第八章高速切削加工PPT课件
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《高速切削加工》课件
3
高速切削加工技术的新发展
高速切削加工技术的新发展是智能化、高效化、多功能化等方向的发展。
总结
1 高速切削加工的重要性
在现代先进制造业中，高速切削加工已成为最先进的加工工艺之一。
2 发展前景
高速切削加工将朝着更高精度、更稳定、更智能的方向发展。
刀具
高速切削加工用的刀具有硬质合金刀具和普通高速钢刀具。
2
夹具
用于夹紧加工件，保证加工件的位置和尺寸的准确度。
3
加工中心机床
高速切削加工的核心设备，一般配备自动换刀库，可实现多种工序的加工。
高速切削加工的原理
四角切削
四角切削是刀具在加工过程 中所受力的主要方向，也是 影响刀具切削稳定的主要因 素。
பைடு நூலகம்
机械制造
高速车削、高速铣削、高速钻削 等机械制造领域。
电子信息
如手机、笔记本电脑金属外壳、 DVD机零部件、各类光学仪器等。
高速切削加工的挑战与未来
1
超细加工
针对非金属的加工，要求精度更高，应考虑空气轴承、颤动反馈控制、非触变形 传感控制等。
2
超硬材料加工
超硬材料的加工，如石墨、硬质合金、陶瓷等，已成为高速切削加工的一个重要 领域。
精密加工
精密高速切削加工广泛应用 于航空航天、汽车、电子和 精密机械制造等领域，如模 具、光学部件、超声波探头 和燃烧室等零部件。
表面质量
高速切削加工能够获得极高 的表面质量，如挤出铝合金 管、铜合金输入输出端子， 铜轴套、石英晶体等产品的 光洁度达到镜面级。
高速切削加工的应用
航空航天
航空航天零部件，如高压涡轮叶 片、大型钛合金零件等。
加工效率高
高速切削加工速度快，可以完成 较长时间处理不完的工作。
《高速切削》课件
《高速切削》PPT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
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
高速切削与磨削PPT
机械制造技术高速切削与磨削概述Ø1931年德国切削物理学家C .J .S a l o m o m 在“高速切削原理”一文中给出了著名的“S a l o m o m 曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。
ØS a l o m o m 的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“高速切削（H S C ）”的概念。
Ø尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。
Ø以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。
Ø以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r /m i n 。
3.8.1高速加工概述q 高速加工定义33.8.1高速加工概述图3-31Salomon 切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v /(m/min)切削不适应区6001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite 合金850℃16001200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属图3-32高速与超高速切削速度范围10100100010000切削速度V （m/min ）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金q 高速加工的切削速度范围Ø高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异，见图3-32◎车削：700-7000m/min ◎铣削：300-6000m/min ◎钻削：200-1100m/min ◎磨削：50-300m/sØ高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同q高速加工的特点Real Real Ø加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍Ø切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。
《高速切削》PPT课件
伤痕 是指在加工外表个别位置出现的缺陷，如沙眼、气 孔、裂痕等。
2、外表层物理力学、化学性能
(1)外表金属层的冷作硬化 指工件在加工过程中，外表层金属产生强烈的塑性变形，
使工件加工外表层的强度和硬度都有所提高的现象。
表示方法
冷硬层深度 h
硬化程度
N
硬化程度：
H N 10% 0
H0
其中： H——加工后外表层的显微硬度 H0——材料原有的显微硬度
波距与波高
波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以L表示；
波高：峰与谷间的高度，以H
表示。
L/H>1000时，属于宏观几何形状误差； L/H<50时，属于微观形状误差，称作外表粗糙度； L/H=50～ 1000时，称作外表波度；
纹理方向 是指外表刀纹的方向，取决于外表形成所采 用的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。
外表粗糙度的形 成和影响因素
几何因素
物理因素
两方面
一、切削加工外表粗糙度
刀尖圆弧半径
主偏角
切削残留面积的高度
副偏角 进给量
图p102
金相组织
金相组织越大，粗糙度也越大；
切削液的选用及刀具刃磨质量
