高速切削技术的发展及应用
先进制造工艺技术高速切削
进给速度
合理设置进给速度，以保 证加工表面质量和刀具寿 命。
切削深度
根据刀具和工件材料特性， 选择合适的切削深度，以 获得良好的加工效果。
加工过程的监控与检测
01
切削力监测
通过实时监测切削力变化，可以 判断刀具磨损情况和调整切削参 数。
02
加工表面质量检测
03
刀具磨损监测
采用表面粗糙度仪、光学显微镜 等方法检测加工表面质量，以确 保加工精度和降低不良率。
高速切削适用于多种材料加工 ，包括钢、铸铁、有色金属等
，扩大了加工范围。
高速切削对机床的要求
高转速主轴
高进给系统
为了实现高速旋转的刀具，机床需要配备 高转速的主轴，通常转速范围在每分钟数 千转到数万转之间。
为了实现高速进给的切削方式，机床需要 配备高进给的传动系统和控制系统，确保 切削过程的稳定性和准确性。
刀具涂层
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，从而提 高切削速度和加工效率。
刀具结构
采用合理的刀具结构和几何参数， 如刀尖圆弧半径、切削刃倾角等， 能够改善切削效果，减少刀具磨损。
切削液技术
切削液种类
选择合适的切削液对于降低切削 温度、减少刀具磨损和提高加工 表面质量至关重要。常用的切削 液有油基、水基和半合成切削液
集成电路芯片。
高速切削技术能够实现高精度、 高效率的加工，满足电子信息产 业对产品精度和一致性的高要求。
高速切削技术的应用还有助于提 高电子信息产品的性能和可靠性，
降低生产成本。
05 高速切削技术的发展前景 与挑战
高速切削技术的发展前景
高效加工
高速切削技术能够显著提高加工效率，缩短产品 制造周期，降低生产成本。
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
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。
高速切削加工技术的研究及其推广应用
２２ 现 代 高速 切 削技 术 的概 念 ．
目前 国内对高速加工 、高速切削技术普遍 存在一些观念误 区。
其一 ， 认为高速机床 ＝ 高速切削 ＝ 高速加工 ； 二 ， 为高速加工技 其 认 术可适用于任何企业。 这两种观点都失之于片面 。 高速加工的实现 并不仅仅取决于机床主轴的 回转速度和直线运 动速度 ， 而是与多种 技术条 件（ 如刀具直径 、 齿数 、 刃 零件 、 表面状况等） 。高速加工 相关 技术也并非适用于任何企业 ，其应 用效 益要视 产品的技术附加值 、 加工技术要求 、 市场需求 、 企业的生产 、 理模式 、 管 技术水平 等各方
一
个假设 ， 即同年 申请 了德国专 利（ ｃ ｉｅ 『 ｈｇ ＩＬ ｇ ｐｅ ｓ Ｍａｈｎ ｈ ｉｈｃｔｎ ｅｄ） ｌｉ ｓ
的所罗 门原理 ： 被加 ｌ 材料都有一个临界切削速度 ｖ ， Ｔ 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
面具体情况而定。因此在企业技 术改造 中 ， 切忌 “ 邯郸学步”， 生搬 硬套 ， 不加分析地 盲 目引进 、 应用 高速加 工技术 。
４ 结 语
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 ， 同的加 工方式 ， 不 不同 的切 削材料有着不 同的高速切
《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。
数控高速切削加工技术发展应用论文
论数控高速切削加工技术的发展与应用研究摘要随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的加工技术取得了较大程度上的进步，并逐渐成熟，为我国国民经济的发展以及工业水平的提高做出重要贡献。
在众多加工技术当中，数控高速切削加工技术具有一定的典型性，同时又具有较高的优越性，它能够在很大程度上对加工效率以及加工质量进行提升，目前状况下，数控高速切削加工技术已经得到了较为广泛的应用。
本文主要针对数控高速切削加工技术的发展与应用进行研究与分析。
