高速切削刀具

高速切削刀具在数控加工中的应用摘要：高速切削刀具在数控加工的过程中存在一定的技术优势，但是受技术和操作行为的影响仍然有着许多加工问题，必须要进行全面的可靠性分析，保证数控的模块化控制分析，实现数控加工技术的全面推广。

本文从制造业的发展现状出发，分析了高速切削刀具的优势所在，总结了高速切削刀具在数控加工中容易出现的问题，并提出了高速切削刀具在数控加工中的应用措施，为我国数控机械制造业提供了刀具应用的实效建议。

关键词：高速切削刀具数控应用中图分类号：tg659 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2012）08（c）-0103-0121世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争，这种竞争是全方位的，我国的数控加工技术起步虽晚，但是其发展前景广阔。

数控加工不但可以满足模具高精度制造的要求和形状的复杂变化；还能进行高速切削，提高生产效率、提高产品的竞争力。

本文从制造业的发展现状出发，分析了高速切削刀具的优势所在，总结了高速切削刀具在数控加工中容易出现的问题，并提出了高速切削刀具在数控加工中的应用措施，为我国数控机械制造业提供了刀具应用的实效建议。

1 高速切削刀具的优势机械加工发展总趋势高效率、高精度、高柔性强化环境意识。

机械加工领域，切（磨）削加工应用最广泛加工方法。

高速切削切削加工发展方向，已成为切削加工主流。

随着技术的发展，对工程材料提出了愈来愈高的要求，各种高强度、高硬度、耐腐蚀和耐高温的工程材料愈来愈多地被采用。

高速切削除了要求刀具材料具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还突出要求刀具材料具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。

而更为理想的刀具优势则要考虑到不同刀具的不同加工优势1。

例如：硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性，但由于较低的硬度和较差的高温稳定性，使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。

而如果进行了细晶粒和超细晶粒产品优化后，就可以使得其打磨加工的情况更为理想，获得更好地产品加工应用能力。

影 响规律 ， 运 用 多 元 回归 分 析 得 到 刀 具 寿 命 基 于 并
切 削参数 的预测 模 型 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
模具 、 空 航 天 等 制 造 业 领 域 。与 传 统 的 加 工 方 法 航
相 比 ， 速 加 工 的过 程 更 加 复 杂 ， 工 环境 恶 劣 ， 高 加 对
刀具 的要 求 比较 高 ， 具 系 统结 构 复 杂 。高速 切 削 刀 刀具系统 的研究 内容 主要 包 括刀 具材 料 、 具 寿命 、 刀 刀具磨损 检测 以及 刀具 系 统 动平 衡等 方 面 。高 速切 削时 ， 造成 刀 具 损 坏 的 主要 原 因是 在 切 削力 和 切 削 温度 作用 下 因机 械 摩擦 、 结 、 粘 化学 磨 损 、 刃 、 碎 崩 破
刀具使 用 寿 命 的 主 要 因 素 之 一 。 因此 ， 高速 切 削 刀
统 研 究 的 重 要 部 分 。 本 文 主 要 以 高 速 铣 削 加 工 为 例 ， 高速切 削刀 具 系 统 的 相关 参 数 （ 刀 具 材 料 、 对 如
刀 具耐用 度 、 削 用 量 及 刀 具 悬伸 量 等 ） 行 研 究 ， 切 进 结 合试 验分 析切削 用 量对 高 速切 削加工 刀 具 寿命 的
ｂｏ ｕ ｔｎ ｐｅ ｄ， ｅ ｄ ｒｔ ｔ ｒｔ ｏ ｅｒ ａ ｈ ｕ ｔｎ ｏ ｌｌ ｅ ｐａ ａｈｅ ａｉａ ｕｔｃ ｔｉｇ ｓ ｅ ｆ ｅ ａ ｅ ｅ ｃ ｆ ｏ ｌｗ ａ ｎｄ ｔ ｅ ｃ ｔｉｇ ｔ ｏ ｉ ｓ ｎ ｍ ｔ ｍ ｔｃ ｌｍｏｄ ｌｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｆ ｅ ａ ｅ ｎ
Ｈｉ ｈ－ ｐ ｅ ｔｉ ｇ Ｔｏ ｌＳ ｓ ｅ ｓ ａ ｃ ｎｄ Ｅｘ ｒ ｍ ｅ ｔ ｌＡ ｎ ｌ ｓｓ ｇ ｓ ｅ ｄ Ｃｕ ｔｎ ｏ ｙ ｔ ｍ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｐｅ ｉ ｎ ａ ａ ｙ ｉ ＬＩＺｈ ｎ — ａ ｏ ｇ ｙ ｈ，ＧＡＯ ｎ — ｉｎ Ｄｏ ｇ ｑ ａ ｇ

