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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，CNC加工中心的发展历史和高速切削的简介1. 加工中心的发展历史早在20世纪30年代已经有人以圆形锯片尝试高速切削时发现，当以切削速度Vc=15000m/min切削时产生的切削温度已到达最高，若切削速度再增高则切削温度会随着切削速度的增高而上升，同时会加速刀具损耗。
其后，在高速切削的专利编号523594公布后，依然花了很长的时间始将高速切削应用在实际的加工作业中。
直到20世纪60年代初期才掌握有关高速切削的效能与切削在加工中被移除过程的决定性基础知识。
德国的一所技术学校成功的利用磁式轴承装配成的主轴达到Vc4700m/min的切削速度.此是第一次将可减少加工时间同时又将加工精度提升40%的高速切削技术应用在工业用途上.1990年初期,在将可供高速加工之机器结构,主轴与机台控制器组合搭配成加工机台及高速切削刀具被研发出来后才使用高速切削以可被接受的价位应用在实际的工作上.此期总共花了60年.2.高速切削的简介认识高速切削在高速切削与传统式切削,加工时切削被移除的过程是不尽相同的.加工时所产生的切削其形成过程视被切削材质之同而有所差异.我们所讨论的切削形成过程是针对加工具有延展性的材料,通常此类材料在被加工的过程中皆会产生连续性长条状的切削.大多数的钢材及铜.铜合金.铝合金等皆属于具有延展性的材料.当加工时,在刀刃的边缘同时生成下列三个过程:1.材料被切削后产生的塑化变化;2.被削起的切削材料与刀具切削面所产生的变化;3.加工面与刀具间隙之间所产生的摩擦力理论上,两移动物体之间的摩擦系数是恒定的.但此种假设却无法被应用在高速切削上,因为高速切削时,在切削的底部(即刀具与工件的接触点)会达到极限的熔解温度而形成液化层,此情况下切削表面与刀具表面间的面摩擦力因而降低.高速加工时所产生的高温主要发生在切削材料被切断及切削飞离并重新固化过程中的,故当切削速度增加时,因刀具与工件摩擦而增加在工件表面的温度约小于可被忽略的5%.皆因高速切削所产生的高温绝大部分皆被飞离的切削带走.故工件的温度比传统的加工方式明显地来得低.若在加工时加以有效的油雾冷却或润滑可更明显的降低工件的温度.3．高速加工中几个影响品质的因素3．1高速加工的效应当切削速度增高会导致切削区域的温度大为上升，刀具与工件之间的磨擦系数因而降低，切削表面磨擦力使其形成尺寸大为缩小。
CNC工艺简介CNC（计算机数控）工艺是一种利用计算机控制机床进行加工的先进制造技术。
它通过预先编写好的程序指令，控制机床在多个坐标轴上进行精确而复杂的加工操作。
CNC工艺的出现，极大地提高了生产效率和产品质量，成为现代制造业中不可或缺的关键技术。
一、CNC加工的基本原理CNC加工的基本原理是将设计好的零件图纸转化为机床可以理解的数字指令，然后通过计算机控制机床的各个动态参数，实现自动化的加工过程。
具体而言，CNC加工涉及以下几个主要步骤：1. 设计和准备在进行CNC加工之前，首先需要设计产品的零件图纸。
这可以通过计算机辅助设计（CAD）软件完成。
接下来，设计师将图纸导入计算机辅助制造（CAM）软件，生成一系列指令以实现加工过程。
这些指令包括对机床操作的详细描述，例如切削路径、切削速度等。
2. 编程与设置程序员将CAM软件生成的指令转化为机床可以理解的G代码，通过输入到机床的控制系统中。
同时，还需要对机床进行适当的设置，以确保所需的刀具、切削参数等都得到正确配置。
3. 加工操作一旦准备就绪，机床就可以根据程序执行相应的加工操作。
这包括自动换取刀具、控制切削速度和进给速度、实时监测加工质量等。
由于CNC加工的高度自动化，操作人员只需监控加工过程，确保一切正常进行。
4. 检查与调整在加工完成后，还需要对零件进行检查，确保其质量符合要求。
如果需要适当的调整，可以对程序进行修改，以便进行二次加工。
二、CNC工艺的优势相比传统手工操作或非数控加工，CNC工艺具有多个显著的优势：1. 高精度CNC加工可以实现高度精确的加工过程，能够处理复杂的几何形状，在实现精密组件和工件方面表现出色。
2. 高效率通过自动化操作和连续工作，CNC工艺能大大提高生产效率。
相比手工操作，CNC机床可以在无人值守的情况下运行，并且可以根据需要进行批量生产。
3. 灵活性CNC工艺可以根据需要灵活改变加工路径和参数，以适应不同的设计需求，大大提高了生产的灵活性。
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。
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。
金属加工行业中的CNC加工技术随着科技的不断进步和应用范围的扩大，金属加工行业也得到了极大的发展和改善。
在这个领域中，计算机数控(CNC)加工技术成为一项重要的革新。
CNC加工技术通过使用先进的计算机控制系统，将设计图转化为具体的加工操作，从而使金属加工过程更加快速、精确和高效。
本文将会探讨CNC加工技术在金属加工行业中的应用以及对行业发展的影响。
一、CNC加工技术的基本原理和操作步骤CNC加工技术的基本原理是通过计算机程序来控制加工设备进行加工操作。
操作过程主要包括：图纸设计、CNC编程、机床设置和加工操作。
1. 图纸设计：首先，需要根据产品的要求进行CAD设计，并将其转化为CNC编程所需要的格式。