关键词高速切削加工技术关键技术应用研究前言近几年来，我国经济发展迅速，各种新科学、新技术、新工艺层出不穷，应用于生产生活的方方面面，极大的促进了我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高。
数控高速切削加工技术便是其中一种，它是目前状况下能够有效提高加工效率以及加工质量的先进制造技术之一，国内外有诸多的学者着力于这一技术的研究，并取得了不小的突破。
而就我国而言，我国是一个制造大国，但我国所接受的产业转移，目前仍然以中后段较多，这对我国制造业的发展起到一定的阻碍作用。
因此，我们应该充分结合国情，在世界产业的转移中，要占据主动地位，接受前端产业，掌握有效的、先进的核心技术，只有这样，才能促进我国制造业的可持续发展。
而数控高速切削加工技术无疑属于前端产业之一。
一、数控高速切削加工的含义高速切削理论的最先提出者为德国著名物理学家carl.j.salomon，他在做了大量试验的基础之上，最终提出了如下结论：保证切削速度处于正常的范围，如果将切削速度进行一定程度的提高，则切削温度也会随之上升，而在这种情况之下，切削工具更易受到高温而发生磨损；但是，这不是绝对的，如果切削速度逐渐提高，并达到一定的值之后，即使切削速度发生很大幅度的提高，切削温度仍然保持原先的状态甚至会出现一定程度的下降。
这一发现的意义是巨大的，只要将切削速度提高到一定的值，不仅减少了切削工具的损耗，而且也能够对加工效益进行有效的提高。
试论数控高速切削加工技术的发展与应用研究
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
高 新 技 术
试论 数控 高速切 削加工 技术 的发展 与应用研究
吕雅 妍
（ 哈 尔滨空调股份有 限公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ７ ８ ）
关键 词 ： 高速切 削 ； 关键 技术 ； 应 用研 究 中图分 类号 ： Ｔ Ｇ ４ 文献标 识码 ： Ａ
１数控高速切削加工的含义 关于高 速切 削加工 的范畴 ， 一般有 以下 几 种划分方法 ，一种是 以切削速 度来 看 ， 认 为切削速度超过常 规切削速度 ５ — １ Ｏ 倍即为 高速切削。 也有学者 以主轴 的转速作为界定 高速加工 的标 准 ， 认为 主轴转速 高于 ８ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 即为高速加工。还有从 机床主轴设计 的 角度 ， 以主轴 直径和 主轴转速 的乘积 Ｄ Ｎ定 义， 如果 Ｄ Ｎ值达到 （ ５ － ２ ０ ０ ０ ） ｘ ｌ ０ ５ ｍ ｍ ． ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 则认为是高 速加工 。生产 实践 中， 加工方 法 不 同、 材料不 同 ， 高速切 削速度也相应 不同 。 般 认为 车削速度 达到 （ ７ ０ ０ ～ ７ ０ ０ ０ ） ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ， 铣 削 的速 度 达 到（ ３ ０ ０ － ６ ０ ０ ０ ） ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ， 即认 为
一
是高 速切 削。
２数控高速切削加工的优越性 高速切削 由于在 速度 上要 比传统 的切 削 技术 高 ， 所 以具有 很多 的优势 ， 主要 表现 如下： 第一， 由于高速 切削 所采用 的是 小切 削 技术 ， 所 以在切 削的过 程 中 ， 对 于轴 承和 刀具的所产生 的振 动要小很 多 ， 减 少了对设 备 的磨 损 ， 同时 因为振动 幅度小 ， 提高 了加 工的精度 ； 第二 ， 因为切削 的速 度提升 了， 所 以提 高 了加 工 的效率 ； 第ｊ， 由于切 削速度 快， 所 以在切 削 的过程 中 ， 在产 生 的热 量还 没有传递到 工件 上时 ， 就 已经被 切削掉 的切 屑所带走 ， 减少 了对工件所产 生的热变形 ， 在物理角度讲 ，提升 了表 面加工 的精度 ； 第 四， 由于在高 速切削 中 ， 进 给量要小 ， 所 以在 加工 的过程 中所产生 的振 动要小 ， 这样对 于 工件 表面 的加工 精度 和粗糙 度都有 很大 的 提升 ； 第五， 南于高速切 削的速度快 ， 提 高了 生产效率 ， 那 么对于机械设 备的磨损大 大的 降低， 降低 了生 产能耗 ， 并且 减少 了对切 削 液 的使用 ， 是一种非常环保 的切削技术 。 ３数控高速切削技术的应用领域研究 鉴 于以上所述高速切削加 工的特点 ， 使 该 技术在 传统 加工薄 弱 的领域有 着 巨大应 用 潜力 。首先 ， 对于薄壁 类零件 和细长的工 件， 采 用高速切削 ， 切 削力显着 降低 ， 热量被 切屑带走 ， 可 以很好 的弥补采用传 统方法时 由于切 削力 和切削 热 的影 响而 造成其 变形 的问题 ， 大大 提高了加工质量 。 其次 ， 甫于切 由表 １ 、 ２ 显示 出 ， 架棚支护 单位工程造
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℃
高速加工技术及应用
高速加工技术及应用高速加工技术是一种在短时间内迅速、高效地完成工件加工的技术。
它是现代制造业发展的重要一环，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、电子、模具等领域。
高速加工技术的特点有以下几点：1.高速切削：高速加工技术采用高速旋转的切削工具，使得切削速度大大提高，一般可以达到切削速度的数倍甚至十数倍，从而大大缩短了加工时间。
2.小切削量：高速加工技术多采用微小切削量的方式进行切削，这样可以降低加工对机床、刀具和工件的热影响，提高加工精度。
3.高精度和高表面质量：高速加工技术能够实现很高的加工精度和表面质量，通常可以达到几个微米的加工精度和很低的表面粗糙度。
4.刀具寿命长：高速加工技术采用高硬度和高耐磨性的刀具材料，使得刀具使用寿命大大延长，降低了换刀频率和加工成本。
高速加工技术在以下方面有广泛的应用：1.航空航天领域：在航空航天领域，高速加工技术能够加工各种复杂曲面和薄壁结构件，如发动机叶片、航空航天零件等，提高了零件的精度和表面质量。
2.汽车领域：高速加工技术在汽车制造中主要用于零部件的加工，如发动机缸体、座椅滑块等，能够提高加工效率和产品质量。
3.船舶领域：高速加工技术在船舶制造中主要用于船体结构和轴承加工，如船体钢板切割、轴承的外圈和内圈加工等，提高了加工速度和质量。
4.电子领域：高速加工技术在电子领域主要用于半导体器件的切割和加工，如芯片切割、光纤连接器加工等，提高了加工精度和产品性能。
5.模具领域：高速加工技术在模具制造中主要用于模具的精细加工，如模具的深孔加工、细小结构的加工等，提高了模具的加工精度和寿命。
高速加工技术的发展对于提高制造业的竞争力和产品质量具有重要意义。
随着材料科学和机械加工技术的不断发展，高速加工技术将在更多领域得到应用，并不断推动制造业的发展。
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。
探析高速切削技术的发展及其应用
Hale Waihona Puke 探析 高速切 削技术 的发展及其应用
吴世 卿 张 哲
（ 沈阳机床 集团中捷机床有 限公司 ，辽宁 沈 阳 １ １ ０ １ ４ ２）
大提 高了加工效率。按 高速切削单位功率比，材料切除率可提高 ４ Ｏ ％ 以上 ，有利于延长刀具使用寿命 ，通常 刀具耐用度可提高约 ７ Ｏ％ 。 （ ４ ）可实现高精切削：应用高主轴转速 、高进给速度的 高速切 削加 工，其激振频率特别高 ，已远远超 出机床一工件一刀具系统 的 固有频率 范围，使加工过程平稳 、振动较小 ，可实现 高精度 、低粗 糙度加工。高速切 削加工 获得 的工件表面质量几乎可与磨 削加工相 【 关键词 】 高速切削 ；高 精 ；加工工艺 比，高速 切削加工可直接作为最后一道精加 工工序 。 （ ５ ）高能效带来 良好的技术经济 效益 ：高速切 削加工将 缩短加 １ 引 言 随着科学技术的快速发展， 制造行业核心技术朝着高速、 高精 、 工时间提高刀具耐用度，提高能源和设备的利用率从 而取 得较 好的 高能效和智能化的方 向迈进 。高速切削技术 以高效率 、高精度和高 技术经济效益；该技术的应用使得零件工件 热变形 小，提 高加 工精 表面质量为基本特征， 成为当今制造业中一项快速 发展 的高新技术 。 度 ，提高工件表面质量；高速切削可 以实现干式切削，减 少甚至不 在常规切削加工 中备受困扰的一系列 问题 ，通过高速切削加工的应 用 切 削 液 ， 减少 污 染和 能耗 。 