高速干切削加工技术

数控技术之绿色制造一、绿色制造简介在全球经济高速发展的同时, 人类对自然资源的任意开发利用带来了全球的生态破坏、资源短缺和环境污染等一系列问题。

制造业是创造人类财富的支柱产业, 为人类社会的发展起到了很大促进作用, 但是又是环境污染的主要源头。

为缓解这些问题带来的危害, 必须坚持科学发展观, 实施可持续发展战略, 各国专家普遍认同, 绿色制造是解决机械制造业环境污染问题的根本方法之一, 是控制环境污染源头的主要途径。

绿色制造又称为面向环境制造( MFE) 、环境意识制造( ECM) 等, 其基本观点是协调解决环境和资源两大社会问题,目的是充分利用资源, 减少废弃物的产生, 减少机械制造业对环境的负面影响。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式, 产品从材料的获取、设计、制造、包装、运输、销售、使用和废弃回收, 最后回到土壤中的整个生命循环过程, 使制造业对环境负面影响最小, 资源利用率最高, 产生的废弃物最少, 使企业经济效益和社会效益协调发展。

绿色制造内涵很广, 传统意义上的制造是产品的制造过程, 主要表现为机械加工过程, 即通常称为“小制造”。

绿色制造是一种现代制造模式, 涉及制造工业中的产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和报废处理等一系列相关活动, 因此绿色制造是“大制造”的概念。

绿色制造是人类可持续发展战略在制造业的体现, 它考虑环境和资源既要满足经济发展的需要, 又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要, 从而形成了一种综合性的发展战略, 具有重大的社会效益。

绿色制造将是21 世纪企业取得显著经济效益的机遇实施绿色制造, 最大限度的提高资源利用率, 减少资源消耗, 可直接降低消耗, 从而直接降低成本; 实施绿色制造减少或消除环境污染, 可减少或避免因环境问题引起的处罚; 由于绿色制造是从源头控制了污染, 实行预防为主, 将污染物消除在生产过程之初, 降低了企业环境污染处理费用。

1、采用便于快速排屑的布局与结构：
干切削机床需要解决的问题就是在切屑的热量传到机床之前， 尽快将切削排除掉，使切屑远离切削区和机床。
2、采取适当的隔热措施：
采取适当的隔热措施，可以减少排屑过程中切屑传递给机床 部件的热量。如对于铸铁床身，采用保护罩来保护陡峭的倾斜壁， 防止切屑与床身之间的直接接触；排屑槽用绝热材料制造；刀具 和工件的安装处用绝热罩来隔离切屑等。
(3)不发生污染环境和与切削液有关的安全及质量事故。
(4)加工质量高 由于干切削没有冷却液对工件的急冷,工件没 有微淬火现象,不会产生表面微裂纹,同时加工后的工件不会因存 在残留切削液而形成腐蚀锈斑,因此提高了工件表面质量。 (5)延长刀具寿命 通常认为,由于切削液的冷却与润滑作用,对 提高刀具使用寿命有利。但美国密歇根技术大学进行的比较性 切削试验表明,在一定的切削速度(尤其在较高速度)下,湿式切削 由于冷却液加注过程中的不连续性与冷却程度的不均匀性,使刀 具产生不规则的冷、热交替变化,容易使刀头产生裂纹,进而引起 刀具破损,反而降低了刀具的使用寿命。高速加工中主轴高速旋 转产生的离心力使切削液难于进入切削区域,加工时在切削区产 生极高的温度,又使切削液在进入切削区之前已经气化,起不到冷 却作用,因而对刀具寿命延长几乎没有帮助。而用于干切削的刀 具经过特殊处理,降低了切削热的产生,耐热性也比普通刀具好,故 有较理想的使用寿命。 (6)高效率 由于干切削自身的特点,为了减小切削热的产生,并 将切削热及时带走,延长刀具使用寿命,在机床及刀具满足条件的 状况下,多采用提高切削速度的方法,从而提高了加工效率。
3、对皮肤的危害。Fra bibliotek极性添加剂氯化合物润滑性能好，但刺激皮肤和眼睛；甲醛 类化合物会使眼睛流泪，且能致癌。矿物油、表面活性剂、防腐 杀菌剂，均会使皮肤干燥、裂口、红肿而发生皮炎。

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年代的机理与可行性研究，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、高速钻孔与高速车铣等，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、与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。

