高速切削加工技术

机电工程学院

题目：高速切削加工技术

专业：机械设计制造及其自动化班级：

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日期：2013-10-08

高速切削加工

关键词：高速切削刀具，高速切削加工工艺，高速主轴

一.概念

高速切削是一个相对概念，高速切削通常指比常规切削速度和进给速度高出5～10倍的切削加工，有时也称为超高速切削。也有将主轴转速达到10000r/min～60000r/min，快速进给速度40m/min以上，平均进给速度10m/min以上，加速度大于1g的切削加工定义为高速切削。

高速切削概念起源于德国切削物理学家Carl Salmon的著名切削试验及其物理引伸。他认为一定的工件材料对应有一个临界切削速度，其切削温度最高。在常规切削范围内。切削温度随着切削速度的增大而提高，但当切削速度提高到一定的程度时。切削温度不但不升高反而会降低。对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。即切削加工不可能进行，称该区为“死谷”。因此。只有越过“死谷”才可用现有的刀具进行高速切削。所以高速切削是一个相对概念。

二.基本原理

高速切削的基本原理是在低负荷状态下切削，通过提高主轴转速，减少切削深度，加大进给速度的方法，最大限度地减少切削热的产生，而较低的切削深度又能使铣刀端齿全部参与切削，而在这种情况下则利于切屑的排出，大部分切削热可通过切屑带走，有文献报道，在低负荷状态下切削，约有90%的切削热会通过切屑带走，从而有效解决切削热变形及振动的问题，而且在切削效率以及刀具使用寿命上也会有很大的提升。

高速切削加工工艺和常规切削加工工艺有很大的不同。常规切削认为高效率应由低转速、大切深、缓进给、单行程等要素决定。而高速切削则追求高转速、中切深、快进给、多行程等要素实现高效率。在高速切削加工中，必须对切削用量参数进行合理的选择，其中包括刀具接近工件的方向、接近角度、移动的方向和切削过程等。工艺路径的拟定是制定加工工艺的总体布局，目前主要考虑是如何选择各个表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序等。拟定工艺路径时，先确定各个表面的加工方法，根据零件的实际情况保证加工精度与表面质量，再根据最优化原则，确定最短的走刀路线和最少的换刀次数，以减少加工辅助时间。当然切削刀具的选择也是加工工艺必须的程序。切削刀具现状已由传统的切削工具时代过渡到了高效率、高精度、高可靠性和专用化的数控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃。而选用合理的切削刀具，即在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具

的耐用度，从而达到提高切削效率，节约时间，提高加工效率的目的，以满足高速切削加工的需求。在高速切削加工中会产生大量的高温热，切削必须及时的将它从工作台上清楚掉，避免使机床、刀具和工件产生热变型。合理的选择冷却润滑方式是保证加工质量的先决定条件。由于在高速切削加工时常规的冷却液很难进入加工区域，所以，目前干切削和微量油雾冷却是在高速加工过程中使用较多的工艺方法。

高速切削速度较之常规切削速度几乎高出一个数量级，其切削机制异于常规切削。由于切削机制的改变，使得高速切削技术具有如下特点：

a) 切削力小：由于切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力减少，切削变形减小，从而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，特别适合于加工薄壁类刚性差的工件，如飞机上的机翼壁板等。

b) 工件热变形小：在高速切削时，90%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件积累热量少，所以工件温升不会超过3℃，基本保持冷态，不会由于温升导致热变形，特别适合于加工细长易热变的工件。

c) 材料切除率高：随切削速度的提高，进给速度也相应提高5倍～10倍，单位时间内的材料切除率可达常规切削的3倍～6倍，适用于材料切除率要求大的场合，在航空航天、汽车和模具制造等领域，高速切削技术已成为加工整体构件最理想的制造技术。

d) 工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工：在高速切削时，机床的激振频率很高，远远超出了“机床—刀具—工件”工艺系统的固有频率范围（50Hz～300Hz），使得加工过程平稳，振动小，可实现高精度、低粗糙度加工。高速切削加工获得的表面质量常可达磨削水平，因此常可省去铣削后的精加工工序。

e) 可加工难加工材料：难加工材料如高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料和耐磨铸铁等的切削加工不仅切削效率低，而且刀具寿命短。高速切削时，由于切削力小，切屑变形阻力小，刀具磨损小，故可加工一些难加工材料。

f) 高速干切削可以实现加工过程的绿色制造：高速干切削就是在切削加工过程中不使用任何切削液的工艺方法，是对传统切削方式的一种技术创新。它相对于湿切削而言，是一种从源头上控制污染的绿色切削和清洁制造工艺，它消除了切削液的使用对外部系统造成的负面影响。

三.现有技术

高速切削技术的发展经历了高速切削的理论探索阶段、高速切削应用探索阶段、高速切削的初步应用阶段、高速切削的较成熟阶段等

四个阶段，现已在生产中得到推广应用。特别是20世纪80年代以来各工业发达国家相继投入大量人力、财力，研究开发高速切削技术及相关技术，发展迅速。国外近几年来高速加工机床发展迅速，美国、法国、德国、日本、瑞士、英国、加拿大、意大利等国家相继开发了各自的高速切削机床。高速切削在国内的研究及应用起步较晚，高速机床的高档数控系统和开放式数控系统正在深入研究中，但目前主要还是依赖进口。目前国内正逐步开始推广应用高速切削技术，主要是应用在航空航天、模具和汽车工业，加工铝合金和铸铁较多，但采用的刀具以进口为主。

目前对铝合金的高速切削机理研究，已取得了较为成熟的结论，并已用于指导铝合金的高速切削生产实践。但对黑色金属及难加工材料的高速切削加工机理研究尚在探索阶段，其高速切削工艺规范还很不完善，是目前高速切削生产中的难点，也是切削加工领域研究的焦点。另外，高速切削已进入铰孔、攻丝等的应用中，其机理也都在不断研究之中。就目前而言，对高速切削时的切削力、切削温度、刀具磨损与刀具寿命、加工表面质量与加工精度的变化规律还需要做更加深入的研究和探讨。

四.发展趋势

高效率、高精度、高柔性和绿色化是机械加工领域的发展趋势。高速切削加工技术必将沿着安全、清洁生产和降低制造成本的方向继续发展，而成为21世纪切削技术的主流。

刀具材料对进一步发展高速切削技术具有决定性的意义。现有高速切削刀具材料陶瓷刀具、金属陶瓷、涂层刀具和超细硬质合金刀具等仍将起主导作用，并将得到新的发展。进一步发展新型高温力学性能和高抗热震性能的高可靠性的刀具材料(包括自润滑刀具材料)，特别是为加工超级合金和高性能新型工程材料和高速干切削的刀具材料是发展的重点。

在发展高速切削加工技术领域，开发高效复合切削技术和高性能切削技术及其多功能与专用刀具，是提高切削效率和加工质量十分有效的方法之一。高速切削过程的机床、刀具和工件质量的智能监控技术将得到更加重视和发展。

参考文献

[1] 舒尔茨著，高速加工发展概况，机械制造与自动化

[2] 艾兴，高速切削加工技术，国防工业出版社

[3] 高速切削加工技术，/view/4683346.htm