高速CNC切削技术1
《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
2
高速切削CNC系统的研究
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ｔ ｒ ｆＣ ｏｅｏ ＮＣ，ｌ ｅ ｃ ｉｔｇ ａｉｎｗｉ ａｘ ｎ ｎ ｅ ｒ ｔ ￣ ｅ ． ｏ ｔ ｈＣＡＭ ． ａ ｎ ｅｐ ｌｔｒ ｄｆｅ Ｘ Ｏｃ ｎｒ ｌ ｒ ｉｎ ｒｎ ｗｅ ｋｉｔｒ ｏａｏ ｅ ｎ ｅ ｄＳ Ｖ ｔｏｌ ，ｇ ｏ ａ ｃ ｅ ｏ ｅ ｅ ｏ ｈ ｎ ｗｎ ｉｆｒ ｔ ｎ． ｍ ｔｔ ｓ ｒｂｅ ， ｅ ｉｅ ｄ ｍｅｈ ｄ ｏ ｃｂ ｓｄ ａｃ ｉｅｔ ｒ ｆｔ ｋ ｏ ｎｏ ｍａｉ Ａｉ ａ ｈｅｅｐ ｏ ｌｍ ｎ ｗ ｄ ａ ｅ ｔｏ ｆｐ — ａｅ ｒ ｔｃｕ ｅ ｅ ｏ ｎ ｈ
速进 给伺 服 系统 、 用 于高 速切 削 的 ｃ 适 Ｎｃ系统 、
０ 引言
与传 统数 控切 削加 工相 比 ， 高速 切 削加 工 有 无 可 比拟 的优 越 性 ： Ｊ
刀具 技术 、 刀夹 装置 及 快 速 刀具 交 换 技 术等 。 目 前有关高 速切 削 技术 的 文 献很 多 ． 对 适 于 高速 但 切削的 口 系统却 鲜有报道 ． 工业 界 一般也 认为 高速 切 削 ｃ Ｃ与 普通 数 控 机床 的 Ｃ Ｎ ＮＣ一 样 ， 只 是处理 速度 更 高而 已， 实 际上 这 是 有 着很 大 区 但
ｍｅｈ ｄ． ｉ ｅｌ ａ ｌ Ｒ ｄ ｒ ｐ ｌｇ ｉｅ ． ｔ ｏ ｏ ｗｈｃ ｒａｉ ｂｅｈ ｒ ｗａｅｔ ｏｏ ｙ ｉ ｇｖ ｎ ｆ ｈ ｚ ｏ ｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｉｈ ｓ ｅｄ ｃ ｔｉ ｇ； ｙｗｏ ｄ ：ｈｇ －ｐ ｅ ｕ ｔ ｎ ＣＮＣ ｅ ｄ ｓｒｏ￣ｐ ｎ ａｃ ｉ ｃｕ ｅ ｆｅ ｅ ｖ ｏ ｅ ｒ ｔ ｔ ｒ ｈ ｅ
另的 。
（） １ 单位 时间材料切除量增加 ３ 倍 ， ～６ 进给 速度提高 ５ ０ ， ～１ 倍 有利于提高生产率。 （） ２ 切削力减少 ３ ％左右， Ｏ 尤其是径 向切 削 力 大幅度 减 小 ， 有利 于 改善 工 件加 工 精 度 和 表 面
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。
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℃
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。
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．
NC加工
一，CNC加工中心的发展历史和高速切削的简介1. 加工中心的发展历史早在20世纪30年代已经有人以圆形锯片尝试高速切削时发现，当以切削速度Vc=15000m/min切削时产生的切削温度已到达最高，若切削速度再增高则切削温度会随着切削速度的增高而上升，同时会加速刀具损耗。
其后，在高速切削的专利编号523594公布后，依然花了很长的时间始将高速切削应用在实际的加工作业中。
直到20世纪60年代初期才掌握有关高速切削的效能与切削在加工中被移除过程的决定性基础知识。