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。

高速切削机理
•
高速切削技术的应用和发展是以高速切削机理为理论基础的。通过对高速加 工中切屑形成机理、切削力、切削热、刀具磨损、表面质量等技术的研究， 也为开发高速机床、高速加工刀具提供了理论指导。 高速切削机理的研究主要有以下几个方面： 1、高速切削过程和切削成形机理的研究对高速切削加工中切屑成形机理、 切削过程的动态模型、基本切削参数等反映切削过程原理的研究，采用科学 实验和计算机模拟仿真两种方法。 2、高速加工基本规律的研究对高速切削加工中的切削力、切削温度、刀具 磨损、刀具耐用度和加工质量等现象及加工参数对这些现象的影响规律进行 研究，提出反映其内在联系的数学模型。 3、各种材料的高速切削机理研究由于不同材料在高速切削中表现出不同的 特性，所以，要研究各种工程材料在高速切削下的切削机理，包括轻金属材 料、钢和铁、复合材料、难加工合金材料等。通过系统的实验研究和分析， 建立高速切削数据库，以便指导生产。 4、高速切削虚拟技术研究在实验研究的基础上，利用虚拟现实和防真技术， 虚拟高速加工过程中刀具和工件相对运动的作用过程，对切屑形成过程进行 动态防真，显示加工过程中的热流、相变、温度及应力分布等，预测被加工 工件的加工质量，研究切削速度、进给量、刀具和材料以及其他切削参数具 2.1涂层刀具 涂层在刀具基体上涂复硬质耐磨金属化合物薄膜以达到提高刀具表面的硬 度和耐磨性的目的。 2.2金属陶瓷刀具 金属陶瓷主要包括高耐磨性能的TiC基硬质合金(TiC+Ni或Mo)、高韧性的 TiC基硬质合金( TiC+TaC+WC)、强韧的TiN基硬质合金和高强韧性的TiCN基 硬质合金(TiCN＋NbC)等。 2.3陶瓷刀具 陶瓷刀具可在υc=200m/min～1000m/min范围内切削软钢、淬硬钢和铸铁 υc=200m/min 1000m/min 等材料。 2.4CBN刀具 CBN刀具是高速精加工或半精加工淬硬钢、冷硬铸铁和高温合金等的理想 对具材料，可以实现“以车代磨”。 2.5PCD刀具 PCD刀具可实现有色金属、非金属耐磨材料的高速加工。 • 2.6性能优异的高速钢和硬质合金复杂刀具 用高性能钴高速钢、粉末冶金高速钢和硬质合金制造的齿轮刀具，可用于 齿轮的高速切削。

并提 出了相关解决方案 。 关键词 ： 低碳 ； 可持 续发展 ； 高速干切 削 高 速干切 削技术是实 现优质 、 高效 、 低 耗加 １ 二 的先 进制造技 的磨损 ； 若进入机 床电气控制线路 ， 则 会造成短路 。同时 ， 应增 加 术 。起源于 ２ Ｏ世纪 ３ ０年代 ， 但当时由于机床 和刀具技术 的限制 ， 辅助安全装置 ， 保证操作者安全 。 这项技术并未得到实际应用。 ２ ０世纪 ９ ０年代 以来 ， 随着高速机床 ２ 干切 削刀具技术
科技论 坛
民营 科技２ ０ １ ４年第３ 期
低碳 加工 方法研究
刘飞龙 姜 波
高速 干切 削技术
宋 晓君