用得到 了解决 。与传统切 削加工相 比，高速切 削加工 发生 了本质性 高速切削作为高效切削加工的新方法 ，在传统模具加工薄弱的 的飞跃 ，切 削机理也发生 了根本 的变化 。高速切 削和常规切 削相 比 领域有着 巨大应用潜力，尤其是在加工复杂曲面、工件本 身或刀具 对实现高精度 、高质量零件加工方面具有显 著的优越 性，因此 ，高 刚性要求较高的加工领域等 。目前主要应用于汽车、模具、航天航 速切削加工越来越 引起人们的关注 ，并在航 天、汽车 、模具制造 、 空等制造领域，对于薄壁类零件和细长的工件，一些整体 构件需要 光 电工程和仪器仪表等行业中获得越来越广泛的应用。 比较大 的材料切除率 ，采用高速切削 ，切削力显着降低，热量被切 ２高速切 削技术概 念解析 屑带走 ，可 以很好的弥补采用传统方法时由于切削力和切 削热的影 高速切 削加 工概念 是指当切 削速 度提高到某～特定预值 范围， 响而造成其变形 的问题 ，大大提高 了加工质量。其次，由于切削抗 随着切 削速度提 高，铁屑将带走切 削热量使切 削温升保持稳定甚至 力小，刀具磨损减缓 ，高锰钢 、淬硬钢 、奥 氏体 不锈钢 、复合材料、 降低 ，因此可避 免由于切 削温度过 高而 造成 刀具磨损 等不利 于切 削 耐磨铸铁等用传统方法难 以加工的材料 ，可 以研究采用数控高速切 的问题从而获得 良好的加工效益。 该技术不仅 包含着切削过程的 高 削技术来加工。 速 ，还包含 工艺过程 的集 成和优化 ，是 一个可 由此获 得良好经济效 ４ 高速切 削中刀具 系统的应用分析 益 的高速度 的切 削加工 ，是技术和效益 的统 一。随着 制造工业 的快 高速切削加工不仅仅是主轴转速 的提高 ，而是指整体加工时间 速发展 以及 高速切 削技术 的不 断应用逐渐形 成了围绕 该技术 的诸 多 的缩短 。因此 ，高速切削加工不仅要求切削刀具具有很高的刚性、 特性研宄领域 ，该技术在 发达 国家 的研 究相对较 早，经历 了理论基 安全性 、柔性、动平衡特性和操作方便性，而且对刀具系统与机床 础研 究、应用基础研 究以及应用研 究和 发展应用 ， 目前已经在一些 接 口的连接刚度 、精度 以及刀柄对刀具的夹持力与夹持精度等都提 领域进入实质应用阶段 。 出了很高的要求 。所谓刀具系统即 由装夹刀柄与切削刀具所组成的 关于 高速切削 加工 的范畴，一般 有以下几种划 分方法 ，一种是 完整刀具体系 。装夹刀柄与机床接 口相配 ，切削刀具直接加工被加 以切 削速度来看 ，认为切 削速度超过常规切削速度 ５ —１ Ｏ倍即为高 工零件 ，两者极为重要 。高速切削加工刀具系统必须满足 以下要求： 速切 削。也有学者 以主轴 的转速作为 界定高速加 工的标准 ，认为主 刀具结构 的高度安全性作为应用于高速切削加工的刀具系统，其结 轴转速高 于 ８ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ即为高速加工。 还有从机床主轴设计的角度 ， 构必须具有高度安全性 ，以防止刀具高速回转时刀片飞出 ，并保证 以主轴直径和主轴转速的乘积 Ｄ Ｎ定义，如果 Ｄ Ｎ值达到 （ ５ ￣２ ０ ０ ０ ） 旋转刀片在 ２倍于最高转速时不破裂 。刀具系统优异的动平衡性用 Ｘ １ ０ ５ ｍ． ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ，则认为是高速加工 。生产实践中，加工方法不 同、 于高速加工 的刀具系统的动平衡性能是至关重要的。 由理论力学知 材料不同 ， 高速切 削速度也相应不 同。 一般认为车削速度达到 （ ７ ０ ０ － 识可知，离心力 Ｆ ＝ ｍ ｒｕ ２ ， 当刀具系统动平衡性能较差时 ，高速旋 ７ ０ ０ ０）ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ，铣 削的速度达到 （ ３ ０ ０ ￣６ ０ ０ ０ ）ｍ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ，即认为是高速 转 的刀 具 会 产 生 很 大 的离 心 力 ，从 而 引 起 刀 杆 弯 曲并 产 生 震 动 ，其 切削 。 