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工艺装备
高速加工技术及其刀具

!叶毅!叶伟昌

摘要!高速加工技术是继数控技术之后!给机械制造业带来又一次革命性变化的一项高新技术"介绍了高速加工技术及其
刀具"
关键词!高速加工刀具涂层寿命
中图分类号!9C3-=82文献标识码!D文章编号!2---EFGG,!H--H"-3IJJF+IJ+

!高速加工概念及实现的可能性触的时间也将随切削速度增大而减少$即热量还来不
及传到工件和刀具中时$材料已被切除$刀具就已切
高速加工!!"#"是集高效#优质和低耗于一身
出工件$也即刀具上温度并没有象人们想象的那样
的现代制造技术$它不但可大幅度提高生产效率$降
高%因此$只要选用合适的刀具材料及刃形$实现高
低加工成本$并且具有加工表面质量好#单位切削力
速加工是完全可能的%
小和工件温升小等特点$其刀具磨损快的问题$由于
新型刀具的应用而得到明显改善%所以$高速加工已!高速加工类型及实现条件
成为当前切削技术的重要发展趋向$是目前人们关注
高速加工按其加工目的可分为两类&一类是以实
的一个热门话题%
现单位时间内材料切除率最大为目的的高速加工$它
高速加工是一个相对的概念$目前尚未得到广泛
所采用的切削参数要比传统工艺高几倍#甚至十几
认同的统一界定%通常认为$它是采用比常规切削速
倍’另一类是以获得高质量加工为目的的高速加工$
度高得多的切削速度进行高效加工的一种工艺方法%
例如精密模具硬质材料的型腔$采用高转速#小进给
美国$%&&’(%)’*公司的专家认为$对于不同的加工材
量和小吃深加工$既可获得很高的表面质量$又可替
料$当切削速度达到或超过以下数值时$才可称为高
代磨削#<4#和手工抛光或减少相应工序的时间$缩
速加工%即钢为+,-(.(/&$铸件0--(.(/&$铜材
短生产工艺流程$提高生产率%据调查$一般的工模
1---(.(/&$铝22--(.(/&$工程塑料223-(.(/&%
具$有=->的机加工量可用高速加工工艺来完成%
德国4’5(6)’7)大学#589:8";:(/))认为$应按主轴
高速加工除适用于加工普通钢#铸铁和有色金属
最高转速与最高移动!进给"速度相应范围进行界
材料外$现已扩展到可加工各种难加工材料$如加工
定$如图2所示%
高强韧钢#高合金钢#镍基合金#钛合金和纤维强化
由切削理论可知$提高切削速度$可减少刀具与
复合材料等%所以$世界各国目前都投入大量财力开
工件的接触时间%例如在高速铣削时$尽管切削温度
发高速加工技术$日本先进技术研究会将其列为五大
随切削速度的提高而急剧增加$但刀刃与工件实际接
现代制造技术之一%
实现高速加工是一项系统工程$它除应具
有新一代高刚性#高主轴转速和高进给速度的
金属切削机床外$还需有?@?控制系统#新型
的刀具结构与材料#刀具与机床可靠的联接$
以及刀具磨损或破损的在线检测与报警装置
等作支撑%
"高速加工刀具

对高速加工刀具最突出的要求是$既要有
高的硬度和高温硬度$又要有足够的断裂韧
"图2由主轴最高转速和最高移动"图H三棱静压夹头性%为此$须选用涂层硬质合金#陶瓷#聚晶金
进给速度划分的高速加工
!"刚石!A?4"和聚晶立方氮化硼!A?B@"等刀具

卷第期
!"!#$HJJH3!"
工艺装备

材料!它们各有特点"适应的工件材料和切削速度范围夹头和螺钉等传统的刀具装夹方法"须用高精度的液
不同!例如"高速加工铝#镁#铜等有色金属件"主要采压夹头$如德国开发的;L;&短锥空心锥柄自动快换夹
用!"#和"$#金刚石膜涂层刀具!高速加工铸件#淬硬头%#热装夹头#三棱变形夹头#内装动平衡机构的刀柄
钢$%&’()*+,%和冷硬铸铁主要用陶瓷刀具和!,-.刀#转矩监控夹头等新品!这些夹头的特点是&夹紧精度
具!涂层硬质合金刀具$如/0.#/0"#/0".#/012.等涂高"在悬伸M!$!为刀具直径%处定位精度!M"4"可保
层%虽其加工工件材料范围广"但其抗氧化温度一般不证加工精度’传递转矩大"可适应高效切削的需要’结
高"所以通常只宜在3&&’%&&45406的切削速度范围内构对称性好"有利于刀具动平衡’外形尺寸小"可加大
加工钢铁件!对于76896:2);<高温镍基合金可使用陶刀具悬伸量"扩大加工范围!图>所示为在第六届中国
瓷和!,-.刀具!据报道"加拿大学者用=0,晶须增韧陶国际机床工具展览会$"7N/*OO%上="*P.C公司展出
瓷铣削76896:2);<合金"推荐最佳的切削条件为&切削的三棱静压夹头"利用夹头本身的变形力来夹紧刀具"
速度)&&45406"吃深为;’>44"每齿进给量为&?;’&@定位精度!M"4!该夹头在自由状态下其内孔为三棱
;<445A!形"三棱的内切圆直径小于要装夹的刀柄直径"利用一
试验表明"硬质合金的