高速切削加工技术的现状和发展
高速切削加工技术的现状和发展(1)
中国工程院院士、山东大学艾兴教授
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10um到0.1um。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。
高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。
不同材料的高速切削加工速度范围
高速切削技术在国内起步较晚，20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切削淬硬钢并在生产中应用，其后引起对高速切削加工的普遍关注，目前主要还是以高速钢、硬质合金刀具为主，硬质合金刀具切削速度≤100～200m/min，高速钢刀具在40m/min以内。但在汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济效益。
二、高速切削加工理论基础
(1) 切屑形成特征
不同材料在不同状态下的切屑形态:
(a) 供货状态，切削速度127.2m/min （b）硬度325HB，切削速度125.5m/min
连续带状切屑（D.LEE）锯齿状切屑
(c)硬度325HB，切削速度250m/min
锯齿状切屑(d)硬度325HB，切削速度2600m/min
即将分离的锯齿状切屑
高速切削不同状态AISI4340钢（40CrNiMoA）时的切屑形态
（纵截面微观照片）（（b）、（c）、（d）从komarduri）
切削渗碳淬硬20CrMnTi钢（HRC60～62）
在100～110m/min时的切屑形貌
工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起主要作用，其中工件材料及其性能有决定性的影响。一般低硬度和高热物理性能KρC（导热性K、密度ρ和比热容C的乘积）的工件材料如铝合金、低碳钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围内容易形成连续带状切屑。
硬度较高和低热物理特性KρC的工件材料，如热处理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在很宽的切削速度范围均形成锯齿状切屑，随切削速度的提高，锯齿化程度增高，直至形成分离的单元切屑。
(2) 切削力学
图中Fs为剪切力，Fm为高速切削时切屑动量改变所需的作用力；Ff为作用在后刀面上的摩擦力。
直角切削时剪切角和前刀面受力简图
剪切角φ和摩擦系数μ（＝tgβ）的关系可用Merchant公式估算
实验证明在高速切削时计算的φ角与测量的结果有良好的一致性
高速切削4340钢（40CrNiMoA）时剪切角φ的计算值与测量值的比较（Recht）
在高速切削范围内，随切削速度提高，摩擦系数减少，剪切角φ增大，切削力降低。
Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45＃钢时的切削力
（3）切削热和切削温度
切削时的热量主要来自剪切变形功、刀－屑和刀－工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工件和刀具
传出去，周围介质传出小于1％。
切削时热的产生与传出
立铣铝合金时，流入各部分的切削热量
Al2O3基陶瓷刀具端铣淬硬钢T10A（HRC58～65）时的切削温度
切削速度对切削温度的影响试验结果。随切削速度的提高，开始切削温度升高很快，但达到一定速度后，
切削温度的升高逐渐缓慢，甚至很少升高。
(4)表面粗糙度随V增加，加工表面粗糙度有所减少。实验用的ACE－V500加工中心最高转数为
10000r/min，其一段和二阶固有频率分别为50Hz（3000r/min）和113Hz（6780r/min）。
涂层立铣刀铣削沟槽时转速对加工粗糙度的影响
高速切削加工技术的现状和发展(2)
中国工程院院士、山东大学艾兴教授
三、高速切削刀具材料
(1) 高速切削刀具材料
?金刚石
?天然金刚石
?聚晶金刚石(PCD)
?人工合成单晶金刚石
?金刚石涂层
?立方氮化硼(PCBN)
?陶瓷刀具：有氧化铝(Al2O3)基和氮化硅(Si3N4)基两大类
?TiC(N)基硬质合金（金属陶瓷）
?涂层刀具——优异的高速钢、WC基、TiC(N)基硬质合金和陶瓷为基体。复合涂层。
a)硬涂层：CVD的TiCN+Al2O3+TiN；TiCN+Al2O3；TiCN+Al2O3+HfN，TiN+Al2O3和
TiCN、TiB2等。PVD的TiAlN/TiN、TiAlN等
b)软涂层：硫族化合物（MoS2，WS2）涂层的高速钢刀具
?超细晶粒硬质合金：细晶粒(0.2-0.5um)的WC基硬质合金，添加TaC、NbC等
?粉末冶金高速钢（PM HSS）和高性能高速钢HSS－E
(2) 高速切削刀具材料的合理应用
高速切削时对不同工件材料要选用与其合理匹配的刀具材料和适应的加工方式等切削条件，才能获得最佳的切削效果。没有万能的刀具材料。
刀具材料性能
硬度大小：金刚石PCD>立方氮化硼 PCBN>Al2O3基>Si3N4基>TiC(N)基硬质合金>WC基超细晶粒硬质合金>高速钢HSS。
抗弯强度大小：HSS>WC基>TiC(N)基>Si3N4基>Al2O3基>PCD>PCBN。
断裂韧性大小：HSS>WC基>TiC(N)基>PCBN>PCD>Si3N4基>Al2O3基。
耐热性：PCD700℃-800℃；PCBN1400℃-1500℃；陶瓷1100℃-1200℃；TiC(N)基900℃-1100℃；超细晶粒硬质合金WC基800℃-900℃；HSS600℃-700℃。
高速切削刀具材料合理应用
加工铝合金：金刚石最适于高速切削。但复杂刀具可用整体超细晶粒硬质合金及其涂层刀具高速加工结构铝及其合金。
加工钢和铸铁及其合金：Al2O3基陶瓷刀具适于软、硬高速切削；PCBN适于45-65HRC以上高硬钢的高速切削；Si3N4和PCBN更适于铸铁及其合金的高速切削，但不宜于切削以铁素体为主的钢铁；WC基超细硬质合金及其TiCN、TiAlN、TiN涂层刀具和TiC(N)基硬质合金刀具，特别是整体复杂刀具可加工钢和铸铁。
加工超级合金：增韧补强的氧化铝基和Si3N4基陶瓷刀具（如SiC晶须增韧）和Sialon陶瓷刀具适于加工这类合金。PCBN刀具可以100-200m/min的切削速度加工。复杂刀具可用超细晶粒硬质合金及其涂层刀具。
加工钛合金：一般可用 WC基超细晶粒硬质合金和金刚石刀具。采用润滑性能良好的切削液，可获得较好的结果。
四、高速切削加工的刀柄系统
BT系统：刀柄锥度7：24，单面接触。HSK系统：刀柄锥度1：10，双面接触。
BT刀柄（7：24）BT刀柄与主轴接合图
HSK刀柄（1：10）HSK刀柄与主轴接合图
刀柄与主轴接触不同刀柄系统，高速加工时，离心力有很大影响。
BT主轴/刀柄联结
主轴转速达到某一极限值(n=15000r/min，F=15kN) 时，主轴/刀柄联接处大端的分离导致刀柄在切削力的作用下以刀柄为支承发生摆动，极大地降低了刀柄在主轴锥孔内的定位精度和重复定位精度，无法保证联结的可靠性。
(a)联结面间的间隙(单位:m) (b)联结面间的接触应力(单位:N/m2)
BT刀柄与主轴的联结
(转速n=15000r/min, 轴向拉力F=15kN)
(a)联结面间的间隙(单位:m) (b)联结面间的接触应力(单位:N/m2)
HSK-A63主轴/刀柄的联结(n=10000r/min)
(a) BT 40(b) HSK-A63
旋转速度对径向间隙的影响
BT40联结的最佳转速范围为0~12,000r/min，12,000~15,000r/min仍可使用，15,000r/min以上，由
