4）行切的端点采用圆弧连接，避免直线连接；
高 5）应尽量避免全力宽切削；
速 6）残余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般应采用
铣 多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工，直至达到所需尺寸，避
削
免用小刀一次加工完成；
加

7）刀具轨迹编辑优化功能非常重要，应避免多余空刀，可通过对刀 具轨迹的摄像、复制、旋转等操作来避免重复计算；
是二十世纪九十年代迅速走向实际应用的先进加
工技术 。
高 高速铣削可用于铝合金、铜等易切削家属和淬 速 火钢、钛合金、高温合金等难加工材料以及碳纤 铣 维塑料等非金属材料。 削 在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于 加 HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加 工 工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零
23
数 控
5.3 刀杆结构
加 工
技 高速铣削刀具，分为整体式和机夹式两类。
术
当机床最高转速达到15000 转/分时，通常
需要采用HSK 高速铣刀刀杆，或其他种类的
高 短柄刀杆。
速
铣
削
加
工
24
数 控
刀杆夹紧刀具的方式
加 工
技 有侧固式、弹性夹紧式（a）、液压夹紧式
术 (b)和热膨胀式(c)等。侧固式难以保证刀具
工 （5）每齿进给量为常数可达到最好的表面
加工质量。
18
数 控
高速铣削的工艺特点：
加
工
技
（1）很窄的公差带；
术
（2）浅切削；
（3）高的切削速度（达到机床极限）；
高
（4）用斜坡和螺旋式进刀；
速
（5）大量采用分层切削；
铣
（6）轮廓加工采用小的粗糙度；
削 加
（7）多用球头刀和圆角立铣刀；
工
（8）切削的切除率尽量保持常数；
仍受到一些限制 .
9
数 控
3.2
高速切削的限制
加
工 技 术

（1）刀具必须采用 HSK 的刀柄，外加动平衡，刀具的长度 不能超过120mm，直径不能超过16mm，且必须采用进口 刀具。这样，在进行深的型腔加工时便受到限制。
（2）扭矩极小，通常只有十几个N·m，最高转速时只有
5～6N·m。这样的高速切削，一般只能用来进行石墨、铝
术 （1）有色金属，如铝、铝合金，特别是薄壁铝件的加
工。目前已经可以切出厚度为0.1mm、高为几十毫米
的成形曲面。
（2）石墨加工。
高 速 铣
（3）模具特别是淬硬模具的加工。高速切削已经可以 达到很高的表面质量（Ra≤0.4um），省去了电加工 后面的磨削和抛光的工序。高速切削中形成的已加工表
工 8）刀具轨迹裁剪修复功能也很重要，可通过精确裁剪减少空刀提高
效率；也可用于零件局部变化编程，仅需编辑修改边际，无需对整个
模型重新编程。
12
数 控
3.5
高速切削技术的发展和展望
加
工 技 术

（1）在提高机床进给速度的同时保持机床精度。目前铣削轮 廓的进给速度是500～600in/min，这个速度还要提高一倍；
加
工
技
高速铣削刀具必须具备可靠的安全性和
术 高的耐用度。高速切削刀具的安全性必须考
虑刀具强度、刀具夹持、刀片压紧和刀具动
平衡。高速切削刀具的耐用度与刀具材料、
高 刀尖结构、切削用量、走刀方式、冷却条件、
速 刀具工件材料匹配等因素有关。
铣
削 高速铣削刀具材料主要有硬质合金、涂
加 工
层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼 （CBN）和金刚石刀具。
另一个特点是小切削用量 。主轴转速可达
削 10000～100000r/min，进给可达20～
加 40m/min，进给加速度可达2g～10g。高速 工 铣削的切宽约为刀具直径的1/3，切深约为
刀具直径的1/10，在加工中要求不同时进
行端铣和周铣。
7
数 控
3.1高速切削的应用
加
工
技 目前高速切削主要应用于以下几个方面：
但目前即使是在金属切削机床水平先进的瑞士、德
国、日本、美国，对高速切削技术的研究也还处在
不断的摸索当中。
高 有待于解决的问题：比如高速机床的动态、热态特 速 性；刀具材料、几何角度和耐用度问题，机床与刀 铣 具间的接口技术（刀具的动平衡、扭矩传输）、冷 削 却润滑液的选择、CAD/CAM 的程序后置处理问题、 加 高速切削时刀具轨迹的优化问题等等。主轴转速为 工 10～42000r/min这样的高速切削在实际应用时
速 铣 削 加 工
速铣削不仅仅是高的切削速度，应该把它看 作一个过程，它的各个工序的完成，需要有 非常特定的方法和依靠高精度的生产设备。
高速铣削是一种高生产率的加工，对小尺
寸的工件，适合从粗加工到精加工，对其他
尺寸的工件，适合精加工和超精加工。
15
数 控
粗加工的高速铣削要求：
加
工 技 术
（1）刀具总是以５°倾角，以螺旋或倾斜方式进入工件 材料；
合金上涂CBN、TiC等，也可采用人造金刚石，即 PCD等，使刀具可以承受高达300～500m/min的切 削线速度。德国标准DIN 69893规定了高速切削用 刀具主柄HSK的结构和尺寸，这一标准也已作为国
际标准的草案。我国已开始引进使用此刀柄的机床、
刀具及其其它配套产品。
22
数 控
5.2高速铣削刀具的选用
（2）根据刀具材料、工件材料、机床和ＣＮＣ系统的能
力和条件。使进给率与主轴转速之比值应该达到最佳；
（3）即使在减少进给量或刀具停止时也要避免急剧改变
高 切削方向。在严重情况下会造成刀具的立即损坏；
速
铣 削 加
（4）为了平稳从容地加工硬化了的材料，径向进给量不 得大于6%～8%的刀具直径，深度进给量最大不超过 5%的刀具直径；
数
控
加 工
数控加工技术
技
术
高速切削加工
关耀奇
湖南工程学院机械工程系
1
数
控
加
工
技 术
内容提要：
高
本节主要介绍数控高速切削加工的特
速
铣
点、工艺性分析（工艺原则、高速切削方
削
加
工
法、刀具的选用）。
2
数 控
高速切削简介
加
工
技 术
高速切削的概念早在1931年就由德国所罗门博
士提出 ；高速切削（High Speed Cutting-HSC）
合金、淬火材料的精加工。
高 速 铣

