高速切削关键技术
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高速干切削的关键技术和应用
高速干 切削 的 出现与高 速切 削和 干切 削有 着密 切关 系 。高速 切 削具有 切削 效率 高 、 切削 力小 、 加工
精度 高 、 削热集 中、 切 加工过 程稳 定 以及 可加工 某些
难 加 工材料 等特 点 ； 干 切 削在 加 工 过 程 中不 用 或 而
微 量使 用切 削液 ， 消除切 削液 带来 的负 面影 响 ， 可 是
进一 步研 究和 发展 的 主要 有 以 下 几 个 方 面 ： 刀具 涂
技术。
干切削 时 ， 由于 缺 少 了 切削 液 的润 滑 、 却 、 冷 排 屑 与断 屑等功 能 ， 刀具 与工件 、 具与 切屑 之 间的摩 刃 擦增 加 ， 切削 力增 大 ， 削 热 也 大 大增 加 ， 切 刀具 耐 用 度 大大 降低 ， 时 工 件 的加 工 质 量 也 得 不 到保 证 。 同
采 取 隔热措 施 。
ｌ 高速 干 切 削 的关 键 技 术
中图分类 号 ： ＴＧ５ ６ ０ 文献标 识码 ： Ｂ
切削加 工 是 汽车 、 空 航 天 、 源 、 具 等 制 造 航 能 模
（ Ｂ 等 材料 是 干式切 削 刀具 的首 选 材料 ； 切屑 ｃ Ｎ） ②
和 刀具 之 问的摩 擦 因数要 尽 可 能小 ， 常用 的方 法 是 对 刀具 表面 进行 涂 层 （ 层 除 了 有类 似 于切 削 液 的 涂 润 滑功 能外 ， 在刀具 与 切屑 问起 隔热 作用 ， 当于 还 相
一
种对 环境 污染源 头进 行控 制 的清 洁制造 工艺 。高
速 干 切削技术 则将 高速 切削 技术 与干 切削 技术 或准 干 切 削技 术 （ 采用 微 量 切削 液 ） 机地 融 合 ， 合 两 有 结
高速切削技术及工艺新要求
加工表面粗糙度和改善加工表面残余应力状况 。 （ ）在高速切削时 ，绝大多数切 削热被切 屑 ３
称为高速切削。在此速度下，切削温度可以越过所 谓的 “ 死区” （ ａｅ ｏ ｄａ ） Ｖ ｌｙ ｔ ，刀具反而可以正常 ｌ ｅｈ ｆ 切削。图 １ 是德国 Ｄ ｒｓ ｄ 工业大学生产工程与机 ａ ｔｔ ｍａ 床研究所 （１ ＰＷ）做出的不 同材料高速切削范围的
摘要 ：概述 高速切削技术的优点及前景展望 ，结合 实际加工中的经验提 出了对工艺方法特别
是对 数控 编程 的新要 求 。
关键词：高速切 削； 削速度；每齿进给量 切
中图分类 号 ：Ｔ Ｓ ６・ Ｇ０ ｌ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１７ ４ ５ （０６）１— ０ ３— ３ ６ ２— ５０ ２０ ０ ０ ２ ０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｉ ａｔ ｌ ｒ ｆ ｔｅａ ｖ ｎａ ｅ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ｉｈｓ ｅ ｄｃ ｔｎ ｃ ｎ ｑ ｅ ｎ ｕｓ ｓｒ ｃ ： ｈｓ ｒ ｃｅｂ ｅｓｈ ｄ ａ ｔｇ ｓａ ｄｐ ｏｐ ｃ ｈｇ ｐ ｅ ｕｔ ｇｔ ｈ ｉ ｕ ，ａ ｄ ｐ ｔ ｉ ｉ ｆ ｏ ｉ ｅ
高速带走 ，传给工件的热大量减少 ，减少 了零件的
内应力和热变形 ，提高了加工精度。 （ ）高速切 削中的激振频率 特别高 ，它远远 ４
离开了 “ 机床 一刀具 一工件 ”系统 的低 阶固有 频
・
． ．
［ 收稿 日 期］２０ － ８ ２ ０５ ０ — ５ ［ 作者简介］邓螈援 （９ １ ， １８一） 女，助教，主要从事机械设计制造及其 自 动化、数控技术课程教学 及研究。
业等行业 。近年来 ，由于我 国航天、航空 、模具和 汽轮机等行业装备水平的迅速提高和激烈的市场竞
称为高速切削。在此速度下，切削温度可以越过所 谓的 “ 死区” （ ａｅ ｏ ｄａ ） Ｖ ｌｙ ｔ ，刀具反而可以正常 ｌ ｅｈ ｆ 切削。图 １ 是德国 Ｄ ｒｓ ｄ 工业大学生产工程与机 ａ ｔｔ ｍａ 床研究所 （１ ＰＷ）做出的不 同材料高速切削范围的
摘要 ：概述 高速切削技术的优点及前景展望 ，结合 实际加工中的经验提 出了对工艺方法特别
是对 数控 编程 的新要 求 。
关键词：高速切 削； 削速度；每齿进给量 切
中图分类 号 ：Ｔ Ｓ ６・ Ｇ０ ｌ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１７ ４ ５ （０６）１— ０ ３— ３ ６ ２— ５０ ２０ ０ ０ ２ ０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｉ ａｔ ｌ ｒ ｆ ｔｅａ ｖ ｎａ ｅ ｎ ｒ ｓ ｅ ｔ ｉｈｓ ｅ ｄｃ ｔｎ ｃ ｎ ｑ ｅ ｎ ｕｓ ｓｒ ｃ ： ｈｓ ｒ ｃｅｂ ｅｓｈ ｄ ａ ｔｇ ｓａ ｄｐ ｏｐ ｃ ｈｇ ｐ ｅ ｕｔ ｇｔ ｈ ｉ ｕ ，ａ ｄ ｐ ｔ ｉ ｉ ｆ ｏ ｉ ｅ
