高速切削机理
《高速切削》课件
本PPT课件将介绍高速切削的定义、原理、分类、技术、应用、注意事项以及 未来发展，为您展示全面的高速切削知识。
什么是高速切削？
高速切削的定义
高速切削是指在高速运动下切削金属材料的加工方 法。
高速切削的优点
高速切削具有高效率、高精度和优质表面等优点。
高速切削的原理
1 原理介绍
高速切削技术的趋势 和前景
高速切削技术正朝着更高效率、 更高精度和更环保的方向发展。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高速切削的未来发展
高速切削未来将在各行各业中得 到更广泛的应用和进一步的优化。
高速切削注意事项
1 高速切削的注意事项
高速切削过程中需注意刀具选择、润滑和安全等方面。
2 如何安全进行高速切削
安全进行高速切削需遵循正确的操作规程和戴好个人防护装备。
3 如何保证高速切削的质量
保证高速切削质量需要注意刀具磨损和加工参数等关键因素。
高速切削发展前景
高速切削的发展历程
高速切削技术经历了多年的发展 与创新。
高速切削利用切削工具对工件进行高速运动切削，实现金属材料的加工。
2 高速切削的工作过程
高速切削的工作过程包括进给运动、主轴转动和切削速度等因素。
3 高速切削的工作原理
高速切削通过防振、刀具材料和润滑等措施，提高切削效率和质量。
高速切削的分类
高速切削分类介绍
高速切削可分为铣削加工和车削 加工两种主要类型。
CNC技术在高速切削加工中起到关 键作用，实现自动化加工。
高速切削的应用
1
高速切削在现代制造中的应用
高速切削广泛应用于航空、汽车、船舶等
高速切削的优势和局限性
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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。
高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理
高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理是现代制造业中的关键研究领域，它们直接影响到加工效率、产品质量以及生产成本。
本文将探讨高速切削加工工艺参数的优化以及刀具磨损机理的分析，以期为制造业提供理论指导和实践参考。
一、高速切削加工工艺参数概述高速切削加工技术是一种先进的金属切削技术，它通过提高切削速度来实现高效率和高质量的加工。
这种技术在汽车、航空、模具制造等行业中得到了广泛应用。
高速切削加工工艺参数的优化是实现高效加工的关键，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料选择等。
1.1 高速切削加工的优势高速切削加工技术具有以下优势：- 提高生产效率：由于切削速度的提高，单位时间内可以去除更多的材料，从而缩短加工时间。
- 改善加工表面质量：高速切削可以减少切削力和切削温度，从而减少加工表面的毛刺和烧伤。
- 提高加工精度：高速切削过程中的振动较小，有利于提高加工精度。
- 减少刀具磨损：高速切削可以减少刀具与工件的接触时间，从而降低刀具磨损。
1.2 高速切削加工工艺参数高速切削加工工艺参数主要包括以下几个方面：- 切削速度：切削速度是影响高速切削效率和质量的关键参数，需要根据材料特性和刀具材料进行合理选择。
- 进给速度：进给速度影响切削的连续性和表面粗糙度，需要与切削速度相匹配。
- 切削深度：切削深度影响切削力和刀具的耐用度，需要根据工件材料和刀具强度进行选择。
- 刀具材料：刀具材料的选择直接影响切削性能和刀具寿命，常见的刀具材料有硬质合金、陶瓷、石等。
二、刀具磨损机理分析刀具磨损是高速切削加工中不可避免的现象，它会影响加工质量、生产效率和刀具成本。
研究刀具磨损机理对于延长刀具寿命、提高加工效率具有重要意义。