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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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。

报， ０ ， ） ２ — ２ ． ２ ７（ ： ５ １ ６ ０ １１
第一 ， 输入漏电流及处理 。 当使用 双线式 传感 器 ， 如光 电 传感器 、接近开关或带氖灯的限位开关等作为输入装置 与 Ｐ Ｃ连接时 ， Ｌ 由于这些元件在关断时有较大的漏 电流 ， 会 引起输入信号错误接通 。 电流小于 １ Ａ时一般没 漏 ．ｍ ３ 有 问题 ； 如果大 于 １ Ａ， ． ｍ 为防止信号错误接通 的发生 ， ３ 可在 Ｐ Ｃ的相应输入端并联一个泻放 电阻 ，以降低输人 Ｌ 阻抗 ， 减少漏 电流的影 响。 第二 ， 输出漏电流及处理 ： 对晶 体管或可控硅输 出型 Ｐ Ｃ 其输出接上负载后 ， Ｌ， 由于输 出 漏 电流会造成设 备的误动作 。 了防止这种情况 ， 为 可在输 出负载两端并联旁路 电阻。
序编制 中增加软件容错技术 ，提高 Ｐ Ｃ控制系统的可靠 Ｌ 性设计水平 。 具体方法如下 ： 其一 ， 加程序复执技术 。 增 该 技术 的主要功能就是如果程序在执行的进程 中出现了错 误或者故障 ，将会对被干扰 的先行指令进行若干次的重 新执行。 假如复执成功 ， 则表示干扰 ； 假如复执失败 ， 则表
切 削相 适 应 的 刀具 材 料 、 具 结构 及 刀 具 监控 技 术 。 刀
关键词： 高速 切 削 ； 刀具 ； 数控 加 工 中图 分 类 号 ： Ｇ ５ Ｔ ６９ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６ ８３ （０ １２ — ０６ ０ １０ — ９７ ２ｌ） ２ ０９ — １
示软件失败 （ 通常显示为“ ａｌ ）其二 ， Ｆｕ ” 。 ｔ 处理死循 环。 由 程序确定导致死循 环的原因是主要故障还是次要故障 ， 如果是主要故障则要进行停机处理 ；如果是次要故 障则
要进行相应的子程序处理 。 其三 ， 设置软件延时。 对于控

８％ ～ １ ０％ 。
于 １ ９ ３ １年 ４月发表 了著名 的切削速度与切 削温度 的理论 。该理论 的 核 心是： 在 常规的切 削速度范围 内， 切 削温度 随着 切削速度 的增大而提 高， 当到达某 一速度 极限后， 切削温度 随着切 削速度 的提高反而降低。 此后 ， 高速切削技术的发展经历了以下 ４个阶段： 高速切削 的设想与理 论探 索阶段 （ １ ９ ３ Ｉ —Ｉ ９ ７１ 年） ， 高速切削的应用探索阶段（ １ ９ ７ ２ —１ ９ ７ ８ 年） ， 高速切 削实用 阶段 ｆ １ ９ ７ ９ 一一 １ ９ ８ ４年） ， 高速 切削成 熟阶段 （ ２ ０世纪 ９ ０年 代至今） 。 高 速切 削 加 工 与 常规 的 切 Ｎ） ］ ａ － ｒ ｔ Ｂ 比 具 有 以 下优 点 ： 第一， 生 产效率提高 ３～１ Ｏ倍。 第二， 切削力降低 ３ ０ ％以上 ， 尤其是径向切削分 力大幅度减少， 特别有利于提高薄壁件 、 细长件等刚性差的零件 的／ ］ Ｂ Ｔ 精度。 第三． 切 削热 ９ ５ ％被 切屑带走， 特别适合加工容易热变形的零件。 第 四， 高速切 削时， 机床 的激振频率远离 工艺系统的固有频率 ， 工作 平稳 振动较小， 适合加工精密零件。 高 速 切 削 刀 具 是 实 现 高 速 加 工 技 术 的 关 键 。刀 具技 术 是 实 现 高速 切削加工的关键技术之一， 不合适的刀具会使复杂、 昂贵 的机床 或加工 系统形 同虚设 ， 完全不起作用。 由于高速 切削的切削速度快， 而高 速加 工线速度主要 受刀具 限制， 因为在 目前机 床所 能达到的高速范围 内， 速 度越高， 刀具的磨 损越快。 因此， 高速 切削对刀具材料提 出了更 高的要 求， 除 了具备普通 刀具材 料的一些基本性 能之外 ， 还应突 出要求高速切 削 刀具 具 备 高 的 耐热 性 、抗 热 冲 击 性 、 良好 的高 温 力 学 性 能及 高 的可 靠 性。