高速带走 ，传给工件的热大量减少 ，减少 了零件的
内应力和热变形 ，提高了加工精度。 （ ）高速切 削中的激振频率 特别高 ，它远远 ４
离开了 “ 机床 一刀具 一工件 ”系统 的低 阶固有 频
・
． ．
［ 收稿 日 期］２０ － ８ ２ ０５ ０ — ５ ［ 作者简介］邓螈援 （９ １ ， １８一） 女，助教，主要从事机械设计制造及其 自 动化、数控技术课程教学 及研究。
业等行业 。近年来 ，由于我 国航天、航空 、模具和 汽轮机等行业装备水平的迅速提高和激烈的市场竞
高速切削加工技术的探导
切削速度达到ｌ 临界速度之前 ，切削温度和刀具 解决 ： 比如高速 机床 的动态 、 热态特性 ； 刀具材 系统 、 安全设施 和加工环境等。 磨损随着切削速度增 大而增大 ，当切削速度达 料 、 几何 角度和耐用度问题， 机床与刀具间的接 ４ ． 高速主轴。 ．１ １ 高速主轴是高速切 削的首 到普通切削速度的 ５ ６ 时，切削刃 口的温度 口技术 （ －倍 刀具的动平衡 、 扭矩传输 ）冷却润滑液 要条件 ， 、 对于不 同的工件材料 ， 前 的切削速度 目 开始随切削速度增大而降低 ，刀具磨 损随切削 的选择 、Ａ ／ Ａ 的程序后置处理 问题 、 Ｃ ＤＣ Ｍ 高速 可达 ５ １０ ／ －０ｍｓ 。主轴 的转速 与刀具 的直 径有 加工 时刀具轨迹的优化问题等等 。高速切削在 关 ，采用 小直 径球头 铣刀 时 ，主轴 转速 可达 速度增大而减小。 按照他的假设 ， 在具有一定速度 的高速 区 我国， 刚刚起步 ， 目前 ， 尚未正式进入大学课堂 。 １０ ０ ｒ ｎ ００ ０／ 。高速主轴单元包括 动力源 、 ｍｉ 主轴 、 进行切削加工 ， 会有 比较低的切削温度和 比较 按 目前看 ， 工业发达 国家的航空 、 车、 汽 动 轴承和机架 四个主要部分 ，是高速切削机床的 小的切削力 ， 有可能用现有的刀具进行超高速 力机 械 、 模具 、 轴承 、 机床等 行业首先受惠 于该 核心部件 ，在很大程度上决定 了机床所能达到 切削 ， 从而大幅度减少切削时间 ， 成倍地提高机 项新技术 ， 使上述行业 的产品质量明显提 高， 成 的切 削速度 、 加工精度 和应用范围。 高速主轴单 获得 高速切 削 元 的性能取决于主轴 的设计方法 、 床的生产率 ， 而且可 以实现零 件的高精度和高 本大幅度降低 ， 了市场竞争优势。 材料 、 结构 、 表面质量。 技术是未来切削加工 的方 向，也是 时代发展 的 轴承 、 润滑冷却 、 动平衡 、 噪声等多项相关 技术 。 产物 。 随着对主轴转速要求 的不断提高 ， 的齿轮 、 传统 般来说 ， 高速切削加工有以下几个方 面 皮带变速传动系统 由于本身的振动 、噪音 等原 的技 术 特 点 ： 因已不能适 应要求 ，取而代之的是一种新颖 的 ３ 高的主轴转速 。对 于高速 加工的定义 功能部件 ： ． １ 电主轴 ， 它将主轴电机与机床主轴合 很难有 统一 的标 准 ，０ ０ ｒ ｉ １０ ０ ｍ ｎ的转速通 常就 二为一 ， ／ 实现了主轴电机与机床 主轴 的一体化 。 可以被认 为是 “ 高速” 。事实上 ， 在高速加工中 ， 电主轴采用 了电子传感器来 控制温度 ， 自 带水 主轴的转速一般在 ２ ００／ ｎ以上。 ００ ｒ ｍｉ 图 １切 削温度与切削速度 的关系 冷或油冷循环 系统 ，使主轴在 高速旋转时保持 ３ 小 的切削深度 。高速加工 的切穴深度 恒温 ，一般可控制在 ２ 。 ２ 。 围内某一设定 ． ２ ２现代切削技术的概念 Ｏ ～ ５范 ． ． ～ ｍｍ之 间，特殊情况下切削深度 温度 ， 精度为± ． ， ０ 。 同时使用油雾 润滑 、 ７ 混合陶 所 罗门原理 出发点是 用传统 刀具进行 高 般在 ０３ ０６ 速度切 削， 从而提高生产率 。到 目前为止 ， 其原 也可小于 ０１ ｍ ． 。小的切削深度可以降低 切削 瓷轴承等新技术 ， 主轴免维护 、 ｍ 使 长寿命 、 高精 理仍未被现代科学研究所证实 。但这一原理的 力 ， 降低加工过程 中产生的切削热 ， 延长刀具的 度。 高速精密轴 承是高速切削机床 的核心 ， 是决 成功应该不只局限于此 。高速切削技术是 切削 使用 寿命 。 定高速 主轴寿命和负载容量 的最关键部件 。最 技术 的重要发展方向之一 ，从现代科 学技 术的 ３ 快的进给速度 。