铝和氮化硅基体 中分别加入碳化物、氨化物、硼化物、氧化物等得
到的，此外还有多相陶瓷材料。目前国外开发的氧
化铝基陶瓷刀具约有20余个品种，约占陶瓷刀具总 量的2/3；氮化硅基陶瓷刀具约有10余个品种，约占 陶瓷刀具总量的1/3。陶瓷刀具可在200～1000 m/min的切削速度范围内高速切削软钢(如A3钢)、淬
先进机械制造技术—— 超高速加工技术
陈春
目录
一、超高速加工含义 二、超高速加工中的刀具技术 三、超高速切削机床 四、加工策略改变
一、超高速加工的含义
1、超高速加工的定义
超高速加工技术：采用超硬材料刀具磨具和能 可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高 柔性的制造设备，以极大地提高切削速度来达 到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现 代制造加工技术。
硬钢、铸铁等。
1、超高速切削的刀具材料
(4) PCD刀具材料。PCD是在高温高压条件下通过 金属结合剂将金刚石微粉聚合而成的多晶材料。虽然 它的硬度低于单晶金刚石，但有较高的抗弯强度和韧 性。PCD材料还具有高导热性和低摩擦系数。另外，
试述超高速加工机制
试述超高速加工机制超高速加工是一种先进的加工技术，能够在很短的时间内完成复杂零件的高精度加工。
它在精密机械制造、航空航天、汽车、电子等领域得到广泛应用。
本文将从超高速加工机制的原理、加工过程、适用材料以及技术发展前景等方面进行详细描述。
超高速加工机制的原理主要是基于高速旋转刀具和高速旋转的工件之间的相对运动。
在超高速加工中，刀具通过高速旋转，切割工件上的材料，完成加工目标。
与传统的加工方式相比，超高速加工具有以下几个显著的特点：1.高速切削：超高速加工的刀具转速通常达到数万转/分钟，可以在非常短的时间内切割掉工件上的材料，提高了加工效率。
2.低切削力：超高速加工中，由于切削速度较高，所以对于材料的切削力要求较低，有效降低了加工时的振动和变形。
3.高精度：超高速加工中的刀具高速旋转和材料快速切削相结合，可以实现高精度的零件加工，尺寸和表面质量都能满足高要求。
超高速加工的加工过程可以分为以下几个步骤：1.刀具接触工件：在加工开始之前，刀具需要接触到工件表面，并将切削力传递给工件。
2.切削过程：刀具高速旋转，切削工件上的材料，形成加工轨迹。
刀具的进给速度和切削速度之间的比值称为切削速度系数，切削速度系数越高，切削效果越好。
3.切屑放出：切削过程中，材料会形成切屑，通过刀具的排屑槽排出，保持刀具与工件表面的清洁。
4.冷却润滑：加工过程中，刀具和工件会产生大量的热量，需要及时进行冷却润滑，以防止刀具和工件过热。
超高速加工适用于多种材料的加工，包括金属、塑料、陶瓷等。
不同材料的加工要求不同，需要选择适合的切削条件和切削工具。
在加工金属时，通常选择硬质合金刀具，由于切削速度高，所以需要冷却剂来降低刀具和工件的温度。
在加工塑料和陶瓷时，常用的刀具材料有多晶超硬材料和立方氮化硼，这些材料具有高硬度和耐磨性，能够高效切削工件。
超高速加工技术在未来具有广阔的发展前景。
随着科技的进步和加工精度的要求不断提高，超高速加工将成为制造业的新趋势。
高速切削及其关键技术
高速切削及其关键技术摘要自20世纪30年代德国 Carl Salomon博士首次提出高速切削概念以来，经过50年代的机理及可行性研究，70年代的工艺技术研究，80年代全面系统的高速切削技术研究，到90年代初，高速切削技术开始进入实用化，到90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现，21世纪初，高速切削技术在工业发达国家得到普遍应用，正成为切削加工的主流技术。
根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5－10倍的切削加工。
因此，根据加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削的切削速度范围也不同。
高速切削包括高速铣削、高速车削、高速钻孔及高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削。
目前，加工铝合金已达到2000－7500m/min；钛合金达150－1000m/min；纤维增强塑料为2000－9000m/min。
高速切削是一项系统技术，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。
高速切削是一项先进的、正在发展的综合技术，必须将高性能的高速切削机床、及工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合，充分发挥高速切削技术的优势。
高速切削技术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。
高速切削较之常规切削是一种创新的加工工艺和加工理念。
本文分析了高速切削技术的特点,研究了高速切削的关键技术:机床技术、刀具技术和工艺技术,介绍了高速切削技术在航空航天和汽车制造等领域的发展及应用。