于精度降低，无法使用。HSK－63A刀柄系统最佳转速范围为0－30000r/min，超过这个范围精度降
低。
高速切削加工技术的现状和发展(3)
中国工程院院士、山东大学艾兴教授
五、高速切削加工的安全技术
(1)高速旋转刀具的平衡
高速切削旋转刀具系统必须平衡，但应根据其使用速度范围予以平衡，以达到最佳经济条件。一般在6000rpm以上必须平衡，以保证安全。要求G≤2.5, G为平衡品质(mm/s)，即反映刀具平衡量与转速关系的参数。
e－偏心（g×mm/Kg） M－刀体质量（Kg）
ω－角速度（r/s）m－不平衡量（g）
N－转速（rpm） r－不平衡半径（mm）
U－残余不平衡量（g×mm）残余不平衡量U= m ×r
动平衡线图
SHENCK动平衡仪
高速切削刀具的安全性：防止离心力造成刀体与夹紧零件破坏和刀片的夹紧不可靠。高速切削刀具破坏实例：
在5000 rpm时刀片甩出的面铣刀在36700 rpm时爆碎的面铣刀
36000 rpm时弯曲与折断的直径12 mm的带柄立铣刀
（2）可转位刀具安全性
（a）立装可转位铣刀（b）平装可转位铣刀螺钉分析
可转位面铣刀刀片外移和螺钉弯曲
旋转速度对刀具变形的影响金属去除率对螺钉最大等效应力的影响
不同装夹方式下的螺钉极限转速
分析结果表明：从安全性看，对可转位面铣刀刀具，旋转离心力造成刀片夹紧，螺钉的破坏和刀体的变形有最主要的影响，立装铣刀优于平装铣刀。
（3）整体硬质合金（＜0.5um）立铣刀的安全性
φ10mm立铣刀（三齿）仅受离心力作
用的应力图(n=10,000r/min)
φ10mm立铣刀（三齿）刀具受离心力、切削力作用的应力图
(n=10,000r/min,Q=39 cm3/min)
金属去除率对φ10mm刀具应力的影响
对于小直径整体式硬质合金铣刀而言，旋转离心力对刀具的变形、应力分布影响很小，完全可以忽略不计。其应力水平的高低是由切削力决定的。
六、高速切削加工技术的应用实例
陶瓷刀具车削淬硬钢（HRC60～62）
30D箱体加工示意图
七、高速切削加工技术展望
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
切削速度目标：
铣加工铝及其合金10000m/min；铣加工铸铁5000m/min；铣加工普通钢2500m/min。
钻削铝及其合金30000r/min，钻削铸铁20000r/min，钻削普通钢10000r/min。
进给速度目标20～50m/min，进给量1.0～1.5mm/齿。
铝及其合金等有色金属和碳纤维增强塑料等非金属材料的切削速度主要受限于机床主轴最高转速和功率。在高速加工机床领域，具有小质量、大功率的高速电主轴、高加速度的快速直线电机和高速精密数控系统，以及配套的高速轴承及其润滑技术、刀库技术和自动换刀装置及监控技术等正在迅速发展，可望达到更高的加工水平。
铸铁、钢及其合金、钛及钛合金、高温耐热合金等超级合金以及金属基复合材料的高速切削加工目标主要受刀具寿命困扰，发展新型高温力学性能（硬度、强度与断裂韧性）和高抗热震性能更高的高可靠性的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PCD、CBN、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。
金刚石刀具领域，人工合成单晶金刚石和金刚石厚膜涂层刀具具有更好的优越性，随技术日益成熟和成本降低，可望成为高速切削有色金属和非金属材料比较理想的刀具材料。
陶瓷刀具有独特优越性，可望通过多种强韧化机理（如微－纳、纳－纳等）大幅度提高其性能，它将成为高速切削钢、铁材料的最有前途的刀具材料之一。
涂层刀具在高速切削加工技术领域具有巨大潜力，通过深入研究涂层技术和涂层物质，如高强度的硬质合金粉末表面涂层、CBN涂层，纳米涂层等进一步提高其性能，可望成为高速切削加工最具有诱人吸引力的刀具材料。
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，如下图所示，它是高效切削加工技术的重要发展方向。
侧铣和面铣复合加工刀具钻镗复合的多功能刀具叶根轮专用槽铣刀
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。
八、结束语
高速切削加工技术是一项全新的、正在发展之中的先进实用技术，在工业发达国家已得到广泛的应用，取得巨大的经济和社会效益。在我国高速切削加工技术的开发和应用还处于初步阶段，还有大量研究、开发工作需要进行。但国内已进口了大批高速加工设备，也开发了多种高速机床和加工中心，还有许多可供应高速切削刀具系统的工具企业，只要充分认识高速切削加工技术的优越性和诱人的巨大经济效益的潜力，完全有可能迅速把我国高速切削加工技术的应用推进到一个新水平。
高速加工技术现状及发展趋势
高速加工技术现状及发展趋势 1引言 对于机械零件而言，高速加工即是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍：零件送进--定位夹紧--刀具快进--刀具工进(在线检测)--刀具快退--工具松开、卸下--质量检测等七个基本生产环节。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动(或移动)速度超过普通切削5～10倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统；对于整条生产自动线而言，高速加工技术表征是以较简捷的工艺流程、较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺(方式)：或采用一工位多工序、一刀多刃，或以车、铰、铣削替代磨削，或以拉削、搓、挤、滚压加工工艺(方式)替代滚、插、铣削加工…等工艺(方式)，尽可能地缩短整条生产线的工艺流程；对于某一产品而言，高速加工技术也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈信息。这与敏捷制造工程技术理念有相同之处。 高速加工技术产生于近代动态多变的全球化市场经济环境。在激烈的市场竞争中，要求企业产品质量高、成本低、上市快、服务好、环境清洁和产品创新换代及时，由此牵引高速加工技术不断发展。自二十世纪八十年代，高速加工技术基于金属(非金属)传统切削加工技术、自动控制技术、信息技术和现代管理技术，逐步发展成为综合性系统工程技术。现已广泛实用于生产工艺流程型制造企业(如现代轿(汽)车生产企业)；随着个性化产品的社会需求增加，其生产条件为多品种、
单件小批制造加工(机械制造业中，这种生产模式将占到总产值的70%)，高速加工技术必将在生产工艺离散型或混和型企业中(如模具、能源设备、船舶、航天航空…等制造企业)得到进一步应用和发展。 二十世纪末期，我国变革计划经济体制，改革开放，建成有中国特色社会主义市场经济体制。实用的高速加工技术跟随引进的先进数控自动生产线、刀具(工具)、数控机床(设备)，在机械制造业得到广泛应用，相应的管理模式、技术、理念随之融入企业。企业家们对现代信息技术和企业制度、机制在未来可持续发展、市场竞争中的重要地位和作用，认识日益深刻。社会主义市场经济环境，不仅促进企业转制、调整产业、产品结构和技改，还给企业展现出应用和发展高速加工技术良好而广阔的前景。 2我国引进数控轿车自动生产线中的高速加工技术 二十世纪八十年代以来，我国相继从德国、美国、法国、日本…等国引进了多条较先进的轿车数控生产自动线，使我国轿车制造工业得到空前发展。其中较典型的是来自德国的一汽--大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其处于国际二十世纪九十年代中期水平。其中应用了较多较实用的高速加工技术。从中可部分了解到世界高速加工技术的现状与发展趋势。本文重点介绍一汽--大众捷达轿车传、发生产线。 引进的捷达数控轿车自动生产线概况 一汽--大众捷达轿车自动生产线由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成。同步引进德国大众汽车公司并行工程管理模式与管理技术，
