高速切削简介课件

高速切削简介高速切削简介1金属切削原理影响切削温度的主要因素一、切削用量1切削速度：=CvVxX=0.26~0.412进给量：=Cff0.143切削深度：=Capap0.04指导意义：切削温度对刀具磨损和刀具耐用度有直接影响，选大切深和进给量比选高切削速度有利。金属切削原理一、切削用量1切削速度：=Cv2金属切削原理影响刀具耐用度的主要因素泰勒公式金属切削原理泰勒公式3高速切削的概念和基本原理

高速切削技术，是以比常规高数倍的切削速度对零件进行切削加工的一项先进制造技术。高速切削理论是1931年4月德国物理学家Carl.J.Salomon提出的。1931年德国物理学家C.J.Salomom在“高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。高速切削的概念和基本原理高速切削技术，是以比常规高数倍的切4Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“高速切削（HSC）”的概念。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后，切削温度不但不升高反会降低，且该切削速度值与工件材料的种类有关。对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，即切削加工不可能进行，称该区为“死谷”。Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此5萨洛蒙曲线萨洛蒙曲线6

Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区06001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite合金850℃1600

1200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度7高速加工定义尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r/min高速加工定义尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的8高速加工各种材料的切削速度范围为：钢和铸铁及其合金500-1500m/min

铸铁最高达2000m/min钻削100～200m/min，攻丝100m/min淬硬钢(35～65HRC)100-400m/min铝及其合金达到2000-4000m/min，最高达7500m/min耐热合金达90-500m/min；钛合金达150-1000m/min高速加工各种材料的切削速度范围为：9高速与超高速切削速度范围

10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金高速加工的切削速度范围高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同车削：700-7000m/min铣削：300-6000m/min钻削：200-1100m/min磨削：50-300m/s高速与超高速切削速度范围1010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。高速切削加工时，切屑以很高的速度排出，切削热大部分被切屑带走，切削速度提高愈大，带走的热量愈多，传给工件的热量大幅度减少，工件整体温升较低，工件的热变形相对较小。因此，有利于减少加工零件的内应力和热变形，提高加工精度，适合于热敏感材料的加工。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11高速切削的特点转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，加工中鳞刺、积屑瘤、加工硬化、残余应力等也受到抑制。因此，高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1～2等级。高速切削可加工硬度HRC45～65的淬硬钢铁件，如高速切削加工淬硬后的模具可减少甚至取代放电加工和磨削加工，满足加工质量的要求，加快产品开发周期，大大降低制造成本。高速切削的特点转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低12航空航天：带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去除率达100-180cm3/min。镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000m/min

汽车工业：采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产。模具制造：高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍仪器仪表：精密光学零件加工。高速切削的应用航空航天：带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料13高速切削加工的应用航空航天：铝合金整体结构件的高速切削，不再铆接，省去了装配工作；薄壁件加工等模具业：高速切削淬硬钢模具型腔，省去电加工和手工研磨等工序。高速切削加工的应用航空航天：铝合金整体结构件的高速切削14高速切削加工的应用注塑模具高速切削加工的应用注塑模具15高速切削加工的应用

标志性建筑物高速切削加工的应用标志性建筑物16高速切削的应用领域由于高速切削加工具有高生产效率，减少切削力，提高加工精度和表面质量，降低生产成本并且可加工高硬材料等许多优点，已在汽车和摩托车制造业、模具业、轴承业、航空航天业、机床业、工程机械、石墨电极等行业中广泛应用。使上述行业的产品质量明显提高，成本大幅度降低，获得了市场竞争优势，取得了重大的经济效益。对提高切削加工技术的水平，推动机械制造技术的进步也具有深远的意义。高速切削的应用领域由于高速切削加工具有高生产效率，减17表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心1台1轴1工序（3万件/月）柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）

汽车轮毂螺栓孔高速加工实例表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心汽车轮毂螺栓孔高速加工实18b）高速模具加工的过程两种模具加工过程比较1硬化毛坯→2粗铣→3半精铣→4精铣→5手工磨修a）传统模具加工的过程1毛坯→2粗铣→3半精铣→4热处理→5电火花加工→6精铣→7手工磨修电极制造b）高速模具加工的过程1硬化毛坯→2粗铣→3半19

