高速切削的所罗门原理
超高速切削(1)
超高速加工特点
• 材料切除率高；由于主轴转速和进给速度的提高 • Q=ap ae n fz /1000( cm3/min) • 工序集中；粗精加工工序可集中在一道工序中完成。加工时 间缩短, 降低加工成本； • 切削力低；可比常规切削低30%～90%, 特别适合加工刚性差 的工件, 如航空薄壁零件。 • 热变形小；90% 以上的切削热来不及传给工件就被高速流出 的切屑带走, 工件积累热量极少, 因而不会由于温升导致热变 形, 特别适合加工易热变形的零件。 • 振动小, 切削平稳；由于高转速和高进给速度, 使机床的激振 频率特别高, 已远高于“ 机床— 工件— 刀具”系统的固有频 率, 使加工过程平稳、振动小, 加工质量可达到磨削水平。适 合于光学及各种精加工领域。 • 高速切削可以加工各种难加工材料；这类材料强度大，硬度 高，加工中易硬化，切削温度高，刀具易磨损
高速切削粗加工工艺路线
• 粗加工刀具参数卡：直径16圆鼻刀，开槽， 切除大部分余量
粗加工曲面加工参数卡
挖槽粗加工参数卡
高速加工参数卡
刀具轨迹路线图
粗加工时间：只需12分钟
精加工
• 以R4mm 球刀采用等高外型精加工对型腔 加工。主轴转速为15000r /min, 进给速度为 3500mm/min, 轴向步距为0.5mm。加工时 间为21 分49 秒。
应用
航空航天：铝合金整体 结构件的高速切削，不 再铆接，省去了装配工 作；薄壁件加工等 模具业：高速切削淬硬 钢模具型腔，省去电加 工和手工研磨等工序。
刀具
• 刀具：硬质合金+涂层（TiN、TiAlN）：使 刀具具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲 劳特性。
矿泉水瓶模的加ห้องสมุดไป่ตู้工艺
高速切削技术简介
1.3 高速切削的研究发展现状
日本：
日本是在20世纪60年代开始高速切削机理的研究。 近些年来吸收了各国的研究成果，现在已后来居上，跃居世 界领先地位。 20世纪90年代研制出了日本第一台卧式加工中心，主轴转速 达到30000r／min，最大进给速度为80m／r，加速度为2g， 重复定位精度为±lµm。 同时他们也致力于高速切削工艺，特别是高速切削工艺数据 库、刀具磨损与破损机理、CAD／CAM系统开发及质量控制等 方面的研究。
1)提高排屑性能，具体措施：
①采用内部供液方式，压力为2~7MPa； ②钻尖角比普通钻头大，易于分断厚型切屑； ③对钻头横刃进行修磨，使之成为中心涡卷形状。
汽车零件孔的高速切削加工
高速钻削加工应注意的问题：
2)提高刀具刚性，具体措施：
①增大钻头芯厚； ②增大倒棱锥度。
汽车零件孔的高速加工
3)防止钻尖过热，具体措施：
1.5.1 汽车工业中的高速切削
汽车工业:
在20世纪20年代主要采用由组合机床组成的刚性生产 线。 在20世纪80年代后，开始采用由加工中心组成的柔性 生产线。 生产的柔性提高了，但生产效率不如组合机床生产线。 怎么办？能否采用高速加工来提高生产率？
1.5.1 汽车工业中的高速切削
汽车工业: 从20世纪80年代中期开始，在单轴专用加工 中心上，采用高速加工技术，以10倍于普通加工 的速度加工，使加工中心的柔性和生产率得到兼 顾，例如一台高速加工中心在一年中就能加工 40000件变速箱箱体。
汽车零件平面的高速铣削加工
1)铸铁缸体、缸盖端面的高速铣削加工：
如Lamb公司： 缸体、缸盖大平面加工采用高速铣削，用氮化硅 （Si3N4基）陶瓷刀片铣削缸体顶面，切削速度达 1524m/min，进给速度达6350mm/min，生产效率提高了 50％。
高速切削加工技术的探导
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。
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。
高速切削机理
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
3