摘 要 ：伴 随 着科技 水 准 的持 续提 升 ，在 先进 的 生产 加 工措施 中高速 切 削措施 在模 具 生 产过程 中得 到 了普 及 。本 文 主要 介绍 现代 利 用 高速切 削措 施 的现 实情 况 ，简单 的讲 述 了高速 切 削措施 的 运 用以及将 来发 展 方 向。 关键 词 ：高速 切 削刀 具 ；数 控加 工 ；发 展趋 势 ；应 用前 景 中 图分类 号 ：Ｆ ４ ０ 文 献标 识码 ：Ａ
金属 、陶瓷 、玻 璃 、石墨 等非金 属材 料最 高速 切削措施 的运用 中 ，要 把硬质 采用 了 超 细 晶粒 的梯 度硬 质合金 基体 ，配以氮碳 ２ ． ２ 立 方氮化 硼刀 具材 料 化 钛 中温化 学 涂层 和 细 晶柱状 化 学 涂层 ， 和 金 刚 石 相 比，Ｃ Ｂ Ｎ是 人 工 合 成 表 面 则采 用 消 除表 面应 力 的后 处 理工 艺 ， 材 料 。它 的 生 产 加 工 技 术 和 金 刚 石 差 不 能 够提 升硬质 合金 的使用 能力 ，使其 硬度 多 ，其 硬度 仅次 于金 刚石 而远高 于其他 材 以及耐 磨性 能更 高 ，能够 普遍 的在 硬切 削 料 。一 样拥 有高硬 度 、高稳 固性 、高化 学 中运用 。实 际上最佳 的刀 具原 料不光 能够 稳 定性 等 特 点 。现 在 普 遍 适 用 于 钢 质 材 耐 磨 、 硬度 高 ， 还要 拥有 稳定 的化学 性能 ， 料 的切 割。 这 种 材 质 要 达 到 氧 化 程 度要 良好 的传 热功 能 以及 机械 功能 ，这样 才符 １ ３ ６ ０ ℃ ，能 够和钢 铁材 质 的原料相 容 ，并 合 高速 切削措 施对 刀具 的需求 。切 削过程 且Ｃ Ｂ Ｎ材 质 的 刀具 是 固结 体 的 结构 ，拥 中 ，对稳 定性 要求较 高 的 ，就 可 以使 用 陶 有 高耐 磨 的性能 。生产 这种 刀具要 在持 续 瓷 刀具 ， 更能 够达 到切削设 施 的工作 要求 。 高 温进行 加热 的方 式下 掺人催 化剂 转变来 降低 切 削的 困难 ，直 接受 影 响的就是 其效 的 ，它 的稳定 性 比金刚 石好 。在生 产制 造 率 以及失 误率 。不过 由于 陶瓷 刀具拥 有强 硬 度原料 的 时候适 合选择 这种 刀具 。此 刀 抗 断性 ，因此 在续切 工作 中得 到 了普遍 的 具 不光抗 高 温抗热 抗磨 ，并且 和铁 相 比 ， 运用。 其 惰性很 大 。随着 技术进 步 ，能够 代替 达 结语 不 到高 速切 削刀具 标准 的黑色 金属 ，或 者 高 速 切 削 加 工 工艺 的 出现 改 变 了 以 能 够在 高难度 加工 的材 料 中普 遍使 用 。它 往 传 式 的 切 削 模 式 ，在 很 大 程 度 上 提 高 适 合制作 铁 、高合 金钢 、高温 合金 或者表 了工 作 效 率 ，因 为 切 割 的 速 度 比 较快 ， 传 导 性 能 比较 优 越 ，大 大 缩 短 了工 作 时 面 具有 喷料 的工件 等 。在发达 国家 汽车 生 产 加工行 业 中就普 遍使用 立方 氮化 硼刀具 间 。 同 时 它可 以根 据 不 同 的施 工 工 艺 采 切 割铸铁 。立 方氮 化硼 刀具 已经成 为发达 取 不 同切 削 方 式 。 同 时 由于 加 工 产 生 热 国家汽 车生产 行业 中各个 生产 流水线 中普 量 的 ７ ０ ％～ ８ ０ ％ 都集 中在切 屑上 ，而切 屑 遍使 用 的刀具 。 的去 除 速 度 很 快 ，传 导 到 工 件 上 的热 量 ２ － ３ 陶瓷刀 具 大 大 减 少 ，提 高 了加 工 精 度 。高 速 切 削 陶瓷 刀 具 韧 度 不 够 、 比钢 刀 翠 ，限 加 工 是 一 种 不 增加 设 备 数 量 而 大 幅 度 提 制 了其普 遍使 用 ， 因为纳米 氧化 锆 的出现 ， 高 加 工 效 率 所 必 不 可少 的技 术 ，优 点 主 和 陶瓷 刀具结 合 ，为陶瓷 刀具 的普及 增加 要 在 于 ：提高 生产 效 率 ；提 高 加 工 精 度 了动力 。陶瓷 刀具有 高潜 力 的高速 切削使 和 表 面 质 量 ； 降低 切 削 阻力 。 高 速 切 削 用 的工具 ， 在加 工制 造业 中有着 美好远 景 ， 措 施 的 研 发 以及 运 用 转 变 了人 们 在 以 往 已经 受到 各 国关 注 。 切 削 工 作 中 的 思 想 以及 形 式 ，在 很 大 程 ２ ． ４ 涂 层刀 具 度 上 提 升 了 制 作 速 度 以及 制 作 品质 。 而 以往 的 涂 层 刀 具 通 过 了从 简单 到繁 且 高 速 切 削 措 施 运 用 到模 具 制 作 中 ，转 琐 的加工 技术 过程 。随着 技术进 步 ，涂层 变 了 以 往 模具 制作 的生 产 程 序 。 高 速 切 刀具 得 到普遍 应用 。在发 展起来 的硬 质涂 削措 施 中使用 的 刀具 是这 项 措施 的重点 ， 层 刀具 材 料 中 ，Ｔ ｉ ｎ措施 作 为一 种 新技 术 伴 随 着措 施 的 持续 改 善 ，会 推 动模 具 的 得 到了普 遍使 用 。金 属 陶瓷 的硬度 比陶瓷 加工 迈 向一个全 新 的发展模 式 。 原料 的刀 具差 ， 但 是 比硬质 合金 的硬度 强 ， 参考文 献 水平方 向的断 裂强度 比硬 质合金 小 ，但是 ［ １ 】 李 良才 ． 插 齿 刀 前 角对 刀 具 耐 用 度 及 比陶瓷原料的刀具好 ，其化学性能稳固， 齿形误 差 的影响 Ｄ １ ． 工具技 术 ，２ ０ ０ ２ ． 具有 强耐 氧化性 ， 拥有 比较 低 的粘 结性 能 ， ｆ ２ １ 张林 ． 刀具在数控 加 工 中的应 用 『 Ｚ １ ． 以及 比较 高的刀 刃强 度 。 ３ 高 速切削 刀具 的具体 应用 情况 硬 质 合 金 刀 具 具 有 硬 度 高 、耐磨 、