关键词：高速切削；机床；刀具；切削工艺一.引言机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。
在机械加工技术中,切削加工是应用最广泛的加工方法。
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。
在数控机床出现以前,用于工件上下料、测量、换刀和调整机床等的辅助时间超过工件加工总工时的70%;以数控机床为基础的柔性制造技术的发展和应用,大大降低了工件加工的辅助时间,切削所占时间比例越来越大。
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
高速切削加工技术的现状和发展
高速切削技术发展现状一、概述机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化，切削加工的发展方向是高速切削加工，在发达国家，它正成为切削加工的主流。
50年来，切削技术的极大进步说明了这一点：今天切削速度高达8000m/min，材料切除率达150～1500cm3/min，超硬刀具材料硬度达3000～8000HV，强度达1000Mpa，加工精度从10µm到0.1µm。
干(准)切削日益广泛应用。
随切削速度提高，切削力降低大致为25～30%以上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降低1～2级；生产效率提高，生产成本降低。
数控切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，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发展新阶段。
它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。
因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。
金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备，在数控加工技术的带动下，进入了“数控刀具”的发展阶段，显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。
显而易见，在21世纪初，尽管近净成形技术、堆积成形技术是非常有前途的新工艺，但切削加工作为制造技术主要基础工艺的地位不会改变。
从当前制造业发展的趋势中可以看到，制造业发展和人类社会进步对切削加工提出的双重挑战，这也是21世纪初切削加工技术发展的主要趋势。
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
因此，发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。
当代的高速切削不是切削速度的少量提高，是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上，包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步，才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高，才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。
高速切削加工技术及应用论文
浅谈高速切削加工技术及应用摘要：高速切削(high speed cutting,hsc)是近年来迅速崛起的一项先进制造技术。
本文就高速切削加工技术的发展、特点、关键技术及其应用作一简要的研究与阐述。
关键词：高速切削加工；技术；研究；应用中图分类号：tg659 文献标识码：a 文章编号：1006-3315（2011）11-175-0011931年4月德国物理学家carl.j.saloman最早提出了高速切削（high speed cutting）的理论，并于同年申请了专利。
他指出：在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削温度不但不会升高反而会降低，且该切削速度vc与工件材料的种类有关。
对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内，由于切削温度过高，刀具材料无法承受，切削加工不可能进行。
要是能越过这个速度范围，高速切削将成为可能，从而大幅度地提高生产效率。
由于实验条件的限制，当时高速切削无法付诸实践，但这个思想给后人一个非常重要的启示。
一、高速切削加工概述1．高速切削历史和现状高速切削的起源可追溯到20世纪20年代末期。
德国的切削物理学家萨洛蒙博士于1929年进行了超高速切削模拟试验。
1931年4月发表了著名的超高速切削理论，提出了高速切削假设。
我国早在20世纪50年代就开始研究高速切削，但由于各种条件限制，进展缓慢。