2. CNC编程：在编程阶段，需要确定加工路径、刀具速度和进给速度等加工参数，并将其编写成适合机床识别和执行的代码。
3. 机床设置：设置机床可以根据CNC编程的要求进行加工，包括固定工件、安装刀具和设定工件坐标系等。
4. 加工操作：启动机床后，通过CNC程序控制机床开始加工过程，包括切削、雕刻、钻孔等操作。
二、CNC加工技术在金属加工行业中的应用CNC加工技术在金属加工行业中得到了广泛的应用，尤其是在批量生产和精密加工方面。
以下是几个典型的应用领域：1. 制造业：CNC加工技术使得金属零件的加工更加精确和一致性更高，适用于各种制造领域，如汽车、航空航天和电子设备等。
2. 模具制造：模具制造需要高精度和复杂形状的金属零件，CNC加工技术提供了高效和高质量的解决方案，大大提高了生产效率和产品质量。
3. 雕刻加工：CNC加工技术可以实现雕刻各种复杂的图案和形状，应用于艺术品、珠宝和雕塑等领域。
4. 零件修复：使用CNC加工技术可以修复损坏的金属零件，节约了材料和时间成本，同时提高了修复后零件的准确性和可用性。
三、CNC加工技术对金属加工行业的影响1. 提高生产效率：CNC加工技术能够自动控制和执行加工操作，大大减少了人为误差和操作时间，提高了生产效率和加工速度。
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加工基础知识目录一、概述 (2)1. CNC加工简介 (3)2. CNC加工的应用领域 (4)3. CNC加工的发展趋势 (4)二、CNC加工基本原理 (5)1. CNC系统的基本构成 (6)2. CNC系统的控制原理 (8)3. 加工过程中的坐标系统 (9)三、CNC加工设备 (11)1. 数控机床的分类与特点 (12)2. 数控机床的主要结构 (13)3. 数控机床的选购与维护 (15)四、CNC加工工艺流程 (15)1. 加工工艺路线的规划 (17)2. 加工工序的设计 (18)3. 夹具、刀具及量具的选择 (19)五、CNC编程技术 (21)1. CNC编程基础 (22)2. 编程指令与格式 (23)3. 编程实例及技巧 (25)六、CNC加工操作实务 (26)1. 加工前的准备工作 (27)2. 加工过程中的注意事项 (28)3. 加工后的检查与调试 (29)七、CNC加工质量保障措施 (30)1. 质量控制的标准与要求 (31)2. 质量检测方法与设备 (33)3. 提高加工质量的途径 (34)八、CNC加工技术优化与发展方向 (35)1. 技术优化的必要性 (37)2. 技术优化的途径与方法 (38)3. CNC加工技术的发展趋势与展望 (39)九、实训指导 (41)1. 实训目的与要求 (42)2. 实训设备与工具 (43)3. 实训步骤及注意事项 (44)4. 实训报告撰写要求与指导 (45)一、概述CNC加工(Computer Numerical Control,计算机数值控制)是一种通过计算机程序来控制机床进行自动加工的技术。
它是一种高效、精确、灵活的加工方法，广泛应用于机械加工、航空航天、汽车制造、电子制造等领域。
CNC加工技术的发展和应用，极大地提高了生产效率，降低了劳动强度，缩短了加工周期，提高了产品质量。
高度自动化：CNC加工过程完全由计算机程序控制，无需人工干预，大大提高了生产效率。
第10章模具先进制造技术10.1 模具高速切削技术高速切削技术是基于德国物理学家Carl Salomon 的切削实验得到的当切削速度增大某一值时，切削温度将随着切削速度的增加而降低这一结论，找到了降低切削力的物理基础。
通常把切削速度比常规切削速度高5-10倍以上的切削称为高速切削。
不同材料高速切削速度范围：铝合金为1000-7000m/min，铜为900-5000m/min，钢为500-2000m/min，灰铸铁为800-3000m/min，钛合金为100-1000m/min，镍合金为50-500m/min。
不同加工方式高速切削速度范围：车削为700-7000m/min，铣削为200-7000m/min，钻削为100-1000m/min，铰削为20-500m/min，拉削为30-75m/min，磨削为5000-10000m/min。
与之相对应的进给速度一般为2-25m/min，高的可达60-80m/min。
10.1.1 高速切削优越性近年来，由于高速切削加工和常规切削加工相比，在提高生产率、减少热变形和切削力以及实现高精度、高质量零件加工方面具有显著的优越性，因此，高速切削加工越来越引起人们的关注。
1．材料切除率高高速切削加工比常规切削加工单位时间材料切除率可提高3-6倍，因而零件加工时间通常可缩减到原来的1/3，从而提高了生产率和设备利用率。
2.切削力低和常规切削加工相比，高速切削力至少降低30%，这对于加工刚性较差的零件来说，可减少加工的变形，提高加工精度。
同时，按高速切削单位功率比，材料切除率可提高40%以上，有利于延长刀具使用寿命，通常刀具耐用度可提高约70%。
3.减少热变形高速切削加工过程，95%以上的切削过程所产生的热量将被切屑带离工件，工件集聚热量极少，零件不会由于温度导致翘曲或膨胀变形。
因此，高速切削特别适合于加工容易发生热变形的零件。
4.实现高精度加工应用高主轴转速、高进给速度的高速切削加工，其激振频率特别高，已远远超出机床-工件-刀具系统的固有频率范围，使加工过程平稳、振动较小，可实现高精度、低粗糙加工。
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。
