超高速切削及其对机床、刀具的要求

3.1数控加工对刀具的要求3．1．1 数控刀具在数控加工中的地位和作用刀具技术和机床技术相结合，工件材料技术与刀具材料技术交替进展，成为切削技术不断向前发展的历史规律，对推动切削技术的发展起着决定性作用。

机床与刀具的发展是相辅相成、相互促进的。

在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。

刀具切削性能的好坏取决于构成刀具的材料和刀具结构。

切削加工生产率和刀具寿命的高低、加工成本的多少、加工精度和加工表面质量的优劣等，在很大程度上取决于刀具材料、刀具结构及其的合理选择。

随着作为切削加工最基本要素的刀具材料迅速发展。

各种新型刀具材料，其物理力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。

开发出了许多新型刀具材料的刀具，如聚晶金刚石刀具(PCD)、聚晶立方氮化硼刀具(PCBN)、CVD金刚石刀具、纳米复合刀具、纳米涂层刀具、晶须增韧陶瓷刀具、超细晶粒硬质合金刀具、TiC(N)基硬质合金刀具、粉末冶金高速钢刀具等。

先进的数控机床加工设备只有与高性能的数控刀具相配合，才能发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。

数控刀具是指与这些先进高效的数控机床相配套使用的各种刀具的总称，是数控机床不可缺少的关键配套产品，数控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、长寿命和良好的综合切削性能取代了传统的刀具。

表3-1-1为传统刀具与现代数控刀具的比较。

表3-1-1 传统刀具与现代数控刀具的比较数控刀具的重要性主要表现在以下几方面：(1) 数控刀具的性能和质量直接影响到数控机床生产效率的高低、加工质量的好坏和经济效益。

数控加工机床生产效率的高低、被加工工件质量的好坏以及生产成本，在很大程度上取决于数控刀具材料及其刀具结构的合理选择。

(2) 数控刀具不仅为先进制造业提供了高效、高性能的切削刀具，而且还由此开发出了许多新的加工工艺，成为当前先进制造技术发展的重要组成部分和显著特征之一。

(3) 数控刀具具有“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点，广泛应用于高速切削、精密和超精密加工、干切削、硬切削和难加工材料的加工等先进制造技术领域，可提高加工效率、加工精度和加工表面质量。

．… 。 ．
３ ．砂轮抬起 ， 主轴再次前进至磨削 位置 ， 由 再
４ ．重复过 程 ２ 。
参 考 文 献
１ 毕承恩． ． 丁乃建． 现代数控机床． 机械工业出版社，９３ １９
２ 廖效果． ． 朱启建． 数控机床． 华中理工大学出版社，９２ １９
步进 电机 ２控制 ， 动 １ ０， 转 ８ 。以便 磨削 另一螺旋 槽 。 ５ ．砂轮 抬起 ， 重复前 述 毛 坯装夹 过程 。
已经积 极地 推广 使用 高速 切削 和超 高速切 削 。追 溯
如换 刀 时间 的缩短 、 刀 的高速 化 、 轴 的加速 度启 走 主 停 、 屑的处理 、 却液 的选 择 、 切 冷 主轴 的温控 、 主轴的 动 平 衡 、 夹具 的 合理 选 择 等 。从提 高 生 产率 的角 刀 度， 除了 主轴 的 高速 化 之 外 ， 刀 的高 速化 、 走 主轴 的 加速 度 启停 显得更 加重 要 。 主轴 的 高速 化 ， 轴承 的研 究 开发 提 出了 更高 对 的要求 。首 先 ， 动轴承 的质 量一 直在 提 高 （ 美 国 滚 如 将 ＡＢ Ｃ７ Ｅ 级提 高到 了 Ａ ＥＣ Ｂ ９级 ） 由于 高速 下 的 。 轴 承 温升 高 ， 却润滑方 法 不 断进步 ， 油脂 润滑一 冷 从源自关键 词超 高速切 削
切 削刀具
机 床
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄ ｕ ｔａｈ ｇ ｐ ｅ ｕ ｔ ｇ，ｃ ｔｉ ｇ ｔ ｏ ，ｍ ａ ｈ ｎ ｏ ｌ ｙ ｒ ｓ ｌｒ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔｉ ｎ ｕ ｔ ｏ ｌ ｎ ｃ ｉｅｔ ｏ
当前 机 械制 造 业 为 实现 高 生产率 和 追 求 利 润 ，
维普资讯
超高速切削机床 和超高速 刀具技 术 的现状

