目前准干切多指“最小量润滑技术” （Minimal Quantity Lubrication——MQL） ，此法将压缩空气与少量润滑液混合 气化后，喷射到加工区，进行有效润滑，可大大减小刀 具－工件及刀具－切屑之间的摩擦，起到抑制温升、降 低刀具磨损、避免粘接、提高加工表面质量的作用 准干切因使用润滑液量很小（一般为0.03～0.2L/h，仅 为湿切冷却液用量的几万分之一），不会产生污染
普通切削
铝 合金
青铜， 黄铜
过渡区 高速切削
铸铁
钢
钛 合金 镍 基合 金 10 100 1000 m/min 10000
切削速度 vc（铣削）
来源：PTW
8
高速切削的定义
高速范围与加工方法密切相关
车削：700～7000 m/min； 铣削：300～6000 m/min； 钻削：200～1100 m/min； 磨削：150m/s以上。
v=200m/mim vf =50mm/min a p= 0.5mm v=110m/min f =0.08mm/r a p= 0.3mm
钛合金Ti6Al4V 柴油机机体主轴 承孔（表面热喷 涂镍基合金）
HV330
铣削
HRC50
镗孔
20
高速切削的应用
干切系指不使用冷却液的切削技术
准干切则指使用最少量冷却液的切削技术
HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 0.3GPa 146.5 惰性小 2.8GPa 100-120 600-800 ℃ 惰性小
抗弯强度 2.4GPa 导热系数 40-50 热稳定性 350℃ 化学惰性
1000 ℃ 1400 ℃ 800 ℃
耐磨性
加工质量
低
低
较高 高 一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
4
高速切削定义
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用
较高的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削
速度的5～10倍。 高速切削的速度范围与加工方法和工件 材料密切相关。
术语：
HSC
HSM HSM HSD
＝
＝ ＝ ＝
High-Speed-Cutting
High-Speed-Machining High-Speed-Milling High-Speed-Drilling
小时就完全达到了工艺要求。
18
高速切削的应用
PCD刀具切削铝、铜合金实例
加工对象 车辆汽缸体 AlSi17Cu4Mg 合金 照相机机身 13％硅铝合金 活塞环槽 LM24铝合金 活塞式阀门 LM24铝合金 整流子 CDA105铜合 金 油泵喷射内孔 GdAlSi12Cu 硅铝合金 加工方式 工艺参数 v = 800m/mim fz = 0.08mm/齿 a p= 0.5mm v = 2900m/mim fz = 0.018mm/齿 a p= 0.5mm v = 590m/mim f = 0.2mm/r a p= 10mm v = 132m/mim vf = 380mm/min v = 350m/mim f = 0.05mm/r a p= 0.25mm, 干切 v = 173m/mim f = 0.02mm/r a p= 0.2mm 刀具参数 12mm方形刀片 齿数z = 12 α0＝12° 齿数z = 4 γ0＝10° α0＝12° γ0＝10° α0＝12° α0’＝2° 麻花钻 γ0＝0° α0 ＝ 7 ° rε＝0.5mm 阶梯镗刀 加工效果 Ra=0.8μm，可连续加工500件 （使用WC基硬质合金只能加 工25件） Ra=0.8～0.4μm，可连续加工 20000件（使用WC基硬质合金 只能加工250件） 可连续加工2500件，无颤振 可连续加工5000件，取代硬质 合金钻头定中心、钻孔、铰孔 可连续加工2500件（使用WC 基硬质合金只能加工50件） Ra=0.35μm，每把刀可加工 150000件
HST
＝
High-Speed-Turning
High-Speed-Turn-Milling
5
HSTM ＝
高速切削定义
20世纪20年代德国物理学家Carl.J.Salomon 提出高速加 工的理论
Tcr
切削 温度
Ta
v1 vcr
切削 速度
6
v2
高速切削定义
切削温度/℃
1600
钢
1200
பைடு நூலகம்
青铜
铸铁
硬质合金980℃
高速加工技术
High Speed Machining Technology
内容提要
高速加工概述
切削技术的发展 高速切削定义 高速切削的特征 高速切削的应用
相关的技术
高速加工刀具 高速切削机床
高速加工路径规划
2
切削技术的发展
目标 手段
柔性制造系统
提高柔性
提高加工质量
提高切削速度
前刀面 刀具
后刀面 工件
切削热大部分由 切屑快速带走
避免积屑瘤的产 生
