超高速切削现状和趋势

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。

．… 。 ．
３ ．砂轮抬起 ， 主轴再次前进至磨削 位置 ， 由 再
４ ．重复过 程 ２ 。
参 考 文 献
１ 毕承恩． ． 丁乃建． 现代数控机床． 机械工业出版社，９３ １９
２ 廖效果． ． 朱启建． 数控机床． 华中理工大学出版社，９２ １９
步进 电机 ２控制 ， 动 １ ０， 转 ８ 。以便 磨削 另一螺旋 槽 。 ５ ．砂轮 抬起 ， 重复前 述 毛 坯装夹 过程 。
已经积 极地 推广 使用 高速 切削 和超 高速切 削 。追 溯
如换 刀 时间 的缩短 、 刀 的高速 化 、 轴 的加速 度启 走 主 停 、 屑的处理 、 却液 的选 择 、 切 冷 主轴 的温控 、 主轴的 动 平 衡 、 夹具 的 合理 选 择 等 。从提 高 生 产率 的角 刀 度， 除了 主轴 的 高速 化 之 外 ， 刀 的高 速化 、 走 主轴 的 加速 度 启停 显得更 加重 要 。 主轴 的 高速 化 ， 轴承 的研 究 开发 提 出了 更高 对 的要求 。首 先 ， 动轴承 的质 量一 直在 提 高 （ 美 国 滚 如 将 ＡＢ Ｃ７ Ｅ 级提 高到 了 Ａ ＥＣ Ｂ ９级 ） 由于 高速 下 的 。 轴 承 温升 高 ， 却润滑方 法 不 断进步 ， 油脂 润滑一 冷 从源自关键 词超 高速切 削
切 削刀具
机 床
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄ ｕ ｔａｈ ｇ ｐ ｅ ｕ ｔ ｇ，ｃ ｔｉ ｇ ｔ ｏ ，ｍ ａ ｈ ｎ ｏ ｌ ｙ ｒ ｓ ｌｒ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔｉ ｎ ｕ ｔ ｏ ｌ ｎ ｃ ｉｅｔ ｏ
当前 机 械制 造 业 为 实现 高 生产率 和 追 求 利 润 ，
维普资讯
超高速切削机床 和超高速 刀具技 术 的现状

（2）汽车制造。
1
2
3
4
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 5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔型固 定不变）
高速加工中心 1台1轴1工序（3万件/月）
柔性（零件、孔数、孔径、 孔型可变）
图12 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）
（3）模具制造。
b）高速模具加工的过程
图14 两种模具加工过程比较
生产剃须刀的石墨电极
生产球形柄用的铜电极
图15 高速切削加工电火花加工用工具电极
（4）难加工材料领域。硬金属材料（HRC55～62），可 代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1um。
（5）超精密微细切削加工领域。
粗铣整体铝板； •精铣去口； •钻680个直径为3mm的小孔。 时间为32min。
在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷 或油冷。精度高、振动小、噪声低、结构紧凑。
高速加工技术的发展与应用
图5 HSM600U型数控五轴高速加工中心
生产厂家：瑞士Mikron 主轴转速：最高42000 rpm
主轴功率：13 KW 进给速度：最高40 m / min
定位精度：0.008 mm
重复定位精度：0.005mm
图6 HSM 系列高速五轴联动小型立式加工中心
图7 HSM800 图9 HSM400
• Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公 认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、铬镍 合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。
近年来，我国在高速、超高速加工的各关键领域 (如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、 陶瓷滚动轴承等方面)也进行了较多的研究并有相应 的研究成果。

标题：我国高速加工技术现状及发展趋势在当前工业生产中，高速加工技术已成为了提高加工效率、降低成本、改善产品质量的重要手段。

我国作为全球最大的制造业大国，高速加工技术的现状和发展趋势备受关注。

本文将从深度和广度两个方面对我国高速加工技术进行全面评估，并探讨其发展趋势。

一、我国高速加工技术的现状1. 高速加工技术的定义和特点高速加工技术是指在高速度下对工件进行切削加工的一种先进加工技术，具有高效率、高精度、高表面质量、低热影响区等特点。

