高速切削技术及其应用
《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。
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。
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。
高速切削技术在机械加工中的应用
２２ 月中 科技创新与应用 ０ 年３ （）Ｉ １
高速切 国一重 中兴机械制造分厂 ， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ １４ ） ６０ ２
摘 要： 高速 切 削加 工技 术 （Ｓ ｒ 目前各 项 先 进 制 造技 术 中快 速 发展 且应 用前 景 极 为 广 阔 的 一 项 先进 应 用 技 术 ， 已经 被 广 Ｈ Ｍｎ是 它
泛地 应 用 于汽 车、 空 、 天和 模 具 制造 加 工行 业。 航 航 关键 词 ： 高速切 削 ； 工技 术 加
高速 切 削是 一 个 相 对 的概 念 ， 于不 同 的加 工 方 式 、 同 的工 由 不 ２ ． 切 削 力 降低 ． 削 速 度 的提 高 ， 削 力 随之 减 小 ， 利 于 ．２ ２ 随切 切 有 件材料有不 同的高速切削 ， 很难就高速切削的速度给出一个确切的 对薄壁类 刚性较差工件的切削加工 和降低切削振动， 提高加工表面 定 义 。一 般理 论 趋 向于 主 轴 转速 在 ８０ ｄ ｉ，切 削线 速 度 在 ５０ 质 量 。 ００ ｍ ｎ ０— ７０ ｎ ｍ ｎ以上． ０ ０ｄ ｉ 或者为普通切削速度的 ５ １ 倍 以上 即可视为高速 —０ ２ ＿ 削温度低 ． ． ３切 ２ 在高速切削 时 ， 切屑 以高速排 出 ， 带走 了近 切 削 。 因为 在 这个 转 速 范 围 以上 ，对 机 床 的 主轴 结 构 、进 给 驱 动 、 ９ ％的切 削热 ， 大 地 减 少 了工 件 的热 应 力 和 热 变 形 ， 以得 到 性 ０ 大 可 Ｃ Ｃ系 统 以及 刀 具 材 料 、 具 结构 等都 提 出 了特 殊 的要 求 ， 要 开 能 稳 定 的加 工 表 面 。 Ｎ 刀 需 发 新 的技 术 。 ２２ 实现 以车 代磨 ． 速切 削 可 以利 用 高性 能 刀具 材 料 对 硬 度 ．４ ． 高 高 速 切 削 加 工 技 术 （ｉｈ Ｓｅｄ Ｍａｈｎｎ ｅ・ ｏ ｇ） 理 念 Ｈ Ｃ ５ ～ Ｒ ６ Ｈ ｇ ｐｅ ｃｉｉ Ｔ（ｎｌ ｙ的 ｇ ｈ ｏ Ｒ ４ Ｈ Ｃ ５的淬 硬 工 件 进行 切 削 ， 现 以 车代 磨 加 工 ， 到低 实 得 最 初是 由德 国 的 Ｓ ｌ ｏ 博 士 于 １３ 年 正式 提 出 的 ， 用 大 直 径 圆 加 工 硬化 和 低残 余 应 力 的稳 定 表 面 。 ａｍｎ ｏ ９１ 他 锯 片 对 铝 、 等 合 金 材 料 进 行 了大 量 铣 削 试 验 并 发 现 ： 切 削 速 度 铜 随 ３高 速 切削 的关键 技术 的不断增加 ， 切削温度在上升到一定 的峰值后 ， 会逐渐下降． 这个温 ３１高速 切 削机 床 ． 度 峰值 所 对 应 的切 削 速度 被 金 属切 削 加 工界 称 为 临 界切 削 速度 。 由 高速 切 削机 床 相 当 大部 分 是 多轴 联 动 数 控机 床 ， 同时 又 常是 精 于此 时刀 具难 以承 受切 削 高 温 的 作用 ， 切削 速 度 区 域 被学 者 们 称 密机 床 。高速 切 削 对机 床有 很 高 的要 求 ， 要 求 机床 具 有 很 高 的进 此 在 为 “ 区” ａ ｍ ｎ博 士 利 用 他 的 切 削 实 验 数 据 提 出 了可 以在 “ 死 。Ｓｌ ｏ ｏ 死 给 速度 和 加 速度 的同 时 ， 还要 求 机 床具 有 高 精 度 和高 的静 、 刚 度 ， 动 区 ” 外 的更 高 速 区对 材 料进 行 高 速切 削 的 高速 切 削 理论 ． 以 以适 应 粗 精 加 工 、 重 切削 和 快 速 移 动 ， 时 保 证 高 精 度 （ 位 精 轻 同 定 由于这一高速切削加工理论 的具 体实施 条件诸 如高速 回转的 度 ± ．