（ 北方华安工业集团有限公 司技术部 ， 黑龙 江 齐齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ６ ）
摘 要： 在２ ０ １ ０月举行的全 国人 民代表 大会上 ， 与会代表提 出了低碳概念 ， 作 为机械加工制造厂 家， 发现并使 用低碳２ ） ｕ ． Ｙ － － 技 术是 摆在 面前的难题 ， 因此 ， 现 首先从 可持 续发展 战略的角度 出发 ， 阐述 了高速 干切 削的概念 ， 高速干切 Ｎ￣－ ｘ － 对机 床和刀具性能的要 求 ，
摩擦 加剧 ， 切 削力 增大 。以下就从 机床 、 刀具 和工艺三个 方 面人 工质 量 ， 快速排 出铁屑 ， 使传人刀具和工件 的热量减少 。因此 ， 干 手， 论 述三者 与高速干切 削技术研 究的关 系 ， 为提高切 削技术研 切 削刀具通 常采用较大的前 角和刃倾角 ， 使刀具 与切 屑之间面积 究 打下基础 。 大大减少 。但前角增 大后 ， 刀刃强度会受 到影 响， 因此应采用适宜 １ 高速干切削机床技术 的 Ｔ形刃带 、 加强棱 刀刃等措施来强化刃 口和加强 刀刃强度［ ３ １ ， 使 目前 ， 高速机床 的优越性 能 已经得 到大多 数人 的认可 ， 高速 刀尖和刃 口在较长时间内保持 足够 的强度 。 ． ３ 刀具涂层 的干切削机床更具实际意义 。高速干切削机床和普通高速切 削机 ２ 床相 比在主轴单元 、 进 给单元 和床身设计等方面有更 高的要求ｌ ｌ ｌ 。 采用 在刀面上涂 覆隔热性 好 的硬 涂层 和具有 固体 润滑性 能 １ ． １ 高速干切削机床的主轴 的软涂层 ， 使刀具具有 更高 的切 削温度 。常 用的硬涂 层有 Ｔ ｉ Ｎ、 主轴应 具有较 高的转速 和较高 的刚度 ， 特别 是动 刚度 ， 以适 Ｔ ｉ Ｃ Ｎ和 Ｔ ｉ Ａ １ Ｎ， 其中Ｔ ｉ Ａ １ Ｎ硬涂 层 由于添 加 了 Ａ ｌ 元素 ， 从 而使刀 对高温 、 重载荷 的切 削刃 ， 起到抗 磨损 作 应干切削过程 中切 削力增 大 、 切削振动 增强的影响 ， 因此 ， 通过动 具 的抗氧化性得 到改善 ， 用 。在高速干切削 中常常使用 多层复合涂层刀具 ， 如把硬 涂层和 态优化 设计 的高速大功率 的 电主 轴技术能 有效适合 高速 干切削

手机外壳的加工
电脑键盘的制造
平板电脑外壳的铣削
电子元器件的微细加 工
06
高速加工技术的发展趋势和未来展望
高速加工技术的发展趋势
更高的切削速度：随着新材料和新工艺的不断发展高速加工技术将进一步提高切削速度提高加 工效率。
智能化和自动化：随着人工智能和机器学习技术的不断发展高速加工技术将更加智能化和自动 化实现加工过程的自动监控和优化。
高速加工技术采 用小切削力可以 减小工件变形和 振动提高加工精
度。
高速加工技术可 以快速切除工件 材料缩短加工时
间降低成本。
高速加工技术采 用先进的控制系 统和刀具能够实 现高精度的轨迹 控制和补偿功能 进一步增强加工 过程的灵活性。
04
高速加工的关键技术
高速切削技术
定义：高速切削 是一种在极高转 速下进行的切削 加工方法具有高 进给速度和高切 削速度的特点。
05
高速加工技术的应用案例
航空航天领域的应用案例
高速加工技术在航空航天领域的应用提高了零件的加工精度和效率。 在航空发动机制造中高速加工技术能够快速去除材料提高生产效率。 高速加工技术在航天器制造中得到广泛应用如卫星天线、太阳能电池板等。 高速加工技术能够满足航空航天领域对高精度、高质量、高效率的加工要求。
高精度加工技术
高速切削技术：通过高转速的刀具实现高效切削提高加工精度和表面质量。
超精密切削技术：采用超硬材料和纳米级切削参数实现超精密切削提高加工精度和表面光 洁度。
快速点磨削技术：通过高速旋转的磨头对工件进行快速点磨削实现高效高精度加工。
激光辅助加工技术：利用激光的高能量密度特性对工件进行快速、高精度的加工。
通过高速加工 技术可以实现 快速原型制造 和快速模具制 造缩短了产品 开发周期降低 了开发成本。