2. 国内高速加工技术的发展历程自20世纪80年代以来，我国的高速加工技术得到了迅猛的发展，尤其是在航空航天、汽车制造、模具制造等行业得到了广泛应用。

3. 我国高速加工技术的应用现状高速加工技术在航空航天、汽车制造、模具制造、医疗器械等领域得到了广泛应用，成为提高生产效率和产品质量的重要手段。

二、我国高速加工技术的发展趋势1. 技术创新推动高速加工技术的发展随着科技的进步和不断创新，高速加工技术将会更加高效、精密、稳定，能够满足更加复杂的加工需求。

2. 智能制造与高速加工技术的融合智能制造将成为未来高速加工技术发展的重要方向，通过智能化、自动化技术，提高生产效率和产品质量。

3. 绿色制造与高速加工技术的结合高速加工技术在减少碳排放、节能减排方面将会有更大的发展空间，应用于绿色制造领域。

4. 人工智能在高速加工技术中的应用随着人工智能技术的快速发展，其在高速加工技术中的应用将会成为新的发展趋势，将提高生产效率和产品质量。

三、总结与展望我国高速加工技术在不断发展创新的过程中，已经取得了令人瞩目的成绩，但与发达国家相比仍有一定差距。

在未来发展中，需要加大科技投入力度，加强技术研发和创新，培养更多高端技术人才，不断提升我国的高速加工技术水平，推动制造业向高质量发展。

个人观点：高速加工技术作为先进制造技术的代表，将会对我国工业生产产生深远影响。

在未来，我相信随着科技的进步和不断创新，我国的高速加工技术将不断迈向更加高效、精密、稳定的发展方向，并为我国制造业的转型升级和智能制造提供重要支撑。

件 。超高 速加 工 可获得 良好 的表 面粗 糙 度 ，几乎 可
达 到 磨 削 表 面 的 水平 ，超 高 速 铣 削 可 实 现 硬 切 削 （ ＲＣ ０以下 ） 因而可 用 于模 具 的精 加工 ，省 去 其 Ｈ ６ 常规 的精 整加工 工序 或节 省抛光 工 时 。 在超 高速 加 工 中由于机 床 主轴 转速 很高 ，激 励 振 动频 率就很 高 ，远 离机 床 固有 振动频 率 ，因此 工
了 ２ ３倍 。 —
是超 高 速加 工 技术 对机 械制 造 业 实现 高 效 、
优 质 、低成 本 生产 有 广 泛 的适 用 性 。 超 高 速加 工 可 大 幅 度 提 高 加工 效 率 、缩 短 加 工 时 间 、降低 加
正 是 超 高 速 加 工 技 术 特 别 是 超 高 速 铣 削 ，与 新 一 代 数 控 机 床 特 别是 高 速加 工 中心 的开 发 应 用 紧密 相 关 。９ ０年代 以来 ，美 、欧 、 日各 国争 相 开 发 应用 新 一 代 高 速 数 控 机 床 ，集 高 效 、精 密 、柔 性 为 一 体 的数 控 机 床 的高 效 特 征 有 了 新 的 飞 跃 。 新 一代 数 控 机 床 已经 从 原 有 数 控机 床基 型 的高 速 型 派 生 品种 ，加 快 高 速 化 发 展 步 伐 ，适 应 超 高 速 度 高效 加 工 的新 结 构 已 用 于 多 种 产 品 中 ，高 速 主 轴 单 元 、高 速且 高 加／ 速 度 的进 给运 动 部件 、高 减 性 能 数控 和 伺服 系统 以及 工 具 系 统 都 出 现 了新 的
５ ０ ｒｍｉ ，进 给 速 度 ６ ／ ｎ 中 小 型 加 工 中心 ０ ０／ ｎ ｍ ｍｉ ；
二 、超 高速 加 工技 术 的 重 要性

高速加工的发展趋势
高速加工技术的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 高速切削工艺：随着材料科学和刀具技术的不断进步，高速切削工艺的应用正在不断扩大。

高速切削工艺能够增加切削切削速度和加工效率，减少切削力和切削热量，提高切削质量和表面光洁度。

2. 高速加工中心的发展：高速加工中心是高速加工的核心设备。

未来，高速加工中心将越来越智能化，加工速度和精度将得到进一步提高。

同时，高速加工中心将根据不同的加工要求，提供更加灵活的刀具和夹具系统，以满足不同加工任务的需求。

3. 多轴加工技术的应用：多轴加工技术可以同时进行多个方向上的切削，使得曲面加工更加容易和精确。

未来，多轴加工技术将广泛应用于高速加工领域，提高加工效率和加工精度。

4. 先进的刀具材料和涂层技术：刀具是高速加工的关键因素之一。

未来，刀具材料将更加耐磨耐热，刀具涂层技术将更加先进，以满足高速切削的需求。

5. 智能化制造技术的应用：高速加工将与智能化制造技术相结合，实现工艺参数的自动优化和实时监控。

未来，高速加工设备将具有自动化、智能化和可持续发展的特点，提高生产效率和产品质量。

总体来说，高速加工的发展趋势是向着高效、智能和精准的方向发展，以满足不断变化的制造需求。

班级：机制2班姓名：周明学号：1208470528超高速加工发展状况及趋势随着时代发展与科学进步，各个国家关于对超高速加工技术的投资与研究使用的比例越来越高，但是各国的发展水平却依然存在很大的差距。