０ ｍｍ） ００ ５ 。 主轴 、 耐高 温 的 刀具 材 料 等 基本 条 件 在此 后 的很 长 一 段 时 间 内并 没 ３２高 速 主轴 驱 动 系统 ． 有很 好 得 到 解 决 ， 以 ； 速 切 削加 工 技 术 一 直 没 能得 到快 速 发 展 。 所 高 高速主轴驱动系统是高速切削技朱最重要 的关键技术之一 ， 要 些 工 业 发 达 国家 通 过 对 高 速 切 削 加 工理 论 的研 究 和关 键技 术 的 想达到 １ｍｓ ０ ／ 的切削速度 ， 直径 １０ ｍ的端铣刀需要机床主轴达到 ０ｒ ａ 探 索 ， 楚 地 意识 到 它 在今 后 日益剧 烈 的市 场 竞 争 中 的 巨大 发 展潜 ２０ ｒ ｉ 清 ００／ ｎ的高转速 ， ｍ 若采用直径 １ｍｍ的立铣刀来 铣削 ， ０ 机床主轴 力， 相继进行先期投资 ， 做了大量实验研究工作 。 高速切削加工技术 转 速 需 要 达 到 ２ ００／ ｉ．目前 机 床 主 轴 转 速 在 １００ ３０ ０／ ｉ ００ｒ ｎ ａ ｒ ５０ ～０ ０ｒ ｎ ａ ｒ 的发 展 经历 了高 速 切削 的理 论 探 索 、 应用 探 索 、 步 应用 、 成 熟 的 水平 的数控 加 工 中心 已成 为普 及 型 的机 床 ， 轴转 速 在 １００ ～ ５ 初 较 主 ００ ０ １０ 应 用 ４ 发 展 阶段 。 个 如今 随 着 在刀 具 和机 床 设 备等 关 键 技术 领 域 的 ００／ ｉ 加工 中心 已进人 生产 应 用 阶段 ， 高 转 速 的 主轴 系 统 已 ０ｒ ｎ的 ａ ｒ 更 突破 性进 展 ，高速 切 削 加 工 技术 在 工 业 发 达 国家 得 到普遍 应 用 ， 正 在研 发 之 中 。 成 为 切 削加 工 的 主 流技 术 。 在极 高 的 主轴 转 速 下 ， 轴零 件 在 巨大 离心 力 作 用 下将 会 产 生 主 ｌ高 速 切 削 的 内涵 变形并引起振动 ， 主轴轴承及驱动电机会产生大量 的摩擦热 ， 传统 高速切削加工不仅是一个技术指标 ， 而且是一个经济指标。也 的主 轴 结构 概 念 己经 不 能适 应 极 高转 速 条件 下 主轴 的工作 要 求 。目 就 是 说 ， 不仅 仅是 一 个 技 术 上 可 实 现 的 切 削 速 度 且 是 一 个 由 前 生 产 的高 速 切 削数 控 加 工 中心 ， 它 ． 而 主轴 结 构 几乎 全 部 是 交 流变 频 电 此 可 获得 较 大 经济 效 益 的 指标 ， 没有 经 济 效 益 的 高速 切 削 是 役 有工 机 直 接 驱 动 的 电主 轴 ， 电机 功 率 高 达 ２ ０Ｗ ， ０ ８ ｋ 以满 足 主 轴 极 大 的 程 意 义 的 。 目前 定 位 的经 济 效 益指 标 是 ： 证 加 工 精度 、 工 质量 启动角加速度和快速准停 的需要； 在保 加 电主轴的回转支 承 目前主要采用 的前 提 下 ， 通 常 切 削 速 度 加 工 的 加 工 时 间减 少 ７ ％， 将 Ｏ 同时 将 加 工 液 体 动 、 轴 承 、 气轴 承 、 静压 空 陶瓷 轴 承 和磁 力 悬 浮 轴 承 ， 油 、 采用 气 费 用减 少 ５ ％， ０ 以此 衡 量切 削 速度 的合 理性 。 强 制 润 滑冷 却技 术 。 ２ 高 高速 切 削 加 工 的特 点及 优 越 性 ３ 高速 进 给 系统 ． ３ ２１高 速切 削加 工 的工 艺 特 点 ． 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 ，
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．
高速切削技术在精密零件加工中的应用
小， 提高了加工零件的精度。
例如 ：可将径 向和轴向的切削深度减少到 以前 的切 削深 度 的三 分 之一 ，并 将 主 轴 速度 和进 刀 速 度
高速加工随着刀具转速 的增加 ，使得刀具与工 增加到控制 系统和刀具所允许 的高速度。高速切削 件 、切 屑摩 擦 力 和 挤压 力 的增 加 ，从 而 使 切 屑 与 刀 的处理方式 给模具制造带来 的好处主要体现在 以下
