论文导读：本文从切屑形成、切削力、切削温度三个方面分析了高速加工的优点，并阐述适合高速加工的刀炳系统，最后提出了高速切削技术的发展。
关键词：高速切削优点，刀炳系统，高速切削发展
1、高速度切削的基础理论
高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。
2、 高速切削加工理论基础
(1) 切屑形成特征
不同材料在不同状态下的切屑形态:
 
(a)供货状态，切削速度127.2m/min （b）硬度325HB，切削速度125.5m/min
连续带状切屑（D.LEE）锯齿状切屑
工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起主要作用，其中工件材料及其性能有决定性的影响。一般低硬度和高热物理性能KρC（导热性K、密度ρ和比热容C的乘积）的工件材料如铝合金、低碳钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围内容易形成连续带状切屑。
硬度较高和低热物理特性KρC的工件材料，如热处理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在很宽的切削速度范围均形成锯齿状切屑，随切削速度的提高，锯齿化程度增高，直至形成分离的单元切屑。
(2)切削力学
图中Fs为剪切力，Fm为高速切削时切屑动量改变所需的作用力；Ff为作用在后刀面上的摩擦力
 直角切削时剪切角和前刀面受力简图
（3）切削热和切削温度
切削时的热量主要来自剪切变形功、刀－屑和刀－工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工件和刀具传出去，周围介质传出小于1％。
 切削时热的产生与传出
切削速度对切削温度的影响试验结果。随切削速度的提高，开始切削温度升高很快，但达到一定速度后，切削温度的升高逐渐缓慢，甚至很少升高。
3、 高速切削的优点
（1） 随切削速度的大副度提高，进给速度也相应提高5―10倍。这样，单位时间内的材料切除率可以大大增加，可达到常规切削的3―6倍，甚至更高。同时机床快速空程速度的大副提高，也大大减少了非切削的空行程时间，从而极大地提高了机床的生产率。
（2）在切削速度达到一定值后，切削力可降低30%以上，尤其是径向切削力的大副减少，特别有利于提高薄壁细肋等刚性差的高速精密加工。
（3）在高速切削时，95%--98% 以上的切削热来不及传给工件，被切削飞速带走，工件可基本上保持冷态，因而特别适合加工容易热变形的零件。
（4）高速切削时，机床的激震频率特别高，它远远离开了“机床―刀具―工件”工艺系统的固有频率范围，工作平稳震动小，因而能加工出非常精密、非常光洁的零件，零件经高速车、铣加工的表面质量常可达到磨削的水平，残留在工件表面上的应力也很小，故常可省去铣削后的精加工工序。
（5）高速切削可以加工各种难加工材料。例如，航空和动力部门大量采用的镍基合金和钛合金，这类材料强度大、硬度高、耐冲击、加工中容易硬化，切削温度高，刀具磨损严重。在普通加工中一般采用很低的切削速度。如采用高速切削，则其切削速度可提高到100―1000m/min，为常规切削速度的10倍左右，不但可大副提高生产率，而且可有效地减少刀具磨损，提高零件加工的表面质量。
（6）降低加工成本，由于高速切削，零件的单件加工时间缩短了；在一台机床上，一次装夹完成零件地所有粗、半精、精加工，提高了效率；高速加工提高了零件表面粗糙度质量，免去了后续地光整加工工序以及替代了一部分电加工工序；因此，虽然高速机床地价格高于普通速度机床，但是综合几方面的因素，仍可大幅度降低加成本。
4、高速切削加工的刀柄系统
BT系统：刀柄锥度7：24，单面接触。 HSK系统：刀柄锥度1：10，双面接触。
 