高速切削技术试题及答案一、选择题1. 高速切削技术中，“高速”通常指的是切削速度超过传统切削速度的（）。

A. 1倍B. 2倍C. 3倍D. 5倍答案：C2. 高速切削技术的主要优势不包括以下哪一项？（）A. 提高材料去除率B. 减少切削力C. 增加表面粗糙度D. 缩短加工时间答案：C3. 在高速切削过程中，以下哪种材料最适合作为刀具材料？（）A. 高速钢B. 硬质合金C. 陶瓷D. 金刚石答案：D二、填空题4. 高速切削技术中，主轴转速通常超过 ________ r/min。

答案：100005. 高速切削时，由于切削速度的提高，刀具与工件接触的时间缩短，因此可以采用 ________ 冷却方式。

答案：喷雾或风冷三、简答题6. 简述高速切削技术在机械加工中的主要应用。

答案：高速切削技术在机械加工中主要应用于难加工材料的加工，如钛合金、高强度钢等；精密加工，以提高加工效率和表面质量；以及复杂形状零件的加工，减少加工时间和工具磨损。

7. 高速切削技术对机床的要求有哪些？答案：高速切削技术对机床的要求包括高刚性、高精度、高转速的电主轴、稳定的高速进给系统、良好的冷却系统以及高精度的数控系统。

四、计算题8. 已知一高速切削加工中心的主轴转速为12000 r/min，切削直径为50mm，求切削速度。

答案：首先将主轴转速转换为每分钟线速度，即V = πDN / 1000 =π * 50mm * 12000 r/min / 1000 = 180m/min。

五、论述题9. 论述高速切削技术在现代制造业中的重要性及其发展趋势。

答案：高速切削技术在现代制造业中的重要性体现在其能够显著提高生产效率、缩短加工时间、提升加工质量，尤其对于复杂或难加工材料具有显著优势。

其发展趋势包括向更高速度、更高精度、智能化和自动化方向发展，同时，随着新材料和涂层技术的发展，刀具材料和设计也在不断进步，以适应更高的切削速度和更复杂的加工要求。