。 结果将使被加工零件质量降低 ，甚至导致刀具损坏。高的系统刚性 ３商 速切 削技术优 势及 其应用领域分析 ： 刀具系统的静、动刚性是影响加工精度及切削性能的重要因素 。刀 高速切 削技术 不仅涉及到 高速加工 工艺 ，而且还包括高速加工 具系统刚性不足将导致刀具系统振动或倾斜 ，使加工精度 和加工效 机床 、数控系统、高速切 削刀具及 Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｍ技术等 。模具 高速切 削 率 降低。同时，系统振动又会使 刀具磨损加剧 ，降低机床使用寿命 。 加工技术 目前已在发达 国家的模具制造业 中普遍应用 ，是 由于其具 ５ 结 语 有传统加工无可 比拟 的优势 ，因此该技术是今后加工技术必然 的发 高速切削技术作为先进制造技术之一 ，是机械制造业发展的必 展 方 向 。与 传 统 的常 规 切 削技 术 相 比 ，现 将 高速 切 削 的优 势 与 技 术 然趋势。在我国发展高速切削技术必须紧密结合我国国情 ，有针对 特点分析如下： 性 、有步骤地分阶段进行，从全局出发，协同发展。高速 切削生产 （ １ ）减少由切削造成 的工 件热变形 ：高速切削加工过程，９ ５％ 实际急需较为成熟的高速切削工艺规范。只有这样才 能在 较短的时 以上的切削热量将被切屑带离工件 ，加工表面 的受热 时间短 ，工件 间 内改变我国高速切削工艺落后的面貌，充分发挥我国已颇 具规模 积聚热量极少 ，零件不会 由于温升 导致 热变形 ，有利 于提高表面精 的进 口高速切削机床的作用。这必将带动高速切削相 关技术 的迅 速 度 。因此 ，高速切削特别适合于加工容易发生热变形 的零件 。 发展，有利于我国国产高速切削机床研制成 功，从根 本上 振兴我国 （ ２ ）工件表层切削力低 ：和常规切削加 工相比，高速切 削力至 的 机 械 制 造 业 。 少 降低 ３ ０％ ，可有效控制加工系统 引起 的振动 ，这对于加工刚性 参考文献 ： 较差 的零件 （ 如细长轴 ，薄壁件等） 来说 ，可减少加工变形 ，提高零 【 １ ］ 张柏霖 速切削技 术及应 用［ Ｊ ． 北京：机械工业 出版社， ２ ０ ０ ２ ． 件加工精度 。 ［ ２ 】 刘战强． 高速 切削刀具的发展现状 ｍ． 工具技术， ２ ０ ０ １ ．
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(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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速切削尤其适合于光学等领域的加工。 （５） 可加工难加工材料 难加工材料如高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、
复合材料和耐磨铸铁等的切削加工不仅切削效率低， 而且刀具寿命短。高速切削时，由于切削力小，切屑 变形阻力小，刀具磨损小，故可加工一些难加工材 料。例如，航空制造业中大量采用的镍基合金、钛合 金材料强度大、硬度高、耐冲击、易加工硬化，切削 温度高，刀具磨损严重，在常规切削中一般采用很低 的切削速度。如果采用高速切削，其切削速度可提高 到 １００～１０００ｍ／ｍｉｎ，不但能大幅度提高机床生产率， 而且能有效减少刀具磨损，提高工件表面加工质量。
（１） 高速主轴 高速主轴是高速切削机床的核心部件，在很大
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程度上决定着高速切削机床所能达到的切削速度、 加工精度和应用范围。目前，适于高速切削的加工 中心其主轴最高转速一般都大于１０，０００ ｒ／ｍｉｎ，有的 高达６０，０００～１００，０００ ｒ／ｍｉｎ，为普通机床的１０倍左 右；主电动机功率 １５～８０ｋＷ，以满足高速车削、高 速铣削之要求。
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高速切削技术的发展及应用
席俊杰１，２， 徐 颖３
（１． 郑州航空工业管理学院， 郑州 ４５００１５； ２． 中国矿业大学（北京）， 北京 １０００８３；