４２ ／ｉ ４ ｍ ｍｎ或更高的速度下加工灰铸铁。
ｉ 、ｉＮ ＴＡ Ｎ和 Ａ ： １ 等涂层 ， Ｏ 这类涂层表面硬度高 ， 在 Ａ ： １ 陶瓷基体中添加 ２ ％～ ０ Ｏ ０ ３ ％的 ＳＣ晶须即可 ＴＣ ＴＣ 、ｉ １ ｉ 制 成 晶须增 韧 陶瓷 材料 ，ｉ ＳＣ晶须 的作 用 犹 如加 强 筋 ， 成 耐磨 性 能 好 ， 氧 化性 强 ； 抗 另一 类 则是 “ ” 层 ， 称 “ 软 涂 也 自 ，如 ＭｏＪ ｏｗｓ ｗ、ａＪ ａＷＣＷ 等涂层 ， Ｓ Ｍ 、 ＃ Ｔ ＳＴ 、 ／ 为阻挡或改变裂纹扩展方 向的障碍物 ，使刀具 的韧性大 润滑涂层 ” 它们与工件的摩擦系数很低 ，能减少切削力和降低切削 幅度 提高 ， 一种 很 有发 展前 途 的刀 具材 料 口 是 。
易引 起 化学 反 应 ， 以及 不能 于加 工 软 的和 粘性 的材料 时 ， 有较 好 的抗 积 屑 瘤性 能 ， 表 色 金 属 中铁 有较 强 的亲 和力 ， 经受切削区超过 ６ ０ ０ ％的高温。 主要适用于非铁工件的加 面质 量好 。
Ｊ２ 陶 瓷 ．
工， 如铜合金、 铝合金（ 特别是高硅铝合金 ） 及钛合金等有 色金属和极高耐磨性的复合材料 ，但不适合于铁基材料 的加工 。 采用锋利的切削刃和大正前角能够高效切削 ， 使
切 削压 力 和积 屑瘤 达 到最 小 。
２ 刀具 的涂 层 技术
主要 有 氧化 铝 陶瓷 、氮 化硅 陶 瓷 、ｉ ＳＣ晶须增 韧 陶瓷 和纳 米 晶粒 陶瓷材 料 等 。它们 比硬 质 合金 有 更高 的化 学 稳定 性 ， 在高 速切 削 下进 行 长时 间 的加 工 。 化铝 可 以 可 氧 耐非 常 高 的温 度 ，但 由于它 的韧 性 很低 ，若工 作 条 件 不 好 ， 容易 破碎 。 极