刀具及切削参数选择在进行切削加工时，刀具及切削参数的选择是非常重要的。

刀具的选择取决于工件的材料、加工方式和所需的加工质量，而切削参数的选择则直接影响到切削效率、加工质量和工具寿命。

下面将详细介绍刀具及切削参数的选择要点。

首先，刀具的选择应根据工件的材料来确定。

不同材料的硬度、耐磨性和塑性等性质会对刀具的选择产生影响。

常用的刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。

高速钢刀具适用于切削低硬度的材料，如铸铁、铝等。

硬质合金刀具具有较好的耐磨性和硬度，适用于切削高硬度材料，如钢和钛合金等。

陶瓷刀具具有良好的高温硬度和耐磨性，适用于切削高硬度和高温材料。

其次，根据加工方式来选择刀具的类型。

常见的刀具类型有立铣刀、立铣刀、钻头、螺纹刀和车刀等。

立铣刀适用于平面和立面的铣削加工。

立铣刀适用于开槽和切割加工。

钻头适用于孔加工。

螺纹刀适用于螺纹加工。

车刀适用于车削加工。

再次，切削参数的选择要考虑切削效率、加工质量和刀具寿命的平衡。

常见的切削参数有切削速度、进给速度和切削深度等。

切削速度是刀具切削的线速度，影响切削热的产生和刀具寿命。

一般来说，当工件材料硬度较高时，切削速度应适当降低。

进给速度是工件在单位时间内移动的距离，影响切削力和加工质量。

一般来说，较高的进给速度可以提高切削效率，但过高的进给速度会增加切削力和工具磨损。

切削深度是刀具在每次切割时进入工件的距离，影响切削力和切削热的产生。

较大的切削深度可以提高切削效率，但会增加切削力和工具磨损。

此外，还应考虑冷却润滑剂的选择和使用。

合适的冷却润滑剂可以降低切削热的产生，减小工具磨损，提高加工质量。

综上所述，刀具及切削参数的选择需要考虑工件材料、加工方式和所需加工质量。

合理选择刀具类型和切削参数可以提高切削效率、加工质量和工具寿命。

在实际应用中，还需要根据具体情况进行调整和优化。

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。

机床刀具的正确选择与使用方法在机床加工过程中，刀具的选择和使用是至关重要的。

一个合适的刀具不仅可以提高加工质量和效率，还能延长机床的使用寿命。

因此，了解机床刀具的正确选择和使用方法对于提高加工效率具有重要意义。

一、刀具的选择1. 根据加工材料选择刀具材质不同的加工材料需要选择不同的刀具材质，以确保加工效果。

通常情况下，硬度较高的工件应选用硬质合金刀具，而对于较软的材料，则可选择高速钢刀具。

此外，还需要考虑工件的导热性、韧性等因素，综合选择最适合的刀具材质。

2. 根据切削条件选择刀具类型在确定了刀具材质后，需要根据具体的切削条件选择刀具类型。

例如，对于高速切削，可以选择高速钢或硬质合金刀具；而对于深孔加工，则需要选择特殊的深孔钻刀具。

因此，在选择刀具时，需要充分考虑切削条件，以确保刀具能够正常工作。

3. 根据加工要求选择刀具形状不同的加工要求需要选择不同形状的刀具。

例如，对于铣削加工，可选择平底刀、球头刀等不同形状的铣刀；而对于车削加工，则可以选择内外圆刀具等。

因此，在选择刀具时，需要根据具体的加工要求来确定刀具的形状。

二、刀具的使用方法1. 切勿超负荷使用刀具刀具在工作时会受到一定的负荷，如果超负荷使用，容易导致刀具磨损过快甚至断裂。

因此，在使用刀具时，需要根据切削条件合理设置切削参数，避免超负荷使用刀具。

2. 定期检查刀具状态刀具在使用过程中会出现磨损，因此需要定期检查刀具状态。

一旦发现刀具磨损严重或者出现其他异常情况，应及时更换或修磨刀具，以确保刀具的正常使用。

3. 注意刀具的保养刀具在使用过程中需要定期进行清洁和保养，以延长刀具的使用寿命。

在清洁时，应使用专用清洁剂擦拭刀具表面，防止刀具受到腐蚀。

同时，在使用完毕后，应将刀具储存在干燥通风的环境中，避免受潮生锈。

总结：正确选择和使用机床刀具对于提高加工效率和质量具有重要意义。

通过根据加工材料选择刀具材质、根据切削条件选择刀具类型、根据加工要求选择刀具形状等方法，能够有效提高刀具的使用效率和寿命。

探析高速切削加工技术在数控机床中的应用作者：任群生来源：《数字化用户》2013年第10期【摘要】随着经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，先进的工程技术、机械加工技术都得到了广泛的应用。

高速切削加工技术是机械加工技术的重要组成部分，将其引入到数控机床中不仅能够提高数控机床的工作水平和工作效率，而且能够极大限度的节约资源，保护环境。

因此，本文首先阐述高速切削的含义、发展现状以及适用于高速切削的材料种类，然后分析高速切削机床的技术要求，明确高速切削加工中相关部件的选择，最后，对高速切削加工技术在数控机床中的应用性进行展望，从而提高高速切削加工技术的实用性。