高速加工钢件 的进 给 高主轴转速受限于主轴轴承性能 ，提高主轴的 ． ３ ｍ ／ｉ 小 ｎ 根据高速轴承的 角度去确切定义高速切 削，目前还没有取得 一 速度在 ５ ｍ ｍ ｎ以上。从加工方式上讲 ， 的 ｄ 值是提高主轴转速的关键 。 致， 因为它是一个相对概念 ， 不同的加工方式 ， 切削深度能够获得加工 时更好的刀具长度直径 不同，又可将高速主轴分为 ：滚珠轴承高速主 不同的切削材料有着不 同的高速切削速度 和加 比， 使得许多深度很 大的零件也能完成加工 ， 而 轴、 液体静压轴承高速主轴 、 空气静压轴承高速 工参数 。这里包含了高速软切削 、 高速硬切削 、 快的进给保证了足够 的切削效率。 主轴 、 磁浮轴承高速主轴 。目前 ， 高速切削铣床 ３４小的切削行距 。高速加工所采用 的刀 上装备 的主轴多数为滚珠轴承 电动主轴。如图 ． 高速湿切削和高速干切削等。 事实上 ， 高速切削技术是一个非常庞大而 具路径 的行距 一般 在 ０１ ． ｍｍ以下。一般来说 ， ２ 所示 ， 电动 主轴 由转子 、 轴承 、 外壳 、 电机组 件 复杂的系统工程，它涵盖了机床材料 的研究及 小 的刀具轨迹行距总是可以降低在加工过程 中 子 选用技术 ， 机床结构设计和制造技术 ， 高性能 的表面粗糙度 ， 高加工表面质量 ， 提 从而可能免 Ｃ Ｃ控 制系统 、 Ｎ 通讯系统 ， 高速 、 高效冷 却 、 高 除后续的精加工工序 。 所有这些特点 ， 了高速加工所能获得 决定 精度和大功率 主轴系统 。 高精度快速进给系统 ， 也即高速加工能达到效率高 ， 加工 高性能刀具夹持 系统 ， 高性能刀具材料 、 刀具结 的加工效果 ， 零件表面光洁 ， 加工稳定 以及零件无变 构设计和制造技术 ， 高效高精度测试测量技术 ， 精度高 ， 高速切削机理 ， 高速切削工艺， 适合高速加工的 形 ， 无表面变质层等性能指标 ， 高速加工的这些 床 ； 高速主轴 ； 高速进给 系统 ； 高速 刀具
高速加工与超高速加工
度低，离心力小；弹性模量高， 刚度大；摩擦系数低；抗腐蚀性 能好。
轴承润滑：油脂润滑、油雾 润滑、油气润滑等。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 气浮轴承--高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 液体静压轴承--运动精度高，动态刚度大，有油升影响。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨削砂轮 砂轮基体--必须考虑高速离心力作用； 砂轮磨粒--立方氮化硼、金刚石。
高速砂轮典型结构 变截面等力矩腹板结构，无中心法兰孔， 通过多个小螺孔与主轴安装固定，以降低法兰孔应力。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨床结构 具有高动态精度、
高阻尼、高抗振性和 热稳定性。
时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应 着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。 超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬 质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
思考与练习
1. 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析 高速切削加工所要解决的关键技术。 2. 超高速切削包含哪些相关技术？ 3. 简述超高速磨削特点及关键技术。 4. 简述超高速铣削特点及关键技术。
1. 高速与超高速加工技术
1.1 高速与超高速切削技术概述 1.2 超高速切削加工关键技术 1.3 超高速磨削技术 1.4 超高速铣削技术
1.1 高速与超高速切削技术概述
“高速加工”的起源
Salomon切削理论： 工件材料均有一个
临界切削速度，在该速 度下有最高切削温度。
为什么要进行高速加工？
萨洛蒙曲线
常用结构有龙门式、并联式机床结构。
1.2 超高速切削加工关键技术
轴承润滑：油脂润滑、油雾 润滑、油气润滑等。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 气浮轴承--高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 液体静压轴承--运动精度高，动态刚度大，有油升影响。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨削砂轮 砂轮基体--必须考虑高速离心力作用； 砂轮磨粒--立方氮化硼、金刚石。
