高速切削加工与刀具技术
林明山
（漳州职业技术学院 机械与自动化工程系，福建 漳州363000）
摘 要：根据高速切削的特点，高速切削的加工对刀具的要求，介绍刀具材料的选用、刀柄的改进、刀具的结构及刀具的安全性等刀具技术。
关键词：高速切削 刀具材料 刀柄 刀具的安全性
中图分类号：TG506.1 文献标识码：A 文章编号：1672－4801（2007）04-33-04
1 概述
早在20世纪30年代，德国切削物理学家Carl Salomon根据实验提出了高速切削的概念，他指出切削速度与工件的材料有关，每一种材料都存在一个切削速度范围，在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，由于切削温度太高任何刀具都不能承受，切削就不可能进行，这个范围被称为“死谷”。但切削速度增大到某一数值后，即若越过这个“死谷”，切削速度再增大，切削温度反而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。 他的理论推动了对高速切削的研究，自二十世纪八十年代起，高速加工技术在传统切削加工技术、自动控制技术、信息技术和现代管理技术的基础上逐步发展成为一门综合性系统工程技术，包括：软切削、硬切削、干切削、大走刀切削等配套技术，而不是一种简单的高切削速度加工。由于传统机械加工主要存在资源利用率不高、对环境污染大、损害人体健康等三个缺陷。因此国际上提出了以硬切削（切淬硬钢件），干切削（无冷却液）为代表的绿色机械加工的新概念。但到目前为止，世界各国对高速切削的速度范围尚未有明确的定义，通常把切削速度比常规高5至10倍以上的切削称为高速切削。
高速切削加工由于切削机理不同，因此具有许多优越性：①加工效率显著提高，单位时间的金属材料切除率提高了30%～60%；②加工中切削力明显降低，采用3500r/min以上时，进刀量可达到5mm/r以上；③切削热对工件的影响减小到几乎可以忽略；④高速加工中刀具切削的激励频率和机床的工艺系统的固有频率相差甚大，不会产生机床工艺系统的受迫振动，保证了机床的良好加工状态，从而保证了工件的加工精度。⑤加工工件的硬度范围大，可达HRC45以上，可作为部分电火花型腔加工的替代工序，提高了模具产品的整体效率；⑥更大的切削速度，这样在刀具与工件表面可实现轻切削的加工方式。
在高速切削技术中刀具是最重要的因素之一，由于高速切削加工离心力和振动的影响，要求刀具应有很高的几何精度、装夹重复定位精度、刚度和高速动平衡的安全可靠性，以及高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击等载荷。传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。因此，在高速切削加工过程中要解决的刀具方面问题有：
(1)对刀具要求的提高，应如何合理选用制造刀具的材料及改进刀具的结构。
(2)针对刀具失效的加快，在高速加工中设定不合适的参数选择，将导致加工中的各种不良因素的产生，影响加工，应如何合理选定切削参数及与切削材料相适应的刀具材料？
(3)对主轴在高速的运转下刀具的安全保障问题。
2 高速切削的刀具技术
2.1 高速切削刀具材料的选用
用于高速切削加工的刀具，必须选用耐磨性优异的高硬度材料制作。目前，高速切削刀具材料应用较多的如金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷刀具、涂层硬质合金、（碳）氮化钛硬质合金TIC（N）等。涂层硬质合金在高速加工中应用最为广泛，对耐热合金、钛合金、高温合金、铸铁、纯钢、铝合金及复合材料的高速切削加工耐
磨性较高，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高刀具硬度和表面光洁度，刀具制造采用涂层技术。用于高速切削的涂层材料刀具可按加工不同材质分，主要有，①加工铸铁的立方氮化硼和氮化硅涂层刀具，②加工洛氏硬度达42的合金钢的氮化钛和碳氮化钛涂层刀具，③加工洛氏硬度42甚至更高的合金钢的氮化钛铝和铝氮化钛涂层刀具。④切削加工Ni基超耐热合金的陶瓷、添加SiC 增强纤维的FRC陶瓷刀具等。涂层技术由单一涂层发展为多层、多种材料混合涂层(或多层不同材料)，并成为提高高速切削能力的关键技术之一。刀具直径在10～40mm范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片，能够加工洛氏硬度小于42的材料，而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42甚至更高的材料。
高速加工中必须根据工件材料和加工性质来选择合适的刀具材料。例如，陶瓷、金属陶瓷及PCBN等刀具材料，适用于对钢、铁等黑色金属的高速加工；PCD和CVD等刀具材料，适用于对铝、镁、铜等有色金属的高速加工；聚晶立方氮化硼刀片(PCBN)，硬度达3500～4500HV，应用于切削淬硬钢；聚晶金刚石(PCD)刀片，硬度可达6000～10000HV，应用于车刀、铣刀、钻头等加工有色金属，有时也应用于切削黑色金属；对复合材料的铣削加工，选择金刚石材料的刀具，其效率和精度比普通硬质合金要好；对钛合金的切削加工，选择涂层硬质合金和YG8的普通硬质合金的刀具比较理想；对铸件，当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷；切削速度在510～2000m/min时，可选用Si3N4陶瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min时，可使用CBN刀具；对于高硬度钢(HRC40～70)的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。另外，高速铣削铝合金材料时避免采用物理气相沉积(PVD)涂层刀具，因为TiAlN涂层很易与铝产生化学反应，可以选用非涂层刀具，细晶金刚石涂层或类金刚石涂层刀具。
2.2高速切削刀柄的选用
由于传统的刀柄为7:24锥度，在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷。为解决这个问题，相继开发了刀柄与主轴内孔锥面和端面同时贴紧的两面定位刀柄。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统，刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触，其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。
适合高速切削加工的刀柄系统有，①ER弹性夹套 ，这种刀柄系统是当前较流行的。由于其性价比较高，在欧美及我国市场广泛认同。尽管其价格高于PG/TG弹性夹套，但因其精度高，所以适合于高速切削加工。特点是同心度较好、本体直径相对小、夹紧力大、需要一个平衡的螺帽系统以及不同类型的密封圈。②热缩式刀柄 ，这种刀柄系统对所夹持的刀具有一定的要求，并需特殊的设备，但它的特点是同心度较好、本体直径相对小、离心力低、材质均匀、夹紧力大；动平衡度高、本体经热处理及需有加热系统。③强力铣夹刀柄 ，这种刀柄系统大多适于夹持大直径刀具。特点是同心度好、夹紧力大。 ④高精度