科
科 技论 坛 ＩＩＩ
罗 巍
高速切 削技术要点及其在我 国的发展趋势
（ 山重 型机 床 厂 ， 北 唐 山 ０ ３ ０ ） 唐 河 ６ ０ ０
摘 要： 本文通过介 绍高速切 削机理 以及通过对机床 、 刀具等方 面介绍 实现 高速切 削的技 术措施及今后 的发展趋势 。探讨 高速切 削的应 用领 域； 高速切 削研究现存问题 并展 望高速切 削的发展趋势和未来研究方向。 分析 关键词 ： 高速切削技 术； 机床 ； 刀具 ； 发展现状 ； 理 围内某一设定 温度 ， 精度 为 ± ． ， ０ 。 同时使 用 ７ ４ 高速切削技术在我国的现状 切削加 工是机械 加工应用 最广 泛 的加 工 油雾润滑、 混合陶瓷轴承等新技术 ， 使主轴免维 我国在 ２ 世纪 ９ 年初 开始 了有关 高速切 ０ ｏ 长寿命 、 高精度 。 削机床及工艺 的研究。 研究 内容包括水泥床身、 方法之一 ， 而高速是它 的重要发展方向 ， 其中包 护 、 括高速软切削 、 高速硬切削 、 速干切削 、 进 高 大 ２ 高精度快速进给系统 ． ２ 超高速 主轴系统 、 全陶瓷轴承及磁悬浮轴 承、 快 给切削等 。高速切削能够大幅度提高生产效 率 高精度快速进给系统高速切 削是 高切 削速 速进给系统 、有色金属 及铸铁超 高速切 削机理 和单位时间内材料切除率 ，改善 加工 表面质量 度 、 高进给率和小切削量的组合 ， 进给速 度为传 与适应刀具等方面。通过我 国科技工作者 的艰 降低加工 费用 。通常认 为 ， 高速切 削加工为 ： 切 统的 ５～１ 。这就要求 机床进 给系统很高 的 苦 工作 ， ０倍 各项关键技术都取得 了显著进展 。 部分 削速度超过普通切削的 ５ １ 倍 ； — ０ 机床主轴转速 进给速度和良好的加减速特性 。一般要求快速 单项技术指标 可达 国际先进水平 。然而高速切 在 １０ ０ ２ ０ ０ ｒ ｎ以 上 ；进给 速度 通 常 达 进给率不小于 ６ ｍｒ ｎ ００－００ｒ ｉ ／ ａ ０ ／ ｉ，程序 可编辑进给率小 削机床是诸多高新技术 的高度集成 ，并且在一 ａ １ — ０ ／ ｉ， ５ ５ ｍ ｒｎ 最高可达 ９ ｒ ｍ ｎ 高速 切削技术 于 ４ ｎｍ ｎ ａ ０ ｄ ｉ。 ｔ ０ｄ ｉ，轴 向正逆 向加速 大于 １ ｍｓ （ ） 定 的市场需求 驱动下才能真 发展起来 。高速 ０／ １ 。 ２ ｇ 是 在机床结构及材料、 机床设计制造技术 、 高速 机床制造商大多采用全 闭环位置伺服控制的小 机床的高档数控 系统和开放式数控系统正在深 主轴系统 、 速进给系统 、 快 高性能 Ｃ Ｃ控制 系 导程 、 Ｎ 大尺寸 、 高质量的滚珠丝杠或大导程多头 人研究中 ， 目 但 前主要还是依赖进 口。 统、 高性能刀夹系统、 高性 能刀具材料及刀具设 丝 杠 。 国内刀具材料 目 前仍 以高速钢 、硬质合金 ２ 高速伺服系统 － ３ 计制造技术 、 高效高精度测量测试技术 、 高速切 刀具为 主 ， 先进刀具 材料（ 如涂层硬 质合金 、 金 削机理 、高速切 削工艺等诸多相关硬件与软件 为 了实现高速切削加工 ，机床不但要有高 属陶瓷 、 陶瓷刀具 、 Ｂ Ｃ Ｎ和 Ｐ Ｄ刀具等） Ｃ 虽有 一 技术 均得到充分发展的基础之 上综合 而成 的 。 速 主轴 ， 还要有高速 的伺服系统 ， 这不仅是为了 定基础 ， 但应用范 围不够广泛。总的来 说 ， 切削 因此 。 高速切削加工是 一个复杂 的系统工程 ， 涉 提高生产效率 ，也是维持高速切削中刀具正常 速度普遍偏低 ，切削水平和加工效率较低。 自 及机 床、 刀具 、 工件 、 加工工艺 过程参数及 切削 工作 的必要条件，否则会造成刀个的急剧磨损 ２ 世纪 ９ 年代 以来 ， 高速切 削铝合 金 、 、 Ｏ Ｏ 对 钢 与升温 ， 破坏工件加工 的表面质量。 铸铁、 高温合金、 钛合金等的切削力 、 切削温度 、 机理等诸多方面。 生产率与切削速度有着很密切关 系的 ， 切 ３实现高速切削 ，要正确地使用 高速切 削 刀具 损与破损和刀具寿命进行 了一定研究 和 削速度的提高可 以提高生产率 ，同时精 密和超 刀 具 探讨 ， 但还没有进行全面系统 的研究 。 对切削加 ３１高速切削刀具材料 ． 工过程的监控技术 研究较 多，但投入生产使用 精密加工技术 的发展也对切削速度有了更 进一 步提高的要求 。 高速切削加工 的概念提出后 ， 经 刀具材料的发展 ，高速切削技术发展 的历 的较少 。 也就是刀具材料不断进 步的历史 。 高速切削 ５高速切 削加工技术展望 过长期的探索 、 研究和发展 ， 泛应用 于工业 史 ， 被广 生产。 