高速切削(HSC)加工作為一種先進的切削技術，自二十世紀八十年代以來得到了日益廣泛的應用。高速加工采用遠高于常規(guī)加工的切削速度和進給速度，不僅可提高加工效率，縮短加工工時，同時還可獲得很高的加工精度。隨著高速主軸技術的發(fā)展，與其配套的新型刀具不斷出現，同時對高速加工工藝參數的優(yōu)化研究也在不斷深人，使得高速切削技術的理論研究和應用都得到了長足的發(fā)展。

      高速加工的主要優(yōu)點有:1、切削力降低03%左右，特別適合剛性差的零件，2、由于加工時對刀具和工件進行了冷卻潤滑，減少了切削熱對工件的影響，特別適合加工易熱變形的工件;3、激振頻率遠遠高于機床和工藝系統(tǒng)的固有頻率，加工平穩(wěn)，振動小，加工表面質量好4;、能極大地提高生產效率。但是，高速切削采用的高壓大流量冷卻方式會增加環(huán)境污染、提高生產成本、減少刀具的耐用度、加大機床腐蝕等一系列問題。

      為了解決上述問題，目前采用的方法一種是改變切削液的使用參數和用量，研制新型的無污染的綠色切削液;另一種是在切削過程中停止使用切削液，采用干切削，它能從根本上徹底解決切削液帶來的問題。干切削技術是上世紀九十年代為適應全球日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而發(fā)展起來的一項綠色切削加工技術，目前歐美、日本等工業(yè)發(fā)達國家非常重視干切削的研究，干切削技術已經成功應用到了生產領域，并且取得了良好的經濟效益。

      高速切削因具有降低切削力，工件熱變形小等特點，為實現干切削提供了有利條件，高速干切削的目標不僅要限制或停止使用切削液，而且要保證高的加工效率和加工質量。但在高速干切削中，因缺乏切削液的冷卻潤滑和排屑作用，會導致切削區(qū)刀具與工件的摩擦加劇，切削力增大，切削溫度上升，切削振動增強以及排屑不暢等情況，會影響機床加工性能和刀具使用壽命，降低加工質量。因此，需要從刀具、機床和輔助工藝等方面來進行研究并優(yōu)化，使高速干切削技術能得到更廣泛的應用。

      1高速干切削的刀具技術

      高速干切削的刀具要承受比濕切削更高的溫度，刀具與切屑和刀具與工件接觸面上的摩擦系數也要盡可能的小，而且還要求刀具有利于斷屑、排屑和散熱，這就需要從刀具材料、刀具涂層以及刀具結構的優(yōu)化等幾個方面來解決。

      1.1刀具材料

      刀具材料的迅速發(fā)展是高速干切削得以實施的工藝基礎。高速干切削時要求刀具材料與被加工材料的化學親和力要小，必須具有良好的耐熱性，極高的紅硬性和熱韌性。目前適用于干式加工的刀具材料有超細高的切削溫度，具有較高的強度和沖擊韌度，適用于制作干切削的鉆頭和銑刀。PCD(聚晶金剛石)和CVD金剛石涂層刀片有很高的硬度和熱導率，適合高速干切削有色金屬(如銅合金，鋁合金)以及欽合金和耐磨的高性能復合材料，但不能加工黑色金屬。CBN(立方氮化硼)的硬度和耐磨性僅次于金剛石，有優(yōu)良的紅硬性、化學穩(wěn)定性和低摩擦系數，是高速干切削HRC50以上淬硬鋼和冷硬鑄鐵等黑色金屬的理想刀具材料。

      金屬陶瓷的硬度和沖擊性好，熱硬性差，故多用于精加工和半精加工。陶瓷具有硬度高、化學穩(wěn)定性和抗粘結性好、摩擦系數低等優(yōu)點，是相對廉價的干切削刀具材料，但其強度、韌性和抗沖擊性能差，適用于灰鑄鐵和鋼的高速干切削。

      1.2刀具結構的優(yōu)化

      干切削刀具的失效形式主要是月牙洼磨損，所以一般都采用較大的前角以減少切屑與前刀面的接觸面積。為彌補大前角對刃口強度的削弱，常配以加強刃甚至前刀面上帶有加強筋。較大的正前角、鋒利而強有力的切削刃有利于斷屑�？傊�，干切削刀具的結構設計必須考慮斷屑和排屑的問題。對韌性材料的加工來說，斷屑非常關鍵，目前車刀三維曲面斷屑槽方面的設計制造技術已經比較成熟，可針對不同的工件材料和切削用量很快設計出相應的斷屑槽結構與尺寸，并能大大提高切屑折斷能力和對切屑流動方向的控制能力。

      此外，為了加速刀具的冷卻以降低切削溫度，也可采用熱管式刀具或液氮冷卻刀具。如圖1，用液氮冷卻刀具的方法，在車刀的前刀面倒裝了一個金屬帽狀物，其內腔與刀片的表面共同組成一個封閉的空間。帽狀物上有液氮的人口和出口。在干切削過程中，液氮在封閉的空間內不斷地流動，吸收刀片上的切削熱，使刀具不產生過高的溫升，始終保持良好的切削性能，順利實現干切削。

   1.3刀具涂層

      采用高速干切削，若僅僅使用目前已有的熱穩(wěn)定性好的刀具材料和優(yōu)化刀具幾何形狀，仍不能達到很好的效果。因此，采用在刀面上涂覆隔熱性好的硬涂層和具有固體潤滑性能的軟涂層，使刀具能承受更高的切削溫度。涂層的作用一是提供了低摩擦層，減少了刀具與工件表面之間的摩擦和粘結，相當于切削液的潤滑作用;二是在刀具和切削之間起到隔熱作用，阻止切削熱向刀具傳播，相當于切削液的冷卻作用。

      涂層材料可分為軟涂層和硬涂層�；�于MoS2和WC/C的軟涂層主要用于對涂層的滑動性能要求非常高的場合。硬涂層主要有TiN、TiCN、TiALN等，TiALN具有很好的耐熱性和耐高溫性，硬度高達HV3500，工作溫度高達79℃，而且因為添加了AL，使刀具的抗氧化性能大大提高，是高速加工和干切削最常用的材料。ITN在干切削時可作為一種"通用涂層"，主要用于干攻絲(鑄鐵絲錐除外)，TiN涂層用在整體硬質合金銑刀上效果很好。

      在高速干切削刀具中常常使用多層復合涂層，把硬涂層和軟涂層結合在一起，即在一道涂覆工序中采用兩種物理氣相沉積工藝，先產生硬涂層TiALN，然后再在其上面采用濺射法產生WC/C軟涂層，可以有效提高刀具的壽命。目前新的涂層技術如高硬度、高熱穩(wěn)定性的金剛石薄膜涂層，CBN薄膜涂層，由多種涂層材料不同組合構成的納米級涂層等，均得到了長足的發(fā)展，其所具有的優(yōu)異抗磨損及自潤滑性能，使其更能適用于多種材料的高速干切削。