近10年来成果显著，至今仍有多所大学、研究所开展了高速加工技术及设备的研究。
2．切削速度的划分根据高速切削机理的研究结果，高速切削不仅可以大幅度提高单位时间材料切除率，而且还会带来一系列的其他优良特性。
高速切削的速度范围定义在这样一个给切削加工带来一系列优点的区域。
这个切削速度区比传统的切削速度高得多，因此也称超高速切削。
通常把切削速度比常规高出5～10倍以上的切削加工叫做高速切削或超高速切削。
3．高速切削的优势高速切削具有以下特点：①可提高生产效率；②降低了切削力；③提高加工质量；④高速切削的切削热对工件的影响小；⑤加工能耗低，节省制造资源；⑥高速切削可以加工难加工材料；⑦简化了加工工艺流程；⑧可降低加工成本。
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右。 2 2 超高速切削的应用领域 ( 1) 大批量生产领域 , 如汽车工业。 ( 2) 工件本身刚度不足的加工领域 , 如航空航天 工业产品或其他某些产品。薄壁件的加工 , 在常规 切削条件下 , 由于切削力大, 工件变形大 , 薄壁件是 较难加工的 , 采用超高速切削, 易保证加工质量。特 别是铝的薄壁件加工目前已经可以切出厚度为 0 1 mm、 高为几十毫米的成形曲面。大部分飞机上的零 件通常采用 整体制造法 , 即在整体上 掏空 加工 以形成多肋薄壁构件, 其金属切除量相当大, 是采用 超高速切削来加工的。 ( 3) 加工复杂曲面领域, 如模具制造业。模具型 腔加工过去一直为电加工所垄断 , 但其加工效率低。 而超高速加工切削力小, 可淬硬 HRC60 的模具钢, 加工表面粗糙度值又很小 , 浅腔大曲率半径的模具 完全可用高速铣削来代替电加工 ; 对深腔小曲率的, 可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工 , 电加工 只作为精加工。这样可使生产效率大大提高 , 周期 缩短。 ( 4) 难加工材料领域, 如 Ni 基高温合金 ( Inconel 718) 和 T i 合金 ( T i- 6Al- 4V) , 常用来制造发动机零 件。因它们很难加工, 如采用超高速加工 , 则可大幅 度提高生产效率、 减小刀具磨损、 提高零件的表面质 量。再如纤维增强复合材料的加工, 切削时对刀具 有十分严重的刻划作用 , 刀具磨损非常快 , 用聚晶金 刚石 PCD 刀具进行超高速加工, 可防止出现 层间 剥离 , 效率高、 质量好。又如塑料的轮胎型芯加工, 用传统方法( 手工 ) 需十几道工序 , 在制时间 20 d 以 上 , 也很难达到复杂轮胎花纹的技术要求 , 采用超高 速铣削, n0 = 18 000 r min, a p = 2 mm, v f = 10 m min, 在制时间仅 24 h 就完全达到了工艺要求。 ( 5) 超精密微 细切削加工领域 , 日本的 FANUC 公司和电气通信大学合作研制了一种超精密铣床, 其主轴转速达 55 000 r min, 可用切削方法实现自由 曲面的微细加工, 它的生产率和相对精度均超过了 光刻技术。 3 超高速切削加工的关键技术 ( 1) 超高速切削机理 在超高速切削机理研究方面 , 特别需要进行的 工作是 : 通过对各种材料的超高速切削加工机理、 各 种新型刀具的超高速加工性能以及超高速切削工艺 参数优化的系统性研究 , 将实验研究与计算机仿真 方法相结合, 最终建立完善的基础理论体系和加工 工艺参数数据库, 还要利用虚拟现实技术 , 开发超高 速切削的计算机动画、 视觉及预测仿真软件, 以揭示 超高速切削的内在规律。
2 超高速切削的优点及其应用 2 1 超高速切削的优点 生产实践表明, 与常规切削相比, 超高速切削主 要有以下优点: ( 1) 提高生产效率 ; ( 2) 热变形小 ; ( 3) 加工表面质量高; ( 4) 加工能耗低, 节省制造资源。由于超高速切 削时 , 单位功率的金属切除率显著增大、 能耗低、 工 件的在制时间短 , 从而提高了能源和设备的利用率 , 降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例; ( 5) 加工成本低, 由于在超高速切削中, 切削速 度和进给速度都很高。这样使零件的加工时间大大 缩短, 同时在一台机床上可以同时完成所有的粗精 加工 , 无需后续加工机床。这样可降低成本 50% 左
参考文献 :
[ 1] 张安全 . 热处理加热时间的探讨 [ J] . 金属热处理 , 1980, ( 12) : 536 HB270 HB276 HB290 61. [ 2] 李安铭 . 液压 支柱缸 体 零 保温 热处理 工艺的 研究 [ J] . 煤矿 机 械 , 2003, ( 3) : 44- 45. [ 3] 孟繁盛 . 60Si2Mn 钢 零保温 淬火工艺 的试验研 究 [ J ] . 阜新矿 业 学院学报 , 1994, ( 10) : 64- 68. 作者简介 : 钱书华 ( 1970- ) , 吉林磐石人 , 1994 年毕业于原黑 龙 江矿业学院机械制造工艺与设备专业 , 发表论文数篇 .