高速切 削除了能大幅度提高生产率以外 ， 的代表性 刀具材料是立方氮化硼 （ Ｂ ） Ｃ Ｎ 。端 面 高速切削发展趋势和未来研究方 向归纳起 Ｂ 还可以提高加工质量 ，特别是改善 已加工表 面 铣 削使 用 Ｃ Ｎ刀具 时 ，其 切 削 速 度 可 高达 来主要有 ： 新一 代高速大功率 机床的开发与 ｎ ０ ０ ／ ｉ， ｂ 高速切削动态特性 及稳 定性的研究 ； ｅ ． 质量。传统 的切削速度和刀具 寿命 的关 系被假 ５０ ｍｍ ｎ 主要用 于灰 口铸铁的切削加工 。聚 研制 ；． 定 为线性关系 ， 即刀具 的速度越高 ， 刀具 的磨损 晶金刚石（ Ｃ 刀具被称之为 ２ 世 纪的刀具 ， 高速切削机理的深入研究 ；． Ｐ Ｄ） １ ｄ 新一代 抗热振性 越 快。２ Ｏ世纪上半叶 。 研究人 员开始发 现， 在加 它特别适用 于切 削含有 Ｓ ｉ 的铝合金 材料 ， Ｏ 而 好 、 耐磨性好 、 寿命长的刀具材料的研制及适 宜 工过程 中， 切削速度达 到某个值后 ， 情况开始发 这种金属材料重量 轻、 强度高 ， 广泛地应用于汽 于高速切削的刀具结构 的研究 ；． 一步拓宽 ｅ进 生 变化 ， 刀具磨损加剧 ， 是速度继续上 升 ， 但 超 车、 摩托车发动机 、 电子装置 的壳体 、 底座 等方 高速切削工件材料及其高速切削工艺范围 ；开 ￡ ｇ 建 过某一值 ， 又可以恢复正常加工 。 经过 长期 的生 面。目前 ，用聚晶金刚石刀具端 面铣削铝合金 发适用 于高速切 削加工 状态 的监控技 术 ；－ 产实践 ，人们意识 到对于某一特定的被加工材 时，０ ０ ／ ｉ ５ ０ ｍ ｍｎ的切削速度 已达到实用化水 平 ， 立高速切削数据库 ，开发适于高速切 削加工的 ｈ 料来说 ，在比现行使用的切削速度高许多倍的 此外 陶瓷刀具也适用于灰 口铸铁 的高速切 削加 编程技术 以进 一步推 广高速 切削加 工技术 ；． 区域可能存 在一个十分理想的切削条件 ，在这 工 。 基于高速切削工艺 ， 发推广干式 （ 开 准干式 ） 切 涂层 刀具 ：Ｂ Ｃ Ｎ和金 刚石刀具 尽管具 有很 削绿色制造技术 ；基 于高速切削 ， 个切 削条 件下 ， 生产率高 、 刀具 耐用度长 ， 而且 ｊ ． 开发推广高 切 削 力 也 比较 小 。 好的高速切 削性能 ， 但成本相对较高 。 用涂层技 能加工技术 。 ２实现高速切 削 ， 高速切削机床应具 备的 术能够使切 削刀具既价格 低廉，又具有优异性 高速切削技术 是切 削加工技术 的主要发展 条件 能， 可有效 降低加工成本。 现在高速加工用 的立 方 向之一。 它会随着 Ｃ Ｃ技术 、 电子技术 、 Ｎ 微 新 为 了适应 粗精加 工 、轻重 切削 和快速 移 铣刀 ， 大都用 ＴＡＮ系的复合多层涂镀技术进 材料 和新结构等基 础技术 的发展而迈上更高的 ｉＩ 动， 同时保证高精度 （ 位精度 ± ． ５ ｍ ， 定 ０ ０ ｒ ）性 行 处 理 。 ０ ａ 台阶。 但也应清醒的看到。 高速切 削技术 自身也 能 良好的机床是实现高速切 削的关键 因素 。其 ３ ． ２高性 能 的 刀具 存在着一些亟待解决 的问题 ，这些都在一定程 应具备的技术有以下几项 ： 夹持系统高速铣床的刀具夹持系统要求其 度上制约和阻碍 了高速切削技术 的发展 ，我们 有很高的动平衡性 ， 要求 主轴具 有 ３０ ０／ ｉ 需要找准问题所在 ， ００ ｒ ｎ ｍ 认真研究并真正加以解决 。 ２１ 速 主 轴 ．高 高速主轴是高速切削机床 的核心部件 ， 随 之上 的动平衡能力 ， 且具有绝对的定心性 。主 着对 主 轴 转 速要 求 的不 断 提 高 ，传 统 的齿 轴 、 刀柄 、 刀具三者在旋转时应具有极高的同心 轮——皮带变 速传 动系统 由于本身 的振 动 、 噪 度 ， 这样才能保证高速 、 高精度加工 。否则转速 音等 原因已不能适应要求 ，取而代之的是一种 越 高离心力越大 当其达到系统的临界状态将 新颖 的功能部件—— 电主轴 ，它将主轴电机与 会使刀具系统发生 激振 ，其结果 是加工质量下 刀具寿命缩短 ， 加速 主轴轴 承磨损 ， 重时 严 机床 主轴合二为一 ，实现 了主轴 电机与机床主 降， 轴 的～体化。电主轴采用 了电子传感器来控制 会使 刀具与主轴损坏 。刀柄系统与主轴锥 度穴 温度 ， 自带水冷或 油冷循环系统 ， 使主轴在高速 孔应结合紧密，现在 刀柄一般都采用锥部 与主 旋转时保持恒温 ，一般可控制在 ２ 。 ～ ５ ０ ２ 。范 轴端面同时接触 的双定位锥柄。

