高速切削技术综述

高速切削技术综述

机制092 刘维娟 201090403

摘要：介绍高速切削技术的兴起和发展现状，高速切削的速度范围，高速切削的主要关键技术，高速切削的展望。

关键词：高速切削技术; 发展现状；主要关键技术；发展趋势

Summary of High Speed Cutting Technology Abstract：In this paper, the rise , development current situation ,extent of speed ,main critical technology , development trend of high speed cutting technology are introduced.

Keywords：High speed cutting technology ; Development current situation; Main critical technology ; Development trend

高速切削的兴起和发展现状

高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工，因此有时也成为超高速切削（Ultra-High Speed Machining）。

高速切削是20世纪20年代末德国的切削物理学家萨洛蒙（Carl Salomon）提出来的，在1931年4月发表了著名的超高速切削理论。他指出：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。对于每一种工件材料，存在一个速度范围，在这个范围内由于切削温度太高，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，但是当切削速度再增大，超过这个速度范围以后，切削温度反而降低，同时切削力也会大幅下降。

德国在1984年组织了以Darmstadt工业大学的生产工程与机床研究所（PTW）为首的等机构，全面而系统的研究超高速切削机床、刀具、控制系统以及相关的工艺技术，取得了国际公认的高水平研究成果，并在德国工厂内广泛应用，获得了良好的经济效益。

1979年美国防卫高技术研究总署（DARPA）发起了“先进加工研究计划”（Advanced Machining Research Program）研究切削速度比塑性波还要快的超高速切削，为快速切削金属材料提供科学依据，并取得丰硕成果。

20世纪60 年代日本着手超高速切削机理研究，吸取了各国研究成果，现已跃居世界领先地位。

我国的高速切削技术进入20世纪90年代以来已普遍引起关注。现在高速切削技术日趋成熟。目前全国大约有300多万台机床，大部分还是通用机床，数控机床包括经济型在内大致占10%左右，在航空、航天、汽车、模具、机床和工程高速切削的速度范围

一根据切削速度

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者超高速切削。

（1）按不同的加工工艺划定超高速切削范围。

车削700～7000m/min，铣削300～6000m/min，钻削200～1100m/min，拉削30～75m/min铰削20～500m/min，磨削5000～10000m/min。

（2）按加工不同的材料划定超高速切削范围。（1ft=0.3048m）

对端铣和钻削而言，灰铸铁1200ft/min,球墨铸铁800ft/min,碳钢1200ft/min,

合金钢800ft/min,不锈钢500ft/min,淬硬钢400ft/min,钛合金200ft/min.

对平面铣和曲面铣而言，灰铸铁1000ft/min,球墨铸铁3000ft/min,碳钢2000ft/min,合金钢1200ft/min,不锈钢900ft/min,淬硬钢150~600ft/min,钛合金300ft/min.

二根据机床主轴转速、功率等标准划分。

（1）按照主轴的Dn值换分（主轴轴颈和主轴能达到的最高转速的乘积）。

高速切削的Dn值一般为500 000~2 000 000

（2）按照主轴的功率P与转速n之间的关系来划分。（1hp=745.700）

100hp时，为10 000r/min以上（即P/n为0.01）;75hp为15 000r/min以上（即P/n为0.005）;40hp为30 000r/min以上（即P/n为0.0013）;15hp为60 000r/min 以上（即P/n为0.001）。

（3）对加工中心来说按主轴锥孔大小来划分。

采用ISO刀具标准，50号锥—10 000~20 000r/min，40号锥—20 000~ 40 000r/min，30号锥—25 000~40 000r/min，HSK锥—20 000~40 000r/min,

KM锥—35 000r/min以上。

（4）根据ISO—1940,主轴要达到规定的平衡标准，主轴速度约为8000r/min，也就是说，主轴的转速至少要8000r/min。

高速切削的关键技术

一高速切削的研究机理的研究

（1）高速切削过程和切屑成形机理的研究。

对高速切削过程中切屑成形机理、切屑过程的动态模型、基本切削参数等反映切削过程原理的研究。

（2）告诉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的研究。

（3）各种材料的高速切削机理研究。

由于不同的材料在高速切削中表现不同的特性，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、钢和铁、复合材料、难加工合金材料等。通过研究和分析，建立告诉切削数据库，以便指导生产。

（4）高速切削虚拟技术的研究。

在实验研究的基础上，利用虚拟和仿真技术，虚拟告诉切削加工中刀具和工件的相对运动的作用过程来预测被加工工件的质量、进给量等对加工的影响。

二高速切削刀具

高速切削技术的关键是高速切削刀具，高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。高速切削的切削速度很快,加工线速度主要受刀具限制,在目前机床所能达到的高速范围内,速度越高,刀具的磨损越快。因此,高速切削对刀具材料提出了更高的要求,除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外,还应突出表现在高速切削刀具具备更高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及更高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削的刀具材料包括钛基硬质合金、涂层刀、陶瓷、聚晶立方氮化硼、具及金刚石等。

（1）硬质合金刀具硬质合金刀具有极高的抗压强度，其材料性能全面提高钛基硬质合金刀具的硬度，硬度、强度、韧性和抗崩刃性都能得到明显提高，抗月牙洼磨损和抗粘结能力也明显增强。