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。
高速切削与高速机床分解
高速切削加工的研究
（2）床身部件
为了适应粗精加工、轻重切削和快速移动，同时保证高精度，高速 切削机床必须具有足够的刚度、强度和阻尼特性以及高的热稳定性。 大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部 件材料，有的公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加 其抗振性和热稳定性，不但保证了机床精度稳定，也可防止切削时刀具 振颤；也有采用封闭式床身设计，整体铸造床身，“箱中箱”结构或对 称床身结构并配有密布的加强筋，如法国Forest line公司的高架三龙门五 坐标Mi2numac 30TH数控铣床；德国DeckelMaho公司的桥式结构或龙门 结构的DMC系列高速立式加工中心，使机床获得了在静态和动态方面更 大限度的稳定性。
1996年首次研制出采用直线电机驱动的3D铣削中心；
2000年研制出采用直线电机驱动的最优化的铣削中心。
高速切削加工的研究
1. 高速切削机理研究
高速切削机理是高速切削技术应用和发展的理论基础。 研究成就比较突出的是美国洛克希德导弹和空间公司的科 学家罗伯特· 金(RobetI1King) 和麦克唐纳(Mcd1nddJ)，从 理论上证实了高速切削的可行性和优越性。他们的研究主 要在切屑成形理论、金属断裂、突变滑移、绝热剪切以及 各种材料的切屑成形方面。
的20多年时间里，没有人对此进行深入系统的研究。
直到50 年代末期， 美国工程师Robert L.Vaughan才开始
继续Salomon的研究工作，从切屑形成过程和切屑形态的变化， 说明了高速切削时切削机理将发生变化，切削过程将变得容 易和轻松。此后美国、日本、英国等国家才先后有人开始高
速切削机理及相关技术的研究，其中以德国Darmstadt工业大
高速加工切削热产生机理及监控技术研究综述
维普资讯
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ｈ 高加 工精度 。 ．
２０ 年 １ 月 中国制造业信息化 ０７ ０
第 ３ 卷 第 １ 期 ６ ９
求解 的 问题可看作 是一个二维平 面问题 。 切 削热通 过如 下 ４ 方式 传导 至周 围环境 ： 种 由 工 件带 走 ， 件温 度升高 ； 工 由切 屑带 走 ， 屑温度 升 切 高； 由刀具 带走 ， 刀具 温 度 升 高 ； 由周 围介 质 （ 冷 如 却 液 、 气等 ） 空 带走 。 切 削 区域 的 温度 分 布 由于 切 削 区域 中各 点 到 ３个 变形 区（ 刀具 、 屑及 工件 ） 源 的距 离各 不 相 切 热 同 ， 点所 获得 的 热 量及 传 导 热 量亦 不 同 ， 各 因此 切
理学家 Ｃ ｒ Ｊ Ｓ ｌｍ ｎ博 士 用 大 直径 圆锯 片 对 不 ａ１ ． ａ ｏ ． ｏ 同材料 进行 铣 削实验 ， 发现 了如 图 １所示 的铣 削速
切削速度 ／ （ ・ ｉ ） ｍ ｒｎ ａ
图 １ Ｓ ｌ ｏ 博 士 高速 切 削加 工 理论 示 意 图 ａｍｎ ｏ
即所罗门原理（ 亦称高速切削理论 ）被加工材料都 ： 有一个 临界切 削速 度 。 在 切 削 速 度 达 到 临 界 速 ， 度 。 之前 ， 切削 温度 随着切 削速 度增 大 而升高 ， 刀
收 稿 日期 ：０ ７ ６ ６ ２０ —０ —２
５ ０ ， ～１ 倍 故单位时问内材料切除率（ 切削速度 、 进
的重要方 面 。
１ 高速加工技术
１ １ 高速 加 工 的概 念 ．
高速 切 削 是指 在 比常规 切 削 速 度高 出很 多 的 速度 下进 行 的切 削加 工 ， 因此有 时也 称 为超高 速切 削 （ ｔａ ｉ ｐｅ ｃｉｉｇ 【 Ｕｌ —ｈｇ ｓｅｄｍａｈｎｎ ） ｒ ｈ 。德 国切 削物
《高速切削》课件
高速切削技术面临的挑战
高成本
高速切削技术需要高精度 和高性能的机床、刀具等 设备，成本较高。
技术门槛高
高速切削技术需要操作者 具备较高的技能水平和经 验，技术门槛较高。