超⾼速加⼯技术的现状及发展趋势超⾼速加⼯技术的现状及发展趋势俗话说的好，“只要功夫深，铁杵磨成针”，这要是在遥远的古代社会也许是不折不扣的真理，但是在这个科技发展⽇新⽉异经济社会⾼度发达的⽂明社会，这就是⼀个谬误了。

特别是在机械加⼯⽅⾯更是⼤⼤的谬误了。

在这个时间就是⾦钱效益就是⽣命的机械制造⾏业⾥，谁掌握了技术谁就掌握了主动，谁提⾼了效率谁就站在了队伍的前列……超⾼速加⼯技术----⽆疑就是今后机械制造业发展的趋势之⼀.⾼速切削的概念与⾼速切削技术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。

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。

⾼速切削是⼀项系统技术，图1显⽰了影响⾼速技术的各⽅⾯因素，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。

图1速机床CNC控制技术⾼速切削的应⽤由于⾼速切削机床和⼑具技术及相关技术的迅速进步，⾼速切削技术已应⽤于航空、航天、汽车、模具、机床等⾏业中，车、铣、镗、钻、拉、铰、攻丝、磨削铝合⾦、钢、铸铁、钛合⾦、镍基合⾦、铅、铜及铜合⾦、纤维增强的合成树脂等⼏乎所有传统切削能加⼯的材料，以及传统切削很难加⼯的材料。

中国⼑具与切削加⼯技术的发展现状与趋势⾦属切削⼑具市场的发展现状与趋势随着机床⼯业的飞速发展, 难加⼯材料⽇益增多。

多功能复合⼑具、智能⼑具、⾼速⾼效⼑具逐渐成为现代制造技术的关键装备。

⼑具材料与⼑具结构⽅⾯也有了新的发展。

从⼯艺、性能、结构等⽅⾯对⼑具与切削加⼯技术的发展现状进⾏分析, 并对发展趋势进⾏展望。

1 ⼑具与切削加⼯技术的发展现状1.1 开创了⾼速切削等新⼯艺, 全⾯提⾼了加⼯效率。

⾼速切削作为⼀种新的切削⼯艺显⽰出独特的优越性。

⾸先, 切削效率有显著的提⾼, 加⼯铝合⾦缸盖的PCD ⾯铣⼑, 铣削速度已达402lm/rain, 进给速度5670mm/min; 精加⼯灰铸铁缸体的CBN ⾯铣⼑, 铣削速度已达2000m/min, ⽐传统的硬质合⾦⾯铣⼑提⾼了10 倍。

其次, ⾼速切削还有利于提⾼产品质量、降低制造成本、缩短交货周期。

此外, 在⾼速切削技术的基础上, 开发了⼲切削(准⼲切削、微量润滑切削)、硬切削(以车代磨、以铣代磨) 等新⼯艺, 不仅提⾼了加⼯效率, 改变了传统不同切削加⼯的界限, ⽽且开创了切削加⼯“绿⾊制造”的新时代。

硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加⼯、淬硬模具加⼯实⽤的⾼效新⼯艺。

1.2 以硬质合⾦材料为主的各种⼑具材料性能使硬质合⾦的性能不断改进, 应⽤⾯扩⼤, 成为切削加⼯主要的⼑具材料, 对推动切削效率的提⾼起到了重要作⽤。

⾸先是细颗粒、超细颗粒硬质合⾦材料的开发, 显著地提⾼了硬质合⾦材料的强度和韧性, ⽤它制造的整体硬合⾦⼑具, 尤其是通⽤的量⼤⾯⼴的中⼩规格的钻头、⽴铣⼑、丝锥等⼑具, ⽤来代替传统的⾼速钢⼑具, 使切削速度和加⼯效率提⾼了数倍, 把量⼤⾯⼴的通⽤⼑具带⼊了⾼速切削的范围, 为切削加⼯全⾯进⼊⾼速切削阶段打下了半壁江⼭。