HP(High Preoi-sion)夹套 ，这种刀柄系统尽管与ER弹性夹套相似，但夹紧方式是通过定位而不是螺纹，其精度可提高3倍，其价格比液压夹套低。特点是同心度好、夹紧力大、本体直径小、易于清洗、离心力小、易做动平衡。⑤液压刀柄，这种刀柄系统采用了液压技术，所以装卸方便，定位准确。特点是同心度好、本体直径小、易于清洗、离心力小。
2.3刀具的结构改进
在高转速时刀具的动平衡是确保刀具以正常的切削速度进行加工的条件之一。如果存在不平衡，当转速增加一倍时，离心力将增加到原来的4倍，因此高速铣削刀具结构应按动平衡要求设计。在刀体结构上，应注意避免和减小应力集中，刀体上的槽（包括刀座槽、容屑槽、键槽）会引起应力集中，降低刀体的强度，因此应尽量避免通槽和槽底带尖角。同时，刀体的结构应对称于回转轴，使重心通过铣刀的轴线。刀具的前角比常规刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热
磨损。加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。
2.4高速切削参数与刀具的选用
对于高速铣削刀具的选用除了选择合适的刀具材料外，铣削参数的选择也是很重要的方面，对于刀具寿命，每齿进给量和轴向切深均存在最佳值。高速铣削参数一般的选择原则是高的切削速度，中等的每齿进给量fz，较小的轴向切深ap，适当大的径向切深ae。如加工48－58HRC淬硬钢时，粗加工选v=10 0m/min，ap=6%-8%D，ae=35%-40%D，fz=0.05-0.1mm /z，半精加工选v=150-200m/min，ap=3%-4%D，ae=2 0%-40%D，fz=0.05-0.15mm/z，精加工选v=200-250m /min，ap=0.1-1.2mm， ae=0.1-0.2mm，fz=0.02～0. 2mm/z。
不同材料工件的高速切削，在刀具的选用上要注意其与工件材料的匹配性，选用合理的切削参数，可参照表1、表2合理选择以符合高速切削的刀具及切削参数。
表1 硬质合金铝合金的高速铣削参数
加工件 刀 具 进给速度(mm/min) 切削深度(mmm) 切削宽度(mm)
平面粗加工 6刃φ80端铣刀 40000 1 50
键槽加工 2刃φ10立铣刀 12000 0.5 10
側刃面加工 2刃φ10立铣刀 6000 20 0.5
表2 常用高速刀具材料切削适应性
刀具材料高硬钢耐热合金钛合金 高温合金铸铁纯铜铝合金复合材料PCD 差 差 优差差 差 优 优 PCBN 优 优 良 优 良 一般 一般 一般 陶瓷刀具 优 优 差 优 优 一般 差 差 硬质合金 良 优 优 一般 优 优 一般 一般 TICN涂层
硬质合金
一般 差 差 差 优 一般 差 差
2.5高速切削刀具的安全性问题
铣削是目前高速切削应用的主要工艺，主要的高速切削刀具，包括面铣刀、立铣刀和模具铣刀。这类刀具在高速旋转时各部分都要承受很大的离心力，其作用远远超过切削力的作用，成为刀具的主要载荷，离心力过大足以导致刀体破碎。因此，在研究高速切削时，防止这种由离心力引起的工具损坏，是进一步发展和应用高速切削的必要前提。德国于1994年起草的《高速旋转铣刀的安全性要求》标准规定,用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应达到ISO1940/1规定的G40平衡质量等级，即铣刀的单位重量允许不平衡量e不超过3.8197×105/n max(mm×g/kg)。
目前，刀具安全性技术已被世界上著名的工具制造厂家所采用，除德国的Walter、Mapal等公司推出的高速铣刀外，日本东芝Tungaloy公司的DIA9000加工铝合金用铣刀、住友电工公司的专用SUMIDIA金刚石铣刀等在结构上都作了改进，以适应高速加工的需要，推荐的切削速度为3000～5000m/min。美国Valenite公司推出直径从3英寸至12英寸的高速铣刀，其铝合金刀体经表面处理后硬度达60HRC，提高了刀体的耐磨性。提高高速铣刀安全性措施如下。
2.5.1减轻刀具质量及减少刀具构件数
由一些试验求得，相同直径的不同刀具的破裂极限与刀体质量、刀具构件数和构件接触面数之间的关系，经比较发现，刀具质量越轻，构件数量和构件接触面越少，刀具破裂的极限转速越高。研究发现，用钛合金作为刀具材料减轻了构件的质量，可提高刀具的破裂极限和极限转速。但由于钛合金对切口的敏感性，不适宜制造刀体，因此有的高速铣刀已采用高强度铝合金来制造刀体。
目前，高速铣刀已广泛采用HSK刀柄与机床主轴连接，较大程度地提高了刀具系统的刚度和重复定位精度，有利于刀具破裂极限转速的提高。此外，机夹式高速铣刀的直径显露出直径变小、刀齿数减少的发展趋势，也有利于刀具强度和刚度的提高。
2.5.2改进刀具的夹紧方式
模拟计算和破裂试验研究表明，高速铣刀刀片的夹紧方法不允许采用通常的摩擦力夹紧，要用带中心孔的刀片、螺钉夹紧方式，或用特殊设计的刀具结构以防止刀片甩飞。刀座、刀片的夹紧力方向最好与离心力方向一致，同时要控制好螺钉的预紧力，防止螺钉因过载而提前受损。对于小直径的带柄铣刀，可采用液压夹头或热胀冷缩夹头实现夹紧的高精度和高刚度。
2.5.3提高刀具的动平衡性
提高刀具的动平衡性对提高高速铣刀的安全性有很大的帮助。因为刀具的不平衡量会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速的平方成正比。
设旋转体质量为m，质心与旋转体中心的偏心量为e，则由不平衡量引起的惯性离心力F为： F=emω2=U（n/9549）2
式中：U为刀具系统不平衡量（g/mm），e为刀具系统质心偏心量（mm），m为刀具系统质量（kg），n为刀具系统转速（r/min），ω为刀具系统角速度（rad/s）。
由上式可见，刀具的动平衡性可显著减小离心力，提高高速刀具的安全性。因此，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应达到ISO1940－1规定的G4.0平衡质量等级以上要求。3小结
高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。
目前，国外在高速切削加工方面除了进行工艺研究外，还着重开展了研制、发展和提供能够适应于高速切削加工用的高质量、高性能、高可靠性的加工设备和装置。与高速切削加工设备和装置相关的新技术包括：机床结构改进、主轴结构改进、坐标轴驱动技术、导轨设计、刀具材料研究、刀具夹持装置、冷却处理技术、精密位置测量技术、排屑技术以及能适应于高速切削加工设备控制的CNC控制系统及软件等。我国高速刀具技术差距主要表现在高性能刀具材料的研发（含表面涂层材料）、刀具制造工艺技术、刀具安全技术及刀具使用技术等领域。
总之，高速切削加工是提高生产率的途径之一，它的发展对刀具技术提出了新的挑战。在制造业未来的发展中将普遍应用高速（超高速）干式切削技术。超硬刀具材料的应用、复合（组合）式各类高速切削刀具（工具）的结构设计与制造技术，将成为刀具（工具）品种发展的主导技术。
参考文献:
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作者简介：林明山（1964年～），男，副教授，主要从事数控加工技术、模具设计与制造的研究。
