高速干切削
数控技术之绿色制造
数控技术之绿色制造一、绿色制造简介在全球经济高速发展的同时, 人类对自然资源的任意开发利用带来了全球的生态破坏、资源短缺和环境污染等一系列问题。
制造业是创造人类财富的支柱产业, 为人类社会的发展起到了很大促进作用, 但是又是环境污染的主要源头。
为缓解这些问题带来的危害, 必须坚持科学发展观, 实施可持续发展战略, 各国专家普遍认同, 绿色制造是解决机械制造业环境污染问题的根本方法之一, 是控制环境污染源头的主要途径。
绿色制造又称为面向环境制造( MFE) 、环境意识制造( ECM) 等, 其基本观点是协调解决环境和资源两大社会问题,目的是充分利用资源, 减少废弃物的产生, 减少机械制造业对环境的负面影响。
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式, 产品从材料的获取、设计、制造、包装、运输、销售、使用和废弃回收, 最后回到土壤中的整个生命循环过程, 使制造业对环境负面影响最小, 资源利用率最高, 产生的废弃物最少, 使企业经济效益和社会效益协调发展。
绿色制造内涵很广, 传统意义上的制造是产品的制造过程, 主要表现为机械加工过程, 即通常称为“小制造”。
绿色制造是一种现代制造模式, 涉及制造工业中的产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和报废处理等一系列相关活动, 因此绿色制造是“大制造”的概念。
绿色制造是人类可持续发展战略在制造业的体现, 它考虑环境和资源既要满足经济发展的需要, 又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要, 从而形成了一种综合性的发展战略, 具有重大的社会效益。
绿色制造将是21 世纪企业取得显著经济效益的机遇实施绿色制造, 最大限度的提高资源利用率, 减少资源消耗, 可直接降低消耗, 从而直接降低成本; 实施绿色制造减少或消除环境污染, 可减少或避免因环境问题引起的处罚; 由于绿色制造是从源头控制了污染, 实行预防为主, 将污染物消除在生产过程之初, 降低了企业环境污染处理费用。
高速干切削的关键技术和应用
高速干 切削 的 出现与高 速切 削和 干切 削有 着密 切关 系 。高速 切 削具有 切削 效率 高 、 切削 力小 、 加工
精度 高 、 削热集 中、 切 加工过 程稳 定 以及 可加工 某些
难 加 工材料 等特 点 ； 干 切 削在 加 工 过 程 中不 用 或 而
微 量使 用切 削液 ， 消除切 削液 带来 的负 面影 响 ， 可 是
进一 步研 究和 发展 的 主要 有 以 下 几 个 方 面 ： 刀具 涂
技术。
干切削 时 ， 由于 缺 少 了 切削 液 的润 滑 、 却 、 冷 排 屑 与断 屑等功 能 ， 刀具 与工件 、 具与 切屑 之 间的摩 刃 擦增 加 ， 切削 力增 大 ， 削 热 也 大 大增 加 ， 切 刀具 耐 用 度 大大 降低 ， 时 工 件 的加 工 质 量 也 得 不 到保 证 。 同
采 取 隔热措 施 。
ｌ 高速 干 切 削 的关 键 技 术
中图分类 号 ： ＴＧ５ ６ ０ 文献标 识码 ： Ｂ
切削加 工 是 汽车 、 空 航 天 、 源 、 具 等 制 造 航 能 模
（ Ｂ 等 材料 是 干式切 削 刀具 的首 选 材料 ； 切屑 ｃ Ｎ） ②
和 刀具 之 问的摩 擦 因数要 尽 可 能小 ， 常用 的方 法 是 对 刀具 表面 进行 涂 层 （ 层 除 了 有类 似 于切 削 液 的 涂 润 滑功 能外 ， 在刀具 与 切屑 问起 隔热 作用 ， 当于 还 相
一
种对 环境 污染源 头进 行控 制 的清 洁制造 工艺 。高
速 干 切削技术 则将 高速 切削 技术 与干 切削 技术 或准 干 切 削技 术 （ 采用 微 量 切削 液 ） 机地 融 合 ， 合 两 有 结
普通切齿机床如何实现高速干切削
摘
要 ：阐述 了千切 削加工技术是解 决切 削液 带来的环境 污染及 经济效应 问题的根本方 法。并论述 了干切 削加 工
的特点和在普通切 齿机床 上 实施 的可能性 。
关 键 词 ： 削 液 ； 境 保 护 ； 具 涂 层 ； 切 削加 工 切 环 刀 干
中图分类号 ： Ｇ １ Ｔ ６
文献标识 码 ： Ａ
用适 当的切 削条 件 。首先 ， 采用 很高 的切 削速 度 ， 量 尽 缩 短 பைடு நூலகம்具 与 工件 间 的接触 时 间 ， 用压 缩 空 气或 其 他 再 类 似 的方 法 移 去切 屑 ， 以控 制 工作 区域 的温 度 。随 着 数 控技 术 的广泛 使用 ， 床刚性 和 动态性 能不 断提 高 ， 机