【关键词】高速切削数控机床刀柄刀具材料技术要求在机械加工技术中，高速切削是最常用的加工方法之一。

这是因为高速切削具有高效率、高环保性能、高精度的特点，因此，在机械加工中高速切削不仅能够做到省时环保，而且还能够极大地提高产品质量，降低资源损耗。

数控机床作为机械制造的重要工具和加工平台，加强高速切削技术的引入和应用对于提高机械加工效率具有重要的推动作用。

一、高速切削技术的含义、发展现状及适用对象（一）高速切削技术的含义所谓切削是指利用刀具或砂轮等工具对工件上的冗余材料、冗余设计部分进行切除和削减的过程。

高速切削是在传统刀具切削的基础上发展起来的一种新型切削技术，因此高速切削具有传统切削技术的特点和功能，但是高速切削技术在提高生产率、降低生产成本、提高加工精细程度等方面要优于传统的切削技术。

高速切削技术是一项复杂的系统工程，因为高速切削技术涉及的领域大而广，如机床结构的设计技术、数控机床的控制系统以及刀具结构的设计和制造技术等。

因此，要想充分发挥高速切削技术的优势，需要对各领域内的技术指标进行充分的考虑和定位，实现高速切削技术与各个子系统中相关控制指标的结合，从而确保高速切削技术的可靠性。

（二）高速切削技术的发展现状高速切削技术的应用离不开高速运转的机床支撑平台，因此，开发和研制数控机床能够拉动切削技术的发展。

高速切削(HSM)技术
高速切削(HSM)技术
一、高速切削的原始定义 1931年，德国切削物理学家萨洛蒙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。
4、高速切削的CAM系统软件 高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切 削刀具，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。一个优秀的高速加工 CAM编程系统应具有很高的计算速度，较强的插补功能，全程自动过切检查及 处理能力，自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能，进给率优化处理功能，待加 工轨迹监控功能，刀具轨迹编辑优化功能，加工残余分析功能等等。数控编程 可分为几何设计（CAD）和工艺安排（CAM），在使用CAM系统进行高速加 工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采 用的编程策略就成为了关键。一名出色的使用CAD/CAM工作站的编程工程师 应该同时也是一名合格的设计与工艺师，他应对零件的几何结构有一个正确的 理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念。首先要注 意加工方法的安全性和有效性；其次要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这 会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命；最后要尽量使刀具载荷均匀， 这会直接影响刀具的寿命。 另外，在国内外众多的CAD/CAM软件中并不是都适用于高速切削数控编 程。这其中比较成熟适用于高速加工编程的有：英国DelCAM公司的PowerMill 软件模块，日本Makino公司的FFCUT软件（其FF加工模块已集成到美国UGS公 司的CAM软件中），以色列的Cimatron软件，美国PTC公司的Pro/ENGINEER 软件，国内北航海尔华正软件有限公司的CAXA-ME软件等。

超咼速加工技术2011级机械设计制造及其自动化4班刘傅文摘要：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、先进加工、发展。

超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。

超高速加工技术的特征：切削力低、热变形小、材料切除率高、高精度、减少工序。

超高速加工技术主要包括：（1）超高速切削、磨削机理研究。

对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。

（2）超高速主轴单元制造技术研究。

主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。

（3）超高速进给单元制造技术研究。

高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。

研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术。

（5）高速CNC空制系统：超高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性，以保证加工复杂曲面轮廓时，具有良好的加工性能。