机械加工中，外表粗糙度形成的原因大致可归纳为 几何因素和物理力学因素两个方面。
一、切削加工外表粗糙度
《高速切削》PPT课件
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§4.1 机械加工外表质量对零件使用性能的影响 一、机械加工外表质量的概念
2、外表层物理力学、化学性能
(1)外表金属层的冷作硬化 指工件在加工过程中，外表层金属产生强烈的塑性变形，
使工件加工外表层的强度和硬度都有所提高的现象。
表示方法
冷硬层深度 h
硬化程度
N
硬化程度：
H N 10% 0
H0
其中： H——加工后外表层的显微硬度 H0——材料原有的显微硬度
波距与波高
波距：峰与峰或谷与谷间的距离， 以L表示；
波高：峰与谷间的高度，以H
表示。
L/H>1000时，属于宏观几何形状误差； L/H<50时，属于微观形状误差，称作外表粗糙度； L/H=50～ 1000时，称作外表波度；
纹理方向 是指外表刀纹的方向，取决于外表形成所采 用的机械加工方法。一般运动副或密封件对纹理方向有要求。
外表粗糙度的形 成和影响因素
几何因素
物理因素
两方面
一、切削加工外表粗糙度
刀尖圆弧半径
主偏角
切削残留面积的高度
副偏角 进给量
图p102
金相组织
金相组织越大，粗糙度也越大；
切削液的选用及刀具刃磨质量
机械加工中，外表粗糙度形成的原因大致可归纳为 几何因素和物理力学因素两个方面。
一、切削加工外表粗糙度
《高速切削》PPT课件
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§4.1 机械加工外表质量对零件使用性能的影响 一、机械加工外表质量的概念
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。
《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。
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。
高速加工技术精品课件
§4.2 技术内涵
18
目前关于高速加工的经济效益定位指标是：在保证家伙精度和 加工质量的前提下，将通常切削速度加工的加工时间减少90%，同 时将加工费用减少50%！
19
§4.3 高速加工机床与设备
超高速机床特点：高转速，高进给，高效 率，高定位精度。组 成：高速主轴加工单元＋高速进给驱动＋高速控制系统＋高速 切削刀具。
HSC技 术 是“快、轻切削”方式，切削深度较小，但是切削速度 却可以提高5-10倍。这意味着在主轴轴承、刀具和工件上的切削力 负荷较小，同时因为产生的热量大部分被切屑带走，工件和刀具上 的热负荷较小。
试验可以证明，随着切削速度的提高，切削过程中产生的热负荷减 少，这样可以延长刀具寿命，并能获得较好的表面加工质量(在加工 表面没有“微焊接效应”)。
▪ 来自工件材料的弹、塑性 变形和前、后刀面的摩擦 功.
50％~86％
40％~10％
9％~3％ 周围介质占1％
7
切削温度对工件、刀具和切削过程的影响
▪ 对工件材料机械性能的影响
➢ 切削温度对工件材料强度、硬度的影响不大。
▪ 对刀具磨损和刀具材料的影响
➢ 是刀具磨损的主要原因，它将使刀具磨损加剧，刀具 耐用度下降。但较高的切削温度，对硬质合金刀具材 料的韧性有利。
35
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§4.5 与传统加工方法相比之优势
影响切削加工质量的因素有那些?原因是什么?
高速加工技术具有的共性
40
41
长期以来 ，传统的加工方式是“重蓝切屑”加工方式，它的特点是 切屑深度大，进给速度和旋转速度较低，在低速范围内需较大的扭 矩，根据标准直流电机最大速度和扭矩关系，需要较大的齿轮传动 速比。这种加工方式不可避免地给工件和机床带来较大的力负荷和 热负荷。
《高速切削》课件
高速切削技术面临的挑战
高成本
高速切削技术需要高精度 和高性能的机床、刀具等 设备，成本较高。
技术门槛高
高速切削技术需要操作者 具备较高的技能水平和经 验，技术门槛较高。
加工过程不稳定
高速切削过程中的振动、 热变形等因素可能导致加 工过程不稳定，影响加工 精度和表面质量。
高速切削技术的发展前景
广泛应用
高速切削过程中产生的热量较 少，减少了工件的热变形和热 损伤，有利于加工质量的稳定 。
适合难加工材料
对于一些硬、韧、耐磨等难加 工材料，高速切削可以有效地
提高切削效率和加工质量。
高速切削的应用领域
航空航天
汽车制造
高速切削在航空航天领域广泛应用于加工 高强度、轻质材料，如钛合金和复合材料 等。
汽车制造过程中需要大量切削加工，高速 切削可以提高生产效率和加工质量，尤其 在汽车零部件的制造中得到广泛应用。
02
高速切削通常采用非常锋利的刀 具，并在高转速的机床条件下进 行加工，以实现高效率、高质量 的切削。
高速切削的特点
高效率
高速切削的切削速度远高于常 规切削，因此可以在短时间内 完成大量切削，提高生产效率
。
高质量
高速切削产生的切削力较小， 减少了工件的变形和振动，提 高了加工精度和表面质量。
减少热影响
高速切削时，应使用高质量的刀具和合适的切削液，以减小刀具磨损和提高加工精 度。
CHAPTER 03
高速切削的关键技术
高速切削的刀具技术
刀具材料
选用高硬度、高耐磨性的刀具材 料，如硬质合金、陶瓷和金刚石 等，以提高刀具的耐用度和切削
效率。
刀具几何形状
设计合理的刀具几何形状，如采用 较大的前角和后角，以减小切削力 和切削热，提高刀具的切削性能。
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随切削速度提高，切削力降低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；大致 是切削速度和进给速度提高15～20％，可降低制 造成本10～15％。