采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值/mm加工时间100%1010.10.010.001粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具生产成本。采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值20高速切削加工的工件材料包括钢、铸铁、有色金属及其合金、高温耐热合金以及碳纤维增强塑料等合材料的加工，其中以铝合金和铸铁的高速加工最为普遍。几乎所有传统切削能加工的材料高速切削都能加工，甚至传统切削很难加工的材料如镍基合金、钛合金和纤维增强塑料等在高速切削条件下将变得易于切削。高速切削可加工的工件材料高速切削加工的工件材料包括钢、铸铁、有色金属21AMOIⅡⅢ金属切削过程中的滑移线和流线示意图通常切削速度下高速切削的特点I剪切滑移II前刀面挤压摩擦III后刀面挤压摩擦AMOIⅡⅢ金属切削过程中的滑移线和流线示意图通常切削速度下22高速切削的特点减少传递给工件的热量切屑和接触面之间的接触区域产生的高温会导致温度效应并降低工件材料变形的阻力剪切角增大切削热大部分由切屑快速带走避免积屑瘤的产生工件后刀面刀具前刀面接触区高速切削的剪切角常规切削的剪切角高速切削的特点减少传递给工件的热量切屑和接触面之间的接触区23带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑3-3切屑种类带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑3-3切屑种类24高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征25高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征26直角自由切削斜角自由切削自由切削:只有主切削刃参加切削，而副切削刃不参加切削。金属切削原理直角自由切削斜角自由切削自由切削:金属切削原理27高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征28高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征29高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征30高速切削加工切屑形成特征Machinedsurfacemicro-waveamplitudeAandroughnessRa高速切削加工切屑形成特征31高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征32高速切削加工切屑形成特征ChipsegmentationdegreeGsandroughnessRa1.切削速度在200m/min之前，切屑分离度从0.84μm快速增大到1.85μm2.切削速度在200m/min之后，出现单元切屑，Ra下降然后平坦Gs对Ra的影响小。高速切削加工切屑形成特征1.切削速度在200m/min之前33高速切削加工切屑形成特征ChipsizesandroughnessRa1.Ts/ac与Ra变化类似，切削速度从120m/min到200m/min，Ts/ac从0.34增大到0.88，Ra从0.66增大到最大值1.85。2.切削速度从200m/min到600m/min，Ts/ac快速减小到0.35，然后平坦3.W/ac在切削速度从200m/min开始，基本不受影响高速切削加工切屑形成特征1.Ts/ac与Ra变化类似，切削速34高速切削加工切屑形成特征结论1.锯齿状切屑导致加工表面微小波纹，增大表面粗糙度。在不同的锯齿阶段，锯齿切屑的影响不同，不同切削速度产生不同表面粗糙度。最大表面粗糙度出现在中段。最小表面粗糙度出现在切屑分离期。这提示只要刀具的磨损许可，具有较高的加工速度，使切屑分离是可行的。高速切削加工切屑形成特征1.锯齿状切屑导致加工表面微小波纹，35高速切削加工切屑形成特征结论2.锯齿切屑造成表面粗糙度不受切屑分离度的影响，主要影响加工表面粗糙度因素是锯齿切屑段的厚度。锯齿切屑段的宽度对表面粗糙度也有稍许影响。高速切削加工切屑形成特征2.锯齿切屑造成表面粗糙度不受切屑分36高速切削加工切屑形成特征结论3.在目前的研究切削参数下，锯齿切屑造成的表面粗糙度范围0.39米到1.85μm，试图利用高速切削代替磨削的情况下，这可能会导致严重的问题。切削速度增加或减少未变形切屑厚度，可以减少锯齿切屑对表面粗糙度的影响，是本文研究结果推荐的方法。