具 有重 要作 用 。但 随着 人们 环境 意识 的增 强 ，以及 环 境保 护 法律 法规 的要求 越来 越严 格 ，切 削液 的负 面效
应 也愈 加 明显 ，主要表 现 在 以下 几个 方 面 ：
干 切 削就 是 在 加工 过 程 中不 用 任 何 切 削液 的 工 艺方 法 。 由于不 用 切 削液 ， 因而 干 切削 可 以完全 消 除
有意识地不使用切削液 ，在无冷液条件下进行切削加 工的一种切削加工方法。干切削不是简单地停止使用
切 削液 ，而是 要在 停止使 用 切削液 的同时 ，保证 高效
率 、高产品质量 、高的刀具耐用度 以及切削过程 的可 靠性 ，这就需要用性能优 良的干切削刀具 、机床以及
辅助设 施 替代 传统 切削 中切 削液 的作 用 ，来 实 现真 正 意义 上 的干切 削 。
１ 加 工过 程 中产 生 的高温 使切 削 液形 成雾 状 挥 ）
在加工过程中使用切削液而带来 的一系列负面效应。 干切 削具 有 以下特 点 ： １ 切 屑 干净 清 洁 无 污染 ， 于 回收 和处 理 ；）省 ） 易 ２ 去了切削液传输 、 回收、 过滤等装置及相应 的费用 ， 简 化 了生 产 系统 ， 低 了生 产 成 本 ； ） 去 了切 削 液 与 降 ３ 省 切屑的分离装置及相应的电气设备 。机床结构紧凑 ， 减少 占地面积 ；） ４ 不会产生环境污染 ；） ５ 不会产生与 切 削液 有关 的安 全事故 及 质量事 故 。 高速干式切削法是在无冷却 、 润滑油剂的作用下 ， 采用很高的切削速度进行切削加工。干式切削必须选
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。
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
高速干切削加工技术
高速干切削加工技术[摘要]机械加工业对环境造成的污染日益严重，通过高速干切削技术在机械加工中的应用用来达到节约资源、保护环境的目的。
[关键词]机械加工切削液高速干切削加工技术金属材料在切削加工过程中，切削液的使用是必不可少的，其主要作用是：冷却润滑作用，它能吸收并带走切削区大量的热量，改善散热条件，降低刀具和工件的温度。
同时切削液能渗透到工件与刀具之间，在切屑与刀具的微小间隙中形成一层很薄的吸附膜，减小了摩擦系数，因此可减小刀具、切屑、工件间的摩擦；清洗和防锈作用，切削过程中产生的细小的切屑粘附在工件和刀具上，若使用一定压力的切削液，则可将切屑迅速冲走。
在切削液中加入防锈添加剂，能在金属表面形成保护膜，使机床、刀具和工件不受周围介质的腐蚀，起到防锈作用。
切削液在机械加工中扮演着重要的角色，但随着切削液低用量的增加，其负面影响也越来越显著：①增加了制造成本，这不仅包括切削液用量增加带来的成本增加，还包括运输、储存、废液处理等间接成本增加；②污染环境；③损害工人健康。
为了降低生产成本，减少环境污染，最好的办法是不使用切削液，即采用干切削(Dry cutting)干切削并非只要简单的取消冷却润滑液就可以实现的。
由于在切削过程中缺少了冷却润滑液的润滑、冷却和冲屑作用，在高速干式切削加工中，相应地会出现以下问题：(1)由于缺少切削液的润滑作用，高速干式切削加工中的切削力会大大增加，刀具与工件之间的振动会加剧，从而导致工件加工表面质量变差，刀具磨损加快，刀具使用寿命缩短。
(2)由于缺少切削液的冷却作用，高速干式切削加工会在加工瞬间产生大量热量，这些热量主要集中在切屑中，会影响切屑的成型，过热的高温环境会导致形成带状和缠结状切屑并缠绕在刀具上，影响后续切削，加剧刀具磨损。
如不及时将热量从机床的主体结构中排出，同样会使机床产生严重的热变形，影响加工精度和降低工件表面质量。
(3)在高速干式切削加工某些材料(如石墨电极等)时，会产生大量粉尘．如不能及时清除，会严重损害操作工人的身体健康，同时细微颗粒也会侵入丝杠、轴承等机床关键部件，加大机床的磨损，影响机床的加工精度和稳定性。
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。
金属陶瓷刀具
金属陶瓷刀具班级：0808302 学号：姓名：切削加工是工业生产中最基本、最普通和最重要的方法之一，它直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。
提高加工效率，将会带来巨大的社会、经济效益。
前北美机械工程师协会主席Hom曾说：“每节省加工工时一分钟，美国就可节省一亿美元”，可见提高加工效率对国民经济具有十分重要的意义。
陶瓷刀具由于高温性能好，其切削速度可比传统刀具提高3—10倍，因而可以在现有的厂房、设备、动力条件下，使产品产量成倍增长，大幅度提高社会生产力。