德国的一所技术学校成功的利用磁式轴承装配成的主轴达到Vc4700m/min的切削速度.此是第一次将可减少加工时间同时又将加工精度提升40%的高速切削技术应用在工业用途上.1990年初期,在将可供高速加工之机器结构,主轴与机台控制器组合搭配成加工机台及高速切削刀具被研发出来后才使用高速切削以可被接受的价位应用在实际的工作上.此期总共花了60年.2.高速切削的简介认识高速切削在高速切削与传统式切削,加工时切削被移除的过程是不尽相同的.加工时所产生的切削其形成过程视被切削材质之同而有所差异.我们所讨论的切削形成过程是针对加工具有延展性的材料,通常此类材料在被加工的过程中皆会产生连续性长条状的切削.大多数的钢材及铜.铜合金.铝合金等皆属于具有延展性的材料.当加工时,在刀刃的边缘同时生成下列三个过程:1.材料被切削后产生的塑化变化;2.被削起的切削材料与刀具切削面所产生的变化;3.加工面与刀具间隙之间所产生的摩擦力理论上,两移动物体之间的摩擦系数是恒定的.但此种假设却无法被应用在高速切削上,因为高速切削时,在切削的底部(即刀具与工件的接触点)会达到极限的熔解温度而形成液化层,此情况下切削表面与刀具表面间的面摩擦力因而降低.高速加工时所产生的高温主要发生在切削材料被切断及切削飞离并重新固化过程中的,故当切削速度增加时,因刀具与工件摩擦而增加在工件表面的温度约小于可被忽略的5%.皆因高速切削所产生的高温绝大部分皆被飞离的切削带走.故工件的温度比传统的加工方式明显地来得低.若在加工时加以有效的油雾冷却或润滑可更明显的降低工件的温度.3．高速加工中几个影响品质的因素3．1高速加工的效应当切削速度增高会导致切削区域的温度大为上升，刀具与工件之间的磨擦系数因而降低，切削表面磨擦力使其形成尺寸大为缩小。
CNC工艺简介
CNC工艺简介CNC（计算机数控）工艺是一种利用计算机控制机床进行加工的先进制造技术。
它通过预先编写好的程序指令，控制机床在多个坐标轴上进行精确而复杂的加工操作。
CNC工艺的出现，极大地提高了生产效率和产品质量，成为现代制造业中不可或缺的关键技术。
一、CNC加工的基本原理CNC加工的基本原理是将设计好的零件图纸转化为机床可以理解的数字指令，然后通过计算机控制机床的各个动态参数，实现自动化的加工过程。
具体而言，CNC加工涉及以下几个主要步骤：1. 设计和准备在进行CNC加工之前，首先需要设计产品的零件图纸。
这可以通过计算机辅助设计（CAD）软件完成。
接下来，设计师将图纸导入计算机辅助制造（CAM）软件，生成一系列指令以实现加工过程。
这些指令包括对机床操作的详细描述，例如切削路径、切削速度等。
2. 编程与设置程序员将CAM软件生成的指令转化为机床可以理解的G代码，通过输入到机床的控制系统中。
同时，还需要对机床进行适当的设置，以确保所需的刀具、切削参数等都得到正确配置。
3. 加工操作一旦准备就绪，机床就可以根据程序执行相应的加工操作。
这包括自动换取刀具、控制切削速度和进给速度、实时监测加工质量等。
由于CNC加工的高度自动化，操作人员只需监控加工过程，确保一切正常进行。
4. 检查与调整在加工完成后，还需要对零件进行检查，确保其质量符合要求。
如果需要适当的调整，可以对程序进行修改，以便进行二次加工。
二、CNC工艺的优势相比传统手工操作或非数控加工，CNC工艺具有多个显著的优势：1. 高精度CNC加工可以实现高度精确的加工过程，能够处理复杂的几何形状，在实现精密组件和工件方面表现出色。
2. 高效率通过自动化操作和连续工作，CNC工艺能大大提高生产效率。
相比手工操作，CNC机床可以在无人值守的情况下运行，并且可以根据需要进行批量生产。
3. 灵活性CNC工艺可以根据需要灵活改变加工路径和参数，以适应不同的设计需求，大大提高了生产的灵活性。
高速切削对数控编程的具体要求
高速切削对数控编程的具体要求
1. 切削参数要求，高速切削对数控编程要求合理选择切削速度、进给速度和切削深度等参数。
切削速度要保持在合适的范围内，以
确保切削效率和刀具寿命的平衡。
进给速度要根据材料的硬度、切
削力和刀具的性能等因素进行调整，以实现高效的切削。
切削深度
要根据工件的要求和刀具的稳定性来确定。
2. 刀具选择要求，高速切削要求选择合适的刀具。
刀具的材料、刃数、刃角、刃长等参数需要根据切削材料、切削条件和加工要求
进行选择。
高速切削一般需要使用硬质合金刀具或涂层刀具，以提
高切削速度和刀具寿命。
3. 编程技巧要求，高速切削对数控编程的要求包括合理的刀具
路径规划、平滑的切削轨迹和精确的切削参数控制。
刀具路径要避