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
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
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％。
切屑
刀具
工件
图6 切削时热的产生与传出
高速切削加工及其应用
常规切削区a
不宜切削区b
高速切削区c
Tc 切削温度(T)
Vc
切 削 速 度 (V)
图7 切削速度对切削温度的影响（ Salomon 曲线）
高速切削加工及其应用
试验结果表明：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，
高速切削加工及其应用
2. 高速切削加工理论基础 2.1 不同材料在不同状态下的切屑形态
（a）6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
1.56m/min
(b)6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
130m/min
高速切削加工及其应用
➢ 大进给目标：
进给速度：Vf＝20～50m/min 每刃进给量：fz=1.0～1.5mm/齿
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切 削淬硬钢，其后引起对高速切削加工的普遍关注。 目前，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。
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。
高速切削加工及其应用
钢和铸铁及其合金：500～1500m/min。 铸铁：最高达2000m/min（钻削160～
200m/min，攻丝100m/min，滚齿300～
600m/min）。
40～65HRC淬硬钢：100～400m/min。
高速切削加工及其应用
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 2. 高速切削加工理论基础 3. 高速切削加工的工具系统 4. 高速切削加工的安全技术 5. 高速切削加工技术的应用实例 6. 结束语
PCBN刀具车削铸铁时的切削力
高速切削加工及其应用
切削分力（N）
350
280 210
140 70
0 0
Fz Fy Fx
200 400 600
800 1000 1200 1400
切削速度（m/min）
图5 Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45＃钢时的切削力
高速切削加工及其应用
2.3 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
(a) 40m/min下连续切屑
(b) 125.5m/min下连续切 屑与锯齿状切屑过渡状态
(c) 250m/min下锯齿状切屑
(d) 2600m/min下即将分离的 锯齿状切屑
图2 硬度325HB的40CrNiMoA的切屑形态
高速切削加工及其应用
图3 切削渗碳淬硬20CrMnTi钢（HRC60～62） 在100～110m/min时的切屑形貌
高速切削加工及其应用
铝及其合金：3000～5000m/min，最高达 7500m/min，主要受限于机床主轴最高转速和功 率（整体硬质合金钻头钻孔：200～300m/min， PCD钻头加工硅铝合金：300～400m/min），加 工Si含量≥12％的铸造硅铝合金：500～ 1500m/min。
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 ➢ 高速切削加工技术的特点：
高速切削是一个相对概念，一般认为切削速度 为普通切削速度5～10倍的切削。刀具转速8000～ 10000rpm以上的切削。1978年CIRP切削委员会定 为500～7500m/min的切削。
高速切削加工及其应用
➢ 高速切削优越性：
高速切削加工及其应用
2.2 切削力学
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。
图4
切削力（N）
50(N)
350
300
250
200
150
100
50
20.2x0.15 1.84x0.18 1.5x0.22 1.1x0.30 0.75x0.44 0.55x0.60 切削速度 X 进给量（1000m/min X 1mm/r）
(c) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为1.50m/min
(d) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为127.2m/min
图1 6061－T6铝合金和AISI4340钢在不同切削速度时 的切屑形态（纵截面微观照片）
高速切削加工及其应用
镁及其合金：很高的切削速度，主要受限于镁 的易燃性（燃点650℃）。
超级合金：90～500m/min。
高速切削加工及其应用
➢ 切削速度目标：
铣削：加工铝及其合金10000m/min；加工铸铁 5000m/min；加工普通钢2500m/min。
钻削：加工铝及其合金30000rpm；加工铸铁 20000rpm；加工普通钢10000rpm。
高速切削加工及其应用
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影响： ➢ 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，在宽切削 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。