超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40~60m/min，砂轮磨削速度达100~150m/s;超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。

超高速加工已经成为先进制造技术竞争的一个制高点。

超高速加工中，工件与刀具相互高速撞击，力的瞬态作用使剪切局限在一个微区域，能量在此微区的耗散使材料局部高温，可能达到熔化或接近熔化的状态。

正反馈效应使局部绝热剪切作用愈加增强。

切削速度越高，这种绝热剪切作用也越强，接近音速的超高速切削走向极端条件，带来了诸多新机理研究和对传统切削机理的突破性挑战。

机床工作在数万转/分转速下承受冲击载荷，依然达到μ级的工作精度，要求实现机床主轴系统旋转的高精度高稳定性控制以及整机动静热特性的精确设计。

冲击载荷下，主轴的高刚度、高精度要求轴承工作间隙很小，在微间隙中轴承润滑介质受到强剪切与挤压，同样达到了一种极端的工况。

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。

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。

超高速切削是金属切削加工技术的新发展。

在今后15年内,现代机床技术将在机床设计、结构、金属切削效率和生产率等方面有重大突破。

预计九十年代生产的机床将比七十年代生产的机床体积更小,速度更快。

它将采用强度与重量之比很高的材料(有色金属狈非金属材料)来代替钢和铸铁。

超咼速加工技术2011级机械设计制造及其自动化4班刘傅文摘要：本文介绍了超高速加工技术的概念、内容和发展现状，并分析了其发展动向。

关键词：高速加工技术、机械制造、先进加工、发展。

超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。

超高速加工技术的特征：切削力低、热变形小、材料切除率高、高精度、减少工序。

超高速加工技术主要包括：（1）超高速切削、磨削机理研究。

对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。

（2）超高速主轴单元制造技术研究。

主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。

（3）超高速进给单元制造技术研究。

高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。

研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术。

（5）高速CNC空制系统：超高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性，以保证加工复杂曲面轮廓时，具有良好的加工性能。

还要具有高速插补及超前处理能力，防止刀具轨迹偏移和突发事故。

（6）超高速加工在线检测与控制技术研究。

对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。

验研究。

现代科 技水平 的提高 ，设 备更新换 代速度也越 来越 快 ， １ ０～１ ５年换 一代 ， 在这样短期 内赚 回设备投资并创造 出利润 ，
就要投资研究和改进刀具 ， 依靠刀具挖潜。 据有关资料表 明： 刀具费用占制造成本 ２ ％ ～ ％ ， ． ４ ４ 但却直 接 影 响 占制造 成本 里 边 ２ ％ 的机床 费 用 和 ３ ％￣Ａ３ 费用 。 ０ ８ ２ 还有一种算法 ： 机床与刀具投入 比为 ９： 到 ７： 。只要 １ ３
削技术 。 为提高我 国的装备制造业水平 ， 实现切削加工 的高速 化， 必须研究及开发与高速切削相适应 的刀具材料 、 刀具结 构
及 刀具监控技术 。 唯有如此 ， 才能让高速切削加工技术 在企业
中得 到 成 功 应 用 。
１ 刀具在 切 削加 工 中的重 要性
在机械加工 中， 金属切削机床和刀具 ， 为切削加工 的基 作
刀具投资到位 ，切 削速度 和进 给速 度每提高 １ ２ ５％ Ｏ％， 可
降低制造成本 １ ～１ ０％ ５％田 。
础工艺装备 ， 刀具被称为机床 的“ 牙齿 ” 孪生兄 弟” 无论是 和“ ， 什么样的金属切削机床 ， 都必须依 靠这个“ 牙齿 ” 才能发挥作 ，
用， 离开这个“ 孪生兄弟 ”则一事无成 。刀具的性能和品质 ， ， 直
高效加工 工艺 （ Ｐ 和高生产率 加工工 艺 （ ｓ ， Ｈ Ｍ） Ｈ Ｍ） 反映 出高 速切削技术 的巨大发展潜力 。
高速切削包括高速软切削、 高速硬 切削 、 高速干切削、 大进 给量切削等 ， 其作为一种新的切削工艺 ， 显示出独特的优越性： 首先 ， 是切削效率成倍提高 ； 其次 ， 高速切削有利 于提高产 品 品质 、 是 降低 制造成本 、 缩短交货周期 ； 此外 ， 高速 切削技术 的基础上 ， 发了干切 削（ 在 开 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 了传统意 义上 不同切削工艺之间 的界限 ， 而且开创 了切削加工“ 绿色制造” 的新 时代 。 与此同时 ， 根据不 同的加 工要求 ， 出现了高进给速度的 还

