高速切削加工技术

高速切削加工实验报告1. 引言高速切削加工是一种先进的制造技术，通过提高切削速度和优化刀具材料与结构，可以加快加工速度、提高加工效率和加工精度。

本实验旨在通过对铝合金进行高速切削加工，探究加工参数对加工效果的影响，为实际加工提供依据。

2. 实验方法2.1 材料准备选取工业常用的6061铝合金作为实验材料，该材料具有良好的机械性能和加工性能。

2.2 实验设备* 高速切削机床：使用一台高速切削机床进行实验，该设备能够实现高速切削并准确控制加工参数。

* 刀具：选用合适的高速切削刀具，具备良好的切削性能和刚性。

* 冷却液：使用专用的冷却液，避免材料在高速切削过程中引起过热。

* 测量仪器：使用数控测量仪器对实验结果进行测量和记录，保证数据的准确性。

2.3 实验步骤1. 将铝合金工件固定在高速切削机床上，并确认其位置和稳定性。

2. 选择合适的切削刀具，并调整好刀具安装参数。

3. 设置高速切削加工参数，如切削速度、进给速度、切削深度等。

4. 启动高速切削机床，进行加工。

5. 实时记录切削过程中的数据，如工件表面温度、切削力、切削动力等。

6. 完成加工后，对工件进行后续处理，如去毛刺、抛光等。

7. 使用数控测量仪器对工件进行尺寸测量，并记录测量结果。

3. 实验结果3.1 加工参数对加工效果的影响在实验中，我们选取了不同的切削速度、进给速度和切削深度进行加工，并记录了加工过程中的数据和加工效果。

图1 展示了不同切削速度下的加工效果。

可以观察到，随着切削速度的增加，加工效率明显提高，同时工件表面质量也有所改善。

然而，当切削速度达到一定范围时，过高的切削速度会导致材料过热和刀具磨损的加剧，从而降低切削质量。

图2 展示了不同进给速度下的加工效果。

可以发现，在一定范围内，增加进给速度可以提高加工效率，但过高的进给速度会导致切屑堆积、刀具磨损和精度下降。

图3 展示了不同切削深度下的加工效果。

可以看到，增加切削深度可以在一定程度上提高加工效率，但同时也会增加材料的变形和切削力，从而降低加工质量。

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。

高速切削技术研究第一部分高速切削技术的定义与特点 (2)第二部分高速切削刀具材料与磨损机理 (4)第三部分高速切削机床的选型与应用 (7)第四部分高速切削参数优化方法 (10)第五部分高速切削过程的热控制技术 (13)第六部分高速切削加工精度与表面质量 (15)第七部分高速切削在典型零件加工中的应用 (17)第八部分高速切削技术的发展趋势与挑战 (20)第一部分高速切削技术的定义与特点高速切削技术是一种先进的制造工艺，它通过使用高转速的刀具和优化的切削参数来提高材料去除率、加工精度和表面质量。

该技术的核心在于实现高效率、高质量和高精度的加工过程。

在高速切削过程中，刀具以极高的速度旋转（通常超过每分钟数千转），同时进给速度也相应提高。

这种高速旋转产生的离心力有助于减小切削力和切削热，从而延长刀具寿命并减少工件的热变形。

此外，由于切削力的降低，高速切削还可以减少振动，进一步提高加工精度。

高速切削技术的优势主要体现在以下几个方面：1.高效率：与传统切削相比，高速切削可以显著提高材料去除率，缩短加工时间。

研究表明，高速切削可以提高生产效率达 30%至50%。

2.高精度：高速切削过程中的低切削力可以减少工件的振动，从而提高加工精度。

此外，由于切削热的影响较小，工件的热变形也得到了控制。

3.高质量表面：高速切削产生的切削热较低，这有助于减少工件的烧伤和裂纹，从而获得更好的表面质量。

4.刀具寿命延长：高速切削可以降低切削力，减少刀具磨损，从而延长刀具的使用寿命。

5.节能减排：高速切削技术可以实现更高的材料去除率，从而减少能源消耗和碳排放。

然而，高速切削技术也存在一些挑战，如刀具成本较高、对机床性能要求较高等。

因此，在实际应用中，需要根据具体加工需求和技术条件，合理选择切削参数和刀具，以确保高速切削技术的有效性和经济性。

总之，高速切削技术作为一种先进的制造工艺，具有高效率、高精度、高质量表面等优势，但在实际应用中需充分考虑其成本和设备要求。

刀具高速切削加工技术特点
高速切削加工技术中的“高速”是一个相对概念，对于不同的加工方法和工件材料与刀具材料，高速切削加工时应用的切削速度并不相同。

通常把切削速度比常规高出5～10倍甚至以上的切削加工叫作高速切削或超高速切削。

以德国达姆施塔特工业大学H．Schulz教授提出的铣削速度范围比较具有代表性：铝合金1000～7000m/min，铸铁800～3000m/min，钢500～2000m/min，钛合金100～1000m/min，镍基合金50～500m/min。