高速砂轮典型结构 变截面等力矩腹板结构，无中心法兰孔， 通过多个小螺孔与主轴安装固定，以降低法兰孔应力。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨床结构 具有高动态精度、
高阻尼、高抗振性和 热稳定性。
时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应 着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。 超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬 质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
思考与练习
1. 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析 高速切削加工所要解决的关键技术。 2. 超高速切削包含哪些相关技术？ 3. 简述超高速磨削特点及关键技术。 4. 简述超高速铣削特点及关键技术。
1. 高速与超高速加工技术
1.1 高速与超高速切削技术概述 1.2 超高速切削加工关键技术 1.3 超高速磨削技术 1.4 超高速铣削技术
1.1 高速与超高速切削技术概述
“高速加工”的起源
Salomon切削理论： 工件材料均有一个
临界切削速度，在该速 度下有最高切削温度。
为什么要进行高速加工？
萨洛蒙曲线
常用结构有龙门式、并联式机床结构。
1.2 超高速切削加工关键技术
高速切削加工关键技术现状与发展
能 耗 低 ，切 削 效 率 高 ， 加 工 质 量 好 ， 精 度 高 ，刀 具 寿 命 长 等 特 点 为 人 们 展 示 了 美 好 前 景 。 并 在 航 空 航 天 、 动 力 机 械 、 机 床 、 模 具 、 汽 车 等 行 业 得 到 广 泛 应 用 ．并 产 生 了 巨 大 经 济 效 益 ，本 文 主 要 讨 论 高 速 切 削 加 工 关 键 技 术
出 现 专 业 化 生 产 厂 家 ，按 系 列 提 供 产 品 。 由 于 直 接 传 动 ，
省去 了电 机 ，主轴 问 的皮 带 轮 、齿 轮 箱 等 传 动 链 ，其转
作 用 而 产 生 电 磁 推 力 ， 带 动 负 载 运 行 。 最 早 开 始 使 用 高
速 轻 而 易 举 地 达 到 ０～４０ ０／ ｉ，甚 至 更 高 ，不 仅 如 此 ， 速 直 线 电 机 的 美 国 Ｉ 瑚 ｌ 司 ，在 Ｈ Ｍ８０加 工 中 心 的 ２ ０ ｒｒｎ ａ ． ｎ Ⅱ公 Ｖ ０
出现 至 今 ２ ｏ年 左 右 时 间 ， 所 谓 高 速 切 削 ， 首 先 是 高 的 速
度 ，即 要 有 高 的 主 轴 转 速 ， 比 如 １ ００／ ｉ， １００／ ｉ ， ２ ０ ｒ ｎ ８ ０ ｒ ｎ ａ ｒ ａ ｒ
用 于 电 主 轴 。 陶 瓷 轴 承 的 滚 动 体 为 热 压 氮 化 硅 陶瓷 材 料 ， 内外 环 使 用 轴 承 钢 。 由 于 陶 瓷 滚 动 体 密 度 小 是 钢 的
高速 电主 轴 是 内装 式 主 轴 电 机 一 体 化 的主 轴 单 元 。 它 采 用 无 壳 电 机 ，将 其 空 心 传 子 用 压 配 合 的 形 式 直 接 装 在 机 床 主 轴 上 ，带 有 冷 切 套 的 定 子 则 安 装 在 主 轴 单 元 的
出 现 专 业 化 生 产 厂 家 ，按 系 列 提 供 产 品 。 由 于 直 接 传 动 ，
省去 了电 机 ，主轴 问 的皮 带 轮 、齿 轮 箱 等 传 动 链 ，其转
作 用 而 产 生 电 磁 推 力 ， 带 动 负 载 运 行 。 最 早 开 始 使 用 高
速 轻 而 易 举 地 达 到 ０～４０ ０／ ｉ，甚 至 更 高 ，不 仅 如 此 ， 速 直 线 电 机 的 美 国 Ｉ 瑚 ｌ 司 ，在 Ｈ Ｍ８０加 工 中 心 的 ２ ０ ｒｒｎ ａ ． ｎ Ⅱ公 Ｖ ０
出现 至 今 ２ ｏ年 左 右 时 间 ， 所 谓 高 速 切 削 ， 首 先 是 高 的 速
度 ，即 要 有 高 的 主 轴 转 速 ， 比 如 １ ００／ ｉ， １００／ ｉ ， ２ ０ ｒ ｎ ８ ０ ｒ ｎ ａ ｒ ａ ｒ
用 于 电 主 轴 。 陶 瓷 轴 承 的 滚 动 体 为 热 压 氮 化 硅 陶瓷 材 料 ， 内外 环 使 用 轴 承 钢 。 由 于 陶 瓷 滚 动 体 密 度 小 是 钢 的
高速 电主 轴 是 内装 式 主 轴 电 机 一 体 化 的主 轴 单 元 。 它 采 用 无 壳 电 机 ，将 其 空 心 传 子 用 压 配 合 的 形 式 直 接 装 在 机 床 主 轴 上 ，带 有 冷 切 套 的 定 子 则 安 装 在 主 轴 单 元 的