免多余的刀具运动，减少空程时间，提高切削效率。
切削轨迹要尽
量平滑，避免急剧的变化和过大的加速度，以减少振动和刀具的应力。
切削参数的控制要准确，包括切削速度、进给速度、切削深度、切削角度等，以保证加工质量和刀具寿命。
4. 程序调试要求，高速切削对数控编程的程序调试要求严格。
需要对程序进行充分的模拟和验证，确保刀具路径和切削参数的准确性。
同时，还需要进行切削试验和切削力的监测，以调整和优化切削参数，提高切削效率和加工质量。
综上所述，高速切削对数控编程的具体要求包括合理选择切削参数、选择合适的刀具、掌握编程技巧和进行程序调试等方面。
这些要求的达成可以提高加工效率、降低成本和提高产品质量。
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。
金属加工行业中的CNC加工技术
金属加工行业中的CNC加工技术随着科技的不断进步和应用范围的扩大，金属加工行业也得到了极大的发展和改善。
在这个领域中，计算机数控(CNC)加工技术成为一项重要的革新。
CNC加工技术通过使用先进的计算机控制系统，将设计图转化为具体的加工操作，从而使金属加工过程更加快速、精确和高效。
本文将会探讨CNC加工技术在金属加工行业中的应用以及对行业发展的影响。
一、CNC加工技术的基本原理和操作步骤CNC加工技术的基本原理是通过计算机程序来控制加工设备进行加工操作。
操作过程主要包括：图纸设计、CNC编程、机床设置和加工操作。
1. 图纸设计：首先，需要根据产品的要求进行CAD设计，并将其转化为CNC编程所需要的格式。
2. CNC编程：在编程阶段，需要确定加工路径、刀具速度和进给速度等加工参数，并将其编写成适合机床识别和执行的代码。
3. 机床设置：设置机床可以根据CNC编程的要求进行加工，包括固定工件、安装刀具和设定工件坐标系等。
4. 加工操作：启动机床后，通过CNC程序控制机床开始加工过程，包括切削、雕刻、钻孔等操作。
二、CNC加工技术在金属加工行业中的应用CNC加工技术在金属加工行业中得到了广泛的应用，尤其是在批量生产和精密加工方面。
以下是几个典型的应用领域：1. 制造业：CNC加工技术使得金属零件的加工更加精确和一致性更高，适用于各种制造领域，如汽车、航空航天和电子设备等。
2. 模具制造：模具制造需要高精度和复杂形状的金属零件，CNC加工技术提供了高效和高质量的解决方案，大大提高了生产效率和产品质量。
3. 雕刻加工：CNC加工技术可以实现雕刻各种复杂的图案和形状，应用于艺术品、珠宝和雕塑等领域。
4. 零件修复：使用CNC加工技术可以修复损坏的金属零件，节约了材料和时间成本，同时提高了修复后零件的准确性和可用性。
三、CNC加工技术对金属加工行业的影响1. 提高生产效率：CNC加工技术能够自动控制和执行加工操作，大大减少了人为误差和操作时间，提高了生产效率和加工速度。
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。
CNC加工基础知识
CNC加工基础知识目录一、概述 (2)1. CNC加工简介 (3)2. CNC加工的应用领域 (4)3. CNC加工的发展趋势 (4)二、CNC加工基本原理 (5)1. CNC系统的基本构成 (6)2. CNC系统的控制原理 (8)3. 加工过程中的坐标系统 (9)三、CNC加工设备 (11)1. 数控机床的分类与特点 (12)2. 数控机床的主要结构 (13)3. 数控机床的选购与维护 (15)四、CNC加工工艺流程 (15)1. 加工工艺路线的规划 (17)2. 加工工序的设计 (18)3. 夹具、刀具及量具的选择 (19)五、CNC编程技术 (21)1. CNC编程基础 (22)2. 编程指令与格式 (23)3. 编程实例及技巧 (25)六、CNC加工操作实务 (26)1. 加工前的准备工作 (27)2. 加工过程中的注意事项 (28)3. 加工后的检查与调试 (29)七、CNC加工质量保障措施 (30)1. 