高速切削不是靠单纯地提高主轴转速和进给速
用， 是因为其相对传统加工具有显著的优越性 。高速 度来提高现有工艺的加工效率 ，而是彻底改变切削 切 削 与传 统 切 削 工艺 相 比 ，最 明显 的是 切 屑 的形 成 路 径 ，降低 刀 具 上所 承受 的轴 向和径 向切 削 力 从 而
过程 发 生 变 化 ， 剪 切 面 的减 小 和剪 切 角 的增 大 ， 使 得 工 件 的 塑性 变 形 区域 减 少 ，工 件 的变 形 量 也 相应 减 形 成更 为有 效 的铣 削方 式 。
具、 工 件 与 刀具 接 触 面 的 温度 增 加 ， 最 明显 的 区域 就 在 于切 屑 与 前 刀 面 的接 触 区域 ，这 个 区域 的温 度 会
的需求大大推动了高速加工的应用。在飞机零件 中，
有大量 的薄壁零件 ， 如翼肋 、 长桁 、 框等 ， 由于它们具 很高 ， 甚至可以使加工材料达到熔融状态 ， 而一旦这 有 很 薄 的壁 和 筋 ， 因此 在 加 工 中 ， 金属 的被 切 除率 很 个 区域 呈 现 熔 融状 态 ，反 而起 到 了润 滑 和 减 小摩 擦
分 析 和研 究 ，以期 为 精 密零 件 加 工 工艺 方 案 制 定 提
供相关参考对策 。
图 １ 刀 具 剪 切 角 与 工 件 塑 性 变 形 区 变 化 对 比
高速切削技术在模具制造中的应用与研究
高速切削加工技术 是先进的制造技术 ，有广阔的应用前景。用 高 速切 削加工代替Ｅ Ｍ （ 大部分 代替 ） Ｄ 或 是加快 模具开发 速度 ，实现 工艺换代的重大举措。将高速切削加工技术应用于模具制造业 ，不但 可 以大幅度提高机械加工的效 率、质量 ，降低成本 ，而且可以带动 一 系列高新技术产 业的发展 。
参考文献 【】周 艳芳 ． １ 浅谈 高速切 削技 术 的应 用［． ） 科技 信息 ，２０ （ ］ ０９２ ） ［］汤 中奇 ，林宋，等． ２ 难加工材料在高速切削时切屑变形试验研究田
现 代制造 工程 ．２０ （ ０９２ ）
作者简介 苑妮 （ ９２ １８ －）．女。主要从事模具的制造与开发。
民主是个好 东西 ， 干部 、党员、班级成员的评议小组实行民主 班 评议的优良传统 不能丢 ，但要 把握好 “ 度” ，不能滥用民主。民主使
评议过程沐 浴在 “ 阳光 ”下 ，因为 “ 阳光是最好的防腐剂” 。
参考文献 『］ 教 育部 ，财政 部 关于认 真做 好 高等 学校 家庭 经 济 困难 学 生认 定 １ １
面硬化 。另外 ，高速切 削加工 可 图Ｉ 基于高 速切削的 模具 制造系 统 使用小直径的刀具 ，对模具更小的圆角半径及模具细节加工 ，节省部
高速切削技术及其在飞机结构件加工中的应用
Ｉ
●设 计 与 工 艺
对 于 单 面 结 构 的零 件 ， 艺 路 线 比较 简 单 ， ： 工 即 粗加 工一 精加 工 （ 半 可省 略 ） 精 加工 。 一 航 空产 品 中 ， 多数 零 件 都具 有 双 面 结构 ， 大 对这
６ 对 镶 齿刀具 ，必须要 有 高精 度刀 片座 和 可靠 ）
５ ）可进 行硬 切削 ： ６ 减 少 毛边 ： ）
和 大棵 中广泛 地 采 用高 速 切 削技 术 ，使 生 产效教练机 ２ １ ．Ｏ． Ｉ２ ０ １Ｎ ２ ５
目前 。国际上 在 高速 切 削理 论 研究 方 面 虽取 得
１ 在 航 空 航 天 中 。 了最 大 限度 地 减 重 和 满 足 ） 为
少 刀 具磨损 ， 高零件 的表 面质 量 。 提 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 ．相 对 常 规切 削速 度 下 数 控加 工 来说 是 整个 工 艺观 念 的转 变 ，不 能 简单 化 地 更 改 切 削参 数 来实 现 。根 据航 空 产 品 的材料 和结 构 特点 ， 要实 现 高速加 工 ， 须考 虑下 列关 键技术 ： 必 １ 高 速 切 削机 床 具有 高 主轴 转 速 、 ） 高动 态 的进 给驱 动 ， 的功 率 ， 轴 和床 身 良好 的刚 性 ， 良 的 大 主 优 吸振 特性 和隔 热性能 ， 速 的 Ｃ Ｃ控 制性 能 ， 快 Ｎ 可靠 的