其次，由于现代科学技术和生产的发展，越来越多地采用超硬难加工工件，以提高机器设备的使用寿命和工作性能。
有资料介绍，难加工材料已超过43%。
这些难加工材料的采用，给制造技术带来很大的困难，传统刀具是难以对付的，往往要采用费时费电的退火加工和磨加工等方法。
新型陶瓷刀具由于有很高的硬度(HRA93—95)，因而可以加工硬度高达HRC65的各类难加工材料，免除退火加工所消耗的电力和时间；可以提高工件的硬度，延长机器设备的使用寿命。
硬质合金刀具大量消耗着W、Co等战略性贵重金属，节约这些资源是各国的基本政策，而广泛采用陶瓷刀具则是有效措施。
因为陶瓷刀具的主要原料Al2O3和SiO2，是地壳中最丰富的成分，是取之不尽，用之不竭的。
一、复合TiCN金属陶瓷刀具近年来发展起来的TiCN金属陶瓷刀具是以碳氮化钛(TiCN)作为耐磨相，金属Mo、Ni作为粘结相，经过高温烧结而成的金属陶瓷刀具材料。
它有很高的抗弯强度(≥1 000 GPa)，和断裂韧性(K Ic≥10 MPa·m1/2)，有较宽的适用范围，适合于普通钢铁材料加工，在精加工和高速铣削钢件时尤为有效。
但是由于晶界上有相当数量的Mo、Ni等金属相，硬度较低(HRA91—92)，高温性能也受到影响，难于胜任高硬难加工材料的加工。
复合TiCN金属陶瓷刀具比复合Si3N4陶瓷刀具有更高的硬度和耐磨性，更适合于淬硬钢、高强度钢的加工；它比复合Al203陶瓷刀具有更高的断裂韧性和抗冲击性，可承受更大的切削深度和进给量。
高速干硬切削已加工表面白层形成的建模与模拟
高速干硬切削已加工表面白层形成的建模与模拟高速干硬切削具有加工精度好、生产效率高等优点,被广泛应用于模具、航空航天等领域。
但是高速干硬切削加工过程中,已加工表面易形成变质层,即“白层”。
白层是一种只有几微米厚度的脆硬组织,容易引起剥落失效和疲劳裂纹,是决定工件表面质量的重要因素。
因此,研究已加工表面白层的形成机制与影响因素有重要意义。
本文以PCBN刀具切削淬硬GCr15轴承钢(HRC60)所形成的白层为研究对象,建立了高速干硬切削有限元动态仿真模型;分析了热、力效应对白层马氏体体积分数的影响;通过元胞自动机方法,建立了表面白层元胞自动机相变演化模型。
首先,建立了高速干硬切削有限元模型,基于ABAQUS有限元分析软件动态仿真切削过程,通过将中低速切削实验测得的切削力和切削温度与模拟结果进行对比,从热、力两个方面验证了模型的可行性,并提取高速切削温度模拟结果与奥氏体临界相变温度进行对比,结合白层物相成分说明了淬硬GCr15钢已加工表面白层是热主导的相变产物。
然后,通过霍普金森压杆实验得到淬硬GCr15钢在不同温度下的屈服强度,采用电子显微探针实验修正了淬硬GCr15钢主要元素摩尔分数。
根据所得淬硬GCr15钢屈服强度与元素摩尔分数,结合经验公式得到相变过程中自由能随温度变化的曲线,建立了切削热作用下的淬硬GCr15钢加工表面马氏体临界相变温度计算模型。
基于临界相变温度计算了切削热作用下白层的理论马氏体分数,将理论马氏体分数与实验测得的白层内马氏体分数进行对比,结果表明马氏体分数理论值高于实验值。
白层中马氏体分数受切削热、力效应共同影响,塑性变形抑制了白层内马氏体相变。
结合TEM实验,分析了不同切削速度以及后刀面磨损量产生的应力应变对白层内马氏体相变的抑制作用。
通过透射电子显微镜实验得到高速干硬切削已加工表面白层TEM暗场照片,根据暗场照片测得已加工表面白层晶粒尺寸,并通过晶粒尺寸计算得到奥氏体形核数量,同时提取不同切削参数下有限元仿真得到的应力、应变能以及切削温度,结合白层形成过程中的奥氏体相变与马氏体相变特征定义了元胞自动机演化规则,建立了二维元胞自动机白层组织演化模型。
高速切削加工
高速切削机理
•
高速切削技术的应用和发展是以高速切削机理为理论基础的。通过对高速加 工中切屑形成机理、切削力、切削热、刀具磨损、表面质量等技术的研究， 也为开发高速机床、高速加工刀具提供了理论指导。 高速切削机理的研究主要有以下几个方面： 1、高速切削过程和切削成形机理的研究对高速切削加工中切屑成形机理、 切削过程的动态模型、基本切削参数等反映切削过程原理的研究，采用科学 实验和计算机模拟仿真两种方法。 2、高速加工基本规律的研究对高速切削加工中的切削力、切削温度、刀具 磨损、刀具耐用度和加工质量等现象及加工参数对这些现象的影响规律进行 研究，提出反映其内在联系的数学模型。 3、各种材料的高速切削机理研究由于不同材料在高速切削中表现出不同的 特性，所以，要研究各种工程材料在高速切削下的切削机理，包括轻金属材 料、钢和铁、复合材料、难加工合金材料等。通过系统的实验研究和分析， 建立高速切削数据库，以便指导生产。 