机械制造中高速切削加工的应用参考文本
机械制造中高速切削加工的应用参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
机械制造中高速切削加工的应用参考文 本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 高速切削加工是一种重要的机械制造技术，被广泛的 应用在机械制造领域。高速切削加工技术不仅提高了加工 的效率，还提高了机械制造产品的质量。通过深入分析机 械制造中高速切削加工的应用，不断提高高速切削加工技 术，从而推动机械制造行业的快速发展。本文分析了高速 切削加工技术概述和高速切削加工技术的应用领域，阐述 了机械制造中高速切削加工的关键技术。 机械制造中高速切削加工的应用，不仅能够提高模具 的精度，确保机械加工的正常使用和高速运转，并且有效 地简化机械制造的工作程序，提高工作质量和效率，满足 机械加工的需要。机械制造中高速切削加工，推动了机械
制造领域的快速发展。 一、高速切削加工技术概述 高速切削加工技术是机械制造领域最重要的一项技术，集低耗、优质、高效为一体，高速切削加工技术在机械制造中的应用，解决了机械制造领域的中一系列问题，和传统的切削加工技术相比，给进速度、切削速度都有了明显的提高，并且具有很高的加工精度。高速切削加工是一项综合性的系统工作，主要由高速切削软件系统、高速切削刀具、高效的刀具夹持系统等构成。 高速切削加工技术有很多的优点，工件变形小、切削力低、切削周期短、去除材料率高，高速切削加工技术的应用主要依据产品所需的几何形状和工件材料，在机械制造中高速切削加工技术也有很多的缺点，高速切削加工技术需要使用大量的刀具，由于速度过快，刀具的磨损严重，经常需要高质量的机床，最重要的是高速切削加工技
高速切削
1. 论述高速切削的特点。 材料去除率高，切削力较小，工件热变形小，工艺系统振动小，可加工各种难加工材料，可实现绿色制造，简化加工工艺流程。高速切削追求高转速、中切深、快进给、多行程的加工工艺，高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1~2等级。加快产品开发周期，大大降低制造成本。 2.阐述高速切削技术研究体系、关键技术。 数控高速切削加工技术是建立在机床结构与材料、高速主轴系统、高性能CNC控制系统、快速进给系统、高性能刀具材料、数控高速切削加工工艺、高效高精度测试技术等许多相关的软件和硬件技术基础之上的一项复杂的系统工程，是将各单元技术集成的一项综合技术。关键技术：高速切削机理；高速切削刀具技术；高速切削机床技术；高速切削工艺技术；高速加工的测试技术。 3.阐述高速切削发展趋势。 机床结构将会具有更高的刚度和抗振性，使在高转速和高级给情况下刀具具有更长的寿命；将会用完全考虑高速要求的新设计概念来设计机床；在提高机床进给速度的同时保持机床精度；快换主轴；高、低速度的主轴共存；改善轴承技术；改进刀具和主轴的接触条件；更好的动平衡；高速冷却系统。（新一代高速大功率机床的开发和研制；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；进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围；高速切削机理的深入研究；高速切削动态特性及稳定性的研究；开发适用于高速切削加工状态的监控技术；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；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；基于高速切削，开发推广高能加工技术） 4结合典型工件材料和加工工艺方法，讨论高速切削的速度范围。 （1）根据工件材料：刚才380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时，认为是合适的速度范围。（2）根据加工工艺方法：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削5000~10000m/min，认为是合适的速度范围。 5讨论高速切削加工的切削力变化规律。 （1）切削用量对切削力的影响:背吃刀量ap增大，切削力成正比增加，背向力和进给力近似成正比增加。进给量f增大，切削力与增大，但切削力的增大与f不成正比（75%）（2）工件材料对切削力的影响：较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。a材料的强度、
超高速切削技术的发展现状及趋势
数控技术结课论文 题目： 超高速切削技术的发展现状及趋势 学 部 信息科学与工程学部 学科门类 工学 专 业 XXXXXX 学 号 XXXXXXXXXX 姓 名 XXXXXX 指导教师 XXXX 20XX 年XX 月XX 日 装 订 线 河北大学工商学院
超高速切削技术的发展现状及趋势 摘要 当前机械制造业领域中先进制造技术的应用越来越广泛而深入，超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分,也已被积极地推广使用。本文主要针对于先进制造技术中超高速切削这一方面做了广泛的调查研究，阐述了什么是超高速切削技术以及超高速切削技术的发展现状，并对超高速切削技术在国内和国外的发展做了具体仔细的分析比较，就超高速切削技术的未来发展趋势做了简明的分析。 关键词：先进制造；高速切削；数控机床；发展现状 The present status and development trend of high speed cutting technology ABSTRACT Application of the current field in mechanical manufacturing industry and advanced manufacturing technology more widely and deeply, ultra high speed cutting technology is an important part of advanced manufacturing technology, has also been actively promoting the use of. In this paper, aiming at the super advanced manufacturing technology of high speed cutting this has done extensive research, mainly expounds what is ultra high speed cutting technology and the high speed cutting technology development status, and make a specific careful analysis on the two aspects of high speed cutting tool and the high speed cutting technology of high speed cutting technology, the future development trend ultra high speed cutting technology has made the concise analysis. Key words：Advanced manufacturing；High speed cutting；CNC machine tool；Development Status