方 案 Ａ适合 “ 面” 构 简单 ，正 面 ” 加 ＿ 后 ， 正 结 “ 精 ［
对 “ 面” 工 的 装夹 定 位没 有 影 响 的零 件 ， 壁板 ； 反 加 如
切 入切 出过 程 的温 度变 化 ， 生热 疲 劳 。 产 降低 刀具 寿
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。
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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高速切削技术及其应用
齐齐哈尔工程学院吕世伟任瑞新邹子军孙留洋
【关键词】高速切削高速切削技术应用
前言
机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造方向发展。
机械加工技术中，切削加工是应用最广泛加工方法。
近年来，高速切削技术蓬勃发展，已成为切削加工主流和先进制造技术一个重要发展方向。
一、高速切削加工的含义
高速切削理论由德国物理学家Carl.J.Salomon在上世纪三十年代初提出的。
他通过大量的实验研究得出结论：在正常的切削速度范围内，切削速度如果提高，会导致切削温度上升，从而加剧了切削刀具的磨损；然而，当切削速度提高到某一定值后，只要超过这个拐点，随着切削速度提高，切削温度就不会升高，反而会下降，因此只要切削速度足够高，就可以很好的解决切削温度过高而造成刀具磨损不利于切削的问题，获得良好的加工效益。
随着制造工业的发展，这一理论逐渐被重视，并吸引了众多研究目光，在此理论基础上逐渐形成了高速切削技术研究领域，高速切削加工技术在发达国家的研究相对较早，经历了理论基础研究、应用基础研究以及应用研究和发展应用，目前已经在一些领域进入实质应用阶段。
二、高速切削加工的优越性
由于切削速度的大幅度提高，高速切削加工技术不仅提高了
切削加工的生产率，和常规切削相比还具有一些明显的优越性：第一、切削力小：在高速铣削加工中,采用小切削量、高切削速度的切削形式,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。
既减轻刀具磨损，又有效控制了加工系统的振动，有利于提高加工精度。
第二、材料切除率高:采用高速切削，切削速度和进给速度都大幅度提高，相同时间内的材料切除率也相应大大提高。
从而大大提高了加工效率。
第三、工件热变形小:在高速切削时，大部分的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，因此加工表面的受热时间短，不会由于温升导致热变形，有利于提高表面精度，加工表面的物理力学性能也比普通加工方法要好。
第四、加工精度高:高速切削通常进给量也比较小，使加工表面的粗糙度大大降低，同时由于切削力小于常规切削，加工系统的振动降低，加工过程更平稳，因此能获得良好的表明质量，可实现高精度、低粗糙度加工。
第五、绿色环保：高速切削时，工件的加工时间缩短，能源和设备的利用率提高了，加工效率高，加工能耗低，同时由于高速切削可以实现干式切削，减少甚至不用切削液，减少污染和能耗。
三、高速切削技术的发展
我国高速切削加工技术研究起步较晚，比国外迟了好几十年，直到国外的高速加工技术从实验室走向大规模工业生产，我国的科研机构才开始涉足该领域的研究。
上世纪八十年代，山东大学切削加工研究组结合陶瓷刀具材料的研究，比较系统的研究了A12O3基陶瓷刀具高速硬切削的切削力、切削温度、刀具磨损和破裂、加工表面质量等问题，并建立了有关切削力、切削温度模型。
上海交大在研究高速切削硬铝合金时发现了切削温度和
切削力的动态关系，只有切削速度超过720m/min时，切削温度和切削力才明显的降低。
南京航空航天大学进行了高速切削机理、高速切削力的研究而且完善优化了Won-soo Yun瞬态切削力模型。
西北工业大学联合相关的工厂开创了钛合金等难加工材料高速切削研究的先河，系统的研究了薄壁件高速铣削精度控制、不同刀具材料和工件材料的合理配伍、高速切削中切削参数的优化和铣削数据库等。