2.1 刀具磨损的类型刀具磨损主要包括以下几种类型：- 磨料磨损：由于切削过程中工件材料中的硬质点与刀具表面接触，导致刀具表面逐渐磨损。
- 热磨损：高速切削过程中产生的高温会使刀具材料发生热软化，从而加速磨损。
绿色制造—高速干切削概述
绿色制造—高速干切削概述高速干切削是一种先进的切削加工技术，它在提高加工效率的同时，也有效地降低了环境污染和能源消耗。
本文将概述高速干切削技术的原理、应用领域以及对绿色制造的积极影响。
一、高速干切削的原理高速干切削是指在高速旋转的切削工具与工件接触时，不使用冷却液进行冷却和润滑的切削过程。
其原理是通过提高切削速度、降低加工温度和减少摩擦力来实现高效率的切削加工。
在高速干切削过程中，切削温度相对较低，切削力较小，从而减少了工具磨损和加工成本。
二、高速干切削的应用领域高速干切削技术广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子、光学器件等领域。
例如，高速干切削技术在汽车制造中被用于发动机零部件的加工，可大幅提高生产效率和减少废液处理成本。
同时，在电子器件制造领域，高速干切削技术具备高精度和高表面质量等优势，被广泛应用于半导体芯片、光纤组件等的加工。
三、高速干切削对绿色制造的影响1. 节约能源：高速干切削不需要冷却液，大大减少了能源消耗。
与传统切削相比，高速干切削可节约能源30%以上，减少了对环境的负荷。
2. 降低环境污染：传统切削过程中，大量的冷却液被使用后会成为废液，对环境造成严重的污染。
而高速干切削技术无需冷却液，减少了废液的产生，降低了对水资源的消耗和水污染的风险。
3. 提高生产效率：高速干切削技术采用高速切削工具和高速传动设备，加工速度更快，提高了生产效率。
同时，由于无需处理废液等附加工序，工艺流程更加简化，进一步提高了生产效率。
4. 减少工具磨损：高速干切削的切削速度相对较高，与工件接触时间短，减少了工具磨损。
这可以延长工具的使用寿命，减少了资源消耗和废弃物的产生。
综上所述，高速干切削技术具有降低能源消耗、减少环境污染、提高生产效率和减少工具磨损的优势，为绿色制造的实践提供了重要的技术支持。
随着高速干切削技术的进一步发展和应用，相信将在制造业领域取得更加显著的绿色效益和可持续发展。
先进制造工艺--高速切削技术
第三讲1.高速切削技术高速切削的产生背景和发展史高速切削（HSM或HSC）通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣，它是20世纪90年代迅速走向实际应用的先进加工技术，在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。
高速铣削技术既可用于铝合金、铜等易切削金属，也可用于淬火钢、钛合金、高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料。
例如，在铝合金等飞机零件加工中，曲面多且结构复杂，材料去除量达高达90％～95％，采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度；在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。
高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果：“当以适当高的切削速度（约为常规速度的5～10倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产率”。
60多年来，人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术，但直到20世纪90年代该技术才逐渐在工业实际中推广应用。
高速切削最早在飞机制造业和模具制造l受到很大的重视。
为使飞机的零部件满足很高的可靠性要求，大部分重要零件都是在整块铝合金坯件卜铣削而成，既可减少焊缝，又可提高零件的强度和抗振性。