如 ：ＴＣ Ａｌ ３ ＴＮ，ＴＣ Ａｌ ３ ｉＮ＋ ２ ＋ ｉ Ｏ ｉＮ＋ ２ ， Ｏ
Ｔｉ Ｎ＋ ２ ＋ Ｎ， Ｎ＋ ２ ， Ｔｉ Ｔｉ ， Ｃ ＡｌＯ３ Ｈｌ Ｔｉ Ａｌ Ｏ３ ＣＮ， Ｂ２
碳 纤 维塑 料等 非金 属材 料 的加工 。 如 在铝合 金 例
ＴＡｌ １Ｎ Ｉｉ Ｎ等 。最 新 发展 的ＴＮ， ｌ ｉ Ｎ， ｉ Ｔ Ａ１ ｒ ｉ Ａ Ｎ纳米
温性 能 ，适合 高速 加工合 金钢 和铸 铁 。
陶瓷 刀具 ：陶瓷 刀具分 为氧 化铝 陶 瓷、氮化
砖 陶 瓷和 复合陶 瓷三类 ， 具有 高硬度 、 高耐磨 性 、
热稳定性。其中Ａ２ ３ ｌ 基陶瓷约ｌ２３ Ｏ ／，这种陶瓷
刀 具适合 加工 钢件 ；Ｓ３ 基陶 瓷约 Ｉ １３ ｉ Ｎ４ ‘ ／ ，这 种
２ 刀具结构
弹性 夹紧式 、液 压夹 紧式和 热膨胀 式刀 杆示 意 图 。其 中热膨 胀式 结构 简单 ，夹 紧可 靠 、同心 度 高 ， 递扭矩 和径 向力火 ， 传 刚性足 ， 动平 衡性 好 ，
摘
要 作 为先进制造技术 ，高速切削加 工 已成为机械制造业的主流发展方向 ， 它的应 用将 大幅度
地提 高加 工效率和加 工质量 。高速切 削刀具技术是 实现 高速 切削的关键技术之一 。本文根据 高速切 削加工
对刀具 系统 的要求 ，分 别从 刀具材料 、结构和刀杆 结构及切削参数等 方面阐述 了 高速切 削加工 中如何合 在
证 刀 具动平 衡 ，在 高速 铣 削时不 宜采用 。图２ 为
金刚石： 分天然金刚石和聚晶金刚石， 高速
铣 削主要采 用 聚品金 刚石 ， 常用 于高速 加：＝ 通 Ｉ ＝ 有 色金 属和非 金属 材料 。 目前在 高速铣 削 加工 中 ， 应用最 多 的是整体