数控高速切削加工
浅析数控高速切削加工 【摘要】数控高速切削加工以高效率和高精度为基本特征，它在切削机理上是对传统切削的重大突破，是近20多年来迅速崛起的先进制造技术之一。文章介绍了“数控高速切削加工”的内涵、优势、应用现状和发展趋向，提出了在实现高速切削加工中应关注的主要问题。 【关键词】高速；加工机理；优势；推广价值 1.前言 高速切削加工是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，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能够得到解决。“高速切削”的概念是由德国物理学家 carl.j.salomon提出，于1931年4月提出了著名的切削速度与切削温度理论。该理论的核心是：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，当到达某一速度极限后，切削温度随着切削速度的提高反而降低。随后，高速切削技术的发展经历了4个阶段：高速切削的设想与理论探索阶段（193l—l971年），高速切削的应用探索阶段（1972-1978年），高速切削实用阶段（1979--1984年），高速切削推广阶段（20世纪90年代至今）。 对高速切削加工的界定有以下几种划分思路：一是以主轴转速作为界定高速切削加工的尺度，认为主轴转速在10000-20000r/min 以上即为高速切削加工；二是以主轴直径d和主轴转速n的乘积dn 来界定，当dn值达到（5～2000）×105mm.r/min，则认为是高速
切削加工，新近开发的加工中心主轴dn值大都已超过100万；三是以切削速度高低来区分，认为切削速度跨越常规切削速度5至10倍即为高速切削加工。 2.数控高速切削加工的优势 随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加，加工效率提高，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速切削加工的“量小速快”使切削力减少，切屑的高速排除，减少了工件的切削力和热应力变形，十分有利于刚性差和薄壁零件的加工。高速切削加工中，主轴转速的提高使切削系统的工作频率远离了机床的低阶固有频率，提高了切削系统的刚性，进而使产品表面质量获得提高。 数控高速切削加工和常规切削相比的主要优势可归纳为：第一，生产效率可提高3～10倍。第二，切削力可降低30%以上。第三，切削热95%被切屑及时带走，特别适合加工容易热变形的零件。第四，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳，适合加工精密零件。第五，经济效益明显。 3.数控高速切削加工的应用 数控高速切削工艺的应用，能使制造成本降低20%左右，产生新的经济增长点。以某锻造厂加工曲轴和连杆锻模为例，传统的加工工序为：外形粗加工→仿形铣粗加工型槽→热处理→外形精加工→数控电火花粗、精加工型槽→钳工打磨抛光型槽→表面强化处理。而采用高速切削加工后的工序为：外形粗加工→热处理→外形精加
高速切削加工技术作业
高速切削加工技术 许磊 （合肥学院机械工程系13机制（1）班 1306011031） 摘要：高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，与传统加工技术相比是质的飞越，具有高生产效率、小切削力、高加工精度、低能耗等特点。可以解决在模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题，有着强大的生命力和广阔的应用前景。 关键词：高速加工工艺、高速加工应用、高速加工趋势。 引言：对于某种机械零件而言，高速加工就是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍：零件送进 →定位夹紧→刀具快进→刀具工进（在线检测）→刀具快退→工具松开、卸下→质量检测等7个基本生产环节。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动（或移动）速度超过普通切削5～10 倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统。对于整条自动生产线而言，高速加工的表征是以简捷工艺流程，以较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要求突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺（方式），尽可能地缩短整条生产线的工艺流程。对于某一产品而言，高速加工也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈相关信息。 一、高速切削工艺 加工工艺是成功进行高速切削加工的关键技术之一。选择不当，会使刀具磨损加剧，完全达不到高速加工的目的。高速切削工艺技术包括切削参数、切削路径、刀具材料及刀具几何参数的选择等。 1．切削参数的选择 在高速切削加工中，必须对切削参数进行选择，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（顺铣还是逆铣）等． 2．切削路径的选择 切削路径的选择与优化在高速切削加工中，除了刀具材料和刀具几何参数的选择外，还要采取不同的切削路径才能得到较好的切削效果。切削路径优化的目的是提高刀具耐用度，提高切削效率，获得最小的加工变形，提高机床走刀利用率，充分发挥高速加工的优势。主要包括: 1)走刀方向的优化在走刀方向的选择上，以曲面平坦性为评价准则，确定不同的走刀方向选取方案；对 于曲率变化大的曲面以最大曲率半径方向为最优进给方向，对曲率变化小的曲面，以单条刀轨平均长度最长为原则选择走刀方向。 2)刀位轨迹生成按照刀位路径尽可能简化，尽量走直线，路径尽量光滑的要求选择加工策略，选择合适 的插补方法，保证加工面残留高度的要求，采用过渡圆弧的方法处理加工干涉区，这样在加工时就不需要减速，提高加工效率。 3)柔性加减速和断刀的几率。选取合适的加减速方式，减少启动冲击，保持机床的精度，减少刀具颤振。 3．刀具材料的选择 刀具材料的合理选择遵循以下原则: 1)切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配，主要指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性能相 匹配，具有优良高温力学性能的刀具尤其适合高速切削加工。对于硬脆刀具（如硬质合金和陶瓷）的磨损起决定作用的主要因素是其力学性能。 2)切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配，主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、 热膨胀系数、抗热冲击能力等物理参数要相匹配。加工导热性差的工件时，应采用导热较好的刀具材料，以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。对于精密加工则要选用热膨胀系数小的刀具材料（金刚石等）。高速干切削、高速硬切削和高速加工黑色金属的最高切削速度主要受限于刀具材料的耐热
超高速加工发展状况及趋势.