数控机床的高速切削加工技术探究
数控机床的高速切削加工技术探究摘要：数控加工技术是对传统机械模具技工制造的一种全新的突破点。
数控加工技术不仅能够让机械模具的生产质量和生产精准度得到显著的提升，还能够降低大量的劳动力成本和生产成本，让企业获得最高的经济收益。
因此，在使用数控加工技术的过程中，工作人员必须要清楚地认识到技术的优势所在，能够根据生产模具的不同，选择科学、合适的数控加工技术。
在生产的过程中，高速切削加工技术占有重要地位，本文对高速切削加工技术应用进行了探索，希望对促进制造行业的稳定发展有所帮助。
关键词：数控机床；高速切削加工；机械制造0 前言随着工业化进程的加速，现代制造业对产品质量、效率和成本的要求越来越高。
传统的加工方式不仅效率低下，而且难以保证产品质量和精度，难以满足现代制造业的要求。
高速加工技术可以有效提高加工效率和精度，减少加工过程中的热变形和刀具磨损，同时也可以降低加工噪音和粉尘等污染物的排放。
因此，数控加工零件将会越来越多地应用高速加工技术。
1 影响工件变形的因素1.1 工件的结构及材料特性航空、航天及船舶领域存在大量的薄壁环形件，不同结构工件的强度、刚度存在着差异。
材料和力学性能不同，切削加工就会有很大差异。
1.2 工装夹具工装夹具对工件的变形影响很大。
零件若受夹紧力不均匀，则形位会发生变化，从而影响加工精度。
装夹变形的预防措施包括：①将径向夹紧方式改为轴向夹紧方式，避免松开零件后产生较大的变形。
②增加端面压紧点数量，使零件在机械加工过程中受力均匀，减小装夹变形。
1.3 切削参数根据零件特性选择合适的刀具和切削参数。
可以采用高速切削技术来降低加工时的切削力，以减小加工变形。
选择较小的吃刀量，以减小振动，从而保证加工精度。
2 数控加工技术与高速切削技术2.1 数控加工技术发展历程数控加工( Numerical Control Machining) 是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，通过计算机控制机床加工运动，用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法，实现对工件的高精度加工和批量化生产，也是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。
高速切削技术在数控加工中的应用
控制 系统 等一 系 列技 术 领 域 中的 关键 技 术 初 步得 到解 决 ，已使 得 高速 、超 高速 加 工从 理 论 研 究进 入到具体 实施 的阶 段 。
１４ 提 高精度 ，减 少 工夹具成本 ． 高速切 削可 加工淬 硬零件 （ 可达Ｈ Ｃ ０ ，在一 Ｒ ６）
次 装 夹过 程 中可 完成 粗 、半 精 及 精加 工 工 序 ，对
１３ 改善 表面粗 糙度 ． 在 保证 生产 效 率 的 同时 ，可采 用 较 小 的进 给
量 ，从 而减 小 了加 工 表 面 的粗 糙度 值 。又 由于 切 削 力 的 降 低 ， 转 速 的 提 高 使 切 削 系统 的 工 作 频
收稿 日期 ：２ １－１－ ６ ００ ２ ０ 作者简介 ：刘虹 （９ ４一 １６ ），女，副教授，本科 ，研究方向为数控技术。
务ｌ
勺 化
高速 切 削技 术在 数 控加 工 中 的应 用
Ｔｈ ａｐｐｌ ｅ ｉ ｃａｔｏｎ ｏｆ ｈｉ － ｐｅ ｉ ｇｈ ｓ ｅｄ ｃｕｔ ｉ ｅｃｈｎ ｏ ｔ ｎｇ ｔ ｏｌ ｇｅ ｎ ｔ ｉ ｈｅ ｎｕｍ ｅ￣ｃａｌｃ ｏｎｔ ｏｌ ｒ ｍ ａｃ ｎｉ ｇ ｈｉ ｎ
刘 虹 ，周玉蓉
Ｌ Ｕ ｌ Ｈｏｎｇ． ＺＨ０ Ｕ ．ｏｎｇ Ｙｕ ｒ
（ 重庆工业职业技术学 院，重庆 ４ １ ２ ） ０ １ ０ 摘 要 ：高速切 削加工是数控加工发展 的一个重要方向，本文阐述了高速切削加工的特点、分析了高速 切削加Ｉ的关键技术 （ 包括机床 、刀具 、工艺） ，介绍了高速切削加工的应用领域。 文章编号 ：１ ０ — １ ４ ２ １ ）（ 一 １０ ０ ９ ０ ３ （０ １ ２ 上） ０ １ — ３ ０
性 ， 优 良 的 吸 振 特 性 和 隔 热 性 能 ， 快 速 可 靠 的 Ｃ 控 制性能 ，可靠 的安全 防护等 。 ＮＣ
１４ 提 高精度 ，减 少 工夹具成本 ． 高速切 削可 加工淬 硬零件 （ 可达Ｈ Ｃ ０ ，在一 Ｒ ６）
次 装 夹过 程 中可 完成 粗 、半 精 及 精加 工 工 序 ，对
１３ 改善 表面粗 糙度 ． 在 保证 生产 效 率 的 同时 ，可采 用 较 小 的进 给
量 ，从 而减 小 了加 工 表 面 的粗 糙度 值 。又 由于 切 削 力 的 降 低 ， 转 速 的 提 高 使 切 削 系统 的 工 作 频