（ ） － 特点
和化学稳定性 ，最适 于高硬度淬火钢 、高温合金 、硬化轴承钢 （ Ｒ ６ ～６） Ｈ Ｃ ０ ２ 、工具钢 （ Ｒ ５ ～印） Ｈ Ｃ７ 、高速钢 （ Ｒ ６ ）等材 Ｈ Ｃ２
料 的高 速 切 削 。 聚 晶 金 刚 石 （Ｃ ） Ｐ Ｄ ：聚 晶 金 刚 石 （Ｃ ） 材 料 的 硬 度 约 为 ＰＤ
Ｃ 新 的工程材料也不 断问世 ，而每一种新型材料 的采用都对切削 高效率 、高稳定性 和低表 面粗 糙度切削加工 的重要 刀具。Ｐ Ｄ 加 工 提 出 了新 的要 求 。 今 后 随 着 产 品更 新 速 度 的 加 快 ，将 构 成 刀具主要用 于轻 金属及其合金 、新型陶瓷材料及难加工材料 的
付 芝 芳 ，刘 月 花
（．娄底职 业技 术 学院 ，湖 南 娄 底 ４ ７ ０ ；２ ＿ ｇ Ｊ 技 术 学院 ，湖 南 长 沙 ４ ０ ２ ） １ １０ ０ ．５ － ￣ ｋ ， ， １１ ９
摘要 ：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 。高 速切 削 作 为 一
随着 制 造 业 的发 展 ，在 ２ 世 纪 对 奥 氏体 不 锈 钢 、 高 锰 钢 、 １ Ｂ 的２ 淬硬钢 、复合材料 、耐磨铸铁 等材料 的用量将 迅速增加 ，而这 Ｃ Ｎ 倍 ，其导热性好 、热膨胀系数小、摩擦 因数小 ，适于铜 些 材 料 加 工较 为 困难 。 与 此 同 时 ，产 品 的材 料 构 成将 不 断优 化 ， 铝合金 、非金属 材料和复 合材料 的高 速切削 ，是 实现高精度 、
耐磨性 好。其 中，ＴＣ ｉ涂层刀具具有很强 的抗后 刀面磨损能力 ，
ＴＮ 层 刀 具 则 具 有 理想 的抗 月 牙 洼 功 能 。 一 类 是 “ ” 涂 层 ， ｉ涂 软

进 一 步提 高 ，超 过这 个速度 范 围后 ，切削温 度 反而 降低 ， 同时切 削力也 会大 幅度 降低 。他认 为对于 一 些 工件 材料 应 该有一 个 临界 的切削速 度 ，在该切 削 速 度下 切削 温度最 高 。在 高速切 削 区进 行切 削 ，有 可 能用 现有 的刀 具进 行 ，从 而成 倍地提 高机 床 的生
精 密制造 与 自动化
２１年第 １ ００ 期
高速切削加工刀具材料术
姚福新 李长 河
沈 阳徐挖机 械销 售有 限 公司 青 岛理工 大 学 机械 工程 学 院
摘 要
（ １５ １０ ６ ） １ （６０ ３ ２６ ３ ）
论述 了高速切削 的概念和优越性，介 绍了高速切削加工所使用 的先进刀具材料和刀具如：陶瓷刀具 、金
可 以说 ， 目前 各 国的切 削速 度仅 在高速 阶段 ， 尚未达 到 Ｃ Ｒ （ 际 生 产 工 程 科 学 院 ）所 界定 的 ＩＰ 国 超 高速切 削 阶段 。
１ 高速切削的优越性 与传统的切削加工方法相 比，高速切削具有无
５
姚福新等 高速切削加工刀具材料
可 比拟 的优越 性 。 第 一 、切 削力低 。 由于切 削速度 高 ，导致剪 切 变形 区狭 窄 、剪 切角 增大 、变形 系数减 小和 切屑 流 出速 度快 ，从而 使切 削变形 减 小、切 削力 降低 。尤 其是 法 向切 削 力 ，比常规切 削低 ３％￣９ ％。刀 具 ０ ０ 耐用 度可提 高 ７％，特 别适合 细长类 、薄壁类 以及 ０ 刚性 差 的工 件加 工 。 第 二 、热 变形 小 。在 高速 切 削 时 ，９ ％￣９ ％ ０ ５ 以上 的切削 热来不 及传 给工件 就被 高速流 出的切屑