加工过程不稳定
高速切削过程中的振动、 热变形等因素可能导致加 工过程不稳定，影响加工 精度和表面质量。
高速切削技术的发展前景
广泛应用
高速切削过程中产生的热量较 少，减少了工件的热变形和热 损伤，有利于加工质量的稳定 。
适合难加工材料
对于一些硬、韧、耐磨等难加 工材料，高速切削可以有效地
提高切削效率和加工质量。
高速切削的应用领域
航空航天
汽车制造
高速切削在航空航天领域广泛应用于加工 高强度、轻质材料，如钛合金和复合材料 等。
汽车制造过程中需要大量切削加工，高速 切削可以提高生产效率和加工质量，尤其 在汽车零部件的制造中得到广泛应用。
02
高速切削通常采用非常锋利的刀 具，并在高转速的机床条件下进 行加工，以实现高效率、高质量 的切削。
高速切削的特点
高效率
高速切削的切削速度远高于常 规切削，因此可以在短时间内 完成大量切削，提高生产效率
。
高质量
高速切削产生的切削力较小， 减少了工件的变形和振动，提 高了加工精度和表面质量。
减少热影响
高速切削时，应使用高质量的刀具和合适的切削液，以减小刀具磨损和提高加工精 度。
CHAPTER 03
高速切削的关键技术
高速切削的刀具技术
刀具材料
选用高硬度、高耐磨性的刀具材 料，如硬质合金、陶瓷和金刚石 等，以提高刀具的耐用度和切削
效率。
刀具几何形状
设计合理的刀具几何形状，如采用 较大的前角和后角，以减小切削力 和切削热，提高刀具的切削性能。
高速切削的名词解释
高速切削的名词解释高速切削是现代制造业中一项重要的加工技术，其在工件加工中起着至关重要的作用。
简单来说，高速切削就是在高转速下，通过刀具切削工件表面，快速去除工件上的多余材料，以达到制造精密零部件的目的。
这种切削方式在工艺和设备上相对传统切削方式有着显著的差异，具有许多独特的特点和优势。
本文将从原理、应用领域、特点和挑战等方面对高速切削进行详细解释。
高速切削的原理是基于材料去除的速度和切削轨迹，通过高速旋转的刀具将切削力传递至工件表面，实现切削过程。
相较于传统切削方式，高速切削使用的切削速度更高，可以达到数千转每分钟，甚至数万转每分钟。
高速切削依靠刀具的高转速和稳定性，既提高了生产效率，又确保了切削质量。
它还通过合理的刀具材料和结构设计，降低了切削过程中的热变形和振动等不利因素，进一步提高了工件的加工精度和表面质量。
高速切削的应用领域广泛。
首先，它在航空航天和汽车制造等领域的零部件加工中发挥着重要作用。
对于满足安全性和精密度要求的关键部件，高速切削能够更快速、高效地进行加工。
其次，高速切削在模具和工装制造中也有广泛应用。
模具和工装的加工要求高度精确，而高速切削技术通过提高切削质量和效率，实现了模具和工装的大规模制造。
此外，高速切削还在医疗器械、电子设备和精密仪器等领域有所应用。
高速切削具有许多独特的特点和优势。
首先，由于高速切削技术的使用，加工效率显著提高。
切削速度的增加意味着更短的加工时间，使得生产成本和周期可以大大缩短。
其次，高速切削还可以实现加工精度的提高。
高速切削技术克服了传统切削过程中的振动和热变形等因素，可获得更高的加工精度和表面质量。
此外，高速切削还可以延长切削刀具的使用寿命，减少了更换刀具的频率和成本。
最后，高速切削还能够更好地应对工艺难题。
在某些复杂形状的零部件加工中，高速切削技术能够实现较低的切削力和较高的切削精度，解决了以往的加工难题。
然而，高速切削也面临着一些挑战。
首先，高速切削需要刀具和机床等加工设备具备较高的技术水平。
高速切削的发展及应用领域
在几十年的研究 中，高速切削历 削速度范 围也不 同。 目前 ，不 同的 被切 屑带走，工件受 热影响小，不 经 了理论探索 、应用探索 、初 步应 加工切削速度约在下述范 围：加工 会因高温导致工件翘曲或膨胀变形 ，
用 的 各 阶 段 。 近 年 来 ，随 着 数 控 加 铝 合 金 为 １０ ０ ０～ ７０ｒ ｒｎ ５Ｏ ／ ｉ；加 工 因此大 大提高了工件 的尺寸精度 和 ｅａ ０— ００ ／ ｉ；加 工 铸 形 位精 度 ； 工设备 、 数字测控技术 、 电子技术 、 铜 合 金 为 ９０ ５０ ｍｍ ｎ 微 ０ ００ ／ ｉ： 新材料新结 构以及 高效高性能刀具 铁 为 ９０ ～ ５０ ｍｍ ｎ 加 工 钢 为 （ ）由于高 速 切 削 的工 艺 系统 ４