收稿 日期 ：２ １－１－ ６ ００ ２ ０ 作者简介 ：刘虹 （９ ４一 １６ ），女，副教授，本科 ，研究方向为数控技术。
务ｌ
勺 化
高速 切 削技 术在 数 控加 工 中 的应 用
Ｔｈ ａｐｐｌ ｅ ｉ ｃａｔｏｎ ｏｆ ｈｉ － ｐｅ ｉ ｇｈ ｓ ｅｄ ｃｕｔ ｉ ｅｃｈｎ ｏ ｔ ｎｇ ｔ ｏｌ ｇｅ ｎ ｔ ｉ ｈｅ ｎｕｍ ｅ￣ｃａｌｃ ｏｎｔ ｏｌ ｒ ｍ ａｃ ｎｉ ｇ ｈｉ ｎ
刘 虹 ，周玉蓉
Ｌ Ｕ ｌ Ｈｏｎｇ． ＺＨ０ Ｕ ．ｏｎｇ Ｙｕ ｒ
（ 重庆工业职业技术学 院，重庆 ４ １ ２ ） ０ １ ０ 摘 要 ：高速切 削加工是数控加工发展 的一个重要方向，本文阐述了高速切削加工的特点、分析了高速 切削加Ｉ的关键技术 （ 包括机床 、刀具 、工艺） ，介绍了高速切削加工的应用领域。 文章编号 ：１ ０ — １ ４ ２ １ ）（ 一 １０ ０ ９ ０ ３ （０ １ ２ 上） ０ １ — ３ ０
性 ， 优 良 的 吸 振 特 性 和 隔 热 性 能 ， 快 速 可 靠 的 Ｃ 控 制性能 ，可靠 的安全 防护等 。 ＮＣ
高速切削技术及高速切削机床
高 速 度 、 精 度 、 进 给 为 主 要 特 征 的 高 新 技 术 。 高 高 大
速 切 削 可 以 大 幅 度 提 高 零 件 的 加 工 效 率 、 低 加 工 降
成 本 、 高 零 件 的 加 工 表 面 质 量 和 加 工 精 度 。 高 速 提
切 削加 工 在 航 空 航 天 、 具 工 业 和 汽 车 工 业 中 得 到 模 了广 泛 的 应 用 。高 速 切 削 技 术 是 一 项 综 合 性 高 新 技 术 ， 些 新 技 术 包 括 ： 具 技 术 （ 具 材 料 、 具 夹 持 这 刀 刀 刀
的最 终 工 序 。高 速切 削 时 机 床 的 激 振 频 率 远 远 离 开
轴 上 ， 有 冷 却 套 的 定 子 则 安 装 在 主 轴 单 元 的 壳 体 带
中 ， 成 内装 式 电 机 主 轴 。除 此 之 外 ， 轴 运 转 时 ， 形 主
机 床 的 固 有 频 率 ， 使 得 工 件 加 工 往 往 处 于 “ 振 这 元
削 范 围 。一 般 认 为 ， 速 加 工 各 种 材 料 的 切 削 速 度 高
范 围 为 ： 合 金 已 达 到 ２０ 铝 ０ ０～７ ０ ｍ ｍ ｎ 铸 铁 为 ５０ ／ ｉ；
９ ０ ０ ０ ｒｉ； 为 ６ ０—３ ０ ｍ／ ｎ 超 耐 热 镍 合 ０ ～５ ０ ｍ／ ｎ 钢 ａ ０ ０ ０ ｍｉ ；
切削相 比， 有如下重要 特点 ： 具 （ ） 除 单 位 材 料 的 能 耗 低 ， 削 效 率 高 ， 大 １切 切 大
提 高 了能 源 和 设 备 的 利 用 率 。 据 报 道 ， 位 时 间 材 单 料 切 除率 可 提 高 ３～５倍 。
（ ） 工 表 面 质 量 好 、 度 高 ， 作 为 机 械 加 工 ２加 精 可
高速切削技术及其在飞机结构件加工中的应用
Ｉ
●设 计 与 工 艺
对 于 单 面 结 构 的零 件 ， 艺 路 线 比较 简 单 ， ： 工 即 粗加 工一 精加 工 （ 半 可省 略 ） 精 加工 。 一 航 空产 品 中 ， 多数 零 件 都具 有 双 面 结构 ， 大 对这
６ 对 镶 齿刀具 ，必须要 有 高精 度刀 片座 和 可靠 ）
５ ）可进 行硬 切削 ： ６ 减 少 毛边 ： ）
和 大棵 中广泛 地 采 用高 速 切 削技 术 ，使 生 产效教练机 ２ １ ．Ｏ． Ｉ２ ０ １Ｎ ２ ５
目前 。国际上 在 高速 切 削理 论 研究 方 面 虽取 得
１ 在 航 空 航 天 中 。 了最 大 限度 地 减 重 和 满 足 ） 为
少 刀 具磨损 ， 高零件 的表 面质 量 。 提 高速 切削 加 工技 术 具有 不 同 于传 统 切 削加 工 技 术 的加 工机 理 和应 用优 势 ．相 对 常 规切 削速 度 下 数 控加 工 来说 是 整个 工 艺观 念 的转 变 ，不 能 简单 化 地 更 改 切 削参 数 来实 现 。根 据航 空 产 品 的材料 和结 构 特点 ， 要实 现 高速加 工 ， 须考 虑下 列关 键技术 ： 必 １ 高 速 切 削机 床 具有 高 主轴 转 速 、 ） 高动 态 的进 给驱 动 ， 的功 率 ， 轴 和床 身 良好 的刚 性 ， 良 的 大 主 优 吸振 特性 和隔 热性能 ， 速 的 Ｃ Ｃ控 制性 能 ， 快 Ｎ 可靠 的
方 案 Ａ适合 “ 面” 构 简单 ，正 面 ” 加 ＿ 后 ， 正 结 “ 精 ［
对 “ 面” 工 的 装夹 定 位没 有 影 响 的零 件 ， 壁板 ； 反 加 如
切 入切 出过 程 的温 度变 化 ， 生热 疲 劳 。 产 降低 刀具 寿