还要具有高速插补及超前处理能力，防止刀具轨迹偏移和突发事故。

（6）超高速加工在线检测与控制技术研究。

对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。

验研究。

不同的切削方法的高速切削速度范围高速切削是指在金属加工和机械加工中，通过增加切削速度，提高生产效率和加工质量的一种加工方法。

不同的切削方法有着不同的高速切削速度范围。

下面分别介绍几种常见的切削方法及其高速切削速度范围。

1.钻削钻削是将圆柱形或圆锥形工具插入工件并旋转，从而形成孔的一种切削方法。

钻削速度一般较低，取决于工具材料和工件材料。

高速钻削一般指的是钻削速度超过常规钻削速度的1.5到2倍。

一般情况下，碳钢的高速钻削速度可以达到80到180米/分钟，而高硬度材料如铸铁、合金钢和高速钢的高速钻削速度可以达到150到400米/分钟。

2.铣削铣削是利用旋转的刀具在工作台上移动，对工件进行切削加工的一种方法。

铣削过程中，刀具在工件上作切削运动，而工件在工作台上作进给运动。

高速铣削一般是指铣削速度超过常规铣削速度的1.5到2倍以上。

常见的高速铣削切削速度范围为60到450米/分钟，具体取决于材料和切削工况。

一般来说，对于不锈钢、有色金属和铝合金等材料，高速铣削速度可以达到200到450米/分钟。

3.切削磨削切削磨削是将磨削石或砂轮转动到工件上，通过磨粒的切削作用，将工件表面的材料切削掉的一种方法。

切削磨削主要适用于硬度较高，难于切削的材料，如硬质合金、陶瓷和石材等。

高速切削磨削一般是指磨削速度超过常规切削磨削速度的1.5到2倍以上。

常用的高速切削磨削速度范围为30到80米/秒。

4.车削车削是将工装（刀具）放置在旋转的工件上，通过进给运动将切削刀具对工件进行切削的一种方法。

车削是最常见的切削加工方法之一、高速车削是指车削速度超过常规车削速度的1.5到2倍以上。

高速车削速度范围根据材料和加工条件的不同，一般在80到450米/分钟之间。

总结而言，不同的切削方法的高速切削速度范围是不同的。

高速钻削速度范围一般为80到400米/分钟，高速铣削速度范围为60到450米/分钟，高速切削磨削速度范围为30到80米/秒，高速车削速度范围为80到450米/分钟。

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．

超高速切削的发展现状超高速切削是一种先进的切削加工技术，采用高速转速和小切削深度进行切削，能够有效提高切削效率和加工精度。

本文将对超高速切削的发展现状进行详细介绍。

超高速切削技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时由于切削过程容易产生几何形状的误差和表面质量问题，因此一直未能得到广泛应用。

随着计算机数控技术和精密制造技术的快速发展，超高速切削技术在上世纪80年代出现了突破性的进展。

发展初期，超高速切削主要用于加工金属材料，如铝合金、镁合金等，通过提高切削速度和减小切削深度，大大提高了切削效率和表面质量。

随着材料科学和刀具制造技术的进步，超高速切削技术逐渐应用到切削硬度较高的材料，如钢、铁等。

近年来，随着新材料和复杂工件的出现，超高速切削技术迎来了新的发展机遇。

首先是新材料的应用，如高性能陶瓷、纳米材料等，这些材料具有高硬度和高韧性，传统切削技术难以满足对其加工精度和表面质量的要求，而超高速切削技术能够有效解决这一问题。