高速切削刀具探析作者：孙哲来源：《职业·中旬》2009年第09期高速加工通常是指在高于常规加工速度5～10倍的条件下进行的切削加工。

高速切削时，随着切削速度的提高，切削力逐渐减小，切削温升逐渐趋缓，加工表面质量提高，加工成本降低。

对于高速切削加工，刀具材料更具有举足轻重的影响。

当切削速度提高时，工具钢材料的刀尖往往会因无法承受切削高温而发生烧蚀或急剧磨损。

近三四十年来，刀具材料所取得的突破使高速切削中出现的问题得到了较好解决。

一些新型刀具材料(如氧化物、碳化物、氮化物陶瓷刀具和CBN等)具有良好的耐热性：用聚晶方法得到的聚晶金刚石(PCD)刀片，其硬度可达6000～10000HV，用PCD材料制作的车刀、铣刀、钻头等可对有色金属进行高速切削，有时也应用于黑色金属的切削加工。

目前适用于高速切削的刀具主要有以下几种。

一、涂层刀具涂层刀具是利用气相沉积方法在高强度的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面涂覆几个微米的高硬度、高耐磨性的难熔金属或非金属化合物涂层而获得的。

涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性。

涂层材料作为化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙洼磨损，切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命3～5倍以上，提高切削速度20％～70％，提高加工精度0.5～1级，降低刀具消耗费用20％～50％。

二、金属陶瓷刀具金属陶瓷是20世纪70年代开发的一类具有优良机械力学性能和高温性能的新型工具材料。

与传统的硬质合金刀具相比，它的耐热性、耐磨性、抗月牙洼磨损能力等均有明显提高，但韧性和导热性相对较差。

近年来，在陶瓷基体中加入少量纳米粒子以形成纳米陶瓷复合材料的研究取得了不少进展和成果。

金属陶瓷刀具可应用于300～500m／min切削速度范围内的高速精车钢和铸铁。

三、陶瓷刀具陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，其硬度高、耐磨性好，在相同切削条件加工钢料时，磨损仅为硬质合金刀具的1/15，刀具寿命长；在1200℃时仍能保持80HRA的高硬度，所以在高温下仍能进行高速切削；它与钢铁金属的亲和力小，摩擦因数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，可在200～1000m/min的切削速度范围内高速切削软钢(如A3钢)、淬硬钢、铸铁及其合金等。

1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
对于钢、铸铁等黑色金属，宜选用陶瓷、金属 陶瓷及立方氮化硼刀具；
对于铝、镁等有色金属，宜选用聚晶金刚石 PCD和化学气相沉积金刚石涂层刀具CVD等刀具材 料。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 特点:
有极高的硬度（10000 HV）和耐磨性，是目前已知的 最硬物质； 刀具切削刃非常锋利，适合于极精密的加工； 具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数，故加工质 量好。 耐热温度可达700℃～800℃。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 能用作刀具材料的金刚石有四类： 天然金刚石 人工合成单晶金刚石 聚晶金刚石 化学气相沉积金刚石涂层刀具
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——天然金刚石
天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石 可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工 领域，如加工微机械的微型零件、光学镜面、导弹和 火箭中的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。
氧化铝在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的五分之一， 因此，氧化铝基陶瓷扩散磨损小，同时它的抗氧化能力强。
但氧化铝基陶瓷的强度、断裂韧性、导热系数和抗热震性 都比较低。
氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅陶瓷刀具 更优越的切削性能。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 氧化铝基陶瓷适于加工各种钢材(碳素结构钢、
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 陶瓷刀具材料主要有两大类： 氧化铝基陶瓷(Al2O3) 氮化硅基陶瓷(Si3N4)

高速切削 刀具在数控加工中的应用
文◎
摘要 ：随着科 学技 术 水平的 不断提 高， 作 为先进 制造技术 的重要组 成部分 高速切 削 技 术在模具 加工制造 中已得 到越 来越 广泛 的 应 用 。本 文结合 高速 切 削技 术的发展 现状 ， 阐述了高速切 削技术的应用及其未来趋势 关键词 ： 高速切 削刀具 ；数控加 工；应
．
一
外 ，很少作 为切 削工具应 用在工业 中 。近 年 来 开发 了多种化 学机理研 磨金刚 石刀具 的方 法 和 保 护 气 钎 焊 金 刚 石 技 术 ，使 天 然 金 刚 石 刀 具的制造 过程变 得 比较 简单 ，因此在超 精 密 镜面切 削的高 技术应用 领域 ，天 然金 刚石 起 到 了重 要 作 用 。 立 方 氮 化 硼 刀 具 材 料 。立 方 氮 化 硼 （Ｂ ） Ｃ Ｎ 是 纯 人 工 合 成 的 材 料 ， 是 ２ 世 纪 ５ 年 代 末 用 Ｏ ０ 制 造 金 刚石 相 似 的 方法 合 成 的第 二 种 超 材 料——ｃ Ｎ 微粉 。立方氮 化硼 （Ｂ ） Ｂ Ｃ Ｎ 是硬度 仅
理想 的刀具使得 高速硬 切削 能够作为代替 磨 削的最 后成型 工艺 ，达 到工件 表面粗糙度 、 表 面完整 性和 工件精度 的加工 要求 。硬质 合 金刀 具 具 有 良好 的抗 拉强 度 和 断 裂韧 性 ， 但 由于较 低 的硬 度和较 差 的高温 稳定 性，使
其 在 高 速 硬 切 削 中 的 应 用 受 到 一 定 限 制 。 但
用
郁有较小 的化学亲 和力 ，高的热 传导系 数， 良好的机械 性能和 热稳定 性能 。
高速切削技术和高速切削刀具 目前 ，切削加工 仍是机械 制造行 业应用 广 泛的一种 加工方法 。其 中，集高效 、高精