质量控制的标准与要求 (31)2. 质量检测方法与设备 (33)3. 提高加工质量的途径 (34)八、CNC加工技术优化与发展方向 (35)1. 技术优化的必要性 (37)2. 技术优化的途径与方法 (38)3. CNC加工技术的发展趋势与展望 (39)九、实训指导 (41)1. 实训目的与要求 (42)2. 实训设备与工具 (43)3. 实训步骤及注意事项 (44)4. 实训报告撰写要求与指导 (45)一、概述CNC加工(Computer Numerical Control,计算机数值控制)是一种通过计算机程序来控制机床进行自动加工的技术。
它是一种高效、精确、灵活的加工方法，广泛应用于机械加工、航空航天、汽车制造、电子制造等领域。
CNC加工技术的发展和应用，极大地提高了生产效率，降低了劳动强度，缩短了加工周期，提高了产品质量。
高度自动化：CNC加工过程完全由计算机程序控制，无需人工干预，大大提高了生产效率。
模具先进制造技术
第10章模具先进制造技术10.1 模具高速切削技术高速切削技术是基于德国物理学家Carl Salomon 的切削实验得到的当切削速度增大某一值时，切削温度将随着切削速度的增加而降低这一结论，找到了降低切削力的物理基础。
通常把切削速度比常规切削速度高5-10倍以上的切削称为高速切削。
不同材料高速切削速度范围：铝合金为1000-7000m/min，铜为900-5000m/min，钢为500-2000m/min，灰铸铁为800-3000m/min，钛合金为100-1000m/min，镍合金为50-500m/min。
不同加工方式高速切削速度范围：车削为700-7000m/min，铣削为200-7000m/min，钻削为100-1000m/min，铰削为20-500m/min，拉削为30-75m/min，磨削为5000-10000m/min。
与之相对应的进给速度一般为2-25m/min，高的可达60-80m/min。
10.1.1 高速切削优越性近年来，由于高速切削加工和常规切削加工相比，在提高生产率、减少热变形和切削力以及实现高精度、高质量零件加工方面具有显著的优越性，因此，高速切削加工越来越引起人们的关注。
1．材料切除率高高速切削加工比常规切削加工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，从而提高了生产率和设备利用率。
2.切削力低和常规切削加工相比，高速切削力至少降低30%，这对于加工刚性较差的零件来说，可减少加工的变形，提高加工精度。
同时，按高速切削单位功率比，材料切除率可提高40%以上，有利于延长刀具使用寿命，通常刀具耐用度可提高约70%。
3.减少热变形高速切削加工过程，95%以上的切削过程所产生的热量将被切屑带离工件，工件集聚热量极少，零件不会由于温度导致翘曲或膨胀变形。
因此，高速切削特别适合于加工容易发生热变形的零件。
4.实现高精度加工应用高主轴转速、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-工件-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、低粗糙加工。
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。
数控高速切削加工技术在机械制造中的应用
数控高速切削加工技术在机械制造中的应用摘要：随着科技的快速发展，机械制造行业正面临着前所未有的挑战和机遇。
传统的加工方法已无法满足现代机械制造的高效、高质量和低成本的需求。
因此，数控高速切削加工技术作为一种先进的加工技术，在机械制造领域的应用日益受到关注。
本文将深入探讨数控高速切削加工技术在机械制造中的应用，分析其优势和存在的问题，并提出相应的解决方案。
关键词：数控高速切削加工；机械制造；技术应用引言：为了满足现代机械制造的高效、高质量和低成本的需求，各种先进的加工技术不断涌现。