其次是复杂工件的加工，如汽车发动机缸体、飞机发动机叶片等，这些工件形状复杂，表面精度要求高，传统加工方法效率低、成本高，而超高速切削技术具有快速、高效的优势。

随着超高速切削技术的不断发展，相关设备和工具也在不断更新迭代。

首先是刀具材料的优化，采用纳米材料、复合材料等先进材料制造刀具，能够提高切削效率和切削质量。

其次是机床的改进，采用高刚性、高速度的数控机床，能够满足高速切削的要求。

同时，先进的控制系统和传感器技术的应用，能够实时监测切削过程中的温度、压力等参数，保证整个加工过程的稳定性和安全性。

超高速切削技术的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。

首先是加工效率的提高，相比传统切削技术，超高速切削能够大幅度提高切削速度和加工效率，节约了生产时间和成本。

其次是加工精度和表面质量的提升，超高速切削能够实现微米级的精度和纳米级的表面粗糙度，满足了高精度工件的需求。

此外，超高速切削技术还可以减少切削力和切削温度，降低刀具磨损和能量消耗，从而延长刀具寿命，减少了对自然资源的消耗，对环境保护具有积极意义。

2、超高速切削刀具结构
超高速切削刀具的结构主要从加工精度、安全性、 高效方面考虑，如超高速刀具的几何结构和刀具的装 夹结构。 为了使刀具具有足够的使用寿命和低的切削力，刀 具的几何角度必须选择最佳数值。如超高速切削铝合 金时，刀具最佳前角数值为 12°～ 15°，后角数值为 13°～ 15°；超高速切削钢材时，对应的是 0°～ 5° 和 12°～ 16°，铸铁对应的是 0°和 12°，铜合金是 8°和16°；超高速切削纤维强化复合材料时，最佳前 角数值为20°，后角为15°～20°。
1、超高速切削的刀具材料
(3) 陶瓷刀具材料。陶瓷刀具材料主要有氧化铝基 和氮化硅基两大类，是通过在氧化铝和氮化硅基体 中分别加入碳化物、氨化物、硼化物、氧化物等得
到的，此外还有多相陶瓷材料。目前国外开发的氧
化铝基陶瓷刀具约有20余个品种，约占陶瓷刀具总 量的2/3；氮化硅基陶瓷刀具约有10余个品种，约占 陶瓷刀具总量的1/3。陶瓷刀具可在200～1000 m/min的切削速度范围内高速切削软钢(如A3钢)、淬
先进机械制造技术—— 超高速加工技术
陈春
目录

一、超高速加工含义 二、超高速加工中的刀具技术 三、超高速切削机床 四、加工策略改变
一、超高速加工的含义
1、超高速加工的定义

超高速加工技术：采用超硬材料刀具磨具和能 可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高 柔性的制造设备，以极大地提高切削速度来达 到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现 代制造加工技术。
硬钢、铸铁等。
1、超高速切削的刀具材料
(4) PCD刀具材料。PCD是在高温高压条件下通过 金属结合剂将金刚石微粉聚合而成的多晶材料。虽然 它的硬度低于单晶金刚石，但有较高的抗弯强度和韧 性。PCD材料还具有高导热性和低摩擦系数。另外，

高速加工想要获得足够的切削速度，会产生大量的切削热，同时刀具加速和减速时承受的加速度就会远远大于普通加工设备。

因此，高速加工对切削液、刀具和刀柄都有着特殊的要求。

高速加工对刀具的要求高速加工时，使用油基切削液虽然能够保证工件表面质量，延长刀具使用寿命，但其所含的矿物油的粘度和闪点低，经常产生油烟、油雾和油蒸气，同时分解有毒成分，影响生产环境，损害操作者的身心健康。

所以加工高速切削时，尽可能地使用水基切削液中含极压添加剂的乳化液或微乳化液，如联诺化工SCC101A乳化液。

SCC101A由精制矿油、油性剂、极压剂、防锈剂及乳化剂、杀菌剂等经特殊工艺配制而成，具有良好的稳定性、极压润滑性、冷却性、清洗性及防锈性，乳化液稳定性极佳，可明显提高加工效率和产品光洁度，延长刀具使用寿命。

比同类产品具有更好的润滑性和防锈性，使用寿命一年以上。

而在低速加工时，切削温度低，不易产生上述问题。

为了保证工件的加工度，宜使用油基切削液，可选用联诺化工NC100金属切削油。

刀具在加工时，相对切削速度较高，切屑从工件上切除的瞬间的温度是很高的，即便使用切削液，若因切削液的渗透性不好或压力不够，切削液没有充分渗透到切削区，会使刀具极易出现后刀面磨损，即使刀具仍然能够使用，却使工件表面粗糙度质量达不到要求，仍然需要更换刀具。