2、超高速切削刀具结构
超高速切削刀具的结构主要从加工精度、安全性、 高效方面考虑，如超高速刀具的几何结构和刀具的装 夹结构。 为了使刀具具有足够的使用寿命和低的切削力，刀 具的几何角度必须选择最佳数值。如超高速切削铝合 金时，刀具最佳前角数值为 12°～ 15°，后角数值为 13°～ 15°；超高速切削钢材时，对应的是 0°～ 5° 和 12°～ 16°，铸铁对应的是 0°和 12°，铜合金是 8°和16°；超高速切削纤维强化复合材料时，最佳前 角数值为20°，后角为15°～20°。
1、超高速切削的刀具材料
(3) 陶瓷刀具材料。陶瓷刀具材料主要有氧化铝基 和氮化硅基两大类，是通过在氧化铝和氮化硅基体 中分别加入碳化物、氨化物、硼化物、氧化物等得
到的，此外还有多相陶瓷材料。目前国外开发的氧
化铝基陶瓷刀具约有20余个品种，约占陶瓷刀具总 量的2/3；氮化硅基陶瓷刀具约有10余个品种，约占 陶瓷刀具总量的1/3。陶瓷刀具可在200～1000 m/min的切削速度范围内高速切削软钢(如A3钢)、淬
先进机械制造技术—— 超高速加工技术
陈春
目录

一、超高速加工含义 二、超高速加工中的刀具技术 三、超高速切削机床 四、加工策略改变
一、超高速加工的含义
1、超高速加工的定义

超高速加工技术：采用超硬材料刀具磨具和能 可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高 柔性的制造设备，以极大地提高切削速度来达 到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现 代制造加工技术。
硬钢、铸铁等。
1、超高速切削的刀具材料
(4) PCD刀具材料。PCD是在高温高压条件下通过 金属结合剂将金刚石微粉聚合而成的多晶材料。虽然 它的硬度低于单晶金刚石，但有较高的抗弯强度和韧 性。PCD材料还具有高导热性和低摩擦系数。另外，

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。

第 ｌ一 ２期
・
超 硬材料合 成现状 、 艺及技 术 ・ 邓福铭 工
等
我 国超硬 刀具 高速切 削技术发展现状 、 问题及前景 ２ １ ６月 ０ ０年
我国超硬刀具高速切 削技术发 展现状 、 问题及前景
邓 福铭 卢 学军 ’
１ 中国矿 业 大学 （ 、 北京 ） 硬 刀 具材 料研 究 所 北 １０ ８ 超 ００３ ２ 北 京迪 蒙特 佳 工模 具技 术 有 限公 司 北京 １０ ８ 、 ００３
又 随切 削 速 度 的增 大 而 下 降 ｊ 。如 图 １所 示 。
当切削速度提高 １ 、 Ｏ倍 进给速度提高 ２ Ｏ倍 、 远
高速切 削 （ ｉｈＳｅｄＣ ｔｎ ， Ｈｇ ｐｅ ｕｔ ｇ 简称 Ｈ Ｃ） ｉ Ｓ
通 常是 指 用 比常规 切 削 速 度 和 进 给 速 度 高 得 多
摘要 本文介绍 了国内外高速切削技术 的发展历程及其与超硬刀具 技术发展 中的相互关
系， 分析了国内超硬刀具高速切削技术发展 中存在 的主要问题 ， 最后对 国内超硬刀具高速
切削技术发展前景进行 了展望 ， 并对 以后的发展提出了建议 。 关键词 高速切削 超硬刀具 数控机床
Ｓｔ ｔ 一 ０ ａｅ ｆ— ｔ ｅ Ａｒ ｆＨ ｉｈ ｅ ｄ Ｃｕｔｉ ｆ Ｓ ｐｅ —ｈａ ｄ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｈ ｔｏ ｇ Ｓｐ ｅ ｔｎｇ ｏ ｕ ｒ ｒ ｔ ｒａ
提高切削效率 、 降低 生产成本 。因此 ， 改进刀具
材料对于降低切削成本 比其它任何单一 过程 的
礴
疆 签
改变更具 潜力 ， 如何 合理 地选 择 与应用 现代 刀
具材料是降低加工成本 、 获得经济效益 的关键 。
无独有偶 的是 ， 上世 纪七十年代 中期 ， 在美