高速切削加工切屑形成特征3.在目前的研究切削参数下，锯齿切屑37高速切削加工切屑形成特征文献2高速切削加工切屑形成特征38高速切削加工切屑形成特征文献2从连续光滑的切削到周期性的锯齿状切屑，是随着切削速度增大而变化过渡，这是高速切削加工中最基本又富有挑战性的问题。本文中，用临界切削速度对切屑流起因的显式表达式，用材料性能，未变形切屑厚度与刀具前角三者来表达，并基于尺寸分析和数值模拟。实验对于各种金属材料在宽范围的切削厚度与刀具前角下，切屑由连续到锯齿状，给出临界切削速度合理的预测。更有趣的是，发现，由于由雷诺数对湍流流动的控制，对锯齿形切屑的流动模式的转变是由雷诺数主导。此外，材料的性能对锯齿形切屑的影响进行系统的研究，其发展趋势和Recht经典模型吻合。

高速切削加工切屑形成特征从连续光滑的切削到周期性的锯齿状切屑39高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征40高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征41高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征42高速切削加工的关键技术高速主轴系统高速主轴系统是高速切削技术最重要的关键技术之一。目前主轴转速在15000-30000rpm的加工中心越来越普及，已经有转速高达100000-150000rpm的加工中心。高速主轴由于转速极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩擦热和大功率内装电机产生的热会引起热变形和高温，所以必须严格控制，为此对高速主轴提出如下性能要求：(1)要求结构紧凑、重量轻、惯性小、可避免振动和噪音和良好的起、停性能；(2)足够的刚性和高的回转精度；(3)良好的热稳定性；(4)大功率；(5)先进的润滑和冷却系统；(6)可靠的主轴监测系统。

高速切削加工的关键技术高速主轴系统高速主轴系43高速主轴系统高速主轴为满足上述性能要求，结构上几乎全部是交流伺服电机直接驱动的“内装电机”集成化结构，减少传动部件，具有更高的可靠性。高速主轴要求在极短时间内实现升降速。为此，将主轴电机和主轴合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，是高速主轴单元的理想结构。轴承是决定主轴寿命和负荷容量的关键部件。为了适应高速切削加工，高速切削机床的主轴设计采用了先进的主轴轴承、润滑和散热等新技术。目前高速主轴主要采用：陶瓷轴承、磁悬浮轴承、空气轴承和液体动、静压轴承等。主轴轴承润滑对主轴转速的提高起着重要作用，高速主轴一般采用油、空气润滑或喷油润滑。高速主轴系统高速主轴为满足上述性能要求，结构上44高速切削的关键技术超高速的主轴部件在超高速数控机床中，几乎无一例外地采用了主轴电机与机床主轴合二为一的结构形式。即采用无外壳电机，将其空心转子直接套装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体内，形成内装式电机主轴，简称电主轴超高速主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分，这四个部分构成一个动力学性能和稳定性良好的系统超高速电主轴结构

高速切削的关键技术超高速的主轴部件超高速电主轴结构45高速电主轴高速电主轴46Z轴磁浮导轨支撑高速机床电主轴

Z轴磁浮导轨支撑高速机床电主轴47快速进给系统高速切削时，为了保持刀具每齿进给量基本不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅度地提高。目前切削进给速度一般为30－60m/min，最高达120m/min，要实现并准确控制这样高的进给速度，对机床导轨、滚珠丝杠、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。高速加工机床必须实现快速的进给加减速才有意义。为了适应进给运动高速化的要求，主要采用了如下措施：(1)

采用新型直线滚动导轨，直线滚动导轨中球轴承与钢导轨之间接触面积很小，其摩擦系数仅为槽式导轨的1/20左右。而且，使用直线滚动导轨后，“爬行”现象可大大降低；(2)高速进给机构采用的是小螺距大尺寸高质量滚珠丝杠，或粗螺距多头滚珠丝杠，其目的是在不降低精度的前提下获得较高的进给速度和进给加减速度.快速进给系统高速切削时，为了保持刀具每齿进给48面向高速切削的切削机床对进给系统的要求主轴转速n进给速度vf高进给速度：>20m/min

