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高速切削简介高速切削简介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：  = C v V x X=0.26~0.412 进给量 ：  = C f f 0.143 切削深度 ：  = C ap ap 0.04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影响刀具耐用度的主要因素泰勒公式高速切削的概念和基本原理 Ø 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Ø 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 Ø Salomom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 Ø 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 ”萨洛蒙曲线 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0 600 1200 1800 2400 3000青铜 铸铁钢硬质合金 980℃高速钢 650℃碳素工具钢450℃Stelite合金 850℃16001200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属高速加工定义Ø 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Ø 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 Ø 以主轴转速界定：高速加工的主轴转速 ≥10000 r/min高速加工各种材料的切削速度范围为：Ø 钢和铸铁及其合金 500-1500m/minØ 铸铁 最高达 2000m/minØ 钻削 100～ 200m/min， 攻丝 100m/minØ 淬硬钢 (35～ 65HRC) 100-400m/minØ 铝及其合金 达到 2000-4000m/min， 最高达 7500m/minØ 耐热合金 达 90-500m/min； 钛合金 达 150-1000m/min高速与超高速切削速度范围 10 100 1000 10000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Ø 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异Ø 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同Ø 车削：700-7000 m/minØ 铣削：300-6000 m/minØ 钻削：200-1100 m/minØ 磨削：50-300 m/s高速切削的特点 Ø 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％ Ø 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Ø 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 Ø 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 Ø 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Ø 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 200-1000 m/minØ 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。

Ø 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Ø 仪器仪表 ： 精密光学零件加工高速切削的应用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注塑模具高速切削加工的应用标志性建筑物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 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b） 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 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 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AMOI ⅡⅢ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 后刀面挤压摩擦高速切削的特点减少传递给工件的热量n 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 n 剪切角增大n 切削热大部分由切屑快速带走n 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带状切屑 节状切屑粒状切屑 崩碎切屑 3-3 切屑种类高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征直角自由切削 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高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征Machined surface micro-wave amplitude A and roughness Ra高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征Chip segmentation degree Gs and roughness Ra1. 切削速度在 200m/min之前，切屑分离度从 0.84μm快速增大到 1.85 μm2.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Chip sizes and roughness Ra1.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 1.852.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文献 2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高速切削加工切屑形成特征高速切削加工切屑形成特征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。