但常规铣削效率很低，从而导致了高的生产成本和长的交货时间。
高速切削是克服这方面问题的最好解决方案。
汽车工业中，模具制造是产品更新换代的关键。
新车型定型后，模具制造周期的长短直接影响到产品的上市时间，也关系到市场竞争的成败。
所以在80年代美国、欧洲和日本的政府都出巨资推动高速切削在模具制造中的应用研究，90年代初高速切削已进入工业化应用。
图16 高速切削在生产应用中的发展历程图17 采用高速切削后产品质量提高的历程a一硬质合金切钢 b一硬质合金切铸铁c—CBN切铸铁图16是德国宝马公司（BMW）采用高速切削的历程。
2014 - 11 - 高速切削(机理与表面质量)
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图9 高速加工技术的体系结构
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高速切削加工的研究体系和关键技术
（1）高速主轴系统
加工中心15000—30000r/min 主轴电机和主轴合二为一，形成电主轴。 轴承采用油、空气和喷油润滑。 （2）快速进给系统 一般30—60m/min，最高120m/min （3）高速 CNC控制系统 （4）高速刀具切削技术 刀具材料和结构（整体和镶齿） 刀柄系统（刚性，重复换刀精度等） （5）安全防护和实时监控
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高速切削加工的理论基础
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理论基础 - 切削类型
带状切屑
挤裂切屑
单元切屑
崩碎切屑
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理论基础 - 切削类型
表 切屑类型及形成条件 名称 带状切屑 挤裂切屑 单元切屑 崩碎切屑
简图
带状，底面光滑 ，背面呈毛茸状 剪切滑移尚未达 到断裂程度 加工塑性材料， 切削速度较高， 进给量较小， 刀具前角较大 切削过程平稳， 表面粗糙度小， 妨碍切削工作， 应设法断屑 节状，底面光滑有裂 纹，背面呈锯齿状
切削不 切削适应区 适应区
0
600
1200
1800
2400
3000
切削适应区
切削速度v/(m/min)
图8 Salomon切削温度与切削速度曲线
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高速切削加工的发展历程
（1）理论研究和探索（1931-1971）
1958年，美国洛克希德、日本和法国等试验表明，高速切削加工可行。 （2）应用基础研究探索（1971-1978）
n ( r/min)
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高速切削加工的优势
图7表示，在1300～1400r/min附近时，表面粗糙度和切削力都明显增 高，该两速度范围正是该机床的最大共振的一、二阶频率范围。实际 上可以测量不同速度下的切削力和表面粗糙度来粗略判别具体情况下 的共振区域以便于避免在共振区加工。
高速切削的所罗门原理
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。
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。
高速切削加工中金属切削机理的研究与优化
高速切削加工中金属切削机理的研究与优化引言：在现代制造业中，高速切削加工已经成为一种广泛应用的加工方法。
而金属切削机理是高速切削加工成功的关键因素之一。
通过研究金属切削机理并进行优化，能够提高切削效率、降低成本、改善加工质量，对于提升制造业整体竞争力具有重要意义。
一、金属切削机理的研究1. 切屑形成与排出金属切削加工中，当切削刀具与工件之间形成切削面时，金属会发生塑性变形和剪切，形成切屑。