高进给加速度：>0.5g面向高速切削的切削机床对进给系统的要求主轴转速n进给速度49快速进给系统(3)高速进给伺服系统已发展为数字化、智能化和软件化，使伺服系统与CNC系统在A/D一D/A转换中不会有丢失或延迟现象。高速切削机床正开始采用全数字交流伺服电机和控制技术，保证了快进给速度的加工要求。(4)为了尽量减轻工作台重量但又不损失工作台的刚度，高速进给机构通常采用碳纤维增强复合材料。(5)为提高进给速度，更先进、更高速的直线电机已经发展起来。直线电机消除了机械传动系统的间隙、弹性变形等问题，减少了传动摩擦力，几乎没有反向间隙。直线电机具有高加、减速特性，加速度可达2g，进给速度为传统的45倍，采用直线电机驱动，具有单位面积推力大、可产生高速运动以及机械结构不需维护等明显优点。快速进给系统(3)高速进给伺服系统已发展50面向高速切削的直线电机直线进给电机位置测量系统机床滑台初级线圈次级线圈导轨技术指标：vf>75m/mina=1-7g面向高速切削的直线电机直线进给电机位置测量系统机床滑台初级线51高速切削对刀具材料的要求高可靠性：高速切削时速度和自动化程度高，要求刀具应具有很高的可靠性。并要求刀具的寿命高，质量一致性好，切削刃的重复精度高。如果刀具可靠性差，将会增加换刀时间，降低生产率。刀具可靠性差还将产生废品，损坏机床与设备，甚至造成人员伤亡。解决刀具可靠性问题，成为高速切削加工成功应用的关键技术之一。在选择高速切削刀具时，除需要考虑刀具材料的可靠性外，还应考虑刀具的结构和夹固的可靠性。高速切削对刀具材料的要求52高的耐热性、抗热冲击性能和良好的高温力学性能。切削速度的增大，往往会导致切削温度的急剧升高。因此，要求刀具材料具有很高的高温力学性能，如：高温强度、高温硬度、高温韧性等。同时，还要求刀具材料的熔点高、氧化温度高、耐热性好、抗热冲击性能强。高的耐热性、抗热冲击性能和良好的高温力学性能。切削速度的增大53刀具应具有很好的断屑、卷屑和排屑性能。切削塑性材料时切屑的折断与卷曲，常常是决定数控加工能否正常进行的重要因素。因此，刀具必须具有很好的断屑、卷屑和排屑性能。要求切屑不能缠绕在刀具或工件上、切屑不影响工件的已加工表面、不妨碍冷却浇注效果。一般都采取了一定的断屑措施(如：可靠的断屑槽型、断屑台和断屑器等)，以便可靠的断屑或卷屑。刀具应具有很好的断屑、卷屑和排屑性能。切削塑性材料时切屑的折54刀具材料应能适应难加工材料和新型材料加工的需要：随着科学技术的发展，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的被采用。它们中多数属于难加工材料，目前难加工材料已占工件的40％以上。因此，高速切削加工刀具应能适应难加工材料和新型材料加工的需要。同时，由于可持续发展的要求，还要求高速切削时不污染环境。

刀具材料应能适应难加工材料和新型材料加工的需要：随着科学技术55高速切削刀具材料刀具材料对高速切削加工技术的发展具有决定性意义。目前已发展的刀具材料主要有：金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、TiCN基硬质合金刀具（金属陶瓷）、涂层刀具和和超细硬质合金刀具等。金刚石刀具主要用于高速加工铝、铜及其合金等有色金属和非金属材料以及钛和钛合金。立方氮化硼和陶瓷刀具主要适于高速加工铸铁及其合金和淬硬钢以及镍基合金等高温合金。陶瓷刀具、TiCN基硬质合金刀具和涂层刀具等适于高速加工钢及其合金。超细晶粒硬质合金适于小尺寸整体刀具，高速加工孔、攻丝和齿轮，也可以较高速度加工钛及其合金和高温合金等超级合金。高速切削刀具材料刀具材料对高速切削加工技术的56

高速切削通常使用的刀具材料有以下几种：（1）硬质合金涂层刀具高速切削的刀具系统

高速切削通常使用的刀具材料有以下几种：高速切削的刀具系统57（2）陶瓷刀具（2）陶瓷刀具58（3）聚晶金刚石刀具高速切削简介课件59（4）立方氮化硼刀具（4）立方氮化硼刀具60