其中，数控高速切削加工技术作为一种具有显著优势的加工技术，在机械制造领域的应用日益受到关注。
数控高速切削加工技术是一种先进的制造技术，它结合了计算机数控（CNC）技术、高速主轴系统、高速进给系统、高性能刀具等先进技术，实现了高效率、高质量的切削加工。
1数控高速切削加工技术概述1.1概念数控高速切削加工技术的基本原理是通过计算机数控技术控制切削工具的切削参数，如切削速度、进给速度和切削深度等，以实现最优化的切削过程。
在切削加工过程中，通过采用超硬材料的刀具和磨具，以及优化后的高速主轴系统、快速进给系统和高性能CNC控制系统，实现对工件材料的高效切除和高质量加工。
具体工作步骤如下：编程与设定：首先，根据工件的加工要求和材料特性，编写相应的数控程序。
这个程序会设定切削工具的进给速度、切削深度、切削速度等关键参数。
刀具与主轴：高速切削加工需要高速旋转的刀具和主轴。
刀具通常采用超硬材料，如硬质合金或陶瓷，以增加其耐磨性和寿命。
主轴则通过电力或液压方式驱动，以实现高速旋转。
切削过程：当刀具与工件接触时，刀具的高速旋转会带动切削刃对工件进行切削。
同时，进给系统按照数控程序设定的速度和深度，控制刀具的进给，实现连续的切削过程。
冷却与润滑：在切削过程中，为了降低切削温度和减少刀具磨损，通常会使用冷却液和润滑剂。
这些流体可以有效地带走切削热，并减少摩擦。
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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高速切削技术
清华大学
精密仪器与机械学系 制造工程研究所 冯平法
先进制造技术专题
高速切削技术
切削技术的新发展 高速切削的定义 高速切削的特征和应用领域 面向高速切削的切削刀具 面向高速切削的制造装备 面向高速切削的夹紧技术 高速切削的安全防护
先进制造技术专题 切削技术的新发展
氧化陶瓷 金属陶瓷 硬质合金
涂层硬质合金
铸造 硬质合金
高速钢
10 8 1875
1900
工具钢
1925
1950
1975
年
2000
先进制造技术专题 高速切削的特征
高速切削技术
单位时间切除量 表面质量
来源：PTW
切削速度
切削力 刀具寿命
先进制造技术专题 高速切削的特征
切削速度对刀具寿命的影响
（刀具寿命）
高速切削技术
例1：高精度铝质模具型腔加工：在传统铣削加工中，由于铝熔点低，铝 屑容易粘附在刀具上，虽经后续的铲刮、抛光工序，型腔也很难达 到精度要求，在制时间达60小时。 高速铣削分粗、精两道工序：n精＝20000r/min，ap=0.2mm， vf=5m/min；加工周期仅为6小时，完全达到精度要求。
（切削速度） 来源：PTW
高速切削技术
工件材料： X100CrMoV51 (2363) ，60 HRC
刀具： 球头刀：d = 6 mm 刀刃数：2（CBN时1） 刀具材料：
HM：硬质合金，TiN 涂层 CBN：立方氮化錋 Cermet：金属陶瓷
先进制造技术专题
高速切削技术
高速切削的特征
提高单位时间的切除量，降低产品的制造时间
Tcr
切削温度
Ta
v1
vcr
v2
切削速度
先进制造技术专题
高速切削技术
高速切削的定义
20世纪80年 代以来，新 型刀具材料 的发展为高 速切削的实 际应用创造 了条件。
切削速度 vc
2000 m/min
800 600 400 200
100 80 60 40 20
聚 晶金 刚 石PC D Si3N4
立 方聚 晶 氮化 錋CB N
† 机床结构及材料 † 机床设计制造技术 † 高速主轴系统 † 快速进给系统 † 高性能CNC系统 † 高性能刀具及工件夹紧系统 † 高效高精度测量测试技术 † 安全防护技术
后续工作 精加工 半精加工 粗加工 加工准备 设计
（常规铣削）
（高速铣削）
来源：BMW
先进制造技术专题 高速切削的特征
提高加工表面质量
行距
加工 余量 要求轮廓
行距
实际轮廓