３． 北京机械工业自动化研究所， 北京 １０００１１）
摘 要：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
２ 高速切削的关键技术
高速切削是一项复杂的系统工程。高速切削不 只是切削速度的提高，它的发展涉及到机床、刀具、 工艺和材料等诸多领域的技术配合和技术创新。
２．１ 高速切削机床技术
性能良好的高速切削机床是实现高速切削的前提 和关键，而具有高精度的高速主轴和控制精度高的高 速进给系统，则是高速切削机床技术的关键所在。
Development and application of high speed cutting technology
ＸＩ Ｊｕｎ－ｊｉｅ１，２， ＸＵ Ｙｉｎｇ３
（１． Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００１５， Ｃｈｉｎａ；
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ； ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ； ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ； ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ； ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
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。因此， 实现高速切削以降低切削工时，成为提高机床生产 率的重要技术手段之一。目前，高速切削技术在航 空航天、模具生产和汽车制造等行业已经获得广泛 应用，并产生了巨大的经济效益。我国是机床消费 大国，已经超过德国，成为世界第一大机床市场。高 速切削作为一种新的切削加工理念，对其深入研究 具有重要意义。本文着重研究了高速切削的关键技
２． Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１１， Ｃｈｉｎａ）
术——机床技术、刀具技术和工艺技术及其应用。
１ 高速切削技术概述
１．１ 高速切削的概念
高速切削（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｃｕｔｔｉｎｇ）是一个相对概 念，迄今尚未有一个确切的界定。高速切削通常指 比常规切削速度和进给速度高出 ５～１０倍的切削加 工，有时也称为超高速切削（Ｕｌｔｒａ－Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｃｕｔｔｉｎｇ）。也有将主轴转速达到１００００ｒ／ｍｉｎ～６００００ ｒ／ｍｉｎ，快速进给速度４０ｍ／ｍｉｎ 以上，平均进给速度 １０ｍ／ｍｉｎ 以上，加速度大于 １ｇ的切削加工定义为高 速切削。对于不同的工件材料和加工工艺，高速切 削速度（切削加工的线速度，单位 ｍ／ｍｉｎ）范围也 不同。按工件材料划分，当切削速度对钢材达到 ３８０ｍ／ｍｉｎ 以上、铸铁 ７００ｍ／ｍｉｎ 以上、铜材 １０００ｍ／ ｍｉｎ 以上、铝材 １１００ｍ／ｍｉｎ以上、塑料 １１５０ｍ／ｍｉｎ以
收稿日期：２００５－０６－２３ 基金项目：河南省软科学研究项目（０４１３０４３０００） 作者简介：席俊杰（１９６６ －），男，河南巩义人，郑州航空工业管理学院副教授，中国矿业大学（北京）博士研究生，主
要从事制造技术研究。
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上时，被认为是合适的高速切削速度范围；按加工 工艺划分，高速切削速度范围为：车削７００～７０００ｍ／ ｍｉｎ，铣削 ３００～６０００ｍ／ｍｉｎ，钻削 ２００～１１００ｍ／ｍｉｎ， 磨削 ５０００～１００００ｍ／ｍｉｎ。
