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高速切削及其关键技术

高速切削及其关键技术

摘要

自20世纪30年代德国CarlSalomon博士首次提出高速切削概念以

来，经过50年代的机理及可行性研究，70年代的工艺技术研究，80年代

全面系统的高速切削技术研究，到90年代初，高速切削技术开始进入实

用化，到90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现，21世纪初，高速

切削技术在工业发达国家得到普遍应用，正成为切削加工的主流技术。

根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速

切削通常指切削速度超过传统切削速度5－10倍的切削加工。因此，根据

加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削的切削速度范围也不同。高

速切削包括高速铣削、高速车削、高速钻孔及高速车铣等，但绝大部分应

用是高速铣削。目前，加工铝合金已达到2000－7500m/min；钛合金达150

－1000m/min；纤维增强塑料为2000－9000m/min。

高速切削是一项系统技术，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。高速切削是一项先进的、正在发展的综合技

术，必须将高性能的高速切削机床、及工件材料相适应的刀具和对于具体

加工对象最佳的加工工艺技术相结合，充分发挥高速切削技术的优势。

高速切削技术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。高速切削较之常规切削是一种创新的加工工艺和加工理念。本文

分析了高速切削技术的特点,研究了高速切削的关键技术:机床技术、刀具

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技术和工艺技术,介绍了高速切削技术在航空航天和汽车制造等领域的发

展及应用。

关键词：高速切削；机床；刀具；切削工艺

一.引言

机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。

在机械加工技术中,切削加工是应用最广泛的加工方法。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。在数控机床出现以前,用于工件上下料、测量、换刀和调整机床等的

辅助时间超过工件加工总工时的70%;以数控机床为基础的柔性制造技术

的发展和应用,大大降低了工件加工的辅助时间,切削所占时间比例越来

越大。因此,实现高速切削成为提高机床生产效率的重要技术手段之一。

目前,高速切削技术在航空航天、模具生产和汽车制造等行业已经获得广

泛应用,并产生了巨大的经济效益。我国是机床消费大国,已经超过德国,

成为世界第一大机床市场。高速切削作为一种新的切削加工理念,对其深

入研究具有重要意义。本文着重探索了高速切削的关键技术机床技术、刀

具技术和工艺技术及其应用。

二.高速切削技术概述

2.1高速切削的概念

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高速切削是一个相对概念,迄今尚未有一个确切的界定。高速切削通

常指比常规切削速度和进给速度高出5~10倍的切削加工,有时也称为超高

速切削。也有将主轴转速达到10000~60000r/min,快速进给速度40m/min

以上,平均进给速度10m/min以上,加速度大于1g的切削加工定义为高速

切削。对于不同的工件材料和加工工艺,高速切削速度范围也不同。按工

件材料划分,当切削速度对钢材达到380m/min以上，铸铁700m/min以上、

铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时,被

认为是合适的高速切削速度范围;按加工工艺划分,高速切削速度范围为:

车削700~7000m/min,铣削300~6000m/min,钻削200~1100m/min,磨削

5000~10000m/min。

高速切削概念是德国切削物理学家萨洛蒙(CarlSalomon)于1931年提

出的,现在人们常用萨洛蒙曲线来表示。他认为,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,一定的工件材料对应有一个临界切

削速度,此处切削温度最高,但当切削速度超过临界值后,切削温度不但不

升反而下降。对于每一种工件材料,都存在一个速度范围,在该范围内,由

于切削温度太高,刀具材料无法承受。

2.2高速切削技术的特点

高速切削速度较之常规切削速度几乎高出1个数量级,其切削机制异

于常规切削。由于切削机制的改变,使得高速切削技术具有如下特点。

2.2.1切削力小

由于切削速度高,切屑流出速度加快,切屑流出阻力减少,切削变形减

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小,从而使切削力比常规切削降低30%以上,尤其是主轴轴承、刀具、工件

受到的径向切削力大幅度减少,特别适合于加工薄壁类刚性差的工件,