专 题 策划
；
点
Ｓ ＰＥＣ Ｉ ＡＬ ＳＵＢＪＥＣＴ Ａ ＮＮ Ｉ Ｇ ＰＬ Ｎ
高速切削 的发展及应 用领 域
黑龙 江 省机 械 科 学研 究 院 杨 忠 良
编者按：近年来 ，我们的视觉和耳畔不断地受到高速切 削的冲击，每年的大型专业展会上 ，五花八门的高速 切削设备登场 闪亮，宣传高调。何为高速切 削？高速切 削等同于数控机床吗？高速切 削有什 么优点？ 高速切 削有哪些关键技 术 ？ 高速切削可用于何种领域 ？ 让我们从本文入 门……
２ 高速切削的定义及其优点
２１ 高速切 削 的定义 ．
削热与切 削温度和刀具 磨损 与破损 流程 和加 工能耗 。
等基础理论有其不 同的特征 ，高速
３ 高速 切削 系统
简言 之 ，高速 切 削可 以 理 切 削 的切 削 机理 发 生 了 根本 性 的 变
高速切削不是一个单 一的加工
０ ００ ／ ｉ；加＿ Ｔ耐热镍 基合 振动小 ， 加工工件的几何精度准确， 等相关技术 的发展，高速切 削也 进 ５０～２０ｍ ｍｎ 人了较为成熟的实际应用阶段。 如今 ，高速切削已是制造业的一 金 为 ５Ｏ ／ ｉ；加 工钛 合 金 为 １０ 大大提 高了工 件表面光洁度 ，也 即 ０ｒ ｒｎ ｅａ ５
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。
高速加工技术
高速加工技术一．起源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。
通过长期的研究，从上世纪90年代中期起，高速加工进入实用化阶段。
用户可以享受高速加工的高效率，高精度和成本优势。
德国OPS-INGERSOLL公司是目前世界上最好的高速加工中心制造商之一。
二．高速加工的定义高速加工是指转速在30,000RPM以上，实际加工切削进给保持8-12m/min的恒定进给。
我们从定义中看出，高速加工的一个关键要素是高速恒定进给。
由于高速加工时，转速上万转，特别在加工高硬度材料时，瞬间产生大量热量，所以必须保持高速进给，使产生的85%以上的热量被铁屑带走。
但在模具加工过程中，硬度通常在HRC50以上，且为复杂的曲面或拐角，所以高速机床必须做到在加工曲面或拐角时仍能高速进给。
另外实际加工中，刀具都有一个最佳切削参数，如能保持恒定进给，对刀具寿命，切削精度和加工表面质量都有提高。
由此看出，高速加工不仅是高速主轴，而且也是机床伺服系统的综合。
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C NC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。
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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。
三、高速切削技术的发展现状与优点自所罗门原理申请专利以来，高速切削技术的发展历经理论探索阶段，应用探索阶段，初步应用阶段和较成熟应用阶段。
特别是20世纪70年代后，各工业发达国家相继投入大量的人力、物力、财力研究开发高速切削技术及相关技术，发展日新月异，德国、美国、瑞典、瑞士、英国和日本等制造强国走在了世界前列。
近几年，随着科学技术的突飞猛进和经济发展的强大推动，高速切削机床、刀具技术和相关技术迅速进步，使高速切削(HSC-High SpeedCutting)技术以其高效率、高质量应用于航天、航空、汽车、模具和机床等行业中，各种切削方式、各种材料几乎无所不能，尤其是高速铣削和高速车削发展神速。
该技术为“轻切削”方式，每一刀切削排屑量小，切削深度小，即ap与ae 很小，但切削线速度大，为传统的3～5倍，进给速度大，为传统的5～10倍。
其优点在于：加工时间短，效率高。
高速切削的材料去除率通常是常规的3～5倍。
刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力均小。
由于切削速度高，吃刀量很小，剪切变形区窄，变形系数ξ减小，切削力降低大概30%~90%。
同时，由于切削力小，让刀也小，提高了加工质量。
刀具和工件受热影响小。
切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。
工件表面质量好。
首先ap与ae小，工件粗糙度好，其次切削线速度高，机床激振频率远高于工艺系统的固有频率，因而工艺系统振动很小，十分容易获得好的表面质量。
高速切削刀具热硬性好，且切削热量大部分被高速流动的切屑所带走，可进行高速干切削，不用冷却液，减少了对环境的污染，能实现绿色加工。
可完成高硬度材料和硬度高达HRC40-62淬硬钢的加工。
如采用带有特殊涂层(TiAlN)的硬质合金刀具，在高速、大进给和小切削量的条件下，完成高硬度材料和淬硬钢的加工，不仅效率高出电加工(EDM)的3~6倍，而且获得十分高的表面质量(Ra0.4)，基本上不用钳工抛光。
四、高速切削系统主要由高速切削CNC机床、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具、高速切削CAM系统软件等几部分组成。
高速切削CNC机床(1)高稳定性的机床支撑部件高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。
大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，不但保证机床精度稳定，也防止切削时刀具振颤；采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋，如德国DeckelMaho公司的桥式结构或龙门结构的DMC系列高速立式加工中心，美国Bridgeport公司的VMC系列立式加工中心，日本日立精机VS系列高速加工中心，使机床获得了在静态和动态方面更大限度的稳定性。
一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。
(2)高速主轴系统高速主轴是高速切削技术最重要的关键技术，也是高速切削机床最重要的部件。
要求动平衡性很高，刚性好，回转精度高，有良好的热稳定性，能传递足够的力矩和功率，能承受高的离心力，带有准确的测温装置和高效的冷却装置。
高速切削一般要求主轴转速能力不小于400r/min,主轴功率大于15kW。
通常采用主轴电机一体化的电主轴部件，实现无中间环节的直接传动，电机大多采用感应式集成主轴电动机。
而随着技术的进步，新近开发出一种使用稀有材料铌的永磁电机，该电机能更高效，大功率地传递扭矩，且传递扭矩大。
易于对使用中产生的温升进行在线控制，且冷却简单，不用安装昂贵的冷却器，加之电动机体积小，结构紧凑，所以大有取代感应式集成主轴电动机之势。
最高主轴转速受限于主轴轴承性能，提高主轴的dn值是提高主轴转速的关键。
目前一般使用较多的是热压氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承和液体动、静压轴承以及空气轴承。
润滑多采用油-气润滑、喷射润滑等技术。
最近几年也有采用性能极佳的磁力轴承的。
主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。
(3)高精度快速进给系统高速切削是高切削速度、高进给率和小切削量的组合，进给速度为传统的5～10倍。
这就要求机床进给系统很高的进给速度和良好的加减速特性。
一般要求快速进给率不小于60m/min，程序可编辑进给率小于40m/min，轴向正逆向加速大于10m/s[$sup2](1g)。
机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。
随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于CNC机床。