华中科技大学在高速数控系统的研制方面取得了突破性的进展，成功的开发出了完全自主知识产权的五轴五联动高速数控系统，打破了欧美国家在该领域的垄断。
高速切削发展趋势和未来研究方向归纳起来主要有：a.新一代高速大功率机床的开发与研制；b.高速切削动态特性及稳定性的研究；c.高速切削机理的深入研究；d.新一代抗热振性好、耐磨性好、寿命长的刀具材料的研制及适宜于高速切削的刀具结构的研究；e.进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围；f.开发适用于高速切削加工状态的监控技术；g.建立高速切削数据库，开发适于高速切削加工的编程技术以进一步推广高速切削加工技术；h.基于高速切削工艺，开发推广干式（准干式）切削绿色制造技术；i.基于高速切削，开发推广高能加工技术。
四、高速切削刀具材料
高速切削正是由于刀具材料的不断发展进步而逐渐发展成熟起来的。
近30年来世界各工业发达国家都在大力发展能适应高速切削条件的先进切削刀具。
目前国内外用于高速切削的TiC(N)基硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具、金刚石和CBN刀具各有优点，适应不同的工件材料和不同的切削速度范围。
预计今后涂层刀具的应用范围将会进一步扩大：在资源、价格和性能等方面，陶瓷刀具具有很大的优势，尤其是其资源优势，因其主要
成分在自然界是取之不尽的，因此，陶瓷刀具将会得到更大的发展：超硬刀具的应用将会越来越广泛。
随着技术的发展，对工程材料提出了愈来愈高的要求，各种高强度、高硬度、耐腐蚀和耐高温的工程材料愈来愈多地被采用。
因此，高速切削刀具材料的发展应能适应难加工材料和新型材料加工的需要。
同时，由于可持续发展的要求，要求切削时不污染环境，因此，能适应高速干切削的刀具材料将会得到进一步发展。
总之，具有“三高”(即：高可靠性、高强度、高抗热震性)性能刀具材料的研究开发将是今后高速切削刀具材料研究开发的重点。
纳米复合与涂层、梯度功能和多种增韧补强机制协同作用的刀具材料的设计与开发将是高速切削刀具研究发展的方向。
五、高速切削技术的应用
目前国际上高速切削加工技术主要应用于汽车工业、模具行业、航空航天行业，尤其是在加工复杂曲面的领域、工件本身或刀具系统刚性要求较高的加工领域，显示了强大的功能。
国内高速切削加工技术的研究与应用始于20世纪90年代，应用于模具、航空航天和汽车工业。
高速切削技术是一门可以和数理统计等学科相互结合的现代制造技术。
比如运用四因素、三水平的正交试验，对高速加工得到的表面粗糙度进行了系统的研究。
通过对正交试验所得数据的极差分析，高速加工铝合金材料LY12时，影响高速加工表面粗糙度因素的主次顺序为：冷却方式→主轴转速→进给速度→切削深度。
同时对该材料进行了单因素试验，分别得出了表面粗糙度同切削参数（主轴转速、进给速度、轴向切深）之间的定量关系，推导出了表面粗糙度的经验公式。
对于高速切削过程，由于实际条件的限制，可以通过abaqus、
ansys等软件进行建模可以进一步的研究高速切削技术的切削过程。
如通过深入研究有限元建模过程中有限元模型的建立、材料本构关系、切屑分离准则、材料失效准则、切削热动态耗散与热传导等关键技术。
可以采用热力耦合分析和绝热分析对钛合金Ti6Al4V 的加工过程进行正交切削有限元模拟。
通过有限元建模，可以获得切削过程中的应力分布、温度分布、切削力曲线。
另一方面，通过高速切削技术和虚拟技术相结合等方式可以降低高速切削技术的成本，同时提高高速切削技术的可观性和可行性。
结束语
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一。
它会随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。
但也应清醒的看到。
高速切削技术自身也存在着一些亟待解决的问题，这些都在一定程度上制约和阻碍了高速切削技术的发展，我们需要找准问题所在，认真研究并真正加以解决。
因此未来高速切削理论的研究应向高速加工基本规律、高速切削过程和切削成形机理以及高速切削虚拟技术等方面进行深入发展。
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