（２） 高速进给系统 控制精度高的高速进给系统也是实现高速切削 的关键技术之一。 传统的滚珠丝杠副传动系统对高速进给系统表 现出不适应性，必须对其技术改进和技术创新，才 能适应高速切削之要求。主要技术措施有：（１） 丝杠 采用中空结构，提高丝杠的支承刚度。（２） 为降低高 速滚珠丝杠副传动系统的发热，将冷却液通入空心 丝杠内部进行强制循环冷却，以保证滚珠丝杠副传 动系统之精度。（３） 改进螺母结构设计，适当减小滚 珠直径，钢珠采用空心结构，滚珠链中钢珠按一大 一小间隔排列，可有效降低高速运行时的噪声。（４） 改进滚珠材料，滚珠选用陶瓷材料，可显著降低温 升。（５） 采用螺母旋转、丝杠不动的驱动方案。将螺 母安装于轴承中，由伺服电机带动其旋转，或将螺
（４） 工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度 加工
在高速切削时，机床的激振频率很高，远远超 出了“机床－刀具－工件”工艺系统的固有频率范 围（５０～３００Ｈｚ），使得加工过程平稳，振动小，可 实现高精度、低粗糙度加工。高速切削加工获得的 表面质量常可达磨削水平，因此常可省去铣削后的 精加工工序。例如，瑞士 Ｄ Ｉ Ｘ Ｉ 机械公司生产的 ＤＨＰ５０ 高精度卧式加工中心，工作台 ５００ × ５００ｍｍ， 双托盘，行程为 ７００ × ７００ × ７００ｍｍ，主轴转速为 １２，０００ｒ／ｍｉｎ， 功率为 ２５ｋｗ，刀库容量 ６５ 把，换刀
高速切削概念是德国切削物理学家萨洛蒙 （Ｃａｒｌ Ｓａｌｏｍｏｎ）１９３１ 年提出的，现在人们常用“萨 洛蒙曲线”来表示。他认为，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，一定的
工件材料对应有一个临界切削速度，此处切削温度 最高，但当切削速度超过临界值后，切削温度不但 不升反而下降。对于每一种工件材料，都存在一个 速度范围，在该范围内，由于切削温度太高，刀具 材料无法承受，切削加工不能进行，这个范围称之 为“死谷”。如果切削速度能越过“死谷”，在高速 区工作，则有可能用现有的刀具进行高速切削，切 削温度与常规切削基本相同，从而大大减少切削工 时，大幅度提高机床生产率。
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ， ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｐｔ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ： ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ， ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｉｔ ａｓｌｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ， ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ， ｅｔｃ．
１．２ 高速切削技术的特点
高速切削速度较之常规切削速度几乎高出一个 数量级，其切削机理异于常规切削。由于切削机理 的改变，使得高速切削技术具有如下特点：
（１） 切削力小 由于切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流 出阻力减少，切削变形减小，从而使切削力比常规 切削降低 ３０％以上，尤其是主轴轴承、刀具、工件 受到的径向切削力大幅度减少，特别适合于加工薄 壁类刚性差的工件，如飞机上的机翼壁板等。 （２） 工件热变形小 在高速切削时，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，工件积累热量少， 工件温升不会超过３℃，基本保持冷态，不会由于温 升导致热变形，特别适合于加工细长易热变的工件。 （３） 材料切除率高 随切削速度的提高，进给速度也相应提高５～１０ 倍，单位时间内的材料切除率可达常规切削的３～６ 倍，适用于材料切除率要求大的场合，在航空航天、 汽车和模具制造等领域，高速切削技术已成为加工 整体构件最理想的制造技术。在 ２００１ 年德国汉诺威 举办的欧洲机床展览会（Ｅ Ｍ Ｏ ）上展出的荷兰 Ｕｎｉｓｉｇｎ公司制造的Ｕｎｉｐｒｏ－５型五轴立式加工中心（Ｘ 行程 １０００ ｍｍ、Ｙ 行程 ８００ｍｍ），电主轴功率 １００ｋＷ， 最高转速 ２５，０００ｒ／ｍｉｎ，最大扭矩９０Ｎ·ｍ，其铣削铝 合金的材料切除率已达８，０００～１０，０００ｃｍ３／ｍｉｎ。