结束语

高速切削加工技术是先进制造技术，具有巨大的潜力。它的发展和应用，带动整个制造业效益的提高和技术进步，因此，大力发展和推广应用高速切削加工技术，对建设现代化的制造业强国，具有重大的意义。结束语61高速切削简介高速切削简介62金属切削原理影响切削温度的主要因素一、切削用量1切削速度：=CvVxX=0.26~0.412进给量：=Cff0.143切削深度：=Capap0.04指导意义：切削温度对刀具磨损和刀具耐用度有直接影响，选大切深和进给量比选高切削速度有利。金属切削原理一、切削用量1切削速度：=Cv63金属切削原理影响刀具耐用度的主要因素泰勒公式金属切削原理泰勒公式64高速切削的概念和基本原理

高速切削技术，是以比常规高数倍的切削速度对零件进行切削加工的一项先进制造技术。高速切削理论是1931年4月德国物理学家Carl.J.Salomon提出的。1931年德国物理学家C.J.Salomom在“高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。高速切削的概念和基本原理高速切削技术，是以比常规高数倍的切65Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“高速切削（HSC）”的概念。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后，切削温度不但不升高反会降低，且该切削速度值与工件材料的种类有关。对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，即切削加工不可能进行，称该区为“死谷”。Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此66萨洛蒙曲线萨洛蒙曲线67

Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区06001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite合金850℃1600

1200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度68高速加工定义尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r/min高速加工定义尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的69高速加工各种材料的切削速度范围为：钢和铸铁及其合金500-1500m/min

铸铁最高达2000m/min钻削100～200m/min，攻丝100m/min淬硬钢(35～65HRC)100-400m/min铝及其合金达到2000-4000m/min，最高达7500m/min耐热合金达90-500m/min；钛合金达150-1000m/min高速加工各种材料的切削速度范围为：70高速与超高速切削速度范围

10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金高速加工的切削速度范围高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同车削：700-7000m/min铣削：300-6000m/min钻削：200-1100m/min磨削：50-300m/s高速与超高速切削速度范围1071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。高速切削加工时，切屑以很高的速度排出，切削热大部分被切屑带走，切削速度提高愈大，带走的热量愈多，传给工件的热量大幅度减少，工件整体温升较低，工件的热变形相对较小。因此，有利于减少加工零件的内应力和热变形，提高加工精度，适合于热敏感材料的加工。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72高速切削的特点转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，加工中鳞刺、积屑瘤、加工硬化、残余应力等也受到抑制。因此，高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1～2等级。高速切削可加工硬度HRC45～65的淬硬钢铁件，如高速切削加工淬硬后的模具可减少甚至取代放电加工和磨削加工，满足加工质量的要求，加快产品开发周期，大大降低制造成本。高速切削的特点转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低73航空航天：带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去除率达100-180cm3/min。镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000m/min

汽车工业：采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产。模具制造：高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍仪器仪表：精密光学零件加工。高速切削的应用航空航天：带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料74高速切削加工的应用航空航天：铝合金整体结构件的高速切削，不再铆接，省去了装配工作；薄壁件加工等模具业：高速切削淬硬钢模具型腔，省去电加工和手工研磨等工序。高速切削加工的应用航空航天：铝合金整体结构件的高速切削75高速切削加工的应用注塑模具高速切削加工的应用注塑模具76高速切削加工的应用

标志性建筑物高速切削加工的应用标志性建筑物77高速切削的应用领域由于高速切削加工具有高生产效率，减少切削力，提高加工精度和表面质量，降低生产成本并且可加工高硬材料等许多优点，已在汽车和摩托车制造业、模具业、轴承业、航空航天业、机床业、工程机械、石墨电极等行业中广泛应用。使上述行业的产品质量明显提高，成本大幅度降低，获得了市场竞争优势，取得了重大的经济效益。对提高切削加工技术的水平，推动机械制造技术的进步也具有深远的意义。高速切削的应用领域由于高速切削加工具有高生产效率，减78表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心1台1轴1工序（3万件/月）柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）

汽车轮毂螺栓孔高速加工实例表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心汽车轮毂螺栓孔高速加工实79b）高速模具加工的过程两种模具加工过程比较1硬化毛坯→2粗铣→3半精铣→4精铣→5手工磨修a）传统模具加工的过程1毛坯→2粗铣→3半精铣→4热处理→5电火花加工→6精铣→7手工磨修电极制造b）高速模具加工的过程1硬化毛坯→2粗铣→3半80