（3）应尽可能提高进给量，以保证机床既能进行粗加工， 又能进行精加工，既省时效率又高。
削 加 工

（4）针对传统的加工方式和不同的被切削材料，应选择合 适的刀具材料来实现高速加工，而不能一味地追求高速， 为高速而高速。高速切削的刀具材料必须根据工件材料和 加工性质来选择。一般而言，陶瓷、金属陶瓷及PCBN刀具
加 产率。六十多年来，人们一直在探索有效、
工 适用、可靠的高速切削技术，到二十世纪
九十年代逐渐在工业实际中推广应用。
4
数 控
高速切削涉及机床的下列部件特性：
加
工
技 术
（1）高速主轴单元
（2）快速进给和高加（减）速的驱动
系统
高
速 （3）高性能的高速CNC控制系统
铣
削 加
（4）高刚性的机床结构
工 （5）超硬刀具材料、结构和涂层工艺
加 工
适应高速铣削的CAM系统在数控
编程方法上也带来了本质的改变。
20
数 控
高速铣削中CAM的特点：
加
工
技 高速铣削的顺利进行，对CAM系统
术 提出了更高的要求，大多数工艺问题也
都是通过CAM系统来得到体现的。具
高 体体现如下：
速 铣
（1）进退刀控制
削 加
（2）移刀方法
工
（3）刀路轨迹的拐角处理
21
动平衡，在高速铣削式不宜采用。
高
速
铣
削
（a）
加
工
（b）
25
(c)
数 控
6.高速切削对机床的特殊要求
加
工 （1）主轴转速高、功率大。 主轴最高转速一般
工 上道工序的较为均匀的加工余量，是
高速铣削发挥优势的基础之一。
14
数
控
加
工 技 术
对于一个高速加工任务，要把粗加工、半 精加工、精加工作为一个整体过程来考虑，
设计出一个包括选用刀具和设置切削参数在
内的合理的加工方案，从总体上达到加工的
高质量和生产的高效率，充分发挥高速铣削
高 的优势，就是高速铣削工艺设计的原则。高
数 控
5.1高速铣削刀柄的选用
加
工 技 术

由于在高速切削时，切削力已经不是重要因素，不 需大的切削扭矩，因此刀柄就不再是传统的锥柄，
而是短圆柄，即HSK型柄，不需拉钉，主轴锁紧装
置充分考虑离心力的影响。重要的是需要动平衡，
即需加上动平衡环，在装好刀具后，由动平衡仪进
高 速 铣 削 加 工
行平衡。刀具本身采用整体硬质合金刀，或在硬质
等适用于对钢铁等黑色金属的高速切削；PCD 和CVD等刀
具则适用于对铝、镁、铜等有色金属的高速切削。
10
数 控
3.3
高速切削对CAM系统的要求
加
工 技
CAM系统应具有很高的计算编程速度
术
全程自动防过切处理能力及自动刀柄干
涉检查
高 速
进给率优化处理功能