高速切削及其关键技术

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1、机自5班李传能20122299高速切削及其关键技术李传能（重庆大学机械工程学院，重庆）摘要：高速切削加工是先进制造技术的重要组成部分,近净形毛坯通过高速机床一次装夹加工是制造业的发展趋势，高速机床不仅要有高的主轴转速和进给速度，而且还需要有高的运动加速度，介绍了高速切削加工的概念和优越性;研究了国外高速机床的技术发展与应用,以及我国高速机床的发展现状和趋势;分析了高速切削机床、高速切削刀具、CNC控制系统等实现高速切削必需的关键技术的发展现状,并探讨了高速切削技术应用领域和高速机床发展趋势。关键词：高速切削；机

2、床；关键技术-6-机自5班李传能201222991高速切削的概念高速切削(HighSpeedMachining简称HSM)概念的起源可以追溯到20世纪20年代末,德国切削物理学家Carl.J.Salomon博士1929年进行的超高速切削模拟试验,并于1931年4月发表了著名的超高速切削理论，提出了高速切削的设想。Salomon指出：在常规的切削范围内(见图1中的区域A)，切削温度随着切削速度的增大而提高。但是，当切削速度增大到某一数值后，切削速度再增大，切削温度反而下降，并指出之值与工件材料的种类有关，对于每一

3、种工件材料，存在一个速度范围(见图1中的区域B），由于切削温度太高，高于刀具材料所允许的最高温度，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，这个范围被称之为“死谷”。但是当切削速度进一步提高，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，从而大大减少切削工时，成倍地提高机床的生产率。几乎每一种金属材料都有临界切削速度，只是不同材料的速度值不同而已。高速切削是一个相对的概念。由

4、于不同的加工方式、不同工件有不同的高速切削范围，所以很难就高速切削的速度范围给出确切的定义。目前沿用的高速切削加工的定义主要有以下几种：（1）1978年,，CIRP(国际生产工程研究院)切削委员会提出的以线速度500～7000m/min的切削速度进行加工为高速切削加工。（2）对铣削加工而言，以刀具夹持装置达到平衡要求时的速度来定义高速切削加工。根据ISO1940标准，主轴转速高8000r/min为高速切削加工。（3）德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所(PTW)提出将高于普通切削速度5～10倍的切

5、削加工定义为高速切削加工。-6-机自5班李传能20122299（4）从主轴设计的观点,，以值（主轴轴径或主轴轴承内径尺寸D与主轴最大转速n的乘积）来定义高速切削加工。值达(5～2000)时为高速切削加工。（5）从刀具和主轴的动力学角度来定义高速切削加工。这种定义取决于刀具振动的主模式频率。因此，高速切削加工不能简单地用某一具体的切削速度值来定义。切削条件不同,，高速切削速度范围亦不同。1992年在CIRP会议上发表了不同材料大致可行的和发展的切削速度范围,，如图2所示。可以说，目前各国的切削速度仅在高速阶段，尚

6、未达CIRP所界定的超高速切削阶段。2高速切削的优越性现代产业和工程领域都需要应用机械，这些机械几乎没有不经过切削加工的，即使没有直接经过切削加工，但其生产过程中所使用的模具、夹具等仍少不了要求切削加工。随着科学技术的发展，对切削加工提出了越来越高的要求，如对加工效率、加工精度和表面质量的要求，高速切削正是适应这种需求而发展起来的加工技术。目前，高速切削加工技术已在汽车、飞机、模具、轻工和信息等产业部门得到非常广泛的应用，并取得了巨大的技术与经济效益。高速切削加工技术为机械制造企业快速响应市场信息提供了强有力的

7、支持，其发展与应用是现代制造业发展的必然趋势。高速切削速度比常规切削速度几乎高出一个数量级，其切削机理与常规切削不同。由于切削机理的改变，而使高速切削加工呈现出许多自身的优势。与传统的切削加工方法相比，高速切削具有无可比拟的优越性，主要表现在：(1)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30%～90%。刀具耐用度可提高70%，特别适合细长件、薄壁类以及刚性差的工件加工。(2)热变形小。在高速切削时，9

8、0%～95%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件累计热量极少，工件基本上保持冷态，-6-机自5班李传能20122299因而不会由于温升导致热变形，特别适合加工易热变形的零件。(3)材料切除率高。由于切削速度的大幅度提高，进给速度可提高到普通切削速度的5～10倍，这样单位时间内的材料切除率可以大大增加。故高速切削适用于材料切除率要求大的场合。如汽车、模具和航空航天等制造