高速切削加工关键技术及发展方向
高速切削关键技术
中心和其他数控机床进给系统采用 1.5 g。它在高速加工中心上的应用 速度达76.2 m/min，进给加速度达
的主要形式。滚珠丝杠副传动系统 仍受到一定的限制。
1~1.5 g。意大利Vigolzone公司生产
采用交流伺服电机驱动，进给加速
采用滚珠丝杠副传动实现的高 的高速卧式加工中心，三轴采用直
46 汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M
高速切削机床是实现先进切削工 艺、获得高效加工效益的载体，也 是进行高速切削试验研究的平台。 高速切削的关键技术有高速切削机 理、高速加工技术、高速加工用刀
具技术、高速加工工艺技术以及高 速加工测试技术等，其中高速机床 是实现高速加工的前提和基础条 件。
1 高速主轴单元
高速主轴部件是高速机床最为关 键的部件之一，同时高速主轴单元 的设计是实现高速加工的关键技术 之一。高速主轴在离心力作用下产 生振动和变形，高速运转时产生的 摩擦热和大功率内装电机产生的热 会引起温升和热变形，将直接影响 机床最终的加工性能，因此必须对 其进行严格控制。高速主轴单元的 类型主要有电主轴、气动主轴、水 动主轴。不同类型的主轴输出功率 相差较大。高速主轴要在极短的时 间内完成升降速，并在指定的位置 快速准停，这要求主轴具有很高的 角加速度。主轴的驱动如果通过皮 带等中间环节，不仅会在高速状态 打滑、产生振动和噪声，而且增加 了转动惯量，机床主轴快速准停非 常困难。高速加工机床主轴系统在 结构上几乎都是采用交流伺服电机 直接驱动的集成结构形式。集成化 主轴有两种形式，一种是通过联轴 器把电机与主轴直接联接，另一种 是把电机转子和主轴做成一体。
蚀作用及高速紊流下气泡的产生对 20~25 μm。相对于采用直线电机 本。日本精工已经研制出进给速度
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。
高速切削加工技术
基本结构
进给机构 CNC控制 冷却系统
高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关 技术要求较高，使其应用受到限制。
与高速加工密切相关的技术主要有：
○ 高速加工刀具与磨具制造技术； ○ 高速主轴单元制造技术； ○ 高速进给单元制造技术； ○ 高速加工在线检测与控制技术； ○ 其他：如高速加工毛坯制造技术，干切技术，高速加工的排屑技
术、安全防护技术等。
此外高速切削与磨削机理的研究，对于高速切削的发展也具 有重要意义。
高速切削 加工的关 键技术
高速主轴系统
高速主轴系统是高速切削技术最重要的关键技术之一。目前主 轴转速在15000-30000rpm的加工中心越来越普及，已经有转 速高达100000-150000rpm的加工中心。高速主轴由于转速 极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩 擦热和大功率内装电机产生的热会引起热变形和高温，所以必 须严格控制，为此对高速主轴提出如下性能要求：(1) 要求结 构紧凑、重量轻、惯性小、可避免振动和噪音和良好的起、停 性能；(2) 足够的刚性和高的回转精度；(3) 良好的热稳定性； (4) 大功率；(5) 先进的润滑和冷却系统；(6) 可靠的主轴监测 系统。
• 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。
第 一 章 节 • 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％。
高速切削加工在国内的研究与应用
高速切削加工在国内的研究与 应用
20世纪90年代后，我们先后相继研究了模具高速切削加工技术与策 略、涂层刀具与PCBN刀具和陶瓷刀具等高速切削铸铁和钢的切削力、 刀具磨损寿命、加工表面粗糙度以及高速切削数据库技术等。
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。
高速切削加工关键技术现状与发展
出 现 专 业 化 生 产 厂 家 ，按 系 列 提 供 产 品 。 由 于 直 接 传 动 ，
省去 了电 机 ，主轴 问 的皮 带 轮 、齿 轮 箱 等 传 动 链 ，其转