4、高速切削虚拟技术研究在实验研究的基础上，利用虚拟现实和防真技术， 虚拟高速加工过程中刀具和工件相对运动的作用过程，对切屑形成过程进行 动态防真，显示加工过程中的热流、相变、温度及应力分布等，预测被加工 工件的加工质量，研究切削速度、进给量、刀具和材料以及其他切削参数具 2.1涂层刀具 涂层在刀具基体上涂复硬质耐磨金属化合物薄膜以达到提高刀具表面的硬 度和耐磨性的目的。 2.2金属陶瓷刀具 金属陶瓷主要包括高耐磨性能的TiC基硬质合金(TiC+Ni或Mo)、高韧性的 TiC基硬质合金( TiC+TaC+WC)、强韧的TiN基硬质合金和高强韧性的TiCN基 硬质合金(TiCN＋NbC)等。 2.3陶瓷刀具 陶瓷刀具可在υc=200m/min～1000m/min范围内切削软钢、淬硬钢和铸铁 υc=200m/min 1000m/min 等材料。 2.4CBN刀具 CBN刀具是高速精加工或半精加工淬硬钢、冷硬铸铁和高温合金等的理想 对具材料，可以实现“以车代磨”。 2.5PCD刀具 PCD刀具可实现有色金属、非金属耐磨材料的高速加工。 • 2.6性能优异的高速钢和硬质合金复杂刀具 用高性能钴高速钢、粉末冶金高速钢和硬质合金制造的齿轮刀具，可用于 齿轮的高速切削。
低碳加工方法研究——高速干切削技术
科技论 坛
民营 科技２ ０ １ ４年第３ 期
低碳 加工 方法研究
刘飞龙 姜 波
高速 干切 削技术
宋 晓君
（ 北方华安工业集团有限公 司技术部 ， 黑龙 江 齐齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ６ ）
摘 要： 在２ ０ １ ０月举行的全 国人 民代表 大会上 ， 与会代表提 出了低碳概念 ， 作 为机械加工制造厂 家， 发现并使 用低碳２ ） ｕ ． Ｙ － － 技 术是 摆在 面前的难题 ， 因此 ， 现 首先从 可持 续发展 战略的角度 出发 ， 阐述 了高速 干切 削的概念 ， 高速干切 Ｎ￣－ ｘ － 对机 床和刀具性能的要 求 ，
摩擦 加剧 ， 切 削力 增大 。以下就从 机床 、 刀具 和工艺三个 方 面人 工质 量 ， 快速排 出铁屑 ， 使传人刀具和工件 的热量减少 。因此 ， 干 手， 论 述三者 与高速干切 削技术研 究的关 系 ， 为提高切 削技术研 切 削刀具通 常采用较大的前 角和刃倾角 ， 使刀具 与切 屑之间面积 究 打下基础 。 大大减少 。但前角增 大后 ， 刀刃强度会受 到影 响， 因此应采用适宜 １ 高速干切削机床技术 的 Ｔ形刃带 、 加强棱 刀刃等措施来强化刃 口和加强 刀刃强度［ ３ １ ， 使 目前 ， 高速机床 的优越性 能 已经得 到大多 数人 的认可 ， 高速 刀尖和刃 口在较长时间内保持 足够 的强度 。 ． ３ 刀具涂层 的干切削机床更具实际意义 。高速干切削机床和普通高速切 削机 ２ 床相 比在主轴单元 、 进 给单元 和床身设计等方面有更 高的要求ｌ ｌ ｌ 。 采用 在刀面上涂 覆隔热性 好 的硬 涂层 和具有 固体 润滑性 能 １ ． １ 高速干切削机床的主轴 的软涂层 ， 使刀具具有 更高 的切 削温度 。常 用的硬涂 层有 Ｔ ｉ Ｎ、 主轴应 具有较 高的转速 和较高 的刚度 ， 特别 是动 刚度 ， 以适 Ｔ ｉ Ｃ Ｎ和 Ｔ ｉ Ａ １ Ｎ， 其中Ｔ ｉ Ａ １ Ｎ硬涂 层 由于添 加 了 Ａ ｌ 元素 ， 从 而使刀 对高温 、 重载荷 的切 削刃 ， 起到抗 磨损 作 应干切削过程 中切 削力增 大 、 切削振动 增强的影响 ， 因此 ， 通过动 具 的抗氧化性得 到改善 ， 用 。在高速干切削 中常常使用 多层复合涂层刀具 ， 如把硬 涂层和 态优化 设计 的高速大功率 的 电主 轴技术能 有效适合 高速 干切削
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。
高速切削刀具技术.pdf
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
对于钢、铸铁等黑色金属，宜选用陶瓷、金属 陶瓷及立方氮化硼刀具；
对于铝、镁等有色金属，宜选用聚晶金刚石 PCD和化学气相沉积金刚石涂层刀具CVD等刀具材 料。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 特点:
有极高的硬度（10000 HV）和耐磨性，是目前已知的 最硬物质； 刀具切削刃非常锋利，适合于极精密的加工； 具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数，故加工质 量好。 耐热温度可达700℃～800℃。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 能用作刀具材料的金刚石有四类： 天然金刚石 人工合成单晶金刚石 聚晶金刚石 化学气相沉积金刚石涂层刀具