所以加工时，一定要使用润滑效果显著、渗透性好的切削液，以延长刀具的使用寿命，保证工件的加工度和表面粗糙度质量要求。

低速加工黑色金属材料时，可以选用活性极压切削油；低速加工有色金属时，宜选用非活性极压切削油；高速加工有色金属时，可以选用非活性极压添加剂的乳化液，如联诺化工SCC101极压乳化液。

高速加工对刀具的要求高速加工所使用的刀具材料必须具有更高的强度，硬度和耐磨性；具有更高的韧性和抗冲击能力以及更好的热硬性和化学稳定性。

以上这段话，各位读者可以不必太较真，因为从目前来看，完全符合这些条件的材料是不存在的。

高速切削及其关键技术摘要自20世纪30年代德国 Carl Salomon博士首次提出高速切削概念以来，经过50年代的机理及可行性研究，70年代的工艺技术研究，80年代全面系统的高速切削技术研究，到90年代初，高速切削技术开始进入实用化，到90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现，21世纪初，高速切削技术在工业发达国家得到普遍应用，正成为切削加工的主流技术。

根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5－10倍的切削加工。

因此，根据加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削的切削速度范围也不同。

高速切削包括高速铣削、高速车削、高速钻孔及高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削。

目前，加工铝合金已达到2000－7500m/min；钛合金达150－1000m/min；纤维增强塑料为2000－9000m/min。

高速切削是一项系统技术，企业必须根据产品的材料和结构特点，购置合适的高速切削机床，选择合适的切削刀具，采用最佳的切削工艺，以达到理想的高速加工效果。

高速切削是一项先进的、正在发展的综合技术，必须将高性能的高速切削机床、及工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合，充分发挥高速切削技术的优势。

高速切削技术已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。

高速切削较之常规切削是一种创新的加工工艺和加工理念。

本文分析了高速切削技术的特点,研究了高速切削的关键技术:机床技术、刀具技术和工艺技术,介绍了高速切削技术在航空航天和汽车制造等领域的发展及应用。

关键词：高速切削；机床；刀具；切削工艺一.引言机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。

在机械加工技术中,切削加工是应用最广泛的加工方法。

近年来,高速切削技术蓬勃发展,已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。

在数控机床出现以前,用于工件上下料、测量、换刀和调整机床等的辅助时间超过工件加工总工时的70%;以数控机床为基础的柔性制造技术的发展和应用,大大降低了工件加工的辅助时间,切削所占时间比例越来越大。

高速切削对数控编程的具体要求
1. 切削参数要求，高速切削对数控编程要求合理选择切削速度、进给速度和切削深度等参数。

切削速度要保持在合适的范围内，以
确保切削效率和刀具寿命的平衡。

进给速度要根据材料的硬度、切
削力和刀具的性能等因素进行调整，以实现高效的切削。

切削深度
要根据工件的要求和刀具的稳定性来确定。

2. 刀具选择要求，高速切削要求选择合适的刀具。

刀具的材料、刃数、刃角、刃长等参数需要根据切削材料、切削条件和加工要求
进行选择。

高速切削一般需要使用硬质合金刀具或涂层刀具，以提
高切削速度和刀具寿命。

3. 编程技巧要求，高速切削对数控编程的要求包括合理的刀具
路径规划、平滑的切削轨迹和精确的切削参数控制。

刀具路径要避
免多余的刀具运动，减少空程时间，提高切削效率。

切削轨迹要尽
量平滑，避免急剧的变化和过大的加速度，以减少振动和刀具的应力。

切削参数的控制要准确，包括切削速度、进给速度、切削深度、切削角度等，以保证加工质量和刀具寿命。

4. 程序调试要求，高速切削对数控编程的程序调试要求严格。

需要对程序进行充分的模拟和验证，确保刀具路径和切削参数的准确性。

同时，还需要进行切削试验和切削力的监测，以调整和优化切削参数，提高切削效率和加工质量。

综上所述，高速切削对数控编程的具体要求包括合理选择切削参数、选择合适的刀具、掌握编程技巧和进行程序调试等方面。

这些要求的达成可以提高加工效率、降低成本和提高产品质量。