传统硬质合金类刀具加工铝合金壳体切削速度一般在150～300m/min之间，而聚晶石（PCD）类刀具的切削速度能达到2000m/min以上，实现高速切削。

高速切削加工时，高切削速度在材料剪切区短时释放大量热能。

因此，随着切削速度的增加，切削的剪切区、切屑压缩区和变形区内材料的单位切削力反而下降。

总切削力和必需的切削功率同样下降。

高速切削工艺典型的小切削深度结合高进给速度和高主轴转速，将降低切削刃切入工件的时间，或称接触时间。

刀具监控系统在高速切削加工过程中还应该考虑的一个问题是刀柄与机床主轴锥孔的连接方式，常用的锥柄有BT、HSK、CAT及CAPITO等多种形式，但是在高速切削时HSK因其的双面接触过定位结构可以保证刀尖很高的跳动要求，，特别适合高转速工况。

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成本降低 。 五 六
一
前 ， 于 高 速 切 削 加 工 中 心 其 主 轴 最 高 转 速 一 般 都 大 于 １０ ０／ 适 ０ ０ｒ ｍ ｎ 有 高 达 ６ ０ ０／ ｎ １０ ０ ｒｍｎ 为 普 通 机 床 １ ｉ， ０ ０ ｒｍｉ－ ０ ０ ０／ ｉ， ０倍 左 右 ；
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浅谈高速切削加工技术 的发展
口 蔡 素 桔
摘
要 ： 高速 切 削技 术 是 近 十 几 年 来迅 速 崛起 的 一项 先 进 制 造 技 术 ， 已成 为现 代 制造 业 的 重要 组 成 部 分 。 高 速切 削 的特 点 和 机 从
理 入 手 ， 析 这 项 高新技 术 发展 状 况 和 目前 的应 用 。 分 关键 词 ： 高速 切 削 ： 床 ； 具 机 刀
高速切削强调的是高的速度 ， 要有高的主轴转速 ， 速切削 中 即 高 的 高 速 不是 一 个 技 术 指 标 ， 而应 是 一个 经济 指 标 。 速 切 削 时 由 高
于 切 削 速度 的 大 幅 度 提 高 ， 定 了 高 速 切 削 具 有 以下 特 点 ： 是 决 一
性 能 良好 的机 床 是 实 现 高 速 切 削 前 提 和 关 键 ，而 具 有 高 精 度 高 速 主 轴 和控 制精 度 高 高 速 进 给 系 统 ，则 是 高 速 切 削 机 床 技
主 电动 机 功 率 １ ｋ ５ ｗ罐 ０ Ｗ， ｋ 以满足高速车削 、 高速铣削之要求 。 控制
、
高 速 切 削 的 机 理
在 高 速 切 削 过 程 中 ， 于 切 削 速 度 足 够 快 ， 应 变 硬 化 来 不 由 使 及 发生 ， 变形 只发 生小范 围内会 使切削力小 于传统速 度的切 削力 。高 速 切 屑 变 形 机 理 在 很 大程 度上 与 热 量 有 关 ，随 着 切 削 速 度 的增 加， 切屑 流受 到 的阻 力 减 小 ， 而使 切 屑 变薄 、 削 力 减小 。 从 切 高 速 切 削 机 理 主要 包 括 高 速 切 削 中 切 削 力 、切 削 热 变 化 规 律 ． 具 磨 损 的规 律 ． 屑 的 成 型 机 理 以 及 这 些 规 律 和 机 理 对 加 刀 切 工 的影 响 。 目前 对 铝 合 金 的 高 速 切 削 机 理 的 研 究 与 应 用 比较 成 功 ，但 对 黑 金 属 和难 加 工 材 料 的 高 速 切 削 机 理 的研 究 与应 用 尚 处 于不 断探 索之 中 ，应 用 也 是 在 不 成 熟 的 理 论 指 导 下进 行 。 另 外 ， 速 切 削 机 理 的研 究 与 应 用 已进 入钻 铰 、 丝 等 的切 削方 式 高 攻 中 ， 还 处 于 探 索 阶段 。随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 高 速 切 削 的 切 但 对 削 力 、 削热 、 屑 成 型 、 具 磨 损 、 具 寿 命 、 工 的 精 度 和 表 切 切 刀 刀 加