整体硬质合⾦还在⼀些复杂成形⼑具中得到应⽤。

其次, 硬质合⾦加压烧结等新⼯艺的开发和使⽤,提⾼了硬质合⾦的内在质量; 以及针对不同加⼯的需求开发专⽤牌号的做法, ⼜进⼀步提⾼了硬质合⾦的使⽤性能, 在作为化学涂层硬质合⾦⼑⽚牌号的基体材料时, 开发了具有良好抗塑性变形能⼒和韧性表层的梯度硬质合⾦, 提⾼了涂层硬质合⾦⼑⽚的切削性能和应⽤范围。

高速高效切削加工技术的现状及发展趋势一、前言目前，我国已成为世界飞机零部件的重要转包生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国转包生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。

为此，国内各飞机制造公司均进行了大规模的技术改造，引进了大量国外先进的加工装备，使我国的飞机制造业设备的数控化率越来越高。

与此同时，大量高速、高效、柔性、复合、环保的国外切削加工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本的变化。

刀具在航空航天加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。

与此形成鲜明对比的是，我国的装备制造业和以制造业为主要服务对象的传统的工具工业却无法满足航空航天工业对现代制造装备和先进加工工艺的要求。

下面结合我国航空航天工业加工技术的现状及发展趋势，着重介绍我国高效、高速切削刀具的生产应用情况，对我国工具工业的发展现状和存在的问题提出自己的看法。

二、航空航天工业加工技术的现状及发展趋势1.航空结构件材料的发展趋势及其特点①以整体件为代表的铝合金结构件为了提高零件的可靠性、降低成本和减轻重量，传统的铆接结构逐步被整体薄壁的机加工结构件所代替。

这类零件由于大部分是用整体实心铝合金材料制成的薄壁、细筋结构件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削产生的热量少、切削力小、零件变形小，因此提高生产效率的唯一途径是采用四轴或五轴联动机床进行高速铣削加工。

②以钛基和镍基合金零件为代表的难切削材料零件由于钛（镍）合金具有比强度高、热强度好、化学活性大等特点，目前飞机发动机重要部件采用钛基和镍基合金材料的逐渐增多。

采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，为常规切削速度的10倍。

这类材料的加工特点是：切削力大、切削温度高、加工硬化和粘刀现象严重、刀具易磨损。

③以碳纤维复合材料零件为代表的复合材料结构件复合材料现已成为新一代飞机机体结构主要材料之一，如飞机上的大型整体成形的翼面壁板、带纵墙的整体下翼面等。

高速切削技术发展现状一、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10µm到0.1µm。

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。

数控切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。

它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。

因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。

金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备，在数控加工技术的带动下，进入了“数控刀具”的发展阶段，显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。

显而易见，在21世纪初，尽管近净成形技术、堆积成形技术是非常有前途的新工艺，但切削加工作为制造技术主要基础工艺的地位不会改变。

从当前制造业发展的趋势中可以看到，制造业发展和人类社会进步对切削加工提出的双重挑战，这也是21世纪初切削加工技术发展的主要趋势。

当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。

因此，发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。

当代的高速切削不是切削速度的少量提高，是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上，包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步，才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高，才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。

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。

静压轴承工作原理
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静压轴承对轴颈圆度误差的均化作用
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静压轴系特点
轴承间隙内介质压强由外部供给，忽略主轴旋转时的动 压效应，承载能力不受主轴转速的影响，实现任何转速 下液／气体摩擦，具有设计所需的承载能力；适应性好， 寿命长
主轴浮起后是纯液／气体摩擦，起动摩擦阻力小，主轴 旋转后轴线偏移量比轴颈轴套的加工误差小得多
高速加工在汽车工业中的应用
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钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔 高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床
高速加工中心
5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
1台1轴1工序（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔 型固定不变）
柔性（零件、孔数、孔径 、孔型可变）
汽车轮毂螺栓孔高第速24页加/共工99页实例（日产公司）
和工件受力均小。切削速度高，吃刀量很小， 剪切变形区窄，变形系数ξ减小，切削力降低 大概30%-90% • 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部 分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热 变形小，有效地提高了加工精度 • 刀具寿命长（高速切削刀具）。刀具受力小， 受热影响小，破损的机率很小，磨损慢
后径向传感器 轴向传感器 磁浮第轴53承页/高共9速9页主轴
磁悬浮轴承电主轴
高频电动机
磁悬浮轴承
松刀用液压装置
HSK-E刀柄
磁悬浮轴承
水套冷却
瑞士IBGA公司的磁悬浮电主轴
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磁浮轴承电主轴特点
➢主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁 浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。
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德国 ROEDERS,42000rpm,适 合如手机模具加工