引言高速切削加工作为制造业中最为重要的一项先进制造技术，已经越来越受到人们的关注．随着高速切削加工的应用范围扩大，高速切削在制造领域的应用主要是加工复杂曲面，其中高速铣削（也称为硬铣削，可以把复杂形面加工得非常光滑。

加工表面粗糙度值很小、浅腔大曲率半径的零件完全可用高速铣削来代替电加工；对深腔小曲率半径的零件可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工，而电加工只作为精加工。

这样可大大节约电火花和抛光的时间以及有关材料的消耗，这对保护环境的贡献是不言而喻的。

同时，极大地缩短了加工周期，提高了加工效率，降低了加工成本。

1 高速切削加工技术1.1 高速切削技术概述[2]1931年4月德国物理学家Carl.J.Saloman最早提出了高速切削（High Speed Cutting）的理论，并于同年申请了专利。

他指出：在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削温度不但不会升高反而会降低，且该切削速度VC与工件材料的种类有关。

对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内，由于切削温度过高，刀具材料无法承受，切削加工不可能进行。

要是能越过这个速度范围，高速切削将成为可能，从而大幅度地提高生产效率。

由于实验条件的限制，当时高速切削无法付诸实践，但这个思想给后人一个非常重要的启示。

高速加工技术经历了理论探索，应用探索，初步应用和较成熟应用等四个阶段，现已在生产中得到了一定的推广。

特别是20世纪80年代以来，航空工业和模具工业的需求大大推动了高速加工的应用。

飞机零件中有大量的薄壁零件，如翼肋、长桁、框等，它们有很薄的壁和筋，加工中金属切除率很高，容易产生切削变形，加工比较困难；另外，飞机制造厂方也迫切要求提高零件的加工效率，从而缩短飞机的交付时间。

在模具工业和汽车工业中，模具制造是一个关键，缩短模具交货周期，提高模具制造质量，也是人们长期努力的目标。

高速切削无疑是解决这些问题的一条重要途径。

浅谈高速切削中刀具的选择【摘要】高速切削技术目前在机械加工领域占有十分重要的地位，在高速切削中刀具的选择直接关系到机械加工的质量，本文对高速切削中刀具的发展现状以及刀具材料的选择，和在数控加工中的应用情况进行了简要探讨。

【关键词】高速切削；刀具；材料选择1 高速切削技术的优势高速切削技术具有加工效率高、精准度高、成本低等特点，目前在机械加工领域有着广泛的应用。

高速切削加工的具体优势如下：1.1 在生产效率上有很大的提高。

1.2 切削力有一定程度的降低。

尤其是径向切削分力大幅度减少，特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。

1.3 由于95％-98％以上的切削热来不及传给工件而被切屑带走，故特别适合于加工容易热变形的零件；1.4 高速切削时，机床的激振频率特别高，远离了工艺系统的固有频率，因而工作平稳，振动小，加工的零件表面质量高。

1.5 适用于很多难加工的材料。

1.6 加工成本降低。

2 高速切削刀具选择的重要性高速切削加工中刀具的选择时基础，是保证机械加工质量的关键。

在加工中尤其要注意刀具的选择，如果选择了不适合的刀具，会导致机械加工的效率和质量都有所降低。

由于高速切削的切削速度快，而高速加工线速度主要受刀具限制，因为在目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具的磨损越快。

因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。

高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。

目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金刚石（pcd）、立方氮化硼（cbn）、陶瓷、涂层刀具、超细晶粒硬质合金等刀具材料。