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
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
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％。
切屑
刀具
工件
图6 切削时热的产生与传出
高速切削加工及其应用
常规切削区a
不宜切削区b
高速切削区c
Tc 切削温度(T)
Vc
切 削 速 度 (V)
图7 切削速度对切削温度的影响（ Salomon 曲线）
高速切削加工及其应用
试验结果表明：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，
高速切削加工及其应用
2. 高速切削加工理论基础 2.1 不同材料在不同状态下的切屑形态
（a）6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
1.56m/min
(b)6061-T6铝合金，刀具前角3°， 切削深度为0.25mm，切削速度为
130m/min
高速切削加工及其应用
➢ 大进给目标：
进给速度：Vf＝20～50m/min 每刃进给量：fz=1.0～1.5mm/齿
高速切削加工及其应用
➢ 国外现状：
20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切 削淬硬钢，其后引起对高速切削加工的普遍关注。 目前，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。
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。
高速切削加工及其应用
钢和铸铁及其合金：500～1500m/min。 铸铁：最高达2000m/min（钻削160～
200m/min，攻丝100m/min，滚齿300～
600m/min）。
40～65HRC淬硬钢：100～400m/min。
高速切削加工及其应用
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 2. 高速切削加工理论基础 3. 高速切削加工的工具系统 4. 高速切削加工的安全技术 5. 高速切削加工技术的应用实例 6. 结束语
PCBN刀具车削铸铁时的切削力
高速切削加工及其应用
切削分力（N）
350
280 210
140 70
0 0
Fz Fy Fx
200 400 600
800 1000 1200 1400
切削速度（m/min）
图5 Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45＃钢时的切削力
高速切削加工及其应用
2.3 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
(a) 40m/min下连续切屑
(b) 125.5m/min下连续切 屑与锯齿状切屑过渡状态
(c) 250m/min下锯齿状切屑
(d) 2600m/min下即将分离的 锯齿状切屑
图2 硬度325HB的40CrNiMoA的切屑形态
高速切削加工及其应用
图3 切削渗碳淬硬20CrMnTi钢（HRC60～62） 在100～110m/min时的切屑形貌
高速切削加工及其应用
铝及其合金：3000～5000m/min，最高达 7500m/min，主要受限于机床主轴最高转速和功 率（整体硬质合金钻头钻孔：200～300m/min， PCD钻头加工硅铝合金：300～400m/min），加 工Si含量≥12％的铸造硅铝合金：500～ 1500m/min。
高速切削加工及其应用
1. 高速切削加工技术的特点和现状 ➢ 高速切削加工技术的特点：
高速切削是一个相对概念，一般认为切削速度 为普通切削速度5～10倍的切削。刀具转速8000～ 10000rpm以上的切削。1978年CIRP切削委员会定 为500～7500m/min的切削。
高速切削加工及其应用
➢ 高速切削优越性：
高速切削加工及其应用
2.2 切削力学
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。
图4
切削力（N）
50(N)
350
300
250
200
150
100
50
20.2x0.15 1.84x0.18 1.5x0.22 1.1x0.30 0.75x0.44 0.55x0.60 切削速度 X 进给量（1000m/min X 1mm/r）
(c) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为1.50m/min
(d) 4340钢，刀具前角3 ° ， 切削深度为0.18mm， 切削速度为127.2m/min
图1 6061－T6铝合金和AISI4340钢在不同切削速度时 的切屑形态（纵截面微观照片）
高速切削加工及其应用
镁及其合金：很高的切削速度，主要受限于镁 的易燃性（燃点650℃）。
超级合金：90～500m/min。
高速切削加工及其应用
➢ 切削速度目标：
铣削：加工铝及其合金10000m/min；加工铸铁 5000m/min；加工普通钢2500m/min。
钻削：加工铝及其合金30000rpm；加工铸铁 20000rpm；加工普通钢10000rpm。
高速切削加工及其应用
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影响： ➢ 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，在宽切削 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。