班级：机制2班姓名：周明学号：1208470528 超高速加工发展状况及趋势 随着时代发展与科学进步，各个国家关于对超高速加工技术的投资与研究使用的比例越来越高，但是各国的发展水平却依然存在很大的差距。 超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40~60m/min，砂轮磨削速度达100~150m/s;超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。超高速加工已经成为先进制造技术竞争的一个制高点。超高速加工中，工件与刀具相互高速撞击，力的瞬态作用使剪切局限在一个微区域，能量在此微区的耗散使材料局部高温，可能达到熔化或接近熔化的状态。正反馈效应使局部绝热剪切作用愈加增强。切削速度越高，这种绝热剪切作用也越强，接近音速的超高速切削走向极端条件，带来了诸多新机理研究和对传统切削机理的突破性挑战。机床工作在数万转/分转速下承受冲击载荷，依然达到μ级的工作精度，要求实现机床主轴系统旋转的高精度高稳定性控制以及整机动静热特性的精确设计。冲击载荷下，主轴的高刚度、高精度要求轴承工作间隙很小，在微间隙中轴承润滑介质受到强剪切与挤压，同样达到了一种极端的工况。 超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。超高速加工技术主要包括:超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。 超高速切削是金属切削加工技术的新发展。在今后15年内,现代机床技术将在机床设计、结构、金属切削效率和生产率等方面有重大突破。预计九十年代生产的机床将比七十年代生产的机床体积更小,速度更快。它将采用强度与重量之比很高的材料(有色金属狈非金属材料)来代替钢和铸铁。在加工速度方面,未来的机床主轴将以10万转/分的速度进行工作,金属切削效率将为今夭的十倍,加工精度和表面光洁度也将有本质上的改进。下面对美国洛克希德飞机公司研究和试验超高速切削加工的情况作一概括介绍。 超高速切削原是美国洛克希德公司在三十年代提出的一个实验理论,它认为金属切削效率直接与切削速度有关。特别是该理论断定,当切削速度在10万英尺/分(3万米/分)以上时,金属切削效率将提高50~1。。O倍。这个理论直到五十年代后期才得到证实。当时该公司在加工口径为20毫米的滑膛大炮炮筒时进行了试验,试验结果表明,增加切削速度有助于提高生产率,并充分证明超高速切削的理论是可行的。但是由于当时有些技术问题没有解决,特别是刀具和工件的高速运动的控制还存在一系列的问题,因此,对超高速切削的研究中断了。六十年代初,美国空军主持研究用超高速切削方法,加工钦、铝、不锈钢和热处理钢,他们使用单刃刀具加工火箭发动机零件,切削速度达到1.5~36万英尺/分(。.45、10万米/分),研究表明,用超高速切削方法加工这些宇宙航空用的金属材料,切削效率要比用普通方法加工高很多倍。 机械装备大多工作在力热耦合状态下，现代CAE技术对连续的机械结构的特性预测已达到很高的精度。分析的困难发生在结构界面造成的不连续性。因此，无论整机的结构设计，还是高速切削中，刀具与工件材料的强烈摩擦，以及高速轴承支承的工作表面与润滑介质的相互作用都存在界面强耦合作用问题。 Salomon高速切削（high speed machining,HSM或high speed cutting,HSC）的理念提出以来，超越“热沟”、切削力和切削热同时下降的假设始终未得到验证。超高速加工过程中，被切材料与刀具以接近声速进行瞬间碰撞，材料的高速激烈应变和切屑的瞬间形成，工件材料的
外文翻译---高速切削加工的发展及需求
毕业设计(论文)外文资料翻译 学院(系)：机械工程系 专业：机械工程及自动化 姓名： 学号： 外文出处：High-speed machining and demand For the development 附件：1.外文资料翻译译文;2.外文原文
附件1：外文资料翻译 高速切削加工的发展及需求 高速切削加工是当代先进制造技术的重要组成部分，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。本文介绍此技术的定义、发展现状、适用领域以及中国的需求情况。 高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。 高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。高速切削加工的优点主要在于：提高生产效率、提高加工精度及降低切削阻力。 有关高速切削加工的含义，目前尚无统一的认识，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5-10倍；机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000-20000r/min以上定为高速切削；进给速度很高，通常达15-50m/min，最高可达90m/min；对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；切削过程中，刀刃的通过频率(Tooth Passing Frequency)接近于“机床－刀具－工件”系统的主导自然频率(Dominant Natural Frequency)时，可认为是高速切削。可见高速切削加工是一个综合的概念。 1992年，德国Darmstadt工业大学的H. Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工的概念及其涵盖的范围，如图1所示。认为对于不同的切削对象，图中所示的过渡区(Transition)即为通常所谓的高速切削範围，这也是当时金属切削工艺相关的技术人员所期待或者可望实现的切削速度。 高速切削加工对机床、刀具和切削工艺等方面都有一些具体的要求。下面分别从这几个方面阐述高速切削加工技术的发展现状和趋势。 现阶段，为了实现高速切削加工，一般釆用高柔性的高速数控机床、加工中心，也有釆用专用的高速铣、钻床。这些设备的共同之处是：必须同时具有高速主轴系
超高速加工技术的现状及发展趋势
目录 摘要 (1) 1 引言 (1) 2 超高速加工技术简介 (1) 2.1 超高速加工技术概况 (1) 2.2 超高速加工技术分类 (2) 2.3 超高速加工技术特点 (2) 3 超高速加工技术现状 (3) 3.1 超高速加工技术现状简述 (3) 3.2 国外超高速加工技术发展 (4) 3.3 国内发展情况 (5) 4 超高速加工技术发展趋势 (5) 谢辞 (8)