先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。
不仅能使机床在f=60m/min以上进给速度下进行高速加工，而且快速移动速度达f=120m/min，加速度达2g，提高了零件的加工精度。
但直线电动机在使用中存在着承载力小、发热等问题，有待改进。
(4)高效的冷却系统高速切削中机床的主轴、滚珠丝杠、导轨等产生大量的热，如不进行有效的冷却，将会严重影响机床的精度。
大多采用强力高压、高效的冷却系统，使用温控循环水或其他介质来冷却主轴电动机、主轴轴承、滚珠丝杠、直线电动机、液压油箱等。
Yamazen公司将压力为6.8MPa的冷却液通过主轴中心孔，对机床主轴、刀具和工件进行冷却。
日本日立精机公司研制开发出通过在中空的滚珠丝杠中传输冷却液，达到冷却丝杠稳定加工目的的滚珠丝杠冷却器。
为了避免导轨受温升的影响，日立公司和轴承商联合研制出Eeo-Eeo的导轨润滑脂，该润滑脂润滑和冷却效果好，无有害物质，能进行自动润滑及不需专用设备等特点。
日立精机机床公司VS系列CNC高速铣就采用此润滑脂，具有良好的使用及经济效果。
(5)高性能CNC控制系统高速切削加工要求CNC控制系统有快速处理数据的能力，来保证高速加工时的插补精度。
一般要求程序段传送速率1.6～20ms，RS232系列数据接口19.2Kbit/s(20ms)，Ethernet数据传送200Kbit/s(1.6ms)。
新一代的高性能CNC控制系统采用32位或64位CPU，程序段处理时间短至1.6ms。
近几年网络技术已成为CNC机床加工中的主要通讯手段和控制工具，相信不久的将来，将形成一套先进的网络制造系统，通讯将更快和更方便。
大量的加工信息可通过网络进行实时传输和交换，包括设计数据、图形文件、工艺资料和加工状态等，极大提高了生产率。
但目前用得最多的还是利用网络改善服务，给用户提供技术支持等等。
美国CincinatiMachine公司研制开发出了网络制造系统，用户只要购买所需的软件、调制解调器、网络摄像机和耳机等，即可上网，无需安装网络服务器，通过网上交换多种信息，生产率得到了提高。
日立精机机床公司开发的万能用户接口的开放式CNC系统，能将机床CNC 操作系统软件和因特网连接，进行信息交换。
(6)高安全性机床安全门罩高速切削机床普遍采用全封闭式安全门罩，高强度透明材料制成的观察窗等更完备的安全保障措施，来保证机床操作者及机床周围现场人员的安全，避免机床、刀具和工件等有关设施受到损伤。
一些机床公司还在CNC系统中开发了机床智能识别功能，识别并避免可能引起重大事故的工况，保证产品的产量和质量。
(7)高精度、高速度的传感检测技术这包括位置检测、刀具状态检测、工件状态检测和机床工况监测等技术。
高性能的刀具夹持系统高速铣床的刀具夹持系统要求其有很高的动平衡性，要求主轴具有300r/min之上的动平衡能力，且具有绝对的定心性。
主轴、刀柄、刀具三者在旋转时应具有极高的同心度，这样才能保证高速、高精度加工。
否则转速越高离心力越大，当其达到系统的临界状态将会使刀具系统发生激振，其结果是加工质量下降，刀具寿命缩短，加速主轴轴承磨损，严重时会使刀具与主轴损坏。
刀柄系统与主轴锥度穴孔应结合紧密，现在刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触的双定位锥柄。
如日本的BBT刀柄，德国的HSK空心刀柄。
刀具夹持装置一般用经动平衡处理的弹簧卡头，不过现在已有效果更好的液压真空装刀，强力铣卡头装刀。
高速切削刀具技术和机床制造，从一开始就相辅相成共同发展，可以毫不夸张的说，只有刀具技术和机床技术的不断发展，才推进了高速切削技术。
高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。
其采用的刀具材料主要是硬质合金，并且普遍采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等等。
涂层技术由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层。
这一技术已成为提高高速切削能力的关键技术之一。