采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值/mm加工时间100%1010.10.010.001粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具生产成本。采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值81高速切削加工的工件材料包括钢、铸铁、有色金属及其合金、高温耐热合金以及碳纤维增强塑料等合材料的加工，其中以铝合金和铸铁的高速加工最为普遍。几乎所有传统切削能加工的材料高速切削都能加工，甚至传统切削很难加工的材料如镍基合金、钛合金和纤维增强塑料等在高速切削条件下将变得易于切削。高速切削可加工的工件材料高速切削加工的工件材料包括钢、铸铁、有色金属82AMOIⅡⅢ金属切削过程中的滑移线和流线示意图通常切削速度下高速切削的特点I剪切滑移II前刀面挤压摩擦III后刀面挤压摩擦AMOIⅡⅢ金属切削过程中的滑移线和流线示意图通常切削速度下83高速切削的特点减少传递给工件的热量切屑和接触面之间的接触区域产生的高温会导致温度效应并降低工件材料变形的阻力剪切角增大切削热大部分由切屑快速带走避免积屑瘤的产生工件后刀面刀具前刀面接触区高速切削的剪切角常规切削的剪切角高速切削的特点减少传递给工件的热量切屑和接触面之间的接触区84带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑3-3切屑种类带状切屑节状切屑粒状切屑崩碎切屑3-3切屑种类85高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征86高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征87直角自由切削斜角自由切削自由切削:只有主切削刃参加切削，而副切削刃不参加切削。金属切削原理直角自由切削斜角自由切削自由切削:金属切削原理88高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征89高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征90高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征91高速切削加工切屑形成特征Machinedsurfacemicro-waveamplitudeAandroughnessRa高速切削加工切屑形成特征92高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征93高速切削加工切屑形成特征ChipsegmentationdegreeGsandroughnessRa1.切削速度在200m/min之前，切屑分离度从0.84μm快速增大到1.85μm2.切削速度在200m/min之后，出现单元切屑，Ra下降然后平坦Gs对Ra的影响小。高速切削加工切屑形成特征1.切削速度在200m/min之前94高速切削加工切屑形成特征ChipsizesandroughnessRa1.Ts/ac与Ra变化类似，切削速度从120m/min到200m/min，Ts/ac从0.34增大到0.88，Ra从0.66增大到最大值1.85。2.切削速度从200m/min到600m/min，Ts/ac快速减小到0.35，然后平坦3.W/ac在切削速度从200m/min开始，基本不受影响高速切削加工切屑形成特征1.Ts/ac与Ra变化类似，切削速95高速切削加工切屑形成特征结论1.锯齿状切屑导致加工表面微小波纹，增大表面粗糙度。在不同的锯齿阶段，锯齿切屑的影响不同，不同切削速度产生不同表面粗糙度。最大表面粗糙度出现在中段。最小表面粗糙度出现在切屑分离期。这提示只要刀具的磨损许可，具有较高的加工速度，使切屑分离是可行的。高速切削加工切屑形成特征1.锯齿状切屑导致加工表面微小波纹，96高速切削加工切屑形成特征结论2.锯齿切屑造成表面粗糙度不受切屑分离度的影响，主要影响加工表面粗糙度因素是锯齿切屑段的厚度。锯齿切屑段的宽度对表面粗糙度也有稍许影响。高速切削加工切屑形成特征2.锯齿切屑造成表面粗糙度不受切屑分97高速切削加工切屑形成特征结论3.在目前的研究切削参数下，锯齿切屑造成的表面粗糙度范围0.39米到1.85μm，试图利用高速切削代替磨削的情况下，这可能会导致严重的问题。切削速度增加或减少未变形切屑厚度，可以减少锯齿切屑对表面粗糙度的影响，是本文研究结果推荐的方法。