超高速加工技术070212班：王川前言：现在随着工业技术的进一步发展，超高速度切削加工技术已成为切削加工的主流，日益广泛地被应用于模具、航空、高速机车和汽车工业等领域，并应取得了巨大的经济效益。

尤其在模具制造工业中，德国、日本、美国等大约有30%-50%的公司用超高速切削加工技术。

这样做的优点既是加工效率高，质量好，又减少了后续的手工打磨和抛光工序。

在航空与高速机车行业，飞机的骨架与机翼、高速机车的车厢骨架均为铝合金整体薄壁构件，都需要切除大量的金属，从毛坯开始的切除量甚至达到90%。

采用超高速切削加工技术，加工时间按缩短到原来的几分之一。

汽车工业发动机铝合金和铸铁缸体，广泛采用超高速切削加工技术，大大地提高了加工效率，降低成本。

此外，超高速切削加工技术还应用于快速成形、光学精密零件和仪器仪表等加工领域。

我国的超高速切削加工技术最早应用于轿车工业，20世纪80年代后期相继从别的先进国家引进了轿车自动生产线，其中大量应用了超高速切削加工技术。

近年来，我国航天、航空、汽轮机磨具等制造行业也引进了大量加工中心和数控机床，都不同程度地开始推广应用超高速切削加工技术。

超高速加工是切削加工发展的方向，在21世纪必将成为切削加工的主流。

作为先进制造技术的一项全新的共性实用技术，超高速切削加工技术将克服当前存在的一些技术障碍，在未来得到更好的发展！（图一）：超高速铣削（图二）：超高速钻削一、“超高速加工”概念：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，其切削速度通常比常规加工高10倍左右。

(1)、超高速加工的“前提”和“先决条件”：超硬材料刀具刀具材料：从碳素钢和合金工具钢，高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石、立方氮化硼、氮化硅及聚晶立方氮化硼等。

刀具结构：主要有“整体”和“镶牙”两类。

“镶牙刀具”主要采取机夹结构。

超高速切削的发展现状整理超高速切削的进展现状金属切削加工已进入了一个以高速切削为代表的新的进展阶段，由于高速切削加工能极大地提高材料的切除率和零件的加工质量，降低加工成本，因而成为当今金属切削加工的进展方向之一。

高速切削刀具技术是高速切削加工的一个关键技术，它包括高速切削刀具材料、刀柄系统、刀具系统动平衡技术、刀具监测技术等。

本文就作一概述。

1. 高速切削加工对刀具系统的要求所谓刀具系统是指由刀柄、夹头和切削刀具所组成的完整的刀详细系，刀柄与机床主轴相连，切削刀具通过夹头装入刀柄之中。

要使刀具系统能在高速下进行切削加工，应满意以下基本条件：较高的系统精度系统精度包括系统定位夹持精度和刀具重复定位精度，前者指刀具与刀柄、刀柄与机床主轴的连接精度；后者指每次换刀后刀具系统精度的全都性。

刀具系统具有较高的系统精度，才能保证高速加工条件下刀具系统应有的静态和动态稳定性。

较高的系统刚度刀具系统的静、动刚度是影响加工精度及切削性能的重要因素。

刀具系统刚度不足会导致刀具系统振动，从而降低加工精度，并加剧刀具的磨损，降低刀具的使用寿命。

较好的动平衡性高速切削加工条件下，微小质量的不平衡都会造成巨大的离心力，在加工过程中引起机床的急剧振动。

因此，高速刀具系统的动平衡特别重要。

2. 传统实心长刀柄结构存在的问题目前，在数控铣床、数控镗床和加工中心上使用的传统刀柄是标准7:24锥度实心长刀柄。

这种刀柄与机床主轴的连接只是靠锥面定位，主轴端面与刀柄法兰端面间有较大间隙。

这种刀柄结构在高速切削条件下会消失下列问题：刀具动、静刚度低刀具高速旋转时，由于离心力的作用，主轴锥孔和刀柄均会发生径向膨胀，膨胀量大小随旋转半径和转速的增大而增大。

这就会造成刀柄的膨胀量小于主轴锥孔的膨胀量而消失协作间隙，使得原来只靠锥面结合的低刚性连接的刚度进一步降低。

动平衡性差标准7:24锥度柄较长，很难实现全长无间隙协作，一般只要求协作前段70%以上接触，而后段往往会有肯定间隙。

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。