机械制造中高速切削加工的应用参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
机械制造中高速切削加工的应用参考文 本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 高速切削加工是一种重要的机械制造技术，被广泛的 应用在机械制造领域。高速切削加工技术不仅提高了加工 的效率，还提高了机械制造产品的质量。通过深入分析机 械制造中高速切削加工的应用，不断提高高速切削加工技 术，从而推动机械制造行业的快速发展。本文分析了高速 切削加工技术概述和高速切削加工技术的应用领域，阐述 了机械制造中高速切削加工的关键技术。 机械制造中高速切削加工的应用，不仅能够提高模具 的精度，确保机械加工的正常使用和高速运转，并且有效 地简化机械制造的工作程序，提高工作质量和效率，满足 机械加工的需要。机械制造中高速切削加工，推动了机械
制造领域的快速发展。 一、高速切削加工技术概述 高速切削加工技术是机械制造领域最重要的一项技术，集低耗、优质、高效为一体，高速切削加工技术在机械制造中的应用，解决了机械制造领域的中一系列问题，和传统的切削加工技术相比，给进速度、切削速度都有了明显的提高，并且具有很高的加工精度。高速切削加工是一项综合性的系统工作，主要由高速切削软件系统、高速切削刀具、高效的刀具夹持系统等构成。 高速切削加工技术有很多的优点，工件变形小、切削力低、切削周期短、去除材料率高，高速切削加工技术的应用主要依据产品所需的几何形状和工件材料，在机械制造中高速切削加工技术也有很多的缺点，高速切削加工技术需要使用大量的刀具，由于速度过快，刀具的磨损严重，经常需要高质量的机床，最重要的是高速切削加工技
1. 论述高速切削的特点。 材料去除率高，切削力较小，工件热变形小，工艺系统振动小，可加工各种难加工材料，可实现绿色制造，简化加工工艺流程。高速切削追求高转速、中切深、快进给、多行程的加工工艺，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。加快产品开发周期，大大降低制造成本。 2.阐述高速切削技术研究体系、关键技术。 数控高速切削加工技术是建立在机床结构与材料、高速主轴系统、高性能CNC控制系统、快速进给系统、高性能刀具材料、数控高速切削加工工艺、高效高精度测试技术等许多相关的软件和硬件技术基础之上的一项复杂的系统工程，是将各单元技术集成的一项综合技术。关键技术：高速切削机理；高速切削刀具技术；高速切削机床技术；高速切削工艺技术；高速加工的测试技术。 3.阐述高速切削发展趋势。 机床结构将会具有更高的刚度和抗振性，使在高转速和高级给情况下刀具具有更长的寿命；将会用完全考虑高速要求的新设计概念来设计机床；在提高机床进给速度的同时保持机床精度；快换主轴；高、低速度的主轴共存；改善轴承技术；改进刀具和主轴的接触条件；更好的动平衡；高速冷却系统。（新一代高速大功率机床的开发和研制；新一代抗热振性好、耐磨性好、寿命长的刀具材料的研制及适宜于高速切削的刀具结构的研究；进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围；高速切削机理的深入研究；高速切削动态特性及稳定性的研究；开发适用于高速切削加工状态的监控技术；建立高速切削数据库，开发适于高速切削加工的编程技术以进一步推广高速切削加工技术；基于高速切削工艺，开发推广干式（准干式）切削绿色制造技术；基于高速切削，开发推广高能加工技术） 4结合典型工件材料和加工工艺方法，讨论高速切削的速度范围。 （1）根据工件材料：刚才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，认为是合适的速度范围。（2）根据加工工艺方法：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削5000~10000m/min，认为是合适的速度范围。 5讨论高速切削加工的切削力变化规律。 （1）切削用量对切削力的影响:背吃刀量ap增大，切削力成正比增加，背向力和进给力近似成正比增加。进给量f增大，切削力与增大，但切削力的增大与f不成正比（75%）（2）工件材料对切削力的影响：较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。a材料的强度、
浅析数控高速切削加工 【摘要】数控高速切削加工以高效率和高精度为基本特征，它在切削机理上是对传统切削的重大突破，是近20多年来迅速崛起的先进制造技术之一。文章介绍了“数控高速切削加工”的内涵、优势、应用现状和发展趋向，提出了在实现高速切削加工中应关注的主要问题。 【关键词】高速；加工机理；优势；推广价值 1.前言 高速切削加工是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术，在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用能够得到解决。“高速切削”的概念是由德国物理学家 carl.j.salomon提出，于1931年4月提出了著名的切削速度与切削温度理论。该理论的核心是：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，当到达某一速度极限后，切削温度随着切削速度的提高反而降低。随后，高速切削技术的发展经历了4个阶段：高速切削的设想与理论探索阶段（193l—l971年），高速切削的应用探索阶段（1972-1978年），高速切削实用阶段（1979--1984年），高速切削推广阶段（20世纪90年代至今）。 对高速切削加工的界定有以下几种划分思路：一是以主轴转速作为界定高速切削加工的尺度，认为主轴转速在10000-20000r/min 以上即为高速切削加工；二是以主轴直径d和主轴转速n的乘积dn 来界定，当dn值达到（5～2000）×105mm.r/min，则认为是高速
切削加工，新近开发的加工中心主轴dn值大都已超过100万；三是以切削速度高低来区分，认为切削速度跨越常规切削速度5至10倍即为高速切削加工。 2.数控高速切削加工的优势 随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加，加工效率提高，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速切削加工的“量小速快”使切削力减少，切屑的高速排除，减少了工件的切削力和热应力变形，十分有利于刚性差和薄壁零件的加工。高速切削加工中，主轴转速的提高使切削系统的工作频率远离了机床的低阶固有频率，提高了切削系统的刚性，进而使产品表面质量获得提高。 数控高速切削加工和常规切削相比的主要优势可归纳为：第一，生产效率可提高3～10倍。第二，切削力可降低30%以上。第三，切削热95%被切屑及时带走，特别适合加工容易热变形的零件。第四，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳，适合加工精密零件。第五，经济效益明显。 3.数控高速切削加工的应用 数控高速切削工艺的应用，能使制造成本降低20%左右，产生新的经济增长点。以某锻造厂加工曲轴和连杆锻模为例，传统的加工工序为：外形粗加工→仿形铣粗加工型槽→热处理→外形精加工→数控电火花粗、精加工型槽→钳工打磨抛光型槽→表面强化处理。而采用高速切削加工后的工序为：外形粗加工→热处理→外形精加