Study on capability about quenching technology of 40MnB
Abstraet : In the producing practice, it is required to substitute 40MnB steel for the 40Cr or 45 steel, and there is a 1ittle theoretical data of detailed high temperature t emper about the 40MnB. The paper introduted the experiment of the high temperature temper of the 40MnB steel, the experiment proved, through technical processing of two times regulating quali ty, it s all indexes of capability could satisfy the demand of the producing pract ice. The pract ice has proved that the sub stitution capability have been being very well. Key words: quench; high temperatute temper; hardness; regulating quality
表1 各种加工方法的超高速切削速度 T ab.1 Ultra_rapid cutting speed of each kind machining method
加工方式 切削速度 m m in- 1 700~ 7 000 300~ 6 000 200~ 1 100 30~ 75 20~ 500 50~ 500 5 000~ 1 000 车削 铣削 钻削 拉削 铰削 锯削 磨削
80
煤
矿
机
械
2004 年第 7 期
文章编号 : 1003 0794( 2004) 07 0080 03
超高速切削加工及其关键技术
苏 发 , 李文双 , 孙洪江 , 胡金平 ( 黑龙江科技学院 , 黑龙江 哈尔滨 150027)
摘 要 : 论述了超高速切削理论、 特点及应用 , 介绍了超高速切削所涉及的关键技术, 指出了 该项技术是具有优质 、 高效和低耗的先进制造技术 , 是未来切削加工的方向和时代发展的产物 , 前 景广阔。 关键词 : 超高速切削加工 ; 先进制造技术; 关键技术 中图号 : TG51 66 1 超高速切削速度的范围及理论 1 1 超高速切削速度的范围 对于不同的加工工序 , 超高速切削速度( 指刀具 切削处的切削线速度 ) 也不同 ( 见表 1) 。
1 HB270 HB282 HB291
2 HB271 HB279 HB287
3 HB264 HB281 HB282
4 HB265 HB275 HB280
5 HB273 HB287 HB281
通过此次热处理工艺性试验 , 确定当硬度值要 求为 HB240~ 280 时 , 40MnB 钢调质热处理规范如图 3 所示。
文献标识码: A 对于不同的被加工材料 , 超高速切削速度范围 如表 2 所示。 1 2 超高速切削理论 超高速切削的理论是由德国 Carl Salmon 博士, 在 1931 年 4 月提出的 , 图 1 为 Carl Salmon 曲线。在 A 区 ( 常规切削区 ) , 切削速度 t 随切削温度 v 的提 高而升高, 但 是在 B 区 ( 不 可用切削区 ) , 当速度 v 增大到某一数值 v 0 后 ( v 0 的大小同工件材料的种类 有关) , v 再增大, t 反而下降了。由于在这个区域, 3 结语 通过此次热处理工艺性试验确定 了 40MnB 钢 的调质规范后 , 40MnB 开始被大量使用, 至今已代料 近百吨未发生任何质量问题 , 这证明此次试验确定 的 40MnB 钢调质 规范是正确的。 40MnB 钢的使用 扩大了钢材采购面, 解决了其他钢种没有库存且采 购不到的燃眉之急, 为保证公司产品的正常生产做 出了重大贡献。
表2 Tab. 2 各种工件材料的超高速切削速度 Ultra_rapid cutting speed of each kind workpiece material
速度范围 被加工材料 传统切削 m min 纤维增强塑料 铝合金 铜合金 灰铸铁 钢 钛合金 < 1 000 < 1 000 < 900 < 800 < 500 < 100
图3 Fig. 3
第 2 次试验调质工艺规范
The second technology specifications of quenching 表 3 第 2 次试验硬度值 Tab. 3 The second test result of hardness
试件 RS- 01 RS- 02 RS- 03
2004 年第 7 期
超高速切削加工及其关键技术
苏
ห้องสมุดไป่ตู้
发, 等
81
t 太高 , 任何刀具材料都无法接受 , 切削加工不可能 进行, 因此 , 这个区域被称之为 死谷 。在 C 区 ( 高 速切削区 ) , 随着 v 的提高, t 下降 , 这就可以用耐热 性较好的现有刀具来进行超高速切削了。虽然由于 实验条件的限制 , 当时无法付诸实践, 但这个思想给 后人一个非常重要的启示 , 即如能越过这个 死谷 , 在高速区工作, 有可能用现有刀具材料进行高速切 削, 切削温度与常规切削基本相同 , 从而可大幅度提 高生产效率。特别是近几年来 , 高强度、 高熔点刀具 材料 ( 如陶瓷、 立方氮化硼和金刚石薄膜作为涂层 ) , 使刀具切削速度提高 100 倍以上, 使超高速切削成 为了现实。