作 用 而 产 生 电 磁 推 力 ， 带 动 负 载 运 行 。 最 早 开 始 使 用 高
速 轻 而 易 举 地 达 到 ０～４０ ０／ ｉ，甚 至 更 高 ，不 仅 如 此 ， 速 直 线 电 机 的 美 国 Ｉ 瑚 ｌ 司 ，在 Ｈ Ｍ８０加 工 中 心 的 ２ ０ ｒｒｎ ａ ． ｎ Ⅱ公 Ｖ ０
出现 至 今 ２ ｏ年 左 右 时 间 ， 所 谓 高 速 切 削 ， 首 先 是 高 的 速
度 ，即 要 有 高 的 主 轴 转 速 ， 比 如 １ ００／ ｉ， １００／ ｉ ， ２ ０ ｒ ｎ ８ ０ ｒ ｎ ａ ｒ ａ ｒ
用 于 电 主 轴 。 陶 瓷 轴 承 的 滚 动 体 为 热 压 氮 化 硅 陶瓷 材 料 ， 内外 环 使 用 轴 承 钢 。 由 于 陶 瓷 滚 动 体 密 度 小 是 钢 的
高速 电主 轴 是 内装 式 主 轴 电 机 一 体 化 的主 轴 单 元 。 它 采 用 无 壳 电 机 ，将 其 空 心 传 子 用 压 配 合 的 形 式 直 接 装 在 机 床 主 轴 上 ，带 有 冷 切 套 的 定 子 则 安 装 在 主 轴 单 元 的
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年代的机理与可行性研究，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、高速钻孔与高速车铣等，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、与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。
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》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。
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℃
高速机床的关键技术和发展趋势
高速机床的关键技术和发展趋势【摘要】高速切削是切削加工发展的主要方向之一，高速机床是实现高速切削的基础。
近年来，高速切削技术的快速发展带动了高速机床制造技术的进步，不仅体现在传统机床关键部件的重大改进，而且产生了新的机床结构以及关键零部件，把机床制造技术带入了一个新的领域。
本文具体分析研究了高速机床的关键技术和发展趋势。
【关键词】高速机床关键技术发展趋势中图分类号：tg508 文献标识码：a 文章编号：高速机床是指能够进行高速切削的机床。
目前适用于进行高速切削的加工中心和数控机床，其主轴转速一般都在10000r/min以上，有的高达60000-100000r/min，主电机功率15-80kw。
高速切削还在进一步发展中，不同加工方式和不同材料的高速切削范围也有所差别，表1给出了几种典型加工方式的高速切削范围。
表1 典型加工方式的高速加工范围高速切削要求高速机床的主轴和工作台具备极高的加速度性能，主轴从启动到最高转速（或相反）只用1-2s，工作台的加速（减速）度要达到1-10g。
如此高的加速度会对机床造成巨大的动载荷，必须提高机床的动、静刚度，因此高速机床的产生使机床从“速度设计”进入“加速度设计”的新阶段。
与常规加工相比，高速加工有许多突出的优点：单位时间的材料切除率可增加3-6倍；切削力可降低30%以上，特别有利于薄壁细长工件的高速精密加工；95%-98%的切削热被切屑带走，工件可基本保持冷态；高速加工能加工出非常光洁、精密的零件，如高速铣削和高速车削可以达到磨削的光洁度；工件表面残余应力非常小。
高速加工技术首先在美国航空航天工业中得到广泛应用，如今汽车工业和模具工业也越来越多采用高速加工。
例如用小直径立铣刀对模具型腔进行超高速铣削，因为效率高、精度高、表面光洁，故可省去后续的电加工和手工研磨等工序，大大加快了新产品的开发周期。
常用的机床关键件如钢球式机械主轴、滚珠丝杆、数控系统以及现有的设计理念已不能支撑高速机床, 由此产生了一系列的技术创新, 如高速滚珠丝杆、直线电机、电主轴、高性能数控系统、新型结构及新设计理念。
高速切削及其关键技术
高速切削和其关键技术综述摘要高速切削已成为先进制造技术的一个重要发展方向。