切屑的形态、排出和控制与切削速度、切削角度、切削冷却液等因素密切相关。
通过研究金属切削机理，可以理解切削过程中切屑形成与排出的规律，从而优化切削参数，提高切屑的排出效果。
2. 热力耦合效应在高速切削加工中，由于切削速度较高，摩擦热的产生对刀具和工件会产生显著影响。
研究金属切削机理中的热力耦合效应有助于理解切削区的温度分布、热应力的产生以及材料变形和切削刃的磨损情况。
此外，了解热力耦合效应还可以选择合适的切削冷却液，控制切削过程中的温度变化，避免材料的软化和刀具的失效。
3. 撞击和振动金属切削过程中，刀具与工件之间会发生撞击和振动。
撞击和振动不仅会导致切削表面粗糙度增大，还会加速刀具磨损、降低切削质量。
通过研究金属切削机理中的撞击和振动行为，可以找出撞击和振动的根源，采取相应的措施进行优化，如改变切削参数、提高刚度和减小切削轴向力，从而减少撞击和振动对切削加工的影响。
二、金属切削机理的优化1. 切削参数优化金属切削参数的优化对于提高切削加工效率至关重要。
通过研究金属切削机理，可以确定合适的切削速度、进给速度、切削深度等参数。
合理的切削参数能够降低刀具磨损、提高切削效率、减少加工时间，并且能够保证加工质量的稳定性。
2. 刀具材料与涂层选择刀具材料和涂层的选择对于金属切削加工质量和效率有着重要的影响。
研究金属切削机理有助于理解刀具材料的选择原则、涂层的性能要求等。
选择合适的刀具材料和涂层可以延长刀具寿命、提高切削质量以及降低加工成本。
第十章高速切削
在德国，高速切削得到了国家技术研究部的鼎立支持。以 Darmstadt工业大学的生产工程与机床研究所为首的40家公司 参加的两项联合研究计划，全面系统地研究了高速切削机床、 刀具、控制系统等相关工艺技术，分别对各种工件材料（钢、 铸铁、特殊合金、铝合金、铜合金和纤维增强塑料等）的高速 切削性能进行了大量试验，取得了国际公认的高水平研究成果， 并在德国工厂广泛应用。
高速加工目前已可覆盖大多数工程材料，可加 工各种表面形状的零件，可由毛坯一次加工成成 品，并实现精密甚至超精密加工。高速磨削可实 现小的磨粒切深，使陶瓷等硬脆材料不再以脆性 断裂形式、而是以塑性变形形式产生切屑，使磨 削表面质量提高。对镍基合金、钛合金等难加工 材料也会在高应变率的作用下而改善其切削加工 性能，从而得到高的加工质量。国外有学者认为， 如果把数控技术看成是现代制造技术的第一个里 程碑，那么高速加工技术就是现代制造技术的第 二个里程碑；高速加工技术与精密超精密加工、 高能束加工和自动化加工共同构成了当今四大先 进加工技术。
二、高速加工技术的特点 与常规切削加工相比，高速切削加工在提高生产率，降低生
产成本，减少热变形和切削力以及实现高精度、高质量加工等 方面具有明显的优势。其优越性主要体现在以下几个方面： （1）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，单位时间材料切除率可提高3～6倍，因而零件加 工时间通常可缩减到原来的1/3。同时非切削的空行程时间也 大幅度减少，从而提高了加工效率和设备利用率，缩短了生产 周期。 （2）在高速切削速度范围内，由于高速切削采用极浅的切削 深度和窄的切削宽度，随切削速度的提高切削力平均可降低30 ％以上，这对于加工刚性较差的零件(如细长轴、薄壁件)来说， 可减少加工变形，提高零件加工精度。同时，单位功率材料切 除率的提高，有利于延长刀具使用寿命。
模具加工方法高速切削
模具加工方法高速切削1. 引言模具加工是制造行业中不可或缺的一部分，它在制造各种产品的过程中起着至关重要的作用。
随着科技和工艺的不断发展，高速切削已经成为模具加工中的一种重要方法。
本文将介绍模具加工中的高速切削方法，包括其原理、工具、技术要点和应用。
2. 高速切削的原理高速切削是指在高速旋转刀具的作用下，通过切削运动将材料去除的过程。
其原理主要包括以下几个方面：•切削力和切削温度增大：高速切削的切削速度较快，相应地，切削力也会增大。