来源：PTW
高速切削技术
行距
先进制造技术专题 高速切削的特征
降低切削力
高速切削技术
（用PCD刀具材料车削铝合金）
（主切削力）
来源：PTW
高速切削技术
高单位时间切除率，降低加工成本 高加工表面质量，提高加工精度 低切削力，降低加工系统力变形 高激励频率，避免自激振荡 切削热由切屑带走，减少工件热变形 减少后续工序 ，降低加工成本
先进制造技术专题
高速切削技术
高速切削的应用领域
航空航天工业轻合金的加工：飞机上的零件通常采用“整 体制造法”，其金属切除量相当大（一般在70％以上），采 用高速切削可以大大缩短切削时间。
目标
提高加工质量 切削加工
提高生产率 降低加工成本
高速切削技术
手段
提高柔性
提高切削速度
提高精度 扩大加工材料范围 减少消耗
柔性制造系统
高速切削
精密与超精密加工 硬材料切削 干切削与微切削
先进制造技术专题 切削技术的新发展
高速切削技术
干切削
高速切削 硬切削边界条件 源自机床与装备＋ 机床新概念 ＋ 驱动系统 ＋ 控制系统 ＋ 夹紧系统 刀具 ＋ 刀具材料 ＋ 刀具涂层 ＋ 标准化与多功能化刀具
先进制造技术专题
高速切削技术
高速切削的定义
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用 较高的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削 速度的5～10倍。 高速切削的速度范围与加工方法和工件 材料密切相关。
HSC ＝ HSM ＝ HSM ＝ HSD ＝ HST ＝ HSTM ＝
High-Speed-Cutting High-Speed-Machining High-Speed-Milling High-Speed-Drilling High-Speed-Turning High-Speed-Turn-Milling
模具制造业：型腔加工同样有很大的金属切除量，过去一 直为电加工所垄断，其加工效率低。
汽车工业：对技术变化较快的汽车零件，采用高速加工。 （过去多用组合机加工，柔性差）
难加工材料的加工（如：Ni基高温合金和Ti合金）
纤维增强复合材料加工
精密零件加工
薄壁易变形零件的加工
先进制造技术专题 高速切削的应用领域
车削：700～7000 m/min； 铣削：300～6000 m/min； 钻削：200～1100 m/min； 磨削：150m/s以上。
例如：在切削灰铸铁时，1000 m/min 以上才是高速车削， 而 400 m/min 就定义为高速钻削。
先进制造技术专题 高速切削的定义
高速切削技术
20世纪20年代德国物理学家Carl.J.Salomon 提出高速加工的理论
例2：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天以上，也很难达到复杂轮胎花纹的技术要求。 采用高速铣削，n＝ 18 000r/min，ap=2 mm，vf=10m/min，在 制时间仅24小时就完全达到了工艺要求。
先进制造技术专题
高速切削技术
实现高速切削的关键技术
高速切削机理及工艺 高性能刀具材料及刀具设计制造技术 高性能机床及其附件
（切削速度）
先进制造技术专题
高速切削的特征
减少传递给工件的热量
切屑和接触面之 间的接触区域产生 的高温会导致温度 效应并降低工件材 料变形的阻力
剪切角增大
切削热大部分由 切屑快速带走
避免积屑瘤的产 生
接触区 高速切削的剪切角 常规切削的剪切角
高速切削技术
前刀面 刀具 后刀面 工件
先进制造技术专题 高速切削的优点
先进制造技术专题 高速切削的定义
高速切削技术
工件材料
纤维增强塑料 铝合金 青铜，黄铜 铸铁 钢 钛合金 镍基合金
10
来源：PTW
高速范围与加工材料密切相关
普通 切削 过渡 区 高速 切削
100
1000
切削速度 vc（铣削）
m/min 10000
先进制造技术专题 高速切削的定义
高速切削技术
高速范围与加工方法密切相关