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高速切削的优点
高单位时间切除率，进给率较常规切削提高5-10倍，材料去
除率可提高3-6倍
高加工表面质量，精度，刀具激振频率远离工艺系统固有
频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易 于保证加工精度和表面质量
• 天然金刚石耐热性为 700-800℃，高于此温度，碳原子 转化为石墨结构，硬度丧失。 • 天然金刚石价格昂贵，刃磨困难，主要用于加工精度和 表面粗糙度要求极高的零件，如激光反射镜、感光鼓、多 面镜、磁盘等。
25
高速加工刀具
聚晶金刚石 • 人造金刚石是在高温高压条件下，借助于某些合金触媒的 作用，由石墨转化而成。 • 在高温高压下，金刚石粉经二次压制形成聚晶金刚石 • 聚晶金刚石硬度略低于天然金刚石，为HV6500-8000 。 • 聚晶金刚石价格便宜，焊接方便，可磨性好，应用广泛， 可在大部分场合代替天然金刚石。 • 用等离子CVD（化学气相沉积）可将聚晶金刚石作成涂层， 用途和聚晶金刚石刀具相同。 • 金刚石刀具不适于加工铁族材料，因为金刚石中的碳元 素与铁元素有很强的亲和力，碳元素极易向含铁的工件扩 散，使金刚石刀具很快磨损。
后续工作 精加工 半精加工 粗加工 加工准备 设计
（常规铣削）
（高速铣削）
来源：BMW
13
高速切削的特征
降低切削力
（用PCD刀具材料车削铝合金）
（主切削力）
（切削速度） 来源：PTW
14
高速切削的特征
减少传递给工件的热量 切屑和接触面之 接触区 间的接触区域产生 的高温会导致温度 高速切削的剪切角 效应并降低工件材 料变形的阻力 常规切削的剪切角 剪切角增大
† 机床结构及材料 † 机床设计制造技术 † 高速主轴系统
† 快速进给系统
† 高性能CNC系统 † 高性能刀具及工件夹紧系统 † 高效高精度测量测试技术 † 安全防护技术
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高速加工刀具
普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比
刀具材料种类 材料性能 硬度 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 HRC65 HRC66 3.2GPa 20-30 620 ℃ 1.45GPa 0.8GPa 70-100 低 30-40 惰性大 天然 聚晶金刚石 金刚石 PCD 聚晶立方氮 化硼 PCBN HV4000 1.5GPa 40-100 ＞1000 ℃ 惰性大
切削加工 提高精度 扩大加工材料范围 提高生产率 降低加工成本 减少消耗
高速切削
精密与超精密加工 高硬材料切削（HRC60以 上） 干切削与微切削
3
切削技术的发展
条件
高速切削
机床与装备 ＋ 机床新概念
＋ 驱动系统 ＋ 控制系统 ＋ 夹紧系统
刀具 ＋ 刀具材料
干切削
硬切削
＋ 刀具涂层 ＋ 标准化与多功能 化刀具
一般钢 材、铸 铁粗、 精加工 高硬度 钢材精 加工
最高 最高 高精度 Ra=0.1-0.05 IT5-6
硬质合金、铜、 铝有色金属及 其合金、陶瓷 等高硬度材料
很高 Ra=0.4-0.2 IT5-6 可替代磨削
淬火钢、冷硬 铸铁、高温合 金等难加工材 料
低速加 加工对象 工一般 钢材、 铸铁
一般钢 材、铸 铁粗、 精加工
（刀具寿命） 工件材料： X100CrMoV51 (2363) ，60 HRC
刀具： 球头刀：d = 6 mm 刀刃数：2（CBN时1） 刀具材料： HM：硬质合金，TiN 涂层 （切削速度）
CBN：立方氮化錋
Cermet：金属陶瓷
来源：PTW
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高速切削的特征
提高单位时间的切除量，降低产品的制造时间
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精铣
精铣
车削 钻孔 精车
精镗
高速切削的应用
PCBN刀具在高速切削中的应用实例
加工对象 冷挤压模YG15 硬度 HRA87 加工方式 镗孔 工艺参数 加工效果 工效较电火花加工提高30倍， Ra=0.8～0.4μm Ra=1.6～0.8μm 行程达13000m， Ra=1.6～0.8μm
v=50m/mim f = 0.1mm/r a p= 0.1mm
Stelite合金850℃
800 高速钢650℃ 碳素工具钢450℃ 400
软铝
非铁金属
切削不 切削适应区 适应区
0
600
1200
1800
2400
3000
切削适应区
切削速度v/(m/min)
图2 Salomon切削温度与切削速度曲线
7
高速切削的定义
高速范围与加工材料密切相关
工件材料
纤 维增 强 塑料
例如：在切削灰铸铁时，1000 m/min 以上才是高速车削，