3 高速切削刀具材料的要求3.1 刀具材料的基本性能要求刀具的选择是加工的基础，而材料的选择是刀具的基础。

刀具材料对机械加工的质量有着直接的影响，而且对刀具本身的寿命也有很大作用。

数控机床刀具的高速切削原理数控机床刀具的高速切削技术是现代制造业中一种重要的加工方法，其应用广泛，能够大幅度提高生产效率和加工质量。

高速切削技术的核心就是对刀具的设计和切削原理进行优化，使得切削过程更加高效和精确。

本文将介绍数控机床刀具的高速切削原理，并分析其在现代制造业中的应用。

一、刀具的结构与选择在数控机床的高速切削加工过程中，刀具的结构和选择起到至关重要的作用。

首先，刀具的材料要具备一定的硬度和耐磨性，以保证在高速切削中不会产生较大的磨损和变形。

常见的高速切削刀具材料包括硬质合金、陶瓷和涂层刀具等。

其次，刀具的结构设计要合理，包括刀柄、刀片和刀具的固定方式等。

合理的刀具结构可以提高切削刚度和切削稳定性，降低切削振动和刀具损伤的风险。

二、切削速度的选择高速切削的关键在于选择合适的切削速度。

切削速度是指切削工具与被切削材料之间的相对运动速度。

在选择切削速度时，需要综合考虑被切削材料的性质、刀具材料的耐磨性以及机床主轴的转速等因素。

通常情况下，高切削速度可以提高生产效率，但也会增加刀具磨损和发热的风险。

因此，切削速度的选择需要根据具体情况进行权衡。

三、切削力的控制高速切削过程中，切削力的控制是一个重要的问题。

过大的切削力会加剧刀具磨损和变形的风险，同时也会增加机床的负荷。

为了控制切削力，可以采取以下措施：优化刀具的几何形状，使其具备较大的切削刚度；合理选择切削进给量和切削深度；采用合适的冷却液，降低切削温度等。

通过综合运用这些方法，可以有效地控制切削力，提高切削过程的稳定性和可靠性。

四、切削润滑与冷却在高速切削加工中，切削润滑和冷却也是至关重要的。

适当的切削润滑可以减少切削热量，提高切削表面质量，并延长刀具的使用寿命。

常用的切削润滑方式包括干切和湿切两种，选择合适的润滑方式需要根据具体加工材料的情况进行判断。

此外，切削冷却也可以有效地降低切削温度，减少刀具的热变形和热裂纹的风险。

切削冷却可以通过在切削过程中喷洒冷却液或者使用高速切削专用冷却器等方式来实现。

超硬刀具在高速切削中的性能分析与创新设计刀具是现代高速切削加工的重要工具，而超硬刀具是一种独特的材料，具有极高的硬度和耐磨性，广泛应用于高速切削加工中。

本文将对超硬刀具在高速切削中的性能进行分析，并针对现有刀具的不足之处提出创新设计的建议。

首先，我们来分析超硬刀具在高速切削中的优势。

超硬刀具通常由碳化物、氮化物等材料组成，具有很高的硬度和热稳定性，这使得它们在高速切削中能够承受高温和高压的环境，减少刀具磨损和断裂的风险。

超硬刀具还具有较低的摩擦系数和热膨胀系数，使其能够更好地保持刀具表面的质量和精度。

另外，超硬刀具的高硬度还使得其具有较长的使用寿命，可以减少切削过程中的刀具更换频率和停机时间，提高生产效率。

然而，超硬刀具在高速切削中仍存在着一些挑战。

首先是刀具表面的磨损问题。

在高速切削过程中，刀具表面受到高速切削力的作用，容易发生磨损和热膨胀，导致刀具失去精度和寿命。

其次是刀具与工件的热交换问题。

高速切削过程中，切削区域产生大量的热量，如果不能有效地将热量转移或散热，会导致刀具和工件的温度升高，影响切削质量和刀具寿命。

为了解决上述问题，我们可以从材料、涂层和设计方面进行创新。

首先，利用先进的材料技术，可以研制出具有更高硬度和热稳定性的超硬刀具。

例如，通过改变碳化物和氮化物的配比，或者引入其他合金元素，可以调控刀具的硬度和热稳定性，提高刀具的性能。

其次，在涂层方面，可以采用多层复合涂层技术来改善刀具表面的性能。

多层复合涂层具有优异的附着力和耐磨性，可以增加刀具表面的硬度和抗腐蚀能力，延长刀具的使用寿命。

此外，通过合理设计复合涂层的组分和结构，可以实现快速散热和热量转移，进一步提高刀具的抗热性能。

最后，在刀具的设计方面，可以首先优化刀具的结构和几何形状。

例如，通过减小刃口的接触面积和改善刀具的刃口角度，可以降低切削力和刀具磨损的风险。

其次，可以采用刀具内冷却系统来提高刀具的散热效果。

刀具内冷却系统可以通过向刀具注入冷却液体，实现快速散热，降低刀具温度，提高切削质量和刀具寿命。