《基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台的开发》
《基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台的开发》一、引言随着现代制造业的快速发展，高速切削技术已成为金属加工领域的重要技术之一。
钛合金作为一种具有高强度、轻质、耐腐蚀等特性的金属材料，在航空、航天、医疗等领域得到了广泛应用。
然而，钛合金的加工难度大，需要采用高效的切削技术。
因此，基于仿真技术的钛合金高速切削仿真平台的研究与开发具有重要的实际意义。
本文将介绍基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台的开发过程和关键技术。
二、开发背景及意义随着计算机技术的快速发展，仿真技术在制造业中得到了广泛应用。
Abaqus作为一种功能强大的工程仿真软件，广泛应用于各种工程领域的仿真分析。
基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台可以有效地模拟钛合金的切削过程，预测切削力、切削温度、刀具磨损等关键参数，为优化切削工艺提供有力支持。
同时，该平台还可以为钛合金的加工提供理论依据，提高加工效率，降低加工成本，具有重要的实际意义。
三、平台开发流程1. 需求分析：明确平台的功能需求，包括仿真模型的建立、材料属性的设定、切削参数的设置等。
2. 软件选型：选择合适的仿真软件，本文选用Abaqus作为仿真平台。
3. 建模与材料属性设定：根据需求建立仿真模型，设定材料属性，包括钛合金的弹性模量、热导率、热膨胀系数等。
4. 切削参数设置：设定切削速度、进给量、切削深度等关键参数。
5. 仿真分析：进行仿真分析，获取切削力、切削温度、刀具磨损等关键参数。
6. 结果后处理：对仿真结果进行后处理，提取有用的数据信息。
7. 结果验证与优化：将仿真结果与实际切削结果进行对比，验证仿真平台的准确性，根据实际需求进行优化。
四、关键技术及实现方法1. 仿真模型的建立：根据实际切削过程建立合理的仿真模型，包括工件、刀具、夹具等部分的建模。
2. 材料属性的设定：根据钛合金的物理和力学性能设定材料属性，包括弹性模量、热导率、热膨胀系数等。
3. 切削参数的设置：根据实际需求设定切削速度、进给量、切削深度等关键参数。
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＿ 产现高速切削加工的核 的发 展 目标 ，高速机床的生产能力 给系统和高速 Ｃ 控 制系统 等。 ＮＣ 高
大
心 究 容 要 研 内 主 有：
Hale Waihona Puke 和技术水平已经成为衡量一个国家 速机 床 整机技 术研 究 内容主 要包 括：机床床身 、冷却系统 、安全措
高速 切削机理 、高速加工技术、高 制造技术水平的重要标志 。 速加工 用刀具技 术、高速加工工艺
高速主轴单元
高速主轴部件是高速机床最为
现高 速切削的基础 。 现在工业发达 高速加工机床单元技 术的研究 内容 关键部件之一 ，同时高 速主轴单元 国家都把生产高速 机床 作为其重要 主要包括 ：高速主轴单元 、高速进 的设计是实现高速加工的关键技术
２０ 年第５ ｆ ０７ 期 总第７ 期 Ｊ Ｏ Ｌ ４ Ｍ ＵＤ＆ＤＥＰ Ｏ Ｅ Ｔ模 具工程 Ｉ Ｒ ＪＣ
采 用 三 套 主 轴 轴 承 支 承 的结 构 ， 气动主轴 、水动主轴 。不 同类型的
高速主轴 矢 量控 制 ，具 有输 出功 率 大 、调 Ｄ ｎ值 可 以 达 到 １ ８ Ｘ １ ． ０ｍｍ ・ ／ ｒ 主轴输出功率相差较大 。 并 速 范 围 宽 和 功 率 一扭 矩 特 性 好 的 ａｎ ｒｉ ，但 是主轴支承 刚度有所 降 要在极短的时间内完成升降速 ，
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｅ ｋ ｙ ｔｃ ｏｏ ｉｓ ａ ｄ ｃ ｒｎ ｔ ｔｓ ａ ｈｅ ｎ ｗ ｅｔ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒｃ： ｅ ｅ ｈｎ ｌ ｇｅ ｎ ｕｒｅ ｔ ｓａｅ ｎｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｆ ｒ ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔ ａ ｈｉ ｎ ｏ ｉ ｅ ｉｈ ｈ ｇ ｓ ｅ ｄ ｓ ｉｄ ｅ ｕ ｔ ｈｇｈ ｓ ｅ ｄ ｆｅ ｙ ｔｍ ， ＣＮ Ｃ ｃ ｎｔｏ ｕｔｉ ｍ ｃ ｎｉｇ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗ ｔ ｉ ｈ ｐ ｅ ｐｎ ｌ ｎｉ， ｉ ｐ ｅ ｅ ｄ ｓ ｓｅ ｎｇ ｏ ｒｌ