同时，高速切削还会导致切削温度的增大，这是由于切削过程中的摩擦和热变形引起的。
•切削振动减小：高速切削时，切削力的增大并不会引起切削振动的增加，反而会减小。
这是因为高速切削时，刀具和工件之间的接触面积减小，摩擦力也随之减小，从而减小了切削振动。
•切削表面质量提高：高速切削由于切削速度快，可以减小切屑对刀具磨损的影响，从而提高切削表面的质量。
3. 高速切削的工具在高速切削中，选择合适的切削工具是非常重要的。
常见的高速切削工具有以下几种：3.1 钨钢刀具钨钢刀具是高速切削中最常用的切削工具之一。
它具有硬度高、刚性好、磨损小的特点，适用于加工硬度较高的材料。
3.2 多齿刀具多齿刀具是指具有多个切削齿的刀具，它可以提高切削效率和切削精度。
在高速切削中，多齿刀具由于其大体积和较高的切削速度，可以减小切削振动，提高加工效率。
3.3 超硬刀具超硬刀具是指采用超硬材料制成的刀具，常见的超硬材料有氮化硅和氮化硼等。
超硬刀具具有硬度极高、耐磨性好的特点，适用于加工硬度极高的材料。
4. 高速切削的技术要点在进行高速切削时，要注意以下几个技术要点：4.1 切削速度的选择选择合适的切削速度是高速切削的关键。
切削速度过低会导致切削效率低下，切削速度过高则会增加切削力和切削温度，甚至引起刀具损坏。
因此，要根据具体材料的硬度、刀具的材质和刀具结构等因素来选择合适的切削速度。
4.2 工艺参数的优化在高速切削过程中，还需要对工艺参数进行优化。
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。
金属高速切削原理与刀具材料的选择
金属高速切削原理与刀具材料的选择金属高速切削是一种广泛应用于金属加工领域的切削技术，它的原理是通过旋转的刀具快速切削工件上的金属材料以达到所需形状和尺寸。
刀具的材料选择对于金属高速切削过程的效率和切削品质具有重要影响。
本文将讨论金属高速切削的原理和刀具材料的选择。
金属高速切削的原理主要涉及两个方面，即削减原理和切削时产生的热量控制。
首先，削减原理指的是刀具将金属工件上的金属材料削减下来，形成所需的形状和尺寸。
刀具旋转时，刀尖与工件接触形成剪切力，将金属材料从工件上脱离。
对于高速切削来说，切削速度较快，所产生的剪切力也更大，因此切削力的平衡和控制非常重要。
其次，切削过程会产生大量的热量，这也是需要控制的关键。
高速切削时，热量会导致切削区域的变形、硬度降低和刀具磨损等问题。
因此，切削时需要采取措施，例如冷却液的引入和切削区域的冷却，以控制切削过程中产生的热量。
刀具的选择对于金属高速切削的效果和效率至关重要。
刀具的材料选择应考虑以下几个方面：硬度、热稳定性、抗磨性和韧性。
首先，刀具的硬度是切削效果的关键因素。
刀具材料需要具有足够的硬度，以抵抗金属工件上的金属材料的削减。
常见的刀具材料有硬质合金、陶瓷和超硬材料等。
硬质合金由钴基和硬质颗粒组成，具有较高的硬度和耐磨性，适用于大多数金属的高速切削。
陶瓷刀具具有较高的硬度和耐磨性，适用于切削高硬度和脆性材料。
超硬材料（如金刚石和立方氮化硼）具有极高的硬度，适用于切削硬度非常高的金属。
其次，刀具的热稳定性也是刀具材料选择的重要考虑因素。
高速切削时，刀具会受到高温环境的影响，因此需要选择具有良好热稳定性的材料。
硬质合金在高温下有较好的稳定性，能够耐受高温和高切削速度条件下的切削过程。
陶瓷刀具和超硬材料具有较低的导热性，能够减少切削时产生的热量。
另外，刀具的抗磨性也是刀具材料选择的重要因素之一。
高速切削会引起切削力的增加和较大的摩擦力，这对刀具材料的抗磨性提出了要求。
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。
高速切削的所罗门原理
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。
第八组高速切屑
二、高速切削的机理
二、高速切削的机理