第三讲1.高速切削技术高速切削的产生背景和发展史高速切削（HSM或HSC）通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣，它是20世纪90年代迅速走向实际应用的先进加工技术，在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。

高速铣削技术既可用于铝合金、铜等易切削金属，也可用于淬火钢、钛合金、高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料。

例如，在铝合金等飞机零件加工中，曲面多且结构复杂，材料去除量达高达90％～95％，采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度；在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。

高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果：“当以适当高的切削速度（约为常规速度的5～10倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产率”。

60多年来，人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术，但直到20世纪90年代该技术才逐渐在工业实际中推广应用。

高速切削最早在飞机制造业和模具制造l受到很大的重视。

为使飞机的零部件满足很高的可靠性要求，大部分重要零件都是在整块铝合金坯件卜铣削而成，既可减少焊缝，又可提高零件的强度和抗振性。

但常规铣削效率很低，从而导致了高的生产成本和长的交货时间。

高速切削是克服这方面问题的最好解决方案。

汽车工业中，模具制造是产品更新换代的关键。

新车型定型后，模具制造周期的长短直接影响到产品的上市时间，也关系到市场竞争的成败。

所以在80年代美国、欧洲和日本的政府都出巨资推动高速切削在模具制造中的应用研究，90年代初高速切削已进入工业化应用。

图16 高速切削在生产应用中的发展历程图17 采用高速切削后产品质量提高的历程a一硬质合金切钢 b一硬质合金切铸铁c—CBN切铸铁图16是德国宝马公司（BMW）采用高速切削的历程。

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。

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

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。

高速加工技术及应用高速加工技术是一种在短时间内迅速、高效地完成工件加工的技术。

它是现代制造业发展的重要一环，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、电子、模具等领域。

高速加工技术的特点有以下几点：1.高速切削：高速加工技术采用高速旋转的切削工具，使得切削速度大大提高，一般可以达到切削速度的数倍甚至十数倍，从而大大缩短了加工时间。

2.小切削量：高速加工技术多采用微小切削量的方式进行切削，这样可以降低加工对机床、刀具和工件的热影响，提高加工精度。

3.高精度和高表面质量：高速加工技术能够实现很高的加工精度和表面质量，通常可以达到几个微米的加工精度和很低的表面粗糙度。

4.刀具寿命长：高速加工技术采用高硬度和高耐磨性的刀具材料，使得刀具使用寿命大大延长，降低了换刀频率和加工成本。

高速加工技术在以下方面有广泛的应用：1.航空航天领域：在航空航天领域，高速加工技术能够加工各种复杂曲面和薄壁结构件，如发动机叶片、航空航天零件等，提高了零件的精度和表面质量。

