高速切削机理

机械制造中的机械加工高速切削技术高速切削是机械加工领域中的一项重要技术，它在工件加工过程中使用高速切削工具，以较大的进给速度和转速进行切削，提高了加工效率和加工质量。

本文将介绍机械加工高速切削技术的原理、特点以及在机械制造中的应用。

一、高速切削技术的原理高速切削技术是基于高速运动的切削工具和工件之间的相对运动原理。

在高速切削过程中，切削工具以较高的转速和进给速度与工件接触，形成切屑并进行切削。

相比传统的慢速切削，高速切削具有以下特点：1. 切削速度较快：高速切削在保持刀具刃口整齐的情况下，增大刀具转速和进给速度，从而大幅提高了切削效率。

2. 切削温度较低：高速切削由于切削时间短，切削工具与工件接触时间减少，从而减少了热量在切削区域的积累，使得切削温度低于常规切削。

3. 切削力较小：高速切削采用较高的转速和进给速度，在单位时间内切削的材料量相对较大，切削力得到了有效分散，从而降低了切削力的大小。

二、高速切削技术的应用1. 提高生产效率：高速切削技术在机械制造中广泛应用，能够显著提高生产效率。

通过提高切削速度和进给速度，生产厂商可以在较短时间内完成更多的加工任务，提高了机械加工的效率。

2. 提高加工精度：高速切削技术具有切削温度低、切削力小等特点，能够减小热变形和机械振动对工件加工精度的影响，提高了加工精度和表面质量。

3. 增加工件材料种类：高速切削技术在闪光电火花加工、超硬材料和薄壁工件高速切削等领域应用广泛。

高速切削通过较高的转速和进给速度，能够更好地适应不同材料的加工需求。

4. 降低加工成本：高速切削技术通过提高加工效率和降低切削力，可以减少切削时间和刀具磨损，从而降低了加工成本。

三、机械加工高速切削技术的挑战与发展高速切削技术在机械制造中的应用受到了一些挑战，如切削热问题、切削润滑和冷却问题等。

同时，随着高速切削技术的发展，一些新的切削方式如超声波切削、激光切削等也受到了广泛关注。

为了进一步推动高速切削技术的发展，需要加强研究，探索新的切削理论和方法。

高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理是现代制造业中的关键研究领域，它们直接影响到加工效率、产品质量以及生产成本。

本文将探讨高速切削加工工艺参数的优化以及刀具磨损机理的分析，以期为制造业提供理论指导和实践参考。

一、高速切削加工工艺参数概述高速切削加工技术是一种先进的金属切削技术，它通过提高切削速度来实现高效率和高质量的加工。

这种技术在汽车、航空、模具制造等行业中得到了广泛应用。

高速切削加工工艺参数的优化是实现高效加工的关键，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料选择等。

1.1 高速切削加工的优势高速切削加工技术具有以下优势：- 提高生产效率：由于切削速度的提高，单位时间内可以去除更多的材料，从而缩短加工时间。

- 改善加工表面质量：高速切削可以减少切削力和切削温度，从而减少加工表面的毛刺和烧伤。

- 提高加工精度：高速切削过程中的振动较小，有利于提高加工精度。

- 减少刀具磨损：高速切削可以减少刀具与工件的接触时间，从而降低刀具磨损。

1.2 高速切削加工工艺参数高速切削加工工艺参数主要包括以下几个方面：- 切削速度：切削速度是影响高速切削效率和质量的关键参数，需要根据材料特性和刀具材料进行合理选择。

- 进给速度：进给速度影响切削的连续性和表面粗糙度，需要与切削速度相匹配。

- 切削深度：切削深度影响切削力和刀具的耐用度，需要根据工件材料和刀具强度进行选择。

- 刀具材料：刀具材料的选择直接影响切削性能和刀具寿命，常见的刀具材料有硬质合金、陶瓷、石等。

二、刀具磨损机理分析刀具磨损是高速切削加工中不可避免的现象，它会影响加工质量、生产效率和刀具成本。

研究刀具磨损机理对于延长刀具寿命、提高加工效率具有重要意义。

2.1 刀具磨损的类型刀具磨损主要包括以下几种类型：- 磨料磨损：由于切削过程中工件材料中的硬质点与刀具表面接触，导致刀具表面逐渐磨损。

- 热磨损：高速切削过程中产生的高温会使刀具材料发生热软化，从而加速磨损。

绿色制造—高速干切削概述高速干切削是一种先进的切削加工技术，它在提高加工效率的同时，也有效地降低了环境污染和能源消耗。

本文将概述高速干切削技术的原理、应用领域以及对绿色制造的积极影响。

一、高速干切削的原理高速干切削是指在高速旋转的切削工具与工件接触时，不使用冷却液进行冷却和润滑的切削过程。

其原理是通过提高切削速度、降低加工温度和减少摩擦力来实现高效率的切削加工。

在高速干切削过程中，切削温度相对较低，切削力较小，从而减少了工具磨损和加工成本。

二、高速干切削的应用领域高速干切削技术广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子、光学器件等领域。