高速切削的应用将提高加工精度和生产率。
本文介绍了高速切削的概念和特点，分析了高速切削的关键技术：机床技术、刀具技术和工艺技术，说明了高速切削在航空、汽车工业与模具制造等领域的应用，并展望高速切削加工技术未来的发展方向。
关键词：高速切削，关键技术，应用领域，未来展望Abstract:High-speed cutting technology has become an important development direction of advanced manufacturing technology.The application of high-speed cutting technologywill improve the machining accuracy and productivity.This paper introduces the concept and characteristics of high speed cutting, and analyzes the key technologies of high-speed cutting, including machine tooltechnology, cutting tool technology and process technology. It also illustrates the applications of the high speed cutting in the field of aviation, automobile industry and dies manufacturing, and prospects the future development direction of thehigh-speed cutting technology.Key words:high-speed cutting, key technologies, application fields, future prospect0. 引言自20世纪30年代，高速切削概念首次提出以来，高速切削加工技术经历了多年理论与实践的研究和探索。
高速加工技术
手机外壳的加工
电脑键盘的制造
平板电脑外壳的铣削
电子元器件的微细加 工
06
高速加工技术的发展趋势和未来展望
高速加工技术的发展趋势
更高的切削速度：随着新材料和新工艺的不断发展高速加工技术将进一步提高切削速度提高加 工效率。
智能化和自动化：随着人工智能和机器学习技术的不断发展高速加工技术将更加智能化和自动 化实现加工过程的自动监控和优化。
高速加工技术采 用小切削力可以 减小工件变形和 振动提高加工精
度。
高速加工技术可 以快速切除工件 材料缩短加工时
间降低成本。
高速加工技术采 用先进的控制系 统和刀具能够实 现高精度的轨迹 控制和补偿功能 进一步增强加工 过程的灵活性。
04
高速加工的关键技术
高速切削技术
定义：高速切削 是一种在极高转 速下进行的切削 加工方法具有高 进给速度和高切 削速度的特点。
05
高速加工技术的应用案例
航空航天领域的应用案例
高速加工技术在航空航天领域的应用提高了零件的加工精度和效率。 在航空发动机制造中高速加工技术能够快速去除材料提高生产效率。 高速加工技术在航天器制造中得到广泛应用如卫星天线、太阳能电池板等。 高速加工技术能够满足航空航天领域对高精度、高质量、高效率的加工要求。
高精度加工技术
高速切削技术：通过高转速的刀具实现高效切削提高加工精度和表面质量。
超精密切削技术：采用超硬材料和纳米级切削参数实现超精密切削提高加工精度和表面光 洁度。
快速点磨削技术：通过高速旋转的磨头对工件进行快速点磨削实现高效高精度加工。
激光辅助加工技术：利用激光的高能量密度特性对工件进行快速、高精度的加工。
通过高速加工 技术可以实现 快速原型制造 和快速模具制 造缩短了产品 开发周期降低 了开发成本。
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
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。
我国超硬刀具高速切削技术发展现状、问题及前景
・
超 硬材料合 成现状 、 艺及技 术 ・ 邓福铭 工