高速切削加工技术 许磊 （合肥学院机械工程系13机制（1）班 1306011031） 摘要：高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，与传统加工技术相比是质的飞越，具有高生产效率、小切削力、高加工精度、低能耗等特点。可以解决在模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题，有着强大的生命力和广阔的应用前景。 关键词：高速加工工艺、高速加工应用、高速加工趋势。 引言：对于某种机械零件而言，高速加工就是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍：零件送进 →定位夹紧→刀具快进→刀具工进（在线检测）→刀具快退→工具松开、卸下→质量检测等7个基本生产环节。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动（或移动）速度超过普通切削5～10 倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统。对于整条自动生产线而言，高速加工的表征是以简捷工艺流程，以较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要求突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺（方式），尽可能地缩短整条生产线的工艺流程。对于某一产品而言，高速加工也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈相关信息。 一、高速切削工艺 加工工艺是成功进行高速切削加工的关键技术之一。选择不当，会使刀具磨损加剧，完全达不到高速加工的目的。高速切削工艺技术包括切削参数、切削路径、刀具材料及刀具几何参数的选择等。 1．切削参数的选择 在高速切削加工中，必须对切削参数进行选择，其中包括刀具接近工件的方向、接近角度、移动的方向和切削过程（顺铣还是逆铣）等． 2．切削路径的选择 切削路径的选择与优化在高速切削加工中，除了刀具材料和刀具几何参数的选择外，还要采取不同的切削路径才能得到较好的切削效果。切削路径优化的目的是提高刀具耐用度，提高切削效率，获得最小的加工变形，提高机床走刀利用率，充分发挥高速加工的优势。主要包括: 1)走刀方向的优化在走刀方向的选择上，以曲面平坦性为评价准则，确定不同的走刀方向选取方案；对 于曲率变化大的曲面以最大曲率半径方向为最优进给方向，对曲率变化小的曲面，以单条刀轨平均长度最长为原则选择走刀方向。 2)刀位轨迹生成按照刀位路径尽可能简化，尽量走直线，路径尽量光滑的要求选择加工策略，选择合适 的插补方法，保证加工面残留高度的要求，采用过渡圆弧的方法处理加工干涉区，这样在加工时就不需要减速，提高加工效率。 3)柔性加减速和断刀的几率。选取合适的加减速方式，减少启动冲击，保持机床的精度，减少刀具颤振。 3．刀具材料的选择 刀具材料的合理选择遵循以下原则: 1)切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配，主要指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性能相 匹配，具有优良高温力学性能的刀具尤其适合高速切削加工。对于硬脆刀具（如硬质合金和陶瓷）的磨损起决定作用的主要因素是其力学性能。 2)切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配，主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、 热膨胀系数、抗热冲击能力等物理参数要相匹配。加工导热性差的工件时，应采用导热较好的刀具材料，以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。对于精密加工则要选用热膨胀系数小的刀具材料（金刚石等）。高速干切削、高速硬切削和高速加工黑色金属的最高切削速度主要受限于刀具材料的耐热
《金属切削原理与刀具》试题（1） 一、填空题（每题2分，共20分） 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有工具钢、高速钢、硬质合金钢；非金属材料有金刚石、立方氮化硼等。 2．刀具的几何角度中，常用的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角 和副后角六个。 3．切削用量要素包括切削深度、进给量、进给速度三个。 4．由于工件材料和切削条件的不同，所以切屑类型有带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四种。 5．刀具的磨损有正常磨损和非正常磨损两种。其中正常磨损有前面磨损、后面磨损 和前面和后面同时磨损三种。 6．工具钢刀具切削温度超过200度时，金相组织发生变化，硬度明显下降，失去切削能力而使刀具磨损称为相变磨损。 7．加工脆性材料时，刀具切削力集中在刀尖附近，宜取较小的前角和较小的后角。 8．刀具切削部分材料的性能，必须具有高的硬度、良好的强度和韧性、良好的耐磨性和良好的工艺性及经济性。 9．防止积削瘤形成，切削速度可采用低速或高速。 10．写出下列材料的常用牌号：碳素工具钢T8A 、T10A 、T12A ；合金工具钢9SiCr 、CrWMn ；高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。 二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错）（每题1分，共20分）
1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。 （√） 2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关 ( √ ）3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。 （√） 4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB 值，所以高速钢刀具是耐磨损的。 （×） 5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内 容 。 （ √ ）6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。 （√） 7．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成