BT刀柄（7：24）BT刀柄与主轴接合图
 
HSK刀柄（1：10）HSK刀柄与主轴接合图
刀柄与主轴接触 不同刀柄系统，高速加工时，离心力有很大影响。
BT主轴/刀柄联结
主轴转速达到某一极限值 (n=15000r/min，F=15kN) 时，主轴/刀柄联接处大端的分离导致刀柄在切削力的作用下以刀柄为支承发生摆动，极大地降低了刀柄在主轴锥孔内的定位精度和重复定位精度，无法保证联结的可靠性。BT40联结的最佳转速范围为0~12,000r/min，12,000~15,000r/min仍可使用，15,000r/min以上，由于精度降低，无法使用。HSK－63A刀柄系统最佳转速范围为0－30000r/min，超过这个范围精度降低。
5、高速切削加工技术展望
高效率、高精度、高柔性和绿色化是机械加工领域的发展趋势。高速切削加工技术必将沿着安全、清洁生产和降低制造成本的方向继续发展，而成为21世纪切削技术的主流
切削速度目标：
铣加工铝及其合金10000m/min；铣加工铸铁5000m/min；铣加工普通钢2500m/min。
钻削铝及其合金30000r/min，钻削铸铁20000r/min，钻削普通钢10000r/min。
进给速度目标20～50m/min，进给量1.0～1.5mm/齿。
铝及其合金等有色金属和碳纤维增强塑料等非金属材料的切削速度主要受限于机床主轴最高转速和功率。在高速加工机床领域，具有小质量、大功率的高速电主轴、高加速度的快速直线电机和高速精密数控系统，以及配套的高速轴承及其润滑技术、刀库技术和自动换刀装置及监控技术等正在迅速发展，可望达到更高的加工水平。
铸铁、钢及其合金、钛及钛合金、高温耐热合金等超级合金以及金属基复合材料的高速切削加工目标主要受刀具寿命困扰，发展新型高温力学性能（硬度、强度与断裂韧性）和高抗热震性能更高的高可靠性的刀具材料对进一步发展高速切削技术具有决定性的意义。
现有高速切削刀具材料PCD、CBN、陶瓷刀具、金属陶瓷、涂层刀具和超细硬质合金刀具等仍将起主导作用，并将得到新的发展。进一步发展新型高温力学性能和高抗热震性能的高可靠性的刀具材料（包括自润滑刀具材料），特别是为加工超级合金和高性能新型工程材料和高速干切削的刀具材料是发展的重点。
金刚石刀具领域，人工合成单晶金刚石和金刚石厚膜涂层刀具具有更好的优越性，随技术日益成熟和成本降低，可望成为高速切削有色金属和非金属材料比较理想的刀具材料。
陶瓷刀具有独特优越性，可望通过多种强韧化机理（如微－纳、纳－纳等）大幅度提高其性能，它将成为高速切削钢、铁材料的最有前途的刀具材料之一。
涂层刀具在高速切削加工技术领域具有巨大潜力，通过深入研究涂层技术和涂层物质，如高强度的硬质合金粉末表面涂层、CBN涂层，纳米涂层等进一步提高其性能，可望成为高速切削加工最具有诱人吸引力的刀具材料。
在发展高速切削加工技术领域，开发高效复合切削技术和高性能切削技术及其多功能与专用刀具，是提高切削效率和加工质量十分有效的方法之一。
高速切削过程的机床、刀具和工件质量的智能监控技术将得到更加重视和发展。
6、结束语
高速切削加工技术是一项全新的、正在发展之中的先进实用技术，在工业发达国家已得到广泛的应用，取得巨大的经济和社会效益。在我国高速切削加工技术的开发和应用还处于初步阶段，还有大量研究、开发工作需要进行。但国内已进口了大批高速加工设备，也开发了多种高速机床和加工中心，还有许多可供应高速切削刀具系统的工具企业，只要充分认识高速切削加工技术的优越性和诱人的巨大经济效益的潜力，完全有可能迅速把我国高速切削加工技术的应用推进到一个新水平
参考文献：
（1）《第一届全国数控技能大赛决赛试题解析与点评》
第一届全国数控技能大赛 机床杂志社组编 中国科学技术出版社
（2）机电工程现代设计方法 万耀青，阮宝湘 北京理工大学出版社
（3）现代设计技术与机械产品 曹金榜 机械工业出版社
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