等
我 国超硬 刀具 高速切 削技术发展现状 、 问题及前景 ２ １ ６月 ０ ０年
我国超硬刀具高速切 削技术发 展现状 、 问题及前景
邓 福铭 卢 学军 ’
１ 中国矿 业 大学 （ 、 北京 ） 硬 刀 具材 料研 究 所 北 １０ ８ 超 ００３ ２ 北 京迪 蒙特 佳 工模 具技 术 有 限公 司 北京 １０ ８ 、 ００３
又 随切 削 速 度 的增 大 而 下 降 ｊ 。如 图 １所 示 。
当切削速度提高 １ 、 Ｏ倍 进给速度提高 ２ Ｏ倍 、 远
高速切 削 （ ｉｈＳｅｄＣ ｔｎ ， Ｈｇ ｐｅ ｕｔ ｇ 简称 Ｈ Ｃ） ｉ Ｓ
通 常是 指 用 比常规 切 削 速 度 和 进 给 速 度 高 得 多
摘要 本文介绍 了国内外高速切削技术 的发展历程及其与超硬刀具 技术发展 中的相互关
系， 分析了国内超硬刀具高速切削技术发展 中存在 的主要问题 ， 最后对 国内超硬刀具高速
切削技术发展前景进行 了展望 ， 并对 以后的发展提出了建议 。 关键词 高速切削 超硬刀具 数控机床
Ｓｔ ｔ 一 ０ ａｅ ｆ— ｔ ｅ Ａｒ ｆＨ ｉｈ ｅ ｄ Ｃｕｔｉ ｆ Ｓ ｐｅ —ｈａ ｄ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｈ ｔｏ ｇ Ｓｐ ｅ ｔｎｇ ｏ ｕ ｒ ｒ ｔ ｒａ
提高切削效率 、 降低 生产成本 。因此 ， 改进刀具
材料对于降低切削成本 比其它任何单一 过程 的
礴
疆 签
改变更具 潜力 ， 如何 合理 地选 择 与应用 现代 刀
具材料是降低加工成本 、 获得经济效益 的关键 。
无独有偶 的是 ， 上世 纪七十年代 中期 ， 在美
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。
高速切削加工工艺的现状与优化趋势
精密、微细 、绿色等方 向发展 。现在 ，高速切削加 确定各表面的加工方法 ，根据零件的实际情况保证 工技术相对趋于成熟 ，并开始在各制造领域显示作 加工精度与表面质量 ，再根据最优化原则 ，确定最 用。例如 ：它已经在航空航天 、汽车、模具等工业 短 的走刀路线和最少 的换刀次数 ，以减少加工辅助
热冲击性等优化性能要求 。高速切削要求刀具结构 吃刀量等参数 的选择 。而进给量是精加工时决定生 和刀具夹紧机构具有更严格的要求 ，以确保生产安 产 率 的主要 因素 ，增 大进 给 量将 会 增 大加 工 表 面 的 全的可靠性 。可综合以下几个要点进行考虑 ： 粗 糙度数 值 ，所 以要 慎重 选择 与协调 。 首先选择刀具材料 ：在高速切削加工系统 中优 主要 考 虑 刀具 的影 响 ，考虑 工 件 材料 的 加工 性 先选 用 硬质 合金 ，甚 至超 细粒 度 硬质 合 金 或具 有 涂 能 。在确 定切 削用 量 参数 时 ，首 先 应 采用 尽 可 能大 层技 术等 材料 的高性 能刀具 ，以提 高使 用 的可靠性 。 的背吃刀量 ，其次选用较大 的进给量 ，最后确定合 其 次 选择 刀 具结 构 ：根 据 零 件 的结 构 和尺 寸选 理 的切 削速度 。 择合适的刀具与其相适应 ，优先选用机夹式可转位 总之 ，无论在何种加工场合 ，都应在保证加工 结构 ，甚 至复合 结构 或专用 结构 刀具 ，以减 少换 刀 、 质 量 的前 提下 ，认 真 选 择切 削参 数 ，并兼 顾 切 削效 对 刀和刃磨 的时间 。 率 、经济性和加工成本。而具体数值的确定 ，可根 最后选择刀柄结构 ：保证刀具能够迅速 、准确 据 实 际情 况及 机 床说 明 书 、切 削用 量 手册 ，并结 合 地安装到机床主轴或刀库 中去 ，优先选用标准化或 加工经验而确定 。综合协调这些参数之间的关系可 系 列化 刀柄 ，并 且尽 可能 选用 短 刀柄 ，以提 高刀 具 实 现切 削用 量参数 的优 化选择 。 的 刚性 。 ２２ 切 削路径 优化 ． 般 情 况下 ，选 用 高 耐用 度 、高精 度 和专 用 化 切削路径的选择与优化在高速切削加工 中，除 的刀具 ，会增加刀具使用成本 ，但是 ，它却提高 了 了刀具 材 料 和刀 具几 何参 数 的选 择 外 ，还 要 采取 不 零件 的加工 效率 和加 工 质 量 ，可 以使 整 个 加 工成 本 同的切 削路径 才能 得到 较好 的切削效 果 。 