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——天然金刚石
天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石 可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工 领域，如加工微机械的微型零件、光学镜面、导弹和 火箭中的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。
氧化铝在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的五分之一， 因此，氧化铝基陶瓷扩散磨损小，同时它的抗氧化能力强。
但氧化铝基陶瓷的强度、断裂韧性、导热系数和抗热震性 都比较低。
氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅陶瓷刀具 更优越的切削性能。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 氧化铝基陶瓷适于加工各种钢材(碳素结构钢、
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 陶瓷刀具材料主要有两大类： 氧化铝基陶瓷(Al2O3) 氮化硅基陶瓷(Si3N4)
TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能
TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能TiB2增强Al2O3陶瓷刀具的高速干切削摩擦磨损性能分析为了评估TiB2增强Al2O3陶瓷刀具在高速干切削过程中的摩擦磨损性能，进行了一系列实验研究。
实验通过调整不同切削条件和刀具材料组合，对摩擦磨损行为进行了一定程度的控制和观察。
实验结果表明，TiB2增强Al2O3陶瓷刀具在高速干切削过程中表现出了优异的摩擦磨损性能。
与传统刀具相比，其磨损率显著降低，使用寿命明显延长。
同时，切削力和摩擦系数也得到了降低。
通过对磨损表面的观察和分析，发现TiB2增强Al2O3陶瓷刀具具备良好的自润滑特性，能够形成均匀而稳定的摩擦层，有效减小了切削摩擦。
此外，该陶瓷刀具还具有较高的硬度和耐磨性，使其能够承受高速切削过程中的高温和高压。
进一步的实验研究发现，切削参数和刀具材料之间存在一定的相互作用效应。
在一定的切削条件下，TiB2增强Al2O3陶瓷刀具的摩擦磨损性能可被进一步提升。
因此，在实际应用中，可以通过优化切削参数和刀具材料的选择，进一步提高TiB2增强Al2O3陶瓷刀具的高速干切削摩擦磨损性能。
此外，研究还发现TiB2增强Al2O3陶瓷刀具在高速干切削过程中，其摩擦磨损性能与切削速度、切削深度和进给率等切削参数密切相关。
较低的切削速度和切削深度可以减小摩擦磨损，而较高的进给率则会导致磨损速率的增加。
此外，刀具材料的选择也对摩擦磨损性能有重要影响。
TiB2增强Al2O3陶瓷刀具具有较高的硬度和耐磨性，可以有效抵抗切削过程中的磨损，同时还具备优异的热稳定性，在高温环境下能够保持较长的使用寿命。
另外，预处理工艺也是影响TiB2增强Al2O3陶瓷刀具摩擦磨损性能的重要因素之一。
通过合理的预处理方法和工艺参数，可以改善陶瓷刀具的表面光洁度和致密性，从而提高其抗摩擦磨损性能。
最后，TiB2增强Al2O3陶瓷刀具的应用前景广阔。
由于其独特的物理和化学特性，该陶瓷刀具在航空航天、汽车制造、光电子和微电子等领域具有广泛的应用潜力。
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。
额适用于高速干切削技术的刀具涂层的研究现状和发展趋势
额适用于高速干切削技术的刀具涂层的研究现状和发展趋势摘要：在高速加工和干切削技术上发展起来的高速干切削技术，不仅能有效避免切削液对环境的污染，而且还能大幅度的降低生成成本，适应了发展绿色环保制造业的要求。
硬质涂层由于具备高的硬度，耐磨性以及耐高温等特性，已广泛的应用于刀具的处理。
本文主要介绍刀具涂层的研究现状并探讨了适用于高速干切削技术的刀具涂层未来的发展趋势。