例如，高速干切削技术在汽车制造中被用于发动机零部件的加工，可大幅提高生产效率和减少废液处理成本。

同时，在电子器件制造领域，高速干切削技术具备高精度和高表面质量等优势，被广泛应用于半导体芯片、光纤组件等的加工。

三、高速干切削对绿色制造的影响1. 节约能源：高速干切削不需要冷却液，大大减少了能源消耗。

与传统切削相比，高速干切削可节约能源30%以上，减少了对环境的负荷。

2. 降低环境污染：传统切削过程中，大量的冷却液被使用后会成为废液，对环境造成严重的污染。

而高速干切削技术无需冷却液，减少了废液的产生，降低了对水资源的消耗和水污染的风险。

3. 提高生产效率：高速干切削技术采用高速切削工具和高速传动设备，加工速度更快，提高了生产效率。

同时，由于无需处理废液等附加工序，工艺流程更加简化，进一步提高了生产效率。

4. 减少工具磨损：高速干切削的切削速度相对较高，与工件接触时间短，减少了工具磨损。

这可以延长工具的使用寿命，减少了资源消耗和废弃物的产生。

综上所述，高速干切削技术具有降低能源消耗、减少环境污染、提高生产效率和减少工具磨损的优势，为绿色制造的实践提供了重要的技术支持。

随着高速干切削技术的进一步发展和应用，相信将在制造业领域取得更加显著的绿色效益和可持续发展。

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。

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。

只有在这些技术充分发展的基础上，建立起来的高速切削技术才具有真正的意义。

所以要发挥出高速切削的优越性能，必须是CAD/CAM系统、CNC控制系统、数据通讯、机床、刀具和工艺等技术的完美组合。

CNC机床加工中的高速切削技术在CNC机床加工中，高速切削技术是一种先进的加工方法，其具有高效、高精度和高质量的特点。

本文将就高速切削技术在CNC机床加工中的应用进行探讨，并分析其对加工效率和产品质量的影响。

一、高速切削技术的基本原理高速切削技术是指在CNC机床中，将切削速度提高到较高的水平，以达到更快的加工速度和更高的精度。

其基本原理是通过增加切削刀具的转速和提高进给速度，以缩短切削时间并提高加工效率。

同时，高速切削技术还要求切削刀具具备足够的硬度和耐磨性，以保持切削效果的稳定性。

二、高速切削技术的优点1. 提高加工效率：高速切削技术能够显著缩短加工时间，提高CNC 机床的生产效率。

通过提高切削速度和进给速度，大大缩减了加工时间，缩短了生产周期，使企业能够更快速地响应市场需求。

2. 提高产品质量：高速切削技术能够实现更高的加工精度和更好的表面质量。

较高的切削速度使得加工过程中切削力的波动更小，有利于减少振动和共振现象的产生，从而提高了加工精度和表面质量。

3. 延长刀具寿命：高速切削技术还可以有效延长刀具的使用寿命。

相比传统的低速切削，高速切削可以减少刀具与工件的接触时间，降低了刀具磨损，延长了刀具的使用寿命，降低了生产成本。

4. 降低能耗：高速切削技术由于加工时间的减少，可以减少机床的运行时间，从而降低了能耗。

这对于提高企业的生产效益和环境保护都具有积极的意义。

三、高速切削技术的应用高速切削技术广泛应用于CNC铣床、车床、磨床等机床领域。

以下是常见的高速切削技术应用场景：1. 高速铣削：在零件加工中，采用高速切削技术可以显著提高铣削效率和表面质量。

高速切削铣削通常用于加工铝合金、镁合金等轻金属材料，同时还可以用于精密模具的加工。

2. 高速车削：在车削加工中，采用高速切削技术可以提高车削效率和降低成本。

高速车削通常应用于加工不锈钢、钛合金等难切削材料，可以大幅提高车削效率和降低能耗。

3. 高速磨削：在精密磨削中，采用高速切削技术可以提高磨削效率和减少磨削温度。

高速切削加工中金属切削机理的研究与优化引言：在现代制造业中，高速切削加工已经成为一种广泛应用的加工方法。

而金属切削机理是高速切削加工成功的关键因素之一。

通过研究金属切削机理并进行优化，能够提高切削效率、降低成本、改善加工质量，对于提升制造业整体竞争力具有重要意义。

一、金属切削机理的研究1. 切屑形成与排出金属切削加工中，当切削刀具与工件之间形成切削面时，金属会发生塑性变形和剪切，形成切屑。

切屑的形态、排出和控制与切削速度、切削角度、切削冷却液等因素密切相关。

通过研究金属切削机理，可以理解切削过程中切屑形成与排出的规律，从而优化切削参数，提高切屑的排出效果。

2. 热力耦合效应在高速切削加工中，由于切削速度较高，摩擦热的产生对刀具和工件会产生显著影响。

研究金属切削机理中的热力耦合效应有助于理解切削区的温度分布、热应力的产生以及材料变形和切削刃的磨损情况。

此外，了解热力耦合效应还可以选择合适的切削冷却液，控制切削过程中的温度变化，避免材料的软化和刀具的失效。

3. 撞击和振动金属切削过程中，刀具与工件之间会发生撞击和振动。

撞击和振动不仅会导致切削表面粗糙度增大，还会加速刀具磨损、降低切削质量。

通过研究金属切削机理中的撞击和振动行为，可以找出撞击和振动的根源，采取相应的措施进行优化，如改变切削参数、提高刚度和减小切削轴向力，从而减少撞击和振动对切削加工的影响。

二、金属切削机理的优化1. 切削参数优化金属切削参数的优化对于提高切削加工效率至关重要。

通过研究金属切削机理，可以确定合适的切削速度、进给速度、切削深度等参数。

合理的切削参数能够降低刀具磨损、提高切削效率、减少加工时间，并且能够保证加工质量的稳定性。

2. 刀具材料与涂层选择刀具材料和涂层的选择对于金属切削加工质量和效率有着重要的影响。

研究金属切削机理有助于理解刀具材料的选择原则、涂层的性能要求等。

选择合适的刀具材料和涂层可以延长刀具寿命、提高切削质量以及降低加工成本。