高速切削加工切屑形成特征3.在目前的研究切削参数下，锯齿切屑98高速切削加工切屑形成特征文献2高速切削加工切屑形成特征99高速切削加工切屑形成特征文献2从连续光滑的切削到周期性的锯齿状切屑，是随着切削速度增大而变化过渡，这是高速切削加工中最基本又富有挑战性的问题。本文中，用临界切削速度对切屑流起因的显式表达式，用材料性能，未变形切屑厚度与刀具前角三者来表达，并基于尺寸分析和数值模拟。实验对于各种金属材料在宽范围的切削厚度与刀具前角下，切屑由连续到锯齿状，给出临界切削速度合理的预测。更有趣的是，发现，由于由雷诺数对湍流流动的控制，对锯齿形切屑的流动模式的转变是由雷诺数主导。此外，材料的性能对锯齿形切屑的影响进行系统的研究，其发展趋势和Recht经典模型吻合。

高速切削加工切屑形成特征从连续光滑的切削到周期性的锯齿状切屑100高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征101高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征102高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征103高速切削加工的关键技术高速主轴系统高速主轴系统是高速切削技术最重要的关键技术之一。目前主轴转速在15000-30000rpm的加工中心越来越普及，已经有转速高达100000-150000rpm的加工中心。高速主轴由于转速极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩擦热和大功率内装电机产生的热会引起热变形和高温，所以必须严格控制，为此对高速主轴提出如下性能要求：(1)要求结构紧凑、重量轻、惯性小、可避免振动和噪音和良好的起、停性能；(2)足够的刚性和高的回转精度；(3)良好的热稳定性；(4)大功率；(5)先进的润滑和冷却系统；(6)可靠的主轴监测系统。

高速切削加工的关键技术高速主轴系统高速主轴系104高速主轴系统高速主轴为满足上述性能要求，结构上几乎全部是交流伺服电机直接驱动的“内装电机”集成化结构，减少传动部件，具有更高的可靠性。高速主轴要求在极短时间内实现升降速。为此，将主轴电机和主轴合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，是高速主轴单元的理想结构。轴承是决定主轴寿命和负荷容量的关键部件。为了适应高速切削加工，高速切削机床的主轴设计采用了先进的主轴轴承、润滑和散热等新技术。目前高速主轴主要采用：陶瓷轴承、磁悬浮轴承、空气轴承和液体动、静压轴承等。主轴轴承润滑对主轴转速的提高起着重要作用，高速主轴一般采用油、空气润滑或喷油润滑。高速主轴系统高速主轴为满足上述性能要求，结构上105高速切削的关键技术超高速的主轴部件在超高速数控机床中，几乎无一例外地采用了主轴电机与机床主轴合二为一的结构形式。即采用无外壳电机，将其空心转子直接套装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体内，形成内装式电机主轴，简称电主轴超高速主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分，这四个部分构成一个动力学性能和稳定性良好的系统超高速电主轴结构

高速切削的关键技术超高速的主轴部件超高速电主轴结构106高速电主轴高速电主轴107Z轴磁浮导轨支撑高速机床电主轴

Z轴磁浮导轨支撑高速机床电主轴108快速进给系统高速切削时，为了保持刀具每齿进给量基本不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅度地提高。目前切削进给速度一般为30－60m/min，最高达120m/min，要实现并准确控制这样高的进给速度，对机床导轨、滚珠丝杠、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。高速加工机床必须实现快速的进给加减速才有意义。为了适应进给运动高速化的要求，主要采用了如下措施：(1)

采用新型直线滚动导轨，直线滚动导轨中球轴承与钢导轨之间接触面积很小，其摩擦系数仅为槽式导轨的1/20左右。而且，使用直线滚动导轨后，“爬行”现象可大大降低；(2)高速进给机构采用的是小螺距大尺寸高质量滚珠丝杠，或粗螺距多头滚珠丝杠，其目的是在不降低精度的前提下获得较高的进给速度和进给加减速度.快速进给系统高速切削时，为了保持刀具每齿进给109面向高速切削的切削机床对进给系统的要求主轴转速n进给速度vf高进给速度：>20m/min

高进给加速度：>0.5g面向高速切削的切削机床对进给系统的要求主轴转速n进给速度110快速进给系统(3)高速进给伺服系统已发展为数字化、智能化和软件化，使伺服系统与CNC系统在A/D一D/A转换中不会有丢失或延迟