大大降低。因此 ，在加工系统 中选择合理的切削刀 切削路径优化 的目的是提高刀具耐用度 ，提高 具 ，利用刀具 自身优势来完成高速切削加工。 切削效率 ，获得最小的加工变形 ，提高机床走刀利 ２４ 冷却 方式优 化 ． 用 率 ，充 分发 挥 高速 加工 的优 势 。 传 统 切 削加 工 的冷 却方 式 一 般采 用 冷却 液 ，这 （ 走刀方 向的优化在走刀方 向的选择上 ，以曲 １ ） 对加 工环境 带来危 害 ，不符 合绿 色加工 的概 念范 畴 。 面平坦 性 为评 价 准则 ，确定 不 同 的走刀 方 向选 取方 而 高速 切 削 加 工 可采 用 干 式 （ 干 式 ） 削 技 术 ，不 准 切 案 ；对于 曲率变化大的曲面 以最大 曲率半径方向为 采用 切 削液 或采 用微 量 的切削 液 ，这可 以提 高切 屑 最 优进 给 方 向 ，对 曲率 变化 小 的面 ， 以单 条 刀 轨平 的回收利用率 ，降低切削成本 、降低切削过程对环 均 长度最 长 为原则选 择走 刀方 向。 境的危害 、提高切屑的回收利用率等。 （） 位轨 迹 生成按 照 刀位路 径 尽可 能简 化 ，尽 ２刀 ２５ 研究 与展 望 ． 量走直线 ，路径尽量光滑的要求选择加工策略 ，选 高速切削加工技术系统而复杂 ，离不开机床 、 择合适 的插补方 法 ，保证加工面残 留高度 的要求 ， 刀具 、夹具 及其 控制 软件 的配 合 。该 工 艺 的许 多 问 采 用过 渡 圆弧 的 方法处 理 加 工 干涉 区 ，样 在 加工 时 题现在 并没 有得 到充分 解决 ，其发 展前 景十 分广 阔 。 就不需要减速 ，提高加工效率 。 随着 技术 的 日益 成熟 ，特 别是 高 速 主轴 的 出 现 ，切 （） 性加 减速 和 断刀 的几率 。选取 合适 的加减 ３柔 削速度将进一步提高。但也要追求高速切削转速和 速方式 ，减少启动冲击 ，保持机床 的精度 ，减少刀 进给速度 的最佳参数 ，简化工序 ，这样高速切削的 具 颤振 。 “ 高速 ”才 能充分 发挥 出来 。刀具 的磨 损 以及 轴承 技 ２３ 切 削刀具 优化 ． 术将会是今后一段时间内制约高速切削发展的关键 高 速切 削 刀具 是 高速 加 工工 艺 系 统 中最 活跃 的 因素 。 要素 ，是实现高速加工 的关键技术之一 。高速切削
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中 国 工 程 机 械 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
ＶｏＩ．１２ Ｎｏ．１ Ｆｅｈ．２０１４
高 速切 削 加 工关 键 技 术及 发 展 方 向
李 忠新 ，黄 川 ，刘延友
（南 京 理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 ，江 苏 南 京 ２１００９４）
ＬＩＺｈｏｎｇ－ｘｉｎ ，Ｈ ＵＡＮＧ Ｃｈｕａｎ ，ＬＩＵ Ｙａｎ—ｙｏｕ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ， ｍｉｌｌｉｎｇ ｉｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ， ｉｓ ｔｒｅａｔｅｄ ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍ ａｉｎｓｔｒｅａｍ ｓ， ｉｔ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｓｔｒｏｎｇ ｖｉｔａｌｉｔｙ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ， ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ａｇａｉｎｓｔ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｕｐｏｎ ｈｉｇｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ ｆｅｅｄ ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｆｉｎｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ａｓ ｍｉｌｌｉｎｇ，ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｃｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｒｅｌｅｖａｎｔ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ；ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
自 ２Ｏ世纪 ３０年 代 ，高速 切 削概 念 首 次提 出 以
来 ，高 速切 削加 工技 术经 历 了多年 理 论 与实 践 的研 １ 高 速 切 削 加 工 的优 越 性
究 和探索 ．近 ２０年 来 ，随 着 材 料 、信 息 、微 电 子 、计
算机 等技 术 的迅 速 发展 ，大 功 率 高 速 主轴 单 元 、高
第 １期
李 忠 新 ，等 ：高 速 切 削 加 工关 键 技术 及 发展 方 向
一 １．２ 切 削 力减 少 同常规 切削 加工 相 比，高 速 切 削加 工 时 切 削力 至 少可 降低 ３０％ ，这对 于加 工 刚性较 差 的零件来 说 可 减少 加工 变 形 ，提 高 零 件 的 加工 精 度 ，使 一 些 薄
高 速切 削之所 以成为技 术 热 点 ，得 到 广泛 的工
性能 伺 服控 制 系 统 和超 硬 耐 磨 耐 热 刀 具 材 料 等 关 业应用 ，是 因为 它相 对 传 统 加 工 具 有 显 著 的优
键技 术 的解决 和进 步 ，使 其 在德 国 、美 国 、日本 等工 越 性 ．
业发 达 国家得 到迅 速发 展 ，已经 成 为先 进 制造 技 术 １．１ 加工 效率 高
的一个 的重要 发展 方 向 ，并 广泛 应 用 于装 备 制 造工
高速切削加工允许使用较大 的进给率 ，比常规
业 、航空航 天工 业 、模 具 工业 等主要 工业 部 门＿１］． 切 削加 工提 高 ５～ １０倍 ，单 位 时 间材 料 切 除率 可 提
高速 切 削最 终 要 达 到 的主 要 目标 之 一 是 要 通 高 ３— ６倍 ，因而零件 加工 时 间 可大 大 减少 ．这样 可
塞
壁 类精 细 工件 的切 削加 工成 为可 能 ．
１．３ 切 削热对 被 加工 工件 的影 响减 少
高速 切削 加工 过程 极 为迅 速 ，９５％以上 的切 削
温度 被切 屑 带 离 工件 ，工 件 积 聚 热 量 极 少 ，零 件 不 会 由于温 升导 致翘 曲或 膨胀 变 形 ，因而 高速 切 削 特 别适 用 于加 工容易 热 变形 的零 件 ．对 于 加 工熔 点 较 低 、易氧 化 的 金 属 （如 镁 ），高 速 切 削 加 工 具 有 重 要
摘要 ：高速切 削加工技术作 为先进实用 的制造 技术 ，正 成为切 削加工 的主流 ，具有 强大 的生命力和 广阔 的应 用 前景 ．以高切 削速度 、高进给速度 、高加工精度 和优 良的加工表 面质量 为主要 特征 的高速切 削加 工技术具有 不 同 于传统切削加工技术的加工机理和应 用优势 ．主要介 绍高速切 削加 工 的优 越性 、关键 技术 、高 速切削 机理及 现 状 ，展望高速切 削加工技术未来 的发展方 向．
’ ～
关键词 ：高速切削 ；加工技术 ；发 展方 向
中图分类号 ：ＴＨ １６４
文献标 志码 ：Ａ
文章编号 ：１６７２—５５８１（２０１４）０１—００４８—０４
Ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｔｏｗ ａｒｄｓ ｈｉｇｈ·ｓｐｅｅｄ ｃｕｔｔｉｎｇ
过高速切削来提高生产率、降低生产成本并以此提 以用 于加工 需要 大量 切 除金 属 的零 件 ，特 别是 对 于
高整体 竞争实 力 ＿２］．
航 空 工业具 有 十分重 要 的意义 ．
作者简介 ：李忠新（１９７６一），男 ，副教授 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｙａｎｙｏｕ１９８８＠１２６．ｃｏｒｎ