关键词：高速干切削；硬质涂层；硬度；耐磨性abstract: in the high speed machining and dry cutting technology on the development of high speed dry cutting technology, can effectively avoid the environment pollution of the cutting coolant, but also greatly reduce the cost of production, to adapt to the development of green manufacturing requirements. hard coating with high hardness, wear resistance and high temperature and other characteristics, has been widely applied in cutting processing. this paper mainly introduces the research status of cutting tool coating and suitable for high speed dry cutting tool coating technology development trend in the future.key words: high speed dry cutting; hard coating; hardness;wear resistance中图分类号：tu7 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）引言：现代工业和社会的发展，对占机械制造业60%工作量的切削加工技术提出了越来越高的要求，不但要高效率，高精度，同时还要求满足经济性和生态性的要求[1]。
高速切削技术在汽车制造中的应用
高速切削技术在汽车制造中的应用一、引子：速度与精度并存你有没有想过，为什么咱们现在开车越来越舒服，发动机越来越安静，甚至整车的精度都那么高？你肯定知道，技术在不断进步。
今天我们聊聊其中一个关键技术——高速切削。
别看这个名字有点生僻，但它其实就是让汽车制造中的各种零件在短时间内完成高精度加工的“幕后英雄”。
有了它，汽车的零件不但精致，制作效率还变得比过去快了好几倍。
说到这里，你肯定会想：“哦，原来是这个意思！”对，没错。
以前汽车的零件要加工，不是说拿刀子一切就行了。
那时候，机械切削就像我们用菜刀切菜一样，速度慢，效率低，切的精度还不够高。
但如今，高速切削技术的出现，彻底改变了这一切。
它通过高转速的刀具，把原本需要很长时间才能做好的事，一下子就给它搞定了，而且还做得精准得很，像雕刻艺术一样，毫不马虎。
二、1、提高效率，减少浪费高速切削技术的一个好处就是能大大提高加工效率。
这种技术不仅能加速零件的生产，还能减少浪费。
你知道的，生产汽车的过程中，零件加工会产生很多废料。
以前那些传统的加工方法，虽然能做出零件，但总是会有一些金属被切割掉，浪费了好多材料。
而高速切削的精度非常高，基本上没有浪费。
刀具转速快，刀口锋利，一下子就能精确切割，材料被最大限度地利用。
是不是很棒？越少浪费，车企的成本就越低，消费者也能更实惠地买到车，简直是双赢局面。
2、制造精度，做到极致再来说说精度。
汽车这么复杂的机器，哪儿哪儿都是精密的零件。
如果加工不精细，车辆的运行稳定性就差。
高速切削恰好解决了这个问题，它能在短时间内加工出高精度的零件。
比如发动机的内部部件，必须非常精密才能保证车子启动时的平稳运行。
高速切削技术通过高转速刀具的精确控制，能把这种微小的误差降到极低，基本上看不出来，像天生的精工细作。
开车时，哪怕是一点小小的误差，都会对整个系统造成影响。
现在有了这种技术，汽车的耐用性大大提高，甚至还降低了维护成本，省心又省钱。
3、提高质量，减少出错除了精度和效率，高速切削还有一个隐藏的优势——减少人为出错。
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题目：高速干切削技术在绿色化工制造中的应用研究学生姓名学号院系专业年级教务处制2013年 11 月摘要在切削加工过程中需要大量使用切削液来进行冷却润滑，此过程不仅提高了加工成本并且带来了环境污染问题。
因此，切削加工的绿色化是制造业可持续性发展的重要方向。
高速干切削技术是在高速加工和干切削技术的基础上发展起来的一项先进制造技术,是绿色制造在金属切削领域的具体实施。