金属切削加工刀具材料的选择 金属切削加工刀具分为：车刀、铣刀、刨刀、钻头等。下面我们就针对这些做出说明。 （一）车刀 车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。 车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面和副后刀面，刀尖角成。车刀的切削部分和柄部(即装夹部分)的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接-机械夹固式。机械夹固式车刀可以避免硬质合金刀片在高温焊接时产生应力和裂纹，并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一般是用螺钉和压板将刀片夹紧，装可转位刀片的机械夹固式车刀。刀刃用钝后可以转位继续使用，而且停车换刀时间短，因此取得了迅速发展。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面、后面和副后面等组成。它的几何形状由前角γo、后角αo、主偏角κr、刃倾角γ S、副偏角κ惤和刀尖圆弧半径rε所决定。车刀几何参数的选择受多种因素影响，必须根据具体情况选取。前角γo根据工件材料的成分和强度来选取，切削强度较高的材料时，应取较小的值。例如，硬质合金车刀在切削普通碳素钢时前角取10°～15°；在切削铬锰钢或淬火钢时取-2°～-10°。一般情况下后角取6°～10°。主偏角κr根据工艺系统的刚性条件而定,
一般取30°～75°,刚性差时取较大的值，在车阶梯轴时，由于切削方式的需要取大于或等于90°。刀尖圆弧半径rε和副偏角κ惤一般按加工表面粗糙度的要求而选取。刃倾角γ S则根据所要求的排屑方向和刀刃强度确定。车刀前面的型式主要根据工件材料和刀具材料的性质而定。最简单的是平面型，正前角的平面型适用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀，负前角的平面型适用于加工高强度钢和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提高切削刃强度，适用于加工铸铁和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀，可用带负倒棱的圆弧面型，或在平面型的前面上磨出断屑台。 车刀分类：按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。车刀按材质可分为.高碳钢、高速钢、非铸铁合金刀具、烧结碳化刀具、陶瓷车刀、钻石刀具、氮化硼刀具等。 高碳钢车刀是由含碳量0.8%~1.5%之间的一种碳钢，经过淬火硬化后使用，因切削中的摩擦四很容易回火软化。 高速钢为一种钢基合金俗名白车刀，含碳量0.7~0.85%之碳钢中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。例如18-4-4高速钢材料中含有18%钨、4%铬以及4%钒的高速钢。高速钢车刀切削中产生的摩擦热可高达至600℃，适合转速1000rpm以下及螺纹之车削。
毕业设计(论文)外文资料翻译 学院(系)：机械工程系 专业：机械工程及自动化 姓名： 学号： 外文出处：High-speed machining and demand For the development 附件：1.外文资料翻译译文;2.外文原文
附件1：外文资料翻译 高速切削加工的发展及需求 高速切削加工是当代先进制造技术的重要组成部分，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。本文介绍此技术的定义、发展现状、适用领域以及中国的需求情况。 高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。 高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。高速切削加工的优点主要在于：提高生产效率、提高加工精度及降低切削阻力。 有关高速切削加工的含义，目前尚无统一的认识，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5-10倍；机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000-20000r/min以上定为高速切削；进给速度很高，通常达15-50m/min，最高可达90m/min；对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；切削过程中，刀刃的通过频率(Tooth Passing Frequency)接近于“机床－刀具－工件”系统的主导自然频率(Dominant Natural Frequency)时，可认为是高速切削。可见高速切削加工是一个综合的概念。 1992年，德国Darmstadt工业大学的H. Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工的概念及其涵盖的范围，如图1所示。认为对于不同的切削对象，图中所示的过渡区(Transition)即为通常所谓的高速切削範围，这也是当时金属切削工艺相关的技术人员所期待或者可望实现的切削速度。 高速切削加工对机床、刀具和切削工艺等方面都有一些具体的要求。下面分别从这几个方面阐述高速切削加工技术的发展现状和趋势。 现阶段，为了实现高速切削加工，一般釆用高柔性的高速数控机床、加工中心，也有釆用专用的高速铣、钻床。这些设备的共同之处是：必须同时具有高速主轴系
《刀具》练习题 基本定义 一.单选题 1.磨削时的主运动是( ) A.砂轮旋转运动B工件旋转运动C砂轮直线运动D工件直线运动 2.如果外圆车削前后的工件直径分别是100CM和99CM,平均分成两次进刀切完加工余量,那么背吃刀量(切削深度)应为( ) 3.随着进给量增大,切削宽度会( ) A.随之增大 B.随之减小C与其无关D无规则变化 4.与工件已加工表面相对的刀具表面是( ) A.前面B后面C基面D副后面 5.基面通过切削刃上选定点并垂直于( ) A.刀杆轴线B工件轴线C主运动方向D进给运动方向 6.切削平面通过切削刃上选定点,与基面垂直,并且( ) A.与切削刃相切B与切削刃垂直C与后面相切D与前面垂直 7能够反映前刀面倾斜程度的刀具标注角度为( ) A主偏角B副偏角C前角D刃倾角 8能够反映切削刃相对于基面倾斜程度的刀具标注角度为( ) A主偏角B副偏角C前角D刃倾角 9外圆车削时,如果刀具安装得使刀尖高于工件旋转中心,则刀具的工作前角与标注前角相比会( ) A增大B减小C不变D不定 10切断刀在从工件外表向工件旋转中心逐渐切断时,其工作后角( ) A逐渐增大B逐渐减小C基本不变D变化不定 二填空题: 1工件上由切削刃形成的那部分表面,称为_______________. 2外圆磨削时,工件的旋转运动为_______________运动 3在普通车削时,切削用量有_____________________个要素 4沿_____________________方向测量的切削层横截面尺寸,称为切削宽度. 6正交平面参考系包含三个相互垂直的参考平面,它们是_________,___________和正交平面7主偏角是指在基面投影上主刀刃与______________的夹角 8刃倾角是指主切削刃与基面之间的夹角,在___________面内测量 9在外圆车削时如果刀尖低于工件旋转中心,那么其工作前角会___________________ 10刀具的标注角度是在假定安装条件和______________条件下确定的. 三判断题:判断下面的句子正确与否,正确的在题后括号内画”√”,错误的画”×” 1在外圆车削加工时,背吃刀量等于待加工表面与已知加工表面间的距离.() 2主运动即主要由工件旋转产生的运动.( ) 3齿轮加工时的进给运动为齿轮坯的啮合转动.( ) 4主运动.进给运动和切削深度合称为切削量的三要素.( ) 5进给量越大,则切削厚度越大.( ) 6工件转速越高,则进给量越大( )