二、切削热 三个发热区对应三个 变形区。切削热的来源是 切屑变形功和前、后面的 摩擦功。切削区域的热量 被切屑、工件、刀具和周 围介质传出。
二、高速切削的机理
二、高速切削的机理
刀具磨损与刀具寿命
一、刀具磨损的形态及其原因 二、刀具磨损过程及磨钝标准 三、刀具寿命的经验公式
• 发展先进制造技术，振兴我国制造业，迎接 新世纪的挑战乃是建立强大工业国家的根本。高 速切削技术是先进的制造技术，有广阔的应用前 景。推广应用高速切削技术不但可以大幅度提高 机械加工的效率、质量，降低成本，而且可以带 动一系列高新技术产业的发展。加强高速切削技 术的基础研究，建立高速切削数据库、高速切削 安全技术标准，提高机床和工具行业的开发创新 能力，加快高速切削刀具系统、高速切削机床系 统的研究开发与产业化，已是当务之急。
二、高速切削的特点
（1）切削力小 （2）工件热变形小 （3）材料切除率高 （4）工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工 （5）可加工难加工材料 （6）高速干切削可以实现加工过程的绿色制造
二、高速切削的机理
1、切削力
切削力是刀具切入工件使被加工材料发生 变形并成为切屑所需的力。 合力Fr（国标为F） Fz（国标为Fc）-主切削力或切向力，其方向与过渡
ห้องสมุดไป่ตู้
二、高速切削的机理
• （1）前面磨损 • （2）后面磨损 • （3）边界磨损
二、高速切削的机理
• • • • 硬质点磨损 粘结磨损 扩散磨损 化学磨损
4高速切削的关键技术
• 一、高速切削机床技术
高速主轴 高速进给系统
高速切削机床技术 • 二、高速切削刀具技术
涂层刀具
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1.不同背吃刀量情况下切削力
不同背吃刀量情况下切削力 的值及变化规律分别如表1、 右图所示。右图中，在背吃 刀量不断增加时，平均切削 力都呈上升趋势，且背吃刀 量的增加对主切削力F 的影 响要比对切深抗力F 的影响 要明显。当背吃刀量增加一 倍时，切削力约增加一倍。 这是因为，切削时随着背吃 刀量的增大，剪切角逐步减 小，而从切削力的计算公式 可以得知，随着剪切角的减 小，切削力会逐步增大，同 时剪切角的大小也代表了切 屑变形的程度，所以切削的 变形程度会随着背吃刀量的 增加而逐步增加。
（2）.周期脆性断裂理论
周期性断裂理论认为锯齿状切 屑形成是由于从工件自由表面 向切削刃扩展一定距离的周期 性整体断裂造成的。M. C. Shaw对Ti6Al4V进行快停切 削试验发现,一个锯齿状切屑单 元可以分为整体断裂区和裂纹 呈不连续分布的微裂纹区,如图 所示。该理论认为锯齿切屑形 成的机理是断裂力学。由于待 加工表面是不光滑的,而是由一 些微观的隆起、裂纹以及空穴 等组成的粗糙表面,在切削加工 过程中,压应力会引起表面内部 材料的流动,导致自由表面由于 工件脆性而形成裂纹。随刀具 前进,裂纹向切削刃不断扩展,但 由于刀尖附近压应力较大,扩展 裂纹受到抑制,所以在刀尖附近 形成微裂纹。
切削加工中切屑的形成和折断是非常复杂的过程， 有诸多不同的影响因素。屑的可断性是受很多因 素影响的复杂物理现象，当刀片槽型相当复杂且 在不同的切削条件下切削时，预测切屑折断就更 加复杂。因此有必要建立切削试验数据库系统， 并采用以知识为基础的系统分析方法来预报切屑 的折断过程。
对切屑折断预报的研究方法
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基于对切屑形成机理 的分析，运用试验设计 技术建立切屑形成和折 断的数学模型和计算机 仿真，进行切屑形状和 折断的判断。 其结果具有一定的可 外延性。
二.高速切削加工的切削力学