2.汽车领域：高速加工技术在汽车制造中主要用于零部件的加工，如发动机缸体、座椅滑块等，能够提高加工效率和产品质量。

3.船舶领域：高速加工技术在船舶制造中主要用于船体结构和轴承加工，如船体钢板切割、轴承的外圈和内圈加工等，提高了加工速度和质量。

4.电子领域：高速加工技术在电子领域主要用于半导体器件的切割和加工，如芯片切割、光纤连接器加工等，提高了加工精度和产品性能。

5.模具领域：高速加工技术在模具制造中主要用于模具的精细加工，如模具的深孔加工、细小结构的加工等，提高了模具的加工精度和寿命。

高速加工技术的发展对于提高制造业的竞争力和产品质量具有重要意义。

随着材料科学和机械加工技术的不断发展，高速加工技术将在更多领域得到应用，并不断推动制造业的发展。

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。

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．

目录一高速切削技术概述 (2)1 高速切削的基本概念 (2)2.高速铣削的特点 (3)2.1 高速铣削的一般特征 (3)2.2 高速铣削的优点 (3)2.3 高速铣削的问题 (4)2.4 高速铣削的应用 (5)3.高速铣削的关键技术 (5)3.1 高速切削机理的研究 (6)3.2 高速切削刀具 (7)3.3 高速切削机床技术 (7)3.4 高速切削的工艺技术 (9)3.5 高速加工的测试技术 (9)二高速切削机床 (10)（—）如何有效地选择高速切削机床 (10)1、高速切削机床基本结构 (10)2、高速主轴 (10)3、高速进给机构 (11)4、高速CNC 控制系统 (11)5、高速切削机床安全防护与实时监控系统 (11)6、选购高速切削机床的方法 (12)三、高速切削刀具 (18)1．刀具材料 (18)2．刀具结构 (19)3.刀杆结构 (20)4．刀具动平衡 (21)四、高速数控编程 (23)1．高速数控编程的特点 (23)1．1 现有的CAD/CAM/CNC 集成化系统 (23)1．2 高速切削对数控编程的具体要求 (24)2．粗加工数控编程 (26)3．精加工数控编程 (29)五、高速铣削工艺 (33)1、刀具的选择 (33)2、切削参数选择 (34)3.加工实例 (46)一高速切削技术概述1 高速切削的基本概念高速切削（HSM或HSC）是二十世纪九十年代迅速走向实际应用的先进加工技术，通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣，国际上在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。

高速铣削可用于铝合金、铜等易切削金属和淬火钢、钛合金，高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料，例如，在铝合金等飞机零件加工中，曲面和结构复杂，材料去除量高达90％～95％，采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度；在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。

在通用机械制造业中，高速切 削加工技术广泛应用于机床、 泵阀、压缩机和液压传动装置 等产品的制造。
05
高速切削加工技术的发 展趋势与挑战
高效稳定的高速切削技术
高效稳定的高速切削技术是未来发展 的关键，需要不断提高切削速度和加 工效率，同时保持加工过程的稳定性 和可靠性。
高效稳定的切削技术还需要不断优化 切削参数和刀具设计，以适应不同材 料和加工需求的挑战。
高速切削工艺技术
切削参数选择
根据不同的加工材料和切削条件， 选择合适的切削速度、进给速度 和切削深度等参数，以实现高效
切削和高质量加工。
切削液使用
合理选用切削液，如乳化液、极 压切削油等，以提高切削效率和 工件表面质量，同时减少刀具磨
损和热量产生。
加工路径规划
采用合理的加工路径和顺序，以 减少空行程和换刀次数，提高加
高效稳定的切削技术需要解决切削过 程中的振动和热变形问题，提高加工 精度和表面质量。
高性能刀具材料的研发
高性能刀具材料是实现高速切削 的关键因素之一，需要具备高硬 度、高强度、高耐磨性和良好的
抗热震性等特点。
研发新型高性能刀具材料，如超 硬材料、陶瓷材料等，能够提高 切削速度和加工效率，同时减少
刀具磨损和破损。
改善加工质量
01
高速切削加工技术能够减少切削 力，降低切削热，从而减小了工 件的热变形和残余应力，提高了 加工精度和表面质量。
02
由于切削力减小，工件不易产生 振动，减少了振纹和表面粗糙度 ，进一步提高了加工质量。
降低加工成本
高速切削加工技术能够显著提高加工效率，缩短了加工周期，从而降低了单件成 本。
高速切削加工技术
目 录
• 高速切削加工技术概述 • 高速切削加工技术的优势 • 高速切削加工的关键技术 • 高速切削加工的实践应用 • 高速切削加工技术的发展趋势与挑战 • 高速切削加工技术的未来展望

Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｖｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
科 技 视 界
科技・ 探索・ 争Ｉ 毫
高速切削加工技术及刀具选择
王新 成 （ 陕西 汉江 机床 有 限公 司 ， 陕西 汉中 ７ ２ ３ ０ ０ ３ ）
【 摘 要】 高速切 削加工机床与刀具 系统的设计及制造是高速切削加 工的基础 ， 高速加 工刀具 的结构设计与材料选用是高速切 削加 工的保
证 。本 文论述 了高速切 削加工技术的特点 ， 及 高速切 削加工技术 中高速切削刀具 系统选择 和刀具材料选 用方法。
【 关键词 】 高速切 削加工 ； ７ ／ － ｇ ． 系统 ； ７ ／ － ｇ ． Ｎ ＂ 料术的飞速发展 ． 非金属材料和复合材料的加工越 来越广泛 ． 新 型陶瓷材料及难加 工材料 的切 削加工不断涌 现 ． 要求机 械制造过程 的切削技术应满足高速 、 高精密 、 高可靠性 、 清洁、 安全 的 生产加工模式［ １ 高速切削是指用于高速度进行高效加工的一种先进 ］ 制造技术 ． 也是一项综合的高新技术∞ 。 在 高速切 削加工技术 的形成与 发展过程 中． 工件材料与刀具材料交替发展 ， 相互促成 ， 成为切削技术
的数控化率越来越高 。在高速切削加工技术 中， 高速切削加工机床 与 刀具系统 的设计及制造是基础 ． 高速加工刀具 的结构设计与材料选用 是保证［ ３ １ 因此 ． 加 强高速切削加 工技术及 刀具选择 的研究具有重要 的 实际意义 。
１ 高速切削加工 的技术特点
一
是． 高速切 削加工过程 中， 切削速度提高 。 单位时 间内材料切 除 率提高 ， 切 削加工 时间变短 ， 大 幅度提高加工效率 ， 降低加工成本 。二 是． 切 削加工 速度 提高 ． 切削力 随之减小 ， 有利于高速切削加工 刚度 较 差 的薄壁零件 。 三是 。 高速切削加工过程 中切屑以很高的速度排出 ， 带 走大量 的切削热 。 有利 于减小加工零件 的内应力 ． 减小零件 的热变形 ， 提 高加工精度 四是 ． 高速切削加工过程 中的刀具主要是 以超硬刀 具 的应用 为主 ． 有利 于实施 高速干切 削加工技术 。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 ３ 结束 语 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 的环 境 高速切削加工技 术是一项全新 的、 正在发展 中的先进制造实用技 负面影 响。 目 前， 能实现高速干切 削的工件材料有铸铁 、 铝合金 、 滚 动 术。 非金属 材料 和复合材料 的高速切削是实现高精度 、 高效率 、 高稳定 轴 承钢 等材料零 件的加工 性和低表面粗 糙度切削加工 的重要技术途径 。 高速切 削加工技术主要 用于轻金属及 其合金 ． 新型 陶瓷材料及难加工材料的高速切削加工 ． ２ 高速切 削加工技术 的刀具选择 以及用于精密 、 超精密及光学元件 的高精加工 。随着高速切削技术的 刀具 技术是 实现高速切 削的重要保证 。正确选择刀具材料 ， 合 理 深人研究 ， 目 前 国外航 空 、 航天 、 汽车 、 模 具制造业 已广泛应 用高速切 设计 刀具 系统对 于提高加工质 量、 延长 刀具寿命 和降低加工成 本起 着 削加工技术 ， 并 取得很好 的经济效益 。 随着国家科技重大专项的实施 ． 重要作用 实际生产 中． 高速切削加工时既要保证加工精度 ． 又要保证 我国的高速切 削技术 正在发生 突破性和跨越式的发展。同时 。 国内超 高的生产 率 ． 还要保证安全 可靠 ， 因此 ， 高速切削刀具系统必须满足很 硬材料及工具制造企业 正在抓住我 国制 造业结构转型 的大好 发展 机 高的几何精度 和装夹重 复精度 、 很 高的装夹刚度 和高速运转 时安全 可 遇 ． 针对高速切削超硬 刀具技术开展产业化 开发 ． 特别是具有 自主知 靠 。高速 切削要 求刀具 材料具 有高硬度 、 高强度 和高耐磨性 ； 高韧 度、 识产权的高速 切削超 硬刀具技术 的开发 ． 努力加大 自身企业 的技术 开 良好 的耐热 冲击性 ； 高热硬性 、 良好 的化学稳定性 。 超 硬刀具 材料应用 发投 入力度， 以 促进我国 高速切削技术的 快速推广 应用。 ● 于高速 切削是保证高 的生产 率的前提 ． 因为 ． 超硬 刀具 高速切削技术 的应用不仅可 以提高 产品的切 削速度 和加工效率 ． 而且可 以确保 产品 【 参考文献】 的高精 度和一致性 ． 提高产品的加工质 量以及加 工产 品的高科 技含量 ［ １ ］ 席 俊杰 ， 徐颖． 高速 切削技术 的发 展及应用［ Ｊ ］ ． 制造业 自动化 ， ２ ０ ０ ５ ， ２ ７ （ １ ２ ） ： 和高附加值Ｈ 。 同时还将大大减少传统高速钢 、 硬质合金工具对钴 、 钨、 ２ ６ － ２ ９ ． 钽、 铌 等贵金 属的资源消耗 ， 并 可降低单位产 品加工 能耗［ ５ ３ 。 ［ ２ ］ 王 瑾． 绿色 制造技 ７ ｆ 期械工 业中 的 应用 研衄 商 现 代化， ２ ０ ０ ６ （ ２ ３ ） ： ２ １ ４ － ２ １ ５ ． ３ ］ 邓福铭 ， 卢学军． 我国超硬刀具 高速切削技术发展现状 问题及前 景［ Ｊ 】 ． 硬质合 目 前． 高速切 削加工技术 的刀具选择 主要是刀具材料 的优 化和制 ［ ２ ０ １ ０ ， ２ ７ （ ４ ） ： ２ ４ ２ — ２ ４ ６ ． 备技术 。 一是 ． 金刚石和类金刚石涂层的刀具的制备及应 用。 金刚石是 金 ， ４ ］ 王瑾， 赵亮． 超硬涂层材料性能及其应用研究叨． 铸造技术 ， ２ ０ １ ３ ， ３ ４ （ ６ ） ： ６ ８ ３ － ６ ８ ５ ． 目 前 自然界中最硬 的物质 ． 它的硬度和 弹性 模量极高 ． 而摩擦 系数很 ［ ［ ５ ］ 解念锁 ， 王瑾． 我国硬 质合金工业发展现状与资源保 护［ Ｊ ］ ． 中国钨业 ， ２ ０ ０ ６ ， ２ １ 小。 具有很好 的耐磨性 ． 因此对 于超硬材料 的高速切削加工 ． 金 刚石 车 （ ３ ） ： ４ — ６ ． 刀 和具有 金刚石涂层 的高速钢 和硬质合金刀具是唯一切削刀具 金刚 ［ ６ ］ 于杨 ， 解念锁． 先进 表面工程技术及应用研究 ［ Ｊ ］ ． 科技创新导报 ， ２ ０ ０ ９ （ ３ １ ） ： ７ ８ ． 石涂层不 仅能够 提高 刀具使用 寿命几 十倍 ． 而且能够满 足高精 度机械 零件 的加工要求 在小直径的钻头上沉积金刚石涂层 可使其 切削性 能 ［ 责任编辑 ： 王迎迎 ］ 增强并延长钻头使用寿命 １ ０ 倍 以上 ．可 以很好应用到难加工材料 切