关键词：切削加工, 绿色制造, 高速干切削AbstractIt is inevitable to use a great amount of cutting fluid for cooling and lubricating in the cutting process, this process not only improves the processing cost but also brings many environmental pollution problems.Therefore，the greenization of the machining is the important direction of sustainable development of manufacturing industry. The high-speed dry cutting is an advanced manufacturing technology based on high-speed milling and dry cutting technology, it is the specific implementation of green manufacturing in the field of metal cutting .Key words：cutting process, green manufacturing, high-speed dry cutting1 绪论制造业是创造人类财富的支柱产业,同时制造业也大量消耗人类社会的有限资源,是造成当前环境污染问题的主要根源[1]。
切削加工是化工设备制造技术的主要基础工艺,因此切削加工的绿色化已势在必行。
发展绿色的切削加工技术就是要综合考虑环境影响和资源使用效率,使其对环境的影响极小甚至为零,同时资源消耗也尽可能小,从而使企业经济效益和社会效益协调优化。
近年来,机床和刀具技术以及切削理论的发展大大提高了切削加工的性能，切削加工质量、切削效率、加工成本、能耗以及切削液的使用等都得到了很大改善,高速切削和干切削等先进切削加工技术也得以进入实际应用,这对于实现绿色化工设备制造、实施可持续发展具有非常重要的意义[2]。
切削加工的绿色化是化工制造业可持续发展的重要方向,高速干切削作为一种新型的绿色化工设备制造方式,对其绿色特性及其关键技术进行分析研究意义重大[3]。
2 高速干切削技术的内涵2.1高速干切削技术的产生随着化工机械制造技术的发展，对切削加工提出了越来越高的要求，就是既要向高效率、高精度、自动化的方向发展，同时又要满足加工过程的经济性和生态性的要求。
高速干切削技术正是满足这一要求的先进制造技术。
高速干切削技术采用高效率的数控加工手段来获得高精度的加工结果，同时又限制切削液的使用，消除了因使用切削液而带来的环境污染、危害工人健康、增加制造成本等负面影响，从而实现了绿色生产。
2.2高速干切削的加工优势相比于普通切削，高速干切削的切削力可降低30%左右,特别适合于加工薄壁类的化工零件,并且还能极大地提高切削效率,使单位时间内材料的切除率提高3—5倍。
更为重要的是高速干切削技术不但可以加工出表面质量极高、无微淬火现象的优质工件，而且绝对不存在由于工件内不易触及的槽沟或孔眼里残留切削液而造成锈斑的危险，使制成的工件干净利落、不带任何残渣，从而保证了所加工设备零件的安全使用。
3 高速干切削技术的绿色特性分析3.1面向绿色化工制造的加工过程功能目标及其分解绿色化工制造系统的效益目标是实现经济效益和社会效益的协调优化,对于零件加工过程,具体的功能目标为加工时间T、加工质量Q、生产成本C、资源消耗R和环境影响E。
下图1是对各目标的一种指标分解形式：图1 面向绿色化工制造的加工过程功能目标及其分解3.2切削加工的影响因素影响切削加工的主要因素包括刀具、工件、机床和切削液等，具体如下图2所示：图2 切削加工的主要影响因素通过将切削加工的各种主要影响因素与图1中各个指标进行对比分析,可以得到切削加工的绿色性程度。
因此通过分析高速干切削对切削过程的具体影响,看绿色特性的各个指标是否协调优化即可得出高速干切削的绿色性程度[4]。
3.3高速干切削与传统切削加工的绿色特性指标比较(1)加工时间(效率)指标高速干切削的切削速度远高于常规切削。
采用高速切削技术能使整体加工效率提高几倍乃至十几倍。
传统的切削加工方式为“重切削”方式,每一刀切削排屑量大,切削深度大,但进给速度低;而高速干切削为“轻切削”方式,每一刀切削排屑量小,切削深度小,但切削线速度大,进给速度高,可显著提高工件材料切除率，单位时间内的材料切除率可增加3-6倍,大大提高了加工效率,缩短了生产周期,提高了设备利用率。
(2)加工质量指标对于传统切削，切削液只能从刀头侧面浸入，而不能从刀具的前刀面和后刀面进入刀具与切屑、刀具与工件的接触区。
因此，由于浸入需要时间,所以一般来说切削速度越高,切削液的润滑效果越差。
高速干切削是依靠刀具涂层或微量切削液起到润滑、减少摩擦作用,无论切削速度多快,前后刀面的涂层都始终在接触区内。
所以,高速干切削更容易显示出干切削的优势。
在实际应用高速干切削进行加工时,为了减小切削力、降低切削温度,根据不同的工件材料还可采取某些特殊工艺措施(如激光辅助干切削、液氮冷却干切削、准干切削等),以进一步保证加工质量。