第一章：刀具几何角度及切削要素 1-1 车削直径80mm ，长200mm 棒料外圆，若选用ap=4mm ，f=，n=240r/min ，试计算切削速度vc ，机动切削时间tm ，材料去除率Q 是多少 答：切削速度 机动时间 材料去除率Q 1-2 正交平面参考系中参考平面pr ，ps ，po 及刀具角度γo ，αo ，κr ，λs 如何定义 答：基面pr ：过切削刃上选定点，平行或垂直与刀具上的安装面（轴线）的平面 切削平面Ps ：过切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面 正交平面po ：过切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的表面 前角γo ：在正交平面中测量的，基面和前刀面的夹角 后角αo ：在正交平面中测量的，切削平面和后刀面的夹角，主偏角κr ：在切削平面中测量的，切削刃和进给运动方向的夹角。 刃倾角λs ：在切削平面中测量的，切削刃和基面的夹角。 1-3法平面参考系与其基本角度的定义与正交平面参考系及其刀具角度的定义有何异同在什么情况下， γo= γn 答：法平面参考系和正交平面参考系的相同点：都有基面和切削平面。不同点：法平面参考系的法平面是过切削刃选定点垂直于切削刃的表面，法平面不一定垂直于几面；正交平面参考系中的正交平面是过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的表面。 刀具角度定义的相同点为：都有偏角，刃倾角。不同点是：法平面参考系中min /32.601000240801000m dn v c =??== ππmin /12064032.605.0410*******mm fv a Q c p =???==
定义前角和后角分别为法平面中测量的法前角和法后角；而正交平面参考系定义的前角和后角为正交平面中测量的前角和后角。 只有当刀具的刃倾角为0时，γo= γn 1-4假定进给工作平面pf，背平面pp，假定工作平面参考系刀具角度是如何定义的在什么情况下γf= γo，γp= γo 答：假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行与假定进给运动方向并垂直于基面的平面 背平面Pp：过切削刃上选定点，同时垂直于假定工作平面和基面的平面。 假定工作平面参考系刀具角度定义了在基面中测量的主偏角和副偏角，在假定工作平面Pf中测量的侧前角和侧后角，背平面Pp中测量的背前角和背后角。 当刀具的主偏角为90度时，γf= γo，当刀具的主偏角为0度时γp= γo 1-6 poe系平面poe，pse，pre及工作角度γoe，αoe，κre，λse如何定义答：工作基面pre：过切削刃上选定点，垂直于合成切削速度的平面。 工作切削表面pse：过切削刃上选定点，和切削刃相切并垂直于工作基面的平面。 工作正交表面poe：过切削刃上选定点，同时垂直于工作基面和工作切削表面的平面。 γoe，αoe：在工作正交表面中测量的前刀面和工作基面的夹角为γoe，后刀面和工作切削表面的夹角为αoe。 κre：在工作基面中测量的切削刃和进给运动方向的夹角。λse：在工作 切削表面中测量的切削刃和工作基面的夹角。
高速切削加工技术 高速切削加工技术是21世纪的一种先进制造技术，有着强大的生命力和广阔的应用前景。通过高速切削加工技术可以解决在汽车模具常规切削加工中备受困扰的一系列问题。 近年来，在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技术集高效、优质、低耗于一身，已成为国际模具制造工艺中的主流。 我国有关汽车模具高速切削加工技术的研究起步较晚。据国际模协秘书长罗百辉介绍，我国众多模具企业相继从美国、德国、法国、日本等国家购买了大量高速加工设备及切削刀具，并在实践中摸索汽车模具高速切削加工的工艺技术，取得了一些成功经验。但是，一方面，引进设备不等于引进技术。高速切削尤其是大型汽车覆盖件模具的高速切削方面，没有成功的经验可供借鉴，怎样使引进的设备尽快发挥出应有的作用是摆在企业管理者和工程技术人员面前的一大课题；另一方面，技术人员在工作中边学习边应用，摸索、积累了一定的高速切削加工实例、工艺参数和工作经验，怎样将这些宝贵的经验和教训总结保存供其他技术人员借鉴、避免多走弯路也是一项难题。 高速切削加工技术在国内外汽车模具制造行业得到了广泛的应用，并且已取得了巨大的效益，但是高速切削加工的机理和相关理论至今仍不完善，针对汽车模具的高速切削数据库尚未建立。国内外企业选择高速切削刀具参数和高速切削加工参数的方式仍以传统的“试
切”法和“经验”法为主，在加工某一新型材料时，往往需要使用多种刀具进行重复切削试验，研究分析刀具的磨损、破损方式及其原因，从中找出一组最佳的刀具材料和加工参数，如此反覆多次，盲目性大，并且浪费大量的人力、财力和资源。而针对特种材料如合金铸铁、高强度合金钢、超级合金（如钛合金）等材料的高速切削加工，如何根据材料特性选择合适的切削刀具，如何设计合理的切削参数，目前仍在研究和发展中。 通过国内外汽车模具制造行业的高速切削加工技术实践应用，高速切削加工技术具有如下优势： 1、高速切削加工提高了加工速度 高速切削加工以高于常规切削10倍左右的切削速度对汽车模具进行高速切削加工。由于高速机床主轴激振频率远远超过“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围，汽车模具加工过程平稳且无冲击。 2、高速切削加工生产效率高 用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中完成型面的粗、精加工和汽车模具其他部位的机械加工，即所谓“一次过”技术（One Pass Machining）。高速切削加工技术的应用大大提高了汽车模具的开发速度。 3、高速切削加工可获得高质量的加工表面 由于采取了极小的步距和切深，高速切削加工可获得很高的表面质量，甚至可以省去钳工修光的工序。 4、简化加工工序
长春汽车工业高等专科学校 继续教育学院 毕业论文（设计）中文题目：高速切削加工技术及其应用的研究 英文题目：High speed cutting technology and its application 毕业专业：汽车机械制造技术 学生姓名：高越 准考证号：290414100432 指导教师：穆春燕 二零一五年八月 独创性声明
本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得长春汽车工业高等专科学校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本论文作者完全了解长春汽车工业高等专科学校有关保留、使用论文的规定。特授权长春汽车工业高等专科学校可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 （保密的论文在解密后适用本授权说明） 论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日