驱动如果通过皮带等 中间环节 ， 不 惯量小 ，快速响应性好 ，能实现很
仅 会 在 高 速 状 态 打 滑 、 生 振 动 和 高 的速度 、加速度和定角度 的快速 产
目前 ， 国内外 主轴轴承的结构 噪音 ，而且增加了转动惯量 ，机床 准 停。高速加工的最终 目的是为了
形 式 主 要 有 内 外 圈 都 是 单 挡 边 结 主轴快速准停非常困难。高速加工 提高生产率 ，因此要求 主轴在最短 构 、内 圈 单 挡 边 结 构 和 外 圈双 挡 边 机床主轴系统在结构上几乎都是采 的时 间内实现高 转速 的速度变 化 ，
高速机床技术主要包括高速单 施和加工环境等［ １ ・ 。
技术 以及高速加工 测试技术 等，其 元技术和机床整机技术 。 高速加工 中高速机床是实现高速加工的前提 机 床 能 否 达 到 理 想 加 工 状 态 ， 要 主
和 基 础 条 件 。 能 良好 的 机 床 是 实 取 决于高速加 工机床的 关键单元 。 性
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感受 一 吧 下
呢 让我 们 一 去 起 些技术完 竞是 什么
用就容易 多了 ， 这
高 速 加 工的 技 术 应
问题只要得到解决 ， 加 工中的 关键技 术
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高速切 削关键技 术
Ｈ Ｓ Ｄ Ｕ ＴＴ Ｉ Ｍ Ａ ｅ Ｈ Ｇ ｌ Ｈ ＰＥＥ Ｃ Ｇ Ｇ Ｎ Ｉ ｌ Ｎ Ｎ
结构。高速轴承采用外 圈引导保持 用交 流 伺 服 电机 直接 驱 动 的 集 成 结 也就是要求主轴 回转时具有极大的 架 ，双挡 圈能 够 使保持 架 受 力均 构形式 。集成 化主轴 有两种形式 ： 衡 ，有利于转速的提高 。在设计上
９ ９
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以达 到 １０ × １９ ｍ ・ ／ ｎ。进 进 行 严 ． ０ｒ ｉ ｒ ｍｉ 入 ２ 世 纪 ８ 代 ，出 现 了 工 作 端 轴单元的类 Ｏ Ｏ年
保 格控制 。高速主 转 速 低 于 临 界 转 速 ， 证 高 速 回转
型 主 要 有 电 主轴 、 时 的 安 全 。 （） ３电主轴采用交流变频调速和
口 李长河 蔡光起
摘 要 ：论述 了高速 切削的高速主轴 单元 、高速进 给系统 、高速 ＣＮＣ控 制系统 、高性 能刀具 系统 、 机床 支承技术 、辅助单 元技术 以及 高速切 削加工理论 等高速切 削的关键技 术的现状 与最新进展 。
关键 词 ： 高速切 削 ；机床 ；关键技 术 ； 新进展
ｓ ｓ ｅ ， ｈｉ ｈ ｐ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｕ ｔｎ ｏ ｌ ｓ ｓ ｅ ， ｍ ａ ｈｉ ｅ ｔ ｏ ｕ ｏ ｔ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ ｔｍ ｇ ｅｆｒ ｎ ｅ ｃ ｔｉ ｇ ｔ ｏ ｙ ｔｍ ｃ ｎ ｏ ｌ ｓ ｐｐ ｒ ｅ ｈｎ ｌ ｇｙ， ａ ｓ ｓ ａ ｉ ｔ ｓ ｉ ｔ ｎｔ ｕｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｈ ｇ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔｉ ｇ ｔ ｏ ｙ ｗｅ ｅ ｉ ｖ ｔ ｔ ｄ． ｅ ｈ ｌ ｇ ｎ ｉ ｈ ｐ ｅ ｕ ｔｎ ｈｅ ｒ ｒ ｎ ｅ ｉ ｅ ｎ ｓ ｇａ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｇ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔｎ ； Ｍ ａ ｈ ｎ ｏ ｌ Ｋｅ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｙ ｒ ｓ Ｈｉ ｈ ｐ ｅ ｕｔｉ ｇ ｃ ｉ ｅｔｏ； ｙｔ ｃ ｏ ｏ ｙ； Ｎｅ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｗ ｄ ｖｌｐ ｎ
低， 可以采用 多组轴承组合的方法 在指 定的位置 快速 准停 ， 这就要求 特 点 。
来改善 。近年 来主轴单 元的结构不 主轴具有很高的 角加速度 。主轴的
断 改进 ， Ｄｎ 值 可 以达 到 ２． ５Ｘ
１９ ｍ ・ ／ ｉ ０ｒ ｉ ｒ ｍ ｎ。
（） ４电主轴机械结构 简单 ， 转动