(3)资源消耗指标在干切削加工过程中,直接的加工能耗如加工变形能和摩擦能耗等会增大,这导致切削能耗有所增加。
采用高速加工后,能耗的状况可以得到很大改善。
这是因为传统的切削加工方式为“重切削”方式,切削深度大,但进给速度低,要求机床主轴在低转速时能提供高的扭矩,这就要求较高的电源功耗,从而直接增加了切削的资源消耗。
与“重切削”方式相比,高速切削时良好的资源消耗特性体现在单位功率所切削的切削层材料体积显著增大。
由于切除率高、能耗低,工件在制时间短,提高了能源和设备的利用率,降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例,因此高速切削加工能耗低、节省制造资源的特点符合可持续发展的要求。
高速干切削的另一个也是最重要的优点就是由于不使用或微量使用切削液，从而节省了大量的资源,产生的切屑也更方便回收利用,具有更好的资源特性。
(4)生产成本指标干切削加工中切削液的使用成本太高。
制造业的调查数据显示,切削液的费用及其有关的设备费、能耗费、处理费、人工费、维修费、材料费等加在一起达到全部制造费用的7%-17%,而全部刀具费用仅为总制造费的2%-4%,可见使用切削液的成本已数倍于刀具费用。
同时,由于排放的切削液和带有切削液的固体物被当作有毒材料进行处理,大大增加了切削液的供给、保养和回收处理成本,因此在与切削液有关的总费用中回收处理费用就高达22%。
而采用高速干切削技术后由于不使用或使用最少量的切削液,加工的成本就会大幅度降低。
另一方面,由于在高速干切削过程中,大部分的切削热被切屑和刀具承载,切屑被快速处理掉,而刀具却持续承受切削热和切削力。
因此,高速干切削对刀具材料和工艺的要求很高(要求刀具有很高的红硬性和高温稳定性),使刀具的成本相应有所提高。
此外,在大多数情况下,高速干切削刀具都是针对某种材料的具体工艺要求专门设计制作的,这在一定程度上也增加了刀具的成本。
另外，高速干切削对机床的要求也较高。
首先要求机床配备高速、大功率的主轴单元以及其他辅助装置等以满足高速切削的需要；其次为了避免干切削时在机床加工区产生的较大热量使机床产生热变形、影响工件加工精度和机床工作可靠性,机床需采用热稳定性设计,使用热稳定性好的材料,有时还需要内置循环冷气系统用以提高机床工艺系统的热稳定性；为了便于排屑,干切削机床应尽可能采用立式主轴和倾斜式床身；为防止工作台和其它支承部件上热切屑的堆积和尘埃颗粒飘扬,需采用吸气系统将其吸走并过滤；生灰尘的加工区应和机床的主轴部件及液压、电气系统严加隔离。
这些要求都增加了机床制造的成本。
综上所述,尽管用于高速干切削加工的刀具和机床成本有所增加,但由于节省了大量切削液的使用费用,而且切削速度提高、切削时间缩短、设备利用率提高,所以制造成本还是大幅降低。
(5)环境特性指标高速干切削的环境特性优势主要体现在不使用或使用微量切削液上。
而传统切削方式中切削液的使用会造成以下问题:对生态环境的影响:切削液对生态环境的危害主要是切削加工中产生的切削废液(废油、废液)对水资源的污染。
这些废油、废液不经过有效处理而排放到河、湖、海洋中将会造成严重的水污染；另外,切削加工中使用的切削液或多或少总会残留在切屑上,大量堆积的切屑所带有的切削液会污染土壤,对切屑再生利用时切削液中的有毒有害成分也会污染环境。
对职业健康安全与卫生管理的影响:切削液对人体具有危害,会损害操作者的身体健康；另外切削液的添加剂也具有毒性，从而对人体的皮肤和呼吸器官造成损害。
对生产制造安全性的影响:由于切削液中含有许多添加剂,因此在其使用过程中会导致设备生锈、腐蚀甚至引起火灾等。
回收与处理:传统切削时,切削液与切屑的回收和处理都非常麻烦。
综合以上讨论得到的高速干切削的绿色特性如下图3所示：图3 高速干切削的绿色特性总体分析通过上述分析可知:高速干切削的各个绿色特性指标都得到了协调优化,特别是环境指标得到了很大优化,与传统的切削方式相比,高速干切削技术具有明显的优势,可获得生产效率高、加工质量好、无环境污染等多重技术经济效益,具有很大的发展潜力[5]。
作为一种绿色制造方式,高速干切削技术对可持续发展具有重要意义,是未来切削加工发展的一个趋势。
4 实现高速干切削的关键技术要实现高速干切削技术,就要研究用相关的技术手段在加工过程中替代切削液的润滑、冷却、排屑的功能,以消除因缺少切削液而产生的刀具与工件、切屑之间的摩擦以及由此引起的刀具寿命下降、工件加工质量变差等问题,从而顺利进行干切削加工,达到或超过传统切削加工时的加工质量、生产率,并提高刀具耐用度。
这些可以从包括机床、刀具、工艺等在内的几个方面来实现。
4.1高速干切削的机床技术实行高速干切削技术,从机床技术角度主要考虑:如何使切削热迅速散发;切屑和灰尘如何快速排出；采用不同的工艺方法时辅助设备的安装等问题。