目录 前言 (05) 1．高速切削概念、内容及特点 (06) 1．1高速切削概念 (06) 1．2高速切削的研究内容 (06) 1．3高速切削特点 (07) 2.高速切削的技术体系 (08) 3．高速切削的技术关键及目前解决方案 (08) 3．1高速切削的技术关键 (08) 3．2高速切削关键技术解决方案 (09) （1）高速切削机床 (09) （2）高速切削刀具 (11) （3）C A D／C A M (11) （4）高速切削的数控编程 (11) 4．高速切削加工技术的应用 (12) 4.1高速切削在航空航天工业中的应用 (12) 4.2 高速切削在纤维增强塑料中的应用 (12) 4.3高速切削在模具制造业中的应用 (12) 4.4 高速切削在汽车制造业中的应用 (12) 5.高速切削加工技术的发展前景与展望 (12) 6.答谢辞 (14) 7.参考文献 (14)
学号：1145522222 整理人：建国 专业：机制 高速切削加工刀具材料术 摘要：论述了高速切削的概念和优越性，介绍了高速切削加工所使用的先进刀具材料和刀具如：瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具、涂层刀具的性能特点及其应用，探讨了高速切削刀具材料的发展前景和研究方向。 关键词高速切削刀具材料性能特点瓷CBN 金刚石
高速切削(High Speed Machining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：在常规的切削围，切削温度随着切削速度的增大而提高(图l中的区域A)。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，并指出峙之值与工件材料的种类有关，对于每一种工件材料，存在一个速度围由于切削温度太高，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，超过这个速度围后，切削温度反而降低，同时切削力也会大幅度降低（如区域C）。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。由于不同的加工方式、不同工件有不同的高速切削围，所以很难就高速切削的速度围给出确切的定义。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围。可以说，目前各国的切削速度仅在高速阶段， 尚未达到CIRP(国际生产工程科学院)所界定的超高速切削阶段。 1 高速切削的优越性 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。 第一、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％--一90％。刀具耐用度可提高70％，特别适合细长类、薄壁类以及刚性差的工件加工。 第二热变形小。在高速切削时，90％～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，工件累积热量极少，工件基本上保持冷态，因而不会
2012年第11卷第15期 产业与科技论坛2012. （11）.15Industrial &Science Tribune 数控机床中高速切削加工技术的应用探讨 □吴卫军 【内容摘要】目前高速切削技术以其高效率、低磨损的技术特点，在制造行业内的应用正不断增强，尤其是在精密仪器的制造 上，更是离不开高速切削的技术支持。这一技术对其运行设备要求严格，目前，数控机床是高速切削技术应用的最好平台，该技术也对数控机床设备提出了一定的要求。 【关键词】数控机床；高速切削；电主轴；刀具【作者单位】吴卫军，江苏省东台中等专业学校 当前，社会的发展对制造领域提出了更高的要求，随着生产力的不断提升，高效率、高质量、高节能的机械加工水平已经成为了整个数控加工行业的共同追求。二十世纪三十年代，随着高速切削理念的提出和发展，时至今日，在加工效率和加工质量上兼具优势的高速切削技术已经成为数控机床的首要选择。高速切削是一个相对概念，并且随着时代的进步而不断变化。一般认为高速切削或超高速切削的速度 为普通切削加工的5 10倍［1］ 。在汽车制造、航空航天技术、船舶加工以及模具的制造等需要精密加工的领域几乎都能看到高速切削技术的应用，这也反映了高速切削技术在数控机床中占据的位置必将越来越重要的发展趋势。 一、高速切削的效益优势1931年，德国切削物理学家萨洛蒙（Carl．j．Salomon ）博士研究成果得出：被加工材料都有一个临界切削速度，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的五至十倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损 随切削速度增大而减小［2］ 。高速切削技术这一特性为切削过程带来了必然的高效益，具体表现如下： （一）生产率上的优势。高速切削首先带来了切削速度的提升，速度的改变使相同时间内的切削量至少提高四倍，这就使得加工工序的高度集中变为了可能。常规的切削过程经常要把工件按加工的精细程度进行划分，分工序进行分别加工，这种情况需要占用一定的工件装卸和搬运时间。采用高速切削技术后，可以将繁复的加工工序简单化，以前要分工进行的步骤都可以集中在同一道工序内进行加工，而且基本上不会对工件的精度和质量造成影响。此外，由于高速切削技术的引入，切削刀具的使用寿命大大地延长了，在另一方面也能够减少刀具替换和托盘交换的时间，从而极大地提高工件的生产率。 （二）加工精度上的优势。高速切削技术不仅不会降低工件的加工精度，反而能够做到工件质量的提升，这不得不说是高速切削的魅力所在。 1．工件所受切削力变小。高速切削的技术原理不同于常规的切削技术，在切削时运行速度高，切削力却比较小，切削速度的提高和切削力的减小，使得工件因夹压受力导致形状 异化的可能性大大降低， 故而大大地提升了工件的合格率，这种切削技术尤其适用于一些较细长、较纤薄的精密部件的加工。 2．工件受热降低。在常规切削加工中，由于切削带来的高温也是导致部分工件变形的主要原因之一。采用高温切削技术以后，由于切削热量的降低及切屑的迅速散热效果，工件受热量大大降低，这也基本上避免了由于高温受热所造成的工件变形。 由于高速切削在这两方面的技术优势，制造出来的工件 往往在尺寸要求、 表面平整性、光滑性等方面具有较高的精度，这是常规切削工艺所难以比拟的。 二、高速切削加工技术对数控机床提出的要求 高速切削技术对使用设备在运行速度、设备精度及稳定程度上都有较高的要求。目前，数控机床是最符合高速切削加工技术要求的加工设备。然而， 当前的数控机床还存在提升和进步的空间，在“软件”和“硬件”两方面都有待于进一步 的改善和提升，以便更好地适应先进的高速切削技术的内在要求。具体如下： （一）采用电主轴作为数控机床的主轴。主轴单元的设计，是实现高速加工的最关键的技术领域之一，同时也是高速加工机床最为关键的部件，它不仅要能在很高的转速下旋转， 而且要有很高的同轴度，高的传递力矩和传动功率、良好的散热或冷却装置，要经过严格的动平衡矫正，主轴部件的设计要保证具有良好的动态和热态特性，具有极高的角加减速度来保证在极短的时间内实现升降速和指定位置的准停［3］ 。而电主轴能够保证机床主轴和发电机的转子轴合二为一，在运行的平稳性上达到更好的效果。并且电主轴在温度的保持上具有一定的独到之处，对于温差的控制水平更为先进，在轴承支撑和润滑方面采用了最新的技术，保证了主轴的使用寿命和高性能。 （二）改善伺服单元的性能。切削速度的提升需要与之配套的进给，才能更好地体现先进的高速切削技术的工作水平。由于主轴转速的提高，机床进给速度也必须大幅提高（60m /min 以上），以保持刀具每齿或每转进给量基本不变，从而保证加工表面质量和刀具寿命。每故而在数控机床伺服单元的性能上，应尽量采用响应速度较高的配套设施。在 · 57·
