高速切削

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、

硬度越高，变形抗力越大，切削力也越大。b强度、硬度相近的材料，塑性、韧性越大，切削力越大。（3）切削速度对切削力的影响较为复杂。（4）刀具几何参数对切削力的影响：前角增大时，若后角不变，刀具容易切入工件有助于切削变形的减小，使变形抗力减小，所以切削力减小。加工塑性金属时前角增大，变形减小，切削力减小。加工脆性金属时，因为变形和加工硬化较小，故切削速度改变时切削力变化不大。在正前角相同情况下，对有负倒棱的车刀，由于切削时的切屑变形比无负倒棱的大，所以切削力有所提高。主偏角在30-60范围内增大，由切削厚度的影响起主要作用，促使主切削力减小；主偏角约在60-90范围内增大，刀尖处圆弧和副前角的影响起主要作用，促使主切削力增大。当增大时背向力的影响比对切削力的影响大，着仍应由大使角减小，所以为了防止振动应减小刀尖圆弧半径。刃倾角对Fz影响不大，但对Fx、Fy的影响较大。刃倾角增大，背吃刀Fy方向的前角增大，Fy 减小；而进给抗力方向的前角减小，则Fx增大。（5)其他因素对切削力的影响：a刀具材料：对切削力的影响是由刀具材料与工件材料之间亲合力和摩擦系数等因素决定的。b切削液：由于使刀具、工件与切屑接触面间摩擦减小，因此，能较显著减小切削力。c刀具磨损：后面磨损，使刀具与加工表面间摩擦加剧。故切削力Fc、Fp增大。

6结合萨洛蒙曲线，讨论高速切削加工切削温度变化规律。（图）

在常规的切削速度范围（图中A区）内，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Vc后，切削速度再增大，切削温度反而下降，Vc之值与工件材料的种类有关。对于每一种工件材料，存在一个从V1到Vc速度范围，在这个速度范围内（图中B区），由于切削温度太高（高于刀具材料允许的最高温度t0)，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行。这个范围被称为“死谷”。

7.结合高速切削加工对机床的要求，讨论高速切削加工机床结构特点。

要求：主轴转速高、功率大；进给量和快速行程速度高；主轴和工作台（拖板）运动都有要有极高的加速度；机床要有优良的静、动态特性和热态特性。结构特点：床身等固定部件的高刚度和高抗振性；主轴的高转速的高扭矩；进给系统的高进给速度；主轴轴承的高刚度和高抗振性；高效冷却系统；可靠地安全防护系统；对刀具的耐热性和较高的律学性能；高精度、高速度的传感检测技术；优良的热态特性和静、动态特性。

8.如何选择高速切削加工参数。

（1）对刀具磨损的影响：刀具耐用度受切削速度的影响比较大，进给量次之，切削深度最后。（2）对切削热的影响：切削速度增大会增加切削温度，但一般材料切削速度增加会使切削大量增加，而大部分切削人会有切削带走，少量导热性差的材料除外。（3）对切削力的影

响：a切削速度的影响:切削速度影响不大，但应注意共振点问题。b进给量影响：进给量与切削力基本成比例，应加以控制。c切削深度影响：应使用较小的轴向切深、应使用较小的径向切深。d粗糙度影响：结合轴向切削深度对粗糙度的影响、径向切削深度对粗糙度的影响、切削速度对粗糙度的影响、每齿进给量对粗糙度的影响，综合考虑。（4）对工件粗糙度的影响。

9.讨论高速刀具安全性国际标准与刀具安全技术在高速切削加工中的作用。

高速切削技术的最显著特点是采用很高的切削速度来进行零件的机械加工。因此具有很大离心力，比普通的切削刀具高出很多倍。高速铣削是目前高速切削技术中应用最多的一种工艺技术，在高速铣削时，这类刀具的各部分都要承受很大的离心力，其作用远远超过切削力本身的作用，成为刀具的主要载荷，其离心力之大，足以到时刀体破碎。因此，研究高速切削刀具的安全性技术，是进一步发展和一个用高速切削技术的必要前提。在高速数控加工中，高速刀具安全性国际标准与刀具安全技术具有非常重要的意义，因为刀具的标准不尽影响加工的质量和效率，而且刀具的不安全还可能导致严重的人身和设备事故。

（刀具材料：刀体材料的比重要小，强度要高。刀具结构：刀体的设计应减少直径，增加高度。刀体的结构应对称于回转轴，使重心通过铣刀的轴线。夹紧方式：高速旋转过程中，刀片、螺钉或者其他夹紧元等一些局部不平衡质量体收到很大的离心力作用。刀具的动平衡：在高速旋转时，刀具的不平衡会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速成平方关系，从而对刀具、机床主轴的安全性和工件加工质量带来不利的影响。）

10.高速切削加工对刀具的要求。

高硬度、高强度和耐磨性；韧度高，抗冲击能力强；高的热硬性和化学稳定性；抗热冲击能力强。（高的刚度与精度；高的适应性与互换性；刀具结构高度安全性；刀具的动平衡）

11.讨论主要高速切削刀具材料性能、特点。（图）

12.高速切削技术在汽车、航空和航天、模具加工中技术特点。

汽车：切削率高、加工质量高、扩大加工范围、良好的经济型，与传统的精加工相比，进一步实现高精度化；高速切削加工的每次切除量相当小，可以高速地实现多次精密切削加工，从而大大减少了人工修整的工作量，大大提高了覆盖件模具的加工效率；由于切削速度极大提高，与过去的精加工工序相比，加工周期大幅度缩短。航空：提高切削效率、整体高速加工代替组件、难加工材料的高速切削。模具：提高加工效率、可加工淬硬钢、提高机床利用率、降低刀具成本、延长刀具寿命、提高高速切削模具效率的工艺技术。