切削力小，在高速铣削加工中，采用小切削量、 高切削速度的切削形式，使切削力比常规切削降 低30％ ，尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的 径向切削力大幅度减少。既减轻刀具磨损，又有 效控制了系统的振动，有利于提高加工精度。
5.高速切削断屑机理及预报系统的研究
现代世界上很多机械制造行业的发展方向是自动 化、无人化，即实现计算机控制。实现这些理想 的机械制造过程的关键问题之一就是切屑处理问 题。 高速切削时，特别是自动化加工中，长的连绵不 断的带状切屑，连续不断并缠绕于刀具、工件、 刀架上，损坏工件和刀具表面，伤害操作者，不 得不停车，无法正常切削，甚至损坏机床。周期 性的锯齿状或者单元切屑，会造成高速切削力的 高频变化，从而影响加工精度与表面粗糙度和刀 具寿命。因此，分析研究高速切削时的切屑形成 特征具有重要的意义
1.高速切削加工切屑形成特征
每个分节基本保持一定的厚度, 切屑在前刀面积 累过程中由于刀具推挤作用而使切屑均匀增厚。 锯齿在分节后沿前刀面和剪切面向上滑移的过程 中, 集中剪切面基本保持一个角度位置, 即分节 的前后面间保持平行, 剪切角被保留了下来。 切屑分节自由表面基本保持了原来的长度, 没有 出现明显的变形。
形成切屑的两种理论综述
绝热剪切理论适用于 解释塑性材料或者是 在切削过程中转化为 塑性材料的脆性材料 形成的锯齿形切屑， 而周期脆性断裂理论 适用于解释脆性材料 的切屑形成。 总之，到目前为止， 对锯齿形切屑的形成 机理还未形成统一的 认识，争论的焦点主 要集中在到底是热塑 性失稳导致的集中剪 切，还是裂纹诱发几 何失稳导致的集中剪 切现象
绝热剪切带
一种是形变带，带内 另一种是转变带，带 经历了大塑性变形的 内经历了组织相变， 回火马氏体组织，其 硬度来自相变硬化并 硬度来源于加工硬化， 且高于形变带，不受 并且硬度随着切削速 切削速度影响，转变 度的变化而受影响； 带中心区形成时发生 了动态再结晶，形成 了尺寸为50— 100nm的等轴晶体
计算切屑锯齿化的微观分析图
切屑锯齿化
计算锯齿化程度
将锯齿形切屑简化为下图所 示的模型，用Ms来表征锯齿 形切屑的锯齿化程度，即 Ms =(A1-A2)/A2（式中， A1 为单个切屑的面积，A2 为切屑连续部分的面积。） Ms也被作为高速切削速度的 判据：Ms ≤0．5时，对应 的切削速度范围为普通切削； Ms >0．5时，对应的切削 速度范围为高速切削。
AISI4340淬硬钢高速切削过程中切屑形成
c．刀具继续向前推 进，工件自由表面 破裂速度加快，切 削层在接近刀尖的 前刀面处破裂，同 时向工件表面扩展， 最终两者会合，形 成不连续状单元切 屑，如图c、图d所 示。
AISI4340淬硬钢高速切削过程中切屑形成
AISI434O淬硬钢，它是一种硬度较高和低热物 理特性材料，因此很容易形成不连续状切屑，与 理论也很吻合。 另外，刀具前刀面首先破裂也是生成此种切屑的 一个主要原因。这种不连续状切屑将不断地重复 上述3个阶段，不断地产生切屑，是周期性的变 化过程。
2.切削速度对切屑形成的影响
不同切削速 度下的切屑 形态 (γº=﹣8º , ac=0.27m m)
切屑锯齿化
计算切屑锯齿化
随着切削速度的提高，切屑 的锯齿化现象越来越严重。 为了表征锯齿形切屑的锯齿 化程度，一些科学家提出， 用式 G =(hl—h2)／hl来描述切 屑的锯齿化程度（上式中， G为切屑锯齿化程度，h1为 切屑最大厚度，h2为切屑连 续部分的高度） 随着切削速度和进给量的增 加，G 逐渐增大，表明切屑 锯齿化程度越来越严重。
1
以切屑分类为基础，通 过大量的切削试验，建立 切屑折断数据库，与具体 的加工状况一一对应，以 达到切屑形状估计的目的。 这种方法的缺点是切削 试验工作量大、费时费力， 当新的工况出现时需要重 新做试验。
2
运用有限元分析 （FEM）技术对切削过 程中的塑性变形，以及 力、热过程进行建模分 析来判断何时切屑折断。 因为切削过程的复杂 性，这种方法目前还没 有达到实用化程度，尤 其是对实际生产中的三 维切削问题尚不能产生 一般性的结果。