超高速加工技术的应用和发展趋势 摘要：本文介绍了超高速加工技术的概念、内容和发展现状，并分析了其发展动向。 关键词：高速加工技术、机械制造、应用、发展 1 引言 当前机械制造业为实现高生产率和追求利润,先进制造技术的应用越来越广泛而深入。超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分,也已被积极地推广使用。20世纪20年代德国人Saloman最早提出高速加工(High Speed Cutting, 简称HSC)的概念,并1931 年申请了专利。50年代末及60年代初,美国和日本开始涉足此领域,在此期间德国已针对不同的超高速切削加工过程及有效的机械结构进行了许多基础性研究工作。随着超高速加工主轴技术的发展,使得刀具切削速度得到很大提高,70年代诞生了第一台HSC机床。真正将HSC技术应用于实践是在80年代初期,因飞机制造业为降低加工时间以及对一些小型特殊 零件的薄壁加工而提出了快速铣削的要求。自80年代中后期以来, 商品化的超高速切削机床不断出现,超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。超高速磨削技术在近20年来也得到长足的发展及应用。德国Guehring Automation公司在1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kW强力立方氮化硼(CBN)砂轮磨床,Vs达到140~ 160m/s。当今, 超高速加工已经在汽车、航空航天等领域获得应用。 2 超高速加工技术简介 2.1 超高速加工技术概况 超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具,通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。 超高速加工是实现高效率制造的核心技术,工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说,超高速加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为 1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150~1000m/min，纤维增强塑料为 2000~9000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削700~7000m/min，铣削 300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削250m/s以上等等。
高速切削加工技术
高速切削加工技术 高速切削加工技术是21世纪的一种先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景。通过高速切削加工技术可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题。 近年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗于一身，已成为国际模具制造工艺中的主流。 我国有关汽车模具高速切削加工技术的研究起步较晚。据国际模协秘书长罗百辉介绍，我国众多模具企业相继从美国、德国、法国、日本等国家购买了大量高速加工设备及切削刀具，并在实践中摸索汽车模具高速切削加工的工艺技术，取得了一些成功经验。但是，一方面，引进设备不等于引进技术。高速切削尤其是大型汽车覆盖件模具的高速切削方面，没有成功的经验可供借鉴，怎样使引进的设备尽快发挥出应有的作用是摆在企业管理者和工程技术人员面前的一大课题；另一方面，技术人员在工作中边学习边应用，摸索、积累了一定的高速切削加工实例、工艺参数和工作经验，怎样将这些宝贵的经验和教训总结保存供其他技术人员借鉴、避免多走弯路也是一项难题。 高速切削加工技术在国内外汽车模具制造行业得到了广泛的应用，并且已取得了巨大的效益，但是高速切削加工的机理和相关理论至今仍不完善，针对汽车模具的高速切削数据库尚未建立。国内外企业选择高速切削刀具参数和高速切削加工参数的方式仍以传统的“试
切”法和“经验”法为主，在加工某一新型材料时，往往需要使用多种刀具进行重复切削试验，研究分析刀具的磨损、破损方式及其原因，从中找出一组最佳的刀具材料和加工参数，如此反覆多次，盲目性大，并且浪费大量的人力、财力和资源。而针对特种材料如合金铸铁、高强度合金钢、超级合金（如钛合金）等材料的高速切削加工，如何根据材料特性选择合适的切削刀具，如何设计合理的切削参数，目前仍在研究和发展中。 通过国内外汽车模具制造行业的高速切削加工技术实践应用，高速切削加工技术具有如下优势： 1、高速切削加工提高了加工速度 高速切削加工以高于常规切削10倍左右的切削速度对汽车模具进行高速切削加工。由于高速机床主轴激振频率远远超过“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围，汽车模具加工过程平稳且无冲击。 2、高速切削加工生产效率高 用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中完成型面的粗、精加工和汽车模具其他部位的机械加工，即所谓“一次过”技术（One Pass Machining）。高速切削加工技术的应用大大提高了汽车模具的开发速度。 3、高速切削加工可获得高质量的加工表面 由于采取了极小的步距和切深，高速切削加工可获得很高的表面质量，甚至可以省去钳工修光的工序。 4、简化加工工序
(高速切削技术及其应用)
长春汽车工业高等专科学校 继续教育学院 毕业论文（设计）中文题目：高速切削加工技术及其应用的研究 英文题目：High speed cutting technology and its application 毕业专业：汽车机械制造技术 学生姓名：高越 准考证号：290414100432 指导教师：穆春燕 二零一五年八月 独创性声明
本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得长春汽车工业高等专科学校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本论文作者完全了解长春汽车工业高等专科学校有关保留、使用论文的规定。特授权长春汽车工业高等专科学校可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 （保密的论文在解密后适用本授权说明） 论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日