机械制造工程学作业金属切削原理答案 班级：_________________________ 姓名：_________________________ 学号：_________________________
一、判断题 1、主切削平面(刃)与副切削平面(刃)在基面上投影之间的夹角称为刀尖角εг。（×） 2、在正交平面内,前刀面与切削平面(基面)之间的夹角称为前角γο（×） 3、主偏角和副偏角越小，则刀尖角越大，切削部分的强度越大。（√） 4、安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。（√） 二、填空题 1、常用的外圆车刀是由一个-刀刃-，两个切削刃三个-刀面成切削部分的。 2、在切削过程中，不断地把工件切削层投入切削的运动称为-进给运动. 3、车刀前刀面与主后刀面的交线称为-主切削刃 4、刀具的几何角度中，常用的有-前角r o、-后角αo、主偏角Kr、-副偏角Kr、刃倾角λs、副后角αo。 5、切削用量三要素包括--切削速度、进给量和背吃刀量-。 6、正在切削的切削层称为-切削表面。 7、主切削刃在基面上的投影与假定进给平面之间的夹角称为-主偏角Kr -。 8、在正交平面内，后刀面与切削平面之间夹角称为--后角αo ------。 9、从刀具的合理前角考虑,工件材料的强度与硬度低时,采用较大的前角来减小切削变形; 工件材料的强度与硬度高时,采用-较小的前角来保证刀尖强度。 10、刀具的后角在粗加工、强力切削及承受冲击载荷情况下应取—小些-----，在精加工时，为了提高加工表面质量，应取---大些---。 11、加工脆性材料时，宜取-较小-前角和-较小后角。 12、在采用负前角切削加工时，要使切削刃锋利，刀具的后角应取得-小些。 13、在背吃刀量和进给量一定的情况下，主偏角增大，使切削厚度--变厚--，切削宽度-变
高速切削加工技术的现状和发展(1) 中国工程院院士、山东大学艾兴教授 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10um到0.1um。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。 高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。 不同材料的高速切削加工速度范围 高速切削技术在国内起步较晚，20世纪80年代中期开始研究陶瓷刀具高速切削淬硬钢并在生产中应用，其后引起对高速切削加工的普遍关注，目前主要还是以高速钢、硬质合金刀具为主，硬质合金刀具切削速度≤100～200m/min，高速钢刀具在40m/min以内。但在汽车、模具、航空和工程机械制造业进口了一大批数控机床和加工中心，国内也生产了一批数控机床，随着高速切削的深入研究，这些行业有的已逐步应用高速切削加工技术，并取得很好的经济效益。 二、高速切削加工理论基础 (1) 切屑形成特征 不同材料在不同状态下的切屑形态: (a) 供货状态，切削速度127.2m/min （b）硬度325HB，切削速度125.5m/min
一、选择题 1、在工艺系统刚性很好时，加工硬度高的材料时，为提高刀具强度和寿命，应选取较（B）主偏角。 A、大 B、小 C、中等 2、切削塑性材料与脆性材料相比，刀具的前角应（B） A、减小 B、增大 C、不改变其大小 3、麻花钻的（C）产生的轴向力最大。 A、主切削刃 B、副切削刃 C、横刃 4、在其它条件相同的情况下，进给量增大则表面残留面积高度（A） A、随之增大 B、随之减小 C、基本不变 D、先小后大 5、切削用量选择的一般顺序是（A） A、a p—f—v c B、a p—v c—f C、v c—f—a p D、f—a p—v c 6、一般只重磨前刀面的刀具有（C） A、麻花钻、尖齿成型铣刀、圆柱铣刀。 B、尖齿成型铣刀、圆柱铣刀、成形车刀。 C、成形车刀、铲齿成形铣刀、拉刀。 D、铲齿成形铣刀、拉刀、铰刀。 7、圆柱孔拉刀的齿升量是相邻两刀齿（或两组切削齿）的（B）。 A、直径差 B、半径差 C、齿距差 8、既能车削外圆又能车削端面和倒角的车刀是（C） A、90°偏刀 B、尖头车刀 C、45°弯头车刀 D、75°偏刀 9、W6Mo5Cr4V2是下列哪一类刀具材料（D）。 A、钨系高速钢 B、硬质合金 C、合金工具钢 D、钨钼系高速钢 10、标准麻花钻的前角从外缘向钻心逐渐（D） A、增大 B、先减少后增大 C、先增大后减少 D、减少 11、下列四种结合剂中，适用于金刚石砂轮的结合剂是（D） A、陶瓷结合剂 B、树脂结合剂 C、橡胶结合剂 D、金属结合剂 12、外圆车削时的径向切削力又称为（C） A总切削力B、切削力C、背向力D、进给力 13、平行于铣刀轴线，测量的切削量尺寸是（B）
《金属切削原理与刀具》试题（后附答案） 一、选择题 1．在车外圆时，工件的回转运动属于________，刀具沿工件轴线的纵向移动属于_________。 A 切削运动 B 进给运动 C 主运动 D 加工运动 2．车外圆时，车刀随四方刀架逆时针转动θ角后，工作主偏角κr将________，工作副偏角κr’将________。 A 增大减小 B 减小增大 C 增大不变 D 不变不变 3．积屑瘤发生在第________变形区，加工硬化发生在第________变形区。 A ⅠⅡ B ⅠⅢ C ⅡⅢ D ⅢⅡ 4．在加工条件相同时，用________刀具产生的切削力最小。 A 陶瓷刀具 B 硬质合金刀具 C 高速钢 D 产生的切削力都一样 5．下列哪种切屑屑形不属于可接受的屑形_______。 A 带状切削 B 短环形螺旋切削 C 单元切削 D 平盘旋状切屑 6. 生产中常用的切削液，水溶性的切削液以________为主，油溶性切削液以________为主。 A 润滑冷却 B 润滑润滑 C 冷却润滑 D 以上答案都不正确 7．加工塑性材料、软材料时前角________；加工脆性材料、硬材料时前角________。 A 大些小些 B 小些大些 C 大些大些 D 小些小些 8 ．高速钢刀具切削温度超过550~600时工具材料发生金相变化，使刀具迅速磨损，这种现象称为_______磨损。 A 相变磨损 B 磨粒磨损 C 粘结磨损 D 氧化磨损 9．不能用于加工碳钢的是__________。 A 高速钢刀具 B 陶瓷刀具 C PCD刀具 D CBN刀具 10．主偏角、副偏角、刀尖角，三个角之和等于__________。 A 90° B 180° C 360° D 270° 二、填空题 1.1．切削用量三要素。 2．刀具材料种类繁多，当前使用的刀具材料分4类：。一般机加工使用最多的是和。