3. 高速切削中切屑形成的机理
高速切削中形成的 锯齿形切屑的解释
绝热剪切理论 (Adiabatic Shear Theory） )
周期脆性断裂理 论 (Periodic Brittle Fracture Theory)
（1）.绝热剪切理论
1954 年Shaw 在切削钛合金时首次发现锯齿 形切屑, 并在同年提出, 导致锯齿形切屑的根源可 能是绝热剪切, 这是首次将绝热剪切与锯齿形切 屑联系在一起。 以上是早期的研究成果。随后, 1981- 1982 年,Komanduri 及其合作者在对钛合金和高强 度钢的切屑形成过程进行了研究，提出一个锯齿 形切屑形成的两阶段模型
萨洛蒙曲线
高速切削产生切屑
形成特征
切削速度 对其影响
断屑机理 及其预报
对切屑的研究
形成机理 及其过程
变形基本 关系
1.高速切削加工切屑形成特征
与传统切削加工相比， 高速切削加工在切屑 形成、切削力学、切 削热与切削温度、刀 具磨损与破损等方面 均有不同的特征。在 高速加工中，随着切 削速度的提高， 在切 削过程中会发生绝热 剪切，从而形成节状 切屑(锯齿形切屑)。
2.刀具前角对切削力的影响
不同刀具前角下切削 AISI4340淬硬钢，其 平均切削力值及变化趋 势如表2、右图所示。 随着刀具前角的增大， 切屑厚度压缩比减小， 即变形抗力减小所致， 因此平均切削力都呈下 降趋势。且刀具前角对 切深抗力F 的影响比对 主切削力F 的影响要大 得多。切深抗力F 的下 降值约为前角每增大1º ， 切削力约降低3 ％。
绝热剪切
绝热剪切的发生是锯齿形切屑的根本原因，切削 速度和进给量在剪切发生失稳中起着重要作用。 虽然，高速切削产生的绝热剪切带增加了刀具磨 损，影响已加工表面质量；但是，绝热剪切带形 成易于断屑，利于自动化加工。
（2）.周期脆性断裂理论
切削时先从切屑自由表面产生裂纹，并不断向刀 尖扩展，在下一个裂纹产生时，前一个裂纹扩展 停止，依次周期性产生，最终形成锯齿形切屑。 即锯齿形切屑的形成是由从切屑自由表面向切削 刃扩展约一半距离的周期性整体断裂造成的。
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四.高速切削机理
Contents
高速切削加工理论基础及其切 屑形成的研究
高速切削加工中切削力的研究 高速切削加工中切削热和切削温度的研究 高速切削机理的研究现状及其 发展趋势
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一.高速切削加工的理论基础
1931年4月德国物理学家CarlJ．SMoman最 早提出了高速切削(High Speed Cutting)的理 论： 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V 与工件材料的种类有关。 对于每一种工件材料都存在—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。
锯齿状切屑的剪切集中形成机理
第一阶段，主要是主剪 切区域5的应变集中和 剪切失稳,难加工材料在 切削条件下由于应变集 中的作用,导致主剪切区 域热软化效应大于应变 强化效应,使该区域继续 变形的应力降低,从而在 主剪切平面持续产生变 形,使变形进一步集中。 第二阶段,随着刀具的前 进, 3和4处产生强烈剪 切,而1处几乎没有变形 产生,导致处于主剪切区 域5上面的工件材料呈 楔块状向上向前移动,当 前进到一定程度,由于强 剪切作用,当前楔块与上 一楔块接触面迅速减小, 从而形成锯齿状切屑。
1.高速切削加工切屑形成特征
2.切削速度对切屑形成的影响
随着切削速度的不断提高，被加工材料在切削过 程中发生绝热剪切是必然的。 在高速切削过程中，随着切削条件的变化，许多 被加工材料，包括钛合金、镍基合金、钢类材料、 铝合金、复合材料和高聚物材料等，都会呈现含 有重复性绝热剪切带的节状切屑。