目录 前言 (05) 1．高速切削概念、内容及特点 (06) 1．1高速切削概念 (06) 1．2高速切削的研究内容 (06) 1．3高速切削特点 (07) 2.高速切削的技术体系 (08) 3．高速切削的技术关键及目前解决方案 (08) 3．1高速切削的技术关键 (08) 3．2高速切削关键技术解决方案 (09) （1）高速切削机床 (09) （2）高速切削刀具 (11) （3）C A D／C A M (11) （4）高速切削的数控编程 (11) 4．高速切削加工技术的应用 (12) 4.1高速切削在航空航天工业中的应用 (12) 4.2 高速切削在纤维增强塑料中的应用 (12) 4.3高速切削在模具制造业中的应用 (12) 4.4 高速切削在汽车制造业中的应用 (12) 5.高速切削加工技术的发展前景与展望 (12) 6.答谢辞 (14) 7.参考文献 (14)
精密加工高速切削加工刀具
学号：1145522222 整理人：建国 专业：机制 高速切削加工刀具材料术 摘要：论述了高速切削的概念和优越性，介绍了高速切削加工所使用的先进刀具材料和刀具如：瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具、涂层刀具的性能特点及其应用，探讨了高速切削刀具材料的发展前景和研究方向。 关键词高速切削刀具材料性能特点瓷CBN 金刚石
高速切削(High Speed Machining简称HSM)概念的起源可以追溯到20世纪20年代末，德国切削物理学家Carl．J．Salomon博士1929年进行的超高速切削模拟试验，并于1931年4月发表了著名的超高速切削理论，提出了高速切削的设想。Salomon指出：在常规的切削围，切削温度随着切削速度的增大而提高(图l中的区域A)。但是，当切削速度增大到某一数值后，切削速度再增大，切削温度反而下降，并指出峙之值与工件材料的种类有关，对于每一种工件材料，存在一个速度围由于切削温度太高，高于刀具材料所允许的最高温度，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，这个围被称之为“死谷”。但是当切削速度进一步提高，超过这个速度围后，切削温度反而降低，同时切削力也会大幅度降低（如区域C）。他认为对于一些工件材料应该有一个临界的切削速度，在该切削速度下切削温度最高。在高速切削区进行切削，有可能用现有的刀具进行，从而成倍地提高机床的生产率。几乎每一种金属材料都有临界切削速度，只是不同材料的速度值不同而已。
高速切削是一个相对的概念。由于不同的加工方式、不同工件有不同的高速切削围，所以很难就高速切削的速度围给出确切的定义。高速切削加工不能简单地用某一具体的切削速度值来定义。切削条件不同，高速切削速度围亦不同。1992年在CIRP会议上发表了不同材料大致可行的和发展的切削速度围。可以说，目前各国的切削速度仅在高速阶段， 尚未达到CIRP(国际生产工程科学院)所界定的超高速切削阶段。 1 高速切削的优越性 与传统的切削加工方法相比，高速切削具有无可比拟的优越性。 第一、切削力低。由于切削速度高，导致剪切变形区狭窄、剪切角增大、变形系数减小和切屑流出速度快，从而使切削变形减小、切削力降低。尤其是法向切削力，比常规切削低30％--一90％。刀具耐用度可提高70％，特别适合细长类、薄壁类以及刚性差的工件加工。 第二热变形小。在高速切削时，90％～95％以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件累积热量极少，工件基本上保持冷态，因而不会
数控机床中高速切削加工技术的应用
2012年第11卷第15期 产业与科技论坛2012. （11）.15Industrial &Science Tribune 数控机床中高速切削加工技术的应用探讨 □吴卫军 【内容摘要】目前高速切削技术以其高效率、低磨损的技术特点，在制造行业内的应用正不断增强，尤其是在精密仪器的制造 上，更是离不开高速切削的技术支持。这一技术对其运行设备要求严格，目前，数控机床是高速切削技术应用的最好平台，该技术也对数控机床设备提出了一定的要求。 【关键词】数控机床；高速切削；电主轴；刀具【作者单位】吴卫军，江苏省东台中等专业学校 当前，社会的发展对制造领域提出了更高的要求，随着生产力的不断提升，高效率、高质量、高节能的机械加工水平已经成为了整个数控加工行业的共同追求。二十世纪三十年代，随着高速切削理念的提出和发展，时至今日，在加工效率和加工质量上兼具优势的高速切削技术已经成为数控机床的首要选择。高速切削是一个相对概念，并且随着时代的进步而不断变化。一般认为高速切削或超高速切削的速度 为普通切削加工的5 10倍［1］ 。在汽车制造、航空航天技术、船舶加工以及模具的制造等需要精密加工的领域几乎都能看到高速切削技术的应用，这也反映了高速切削技术在数控机床中占据的位置必将越来越重要的发展趋势。 一、高速切削的效益优势1931年，德国切削物理学家萨洛蒙（Carl．j．Salomon ）博士研究成果得出：被加工材料都有一个临界切削速度，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五至十倍时，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［2］ 。高速切削技术这一特性为切削过程带来了必然的高效益，具体表现如下： （一）生产率上的优势。高速切削首先带来了切削速度的提升，速度的改变使相同时间内的切削量至少提高四倍，这就使得加工工序的高度集中变为了可能。常规的切削过程经常要把工件按加工的精细程度进行划分，分工序进行分别加工，这种情况需要占用一定的工件装卸和搬运时间。采用高速切削技术后，可以将繁复的加工工序简单化，以前要分工进行的步骤都可以集中在同一道工序内进行加工，而且基本上不会对工件的精度和质量造成影响。此外，由于高速切削技术的引入，切削刀具的使用寿命大大地延长了，在另一方面也能够减少刀具替换和托盘交换的时间，从而极大地提高工件的生产率。 （二）加工精度上的优势。高速切削技术不仅不会降低工件的加工精度，反而能够做到工件质量的提升，这不得不说是高速切削的魅力所在。 1．工件所受切削力变小。高速切削的技术原理不同于常规的切削技术，在切削时运行速度高，切削力却比较小，切削速度的提高和切削力的减小，使得工件因夹压受力导致形状 异化的可能性大大降低， 故而大大地提升了工件的合格率，这种切削技术尤其适用于一些较细长、较纤薄的精密部件的加工。 2．工件受热降低。