高速切削加工技术的概念高速切削加工技术是一种在机械加工中使用高速旋转刀具来去除材料的工艺。

它可以提高加工效率、减少加工成本，提高切削质量，并延长刀具寿命。

在高速切削加工技术中，切削速度通常比传统切削速度高出几倍，达到可达到切削极限的速度。

高速切削加工技术的基本原理是通过尽可能高的转速来提高切削速度，以减小切削过程中的切削时间。

高速切削加工技术的发展需要满足以下几个条件：高速切削的刀具材料需要具备良好的硬度、热稳定性和刚性；高速切削需要使用高速转子以提供所需的切削速度；高速切削需要使用高速切削液以冷却和润滑刀具和切削床面。

高速切削加工技术的优点主要体现在以下几个方面：1. 高加工效率：高速切削加工可以提高切削速度，减少切削时间，从而提高加工效率。

与传统切削相比，高速切削可以将加工时间减少50%以上。

2. 高表面质量：高速切削加工可以减小切削过程中的机床振动和切削力，从而获得更高的表面质量。

切削过程中，高速转子产生的离心力可以抑制刀具的振动，提高切削表面的光洁度。

3. 刀具寿命长：高速切削加工可以减小切削温度，减小切削热对刀具的影响，从而延长刀具的使用寿命。

高速切削可以在减小切削温度的同时提高切削速度，从而有效地降低刀具的受热面积，减小刀具的磨损。

4. 减少加工成本：高速切削加工可以提高加工效率，减少切削时间，从而减少加工成本。

高速切削还可以减小切削力和切削温度，减少切削液的消耗，降低切削液的成本。

高速切削加工技术的应用范围广泛，包括航空航天、汽车制造、模具制造、电子制造等领域。

例如，在航空航天制造中，高速切削可以快速精确地加工复杂的零部件；在汽车制造中，高速切削可以提高发动机零部件的加工效率和精度；在模具制造中，高速切削可以提高模具的加工效率和精度；在电子制造中，高速切削可以提高电路板的加工效率和精度。

总之，高速切削加工技术是现代制造业的一个重要发展方向。

通过提高切削速度，高速切削加工可以提高加工效率、减少加工成本，并提高切削表面的质量。