在常规切削加工中，由于切削带来的高温也是导致部分工件变形的主要原因之一。采用高温切削技术以后，由于切削热量的降低及切屑的迅速散热效果，工件受热量大大降低，这也基本上避免了由于高温受热所造成的工件变形。 由于高速切削在这两方面的技术优势，制造出来的工件 往往在尺寸要求、 表面平整性、光滑性等方面具有较高的精度，这是常规切削工艺所难以比拟的。 二、高速切削加工技术对数控机床提出的要求 高速切削技术对使用设备在运行速度、设备精度及稳定程度上都有较高的要求。目前，数控机床是最符合高速切削加工技术要求的加工设备。然而， 当前的数控机床还存在提升和进步的空间，在“软件”和“硬件”两方面都有待于进一步 的改善和提升，以便更好地适应先进的高速切削技术的内在要求。具体如下： （一）采用电主轴作为数控机床的主轴。主轴单元的设计，是实现高速加工的最关键的技术领域之一，同时也是高速加工机床最为关键的部件，它不仅要能在很高的转速下旋转， 而且要有很高的同轴度，高的传递力矩和传动功率、良好的散热或冷却装置，要经过严格的动平衡矫正，主轴部件的设计要保证具有良好的动态和热态特性，具有极高的角加减速度来保证在极短的时间内实现升降速和指定位置的准停［3］ 。而电主轴能够保证机床主轴和发电机的转子轴合二为一，在运行的平稳性上达到更好的效果。并且电主轴在温度的保持上具有一定的独到之处，对于温差的控制水平更为先进，在轴承支撑和润滑方面采用了最新的技术，保证了主轴的使用寿命和高性能。 （二）改善伺服单元的性能。切削速度的提升需要与之配套的进给，才能更好地体现先进的高速切削技术的工作水平。由于主轴转速的提高，机床进给速度也必须大幅提高（60m /min 以上），以保持刀具每齿或每转进给量基本不变，从而保证加工表面质量和刀具寿命。每故而在数控机床伺服单元的性能上，应尽量采用响应速度较高的配套设施。在 · 57·
高速切削加工技术的现状和发展
高速切削加工技术的现状和发展(1) 中国工程院院士、山东大学艾兴教授 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10um到0.1um。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。 高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。 不同材料的高速切削加工速度范围 高速切削技术在国内起步较晚，20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切削淬硬钢并在生产中应用，其后引起对高速切削加工的普遍关注，目前主要还是以高速钢、硬质合金刀具为主，硬质合金刀具切削速度≤100～200m/min，高速钢刀具在40m/min以内。但在汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济效益。 二、高速切削加工理论基础 (1) 切屑形成特征 不同材料在不同状态下的切屑形态: (a) 供货状态，切削速度127.2m/min （b）硬度325HB，切削速度125.5m/min
高速切削的所罗门原理
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。
高速切削技术的发展及展望
高速切削技术的发展及研究展望切削加工技术是先进制造技术中的一项重要的共性技术，是机械制造业主导加工方法，在近二三十年中，机械制造业经历了成组技术、计算机辅助设计/计算机辅助工艺过程设计/计算机辅助制造、柔性制造系统、计算机集成制造系统等发展阶段，并继续向柔性化、集成化、智能化方向发展，使机械加工的辅助工时大大缩短，切削工时成为总工时的主要部分，因而提高切削加工效率已成为降低成本的关键所在。高速切削技术正是在这种形势下发展起来的，并以其极高的切削速度、进给速度、加工精度和表面质量被公认为现代制造技术的一大突破。 自从德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念以来，高速切削加工技术的发展经历了高速切削的理论探索、应用探索、初步应用、较成熟的应用四个发展阶段。随着数控机床和刀具技术的进步，尤其是高速主轴系统的应用，本世纪初期，高速切削技术在工业发达国家已经成为切削主流。如今，美、德、日、法、瑞士、意大利等生产的不同规格的各种商业化高速机床已经进入市场，应用于飞机、汽车及模具制造。 切削加工的发展方向是高速切削。高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和应用将推动整个制造业的进步和效益的提高。应当指出：高速切削中的“高速”不仅是一个技术指标，而且是一个经济指标；对于工程而言，“高速”就是效益。随着计算机技术、自动化技术和智能控制技术的发展，以计算机控制的自动化生产技术成为国际生产工程的主流，工业发达国家机床的数控化率显著提高，已经逐步取代普通机床。 1高速切削的优点及其发展 1.1 高速切削的优点 高速切削是一个相对概念，迄今尚未有一个确切的界定。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。与常规切削相比，高速切削由于速度高出一个数量级，切削机理随之发生变化，从而使零件加工产生一些优良的效果。生产实践表明，其主要有以下优点： （1）单位时间内材料切除量可增加3～6 倍以上，提高进给速度从而较大提高生产率和降低生产周期，达到节省制造资源的目的。使切削力显著减少，尤其是径向切削力会大幅度减少。因此，可以加工普通切削无法加工的薄壁复杂工件，并有利于提高薄壁件和细长件的加工精度。 （2）提高切削速度和进给速度以减少进给量，加工过程平稳、振动小，改善工件的形状精度和表面粗糙度。高速切削时的激振频率很高，可以远离机床－刀具－工件系统的固有频率，因而工艺系统振动小，能加工出非常精密的零件。切屑带走大部分的热量，切削力和切削热影响小，至使工件表面残余应力小，从而能达到较高的表面质量。 （3）高速切削时，切屑以极高速度排出，95%以上的切削热被切屑带走，工件基本上保持冷态，因此特别适合加工容易产生热变形的零件，同时还减少了工件内应力的产生，可以部分实现干切削。相对于湿切削而言，不免是一种从源头上控制污染的绿色切削和清洁制造工艺。 （4）采用高速切削，可降低机床需求种类，减少刀具使用种类，简化工艺流程，达到降低切削成本的目的。与常规切削相比，高速切削可一次完成粗加工、半精加工和精加工工序，大大减少了工序。部分零件经过高速切削加工后可作为最终产品，无需进行超精密加工。1.2 高速切削的发展 对高速切削机理的研究，目前主要集中在切屑成形机理、切削力和切削热变化规律上。