圖1 采用CBN100刀片精車恒速加工后的聯(lián)軸器
高速切削對(duì)刀具的材料、鍍層、幾何形狀以及刀柄系統(tǒng)、平衡技術(shù)等提出了很高的要求。
高速加工意味著高的主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度，一般把主軸轉(zhuǎn)速在10000~20000r/min以上定為高速加工，進(jìn)給速度通常要達(dá)到15~50m/min。高速加工對(duì)機(jī)床的主軸系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)與程序控制系統(tǒng)等都提出了更高的要求。對(duì)于刀具制造商而言，高速加工的另一種表述就是高速切削，意味著高的切削線速度與進(jìn)給量。高速切削對(duì)刀具的材料、鍍層、幾何形狀以及刀柄系統(tǒng)、平衡技術(shù)等提出了很高的要求。
高速切削刀具材料
1. 超硬刀具材料
目前適應(yīng)高速切削的代表性材料是立方氮化硼（CBN）。Secomax是山高刀具公司提供的基于PCBN（聚晶立方氮化硼）的高性能切削刀具材質(zhì)等級(jí)系列，刀片的形式包括鑲焊PCBN刀片、整層表面PCBN刀片與整體PCBN刀片。目前的Secomax材質(zhì)等級(jí)系列是CBN350、CBN300、CBN200、CBN20、CBN150、CBN100 與 CBN10，其中CBN100、CBN300、CBN350為整體型PCBN，其余為燒結(jié)型PCBN。Secomax的材質(zhì)等級(jí)是為加工淬硬鋼、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等專門研制的。
低含量CBN（45%~65%）主要用于精加工45~61HRC的淬硬鋼，山高的CBN150、CBN100 與 CBN10屬于這個(gè)范疇。高含量CBN（80%~90%）主要用于粗、半粗加工鎳、鉻鑄鐵，斷續(xù)切削淬硬鋼，高速切削鑄鐵、硬金屬、燒結(jié)金屬與重合金等，山高的CBN350、CBN300、CBN200、CBN20屬于這個(gè)范疇。除了CBN之外，聚晶金剛石（PCD）勝任有色金屬的高速切削加工。
圖2 SNMM190616/24W-R7型刀片
PCD刀具能以2500~5000m/min的高速切削含硅量<12%的鋁合金。如在聯(lián)軸器的精車恒速加工中（淬硬鋼，60 HRC，鍛件），使用的CBN100刀片，在切削速度180m/min、進(jìn)給量0.15mm/r、切削深度0.15mm的情況下，加工時(shí)間比磨削減少了40%（圖1）。
2. 涂層硬質(zhì)合金刀具
硬質(zhì)合金刀具的硬涂層可提高刀具壽命和生產(chǎn)率。化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)已從早期的單涂層發(fā)展到現(xiàn)在的由TiC、TiN、TiCN、Al2O3復(fù)合多涂層與中溫(MT)CVD TiCN涂層，而且通過選擇涂層的順序及涂層的總厚度來滿足特種金屬切削的要求，尤其是Al2O3涂層可提供包括高的抗擴(kuò)散性磨損、優(yōu)良的抗氧化性和高的熱硬度等極好的高溫性能，所以在鑄鐵及鋼等材料高速加工獲得廣泛應(yīng)用。
山高在車削領(lǐng)域推出了可用于高速加工的TPX000系列與TKX000系列材質(zhì)等級(jí)。TP1000在加工鋼件時(shí)推薦切削速度（建議的進(jìn)給量f=0.2mm/r）達(dá)到630m/min；TK1000在加工鋼件與鑄鐵的推薦切削速度（建議的進(jìn)給量f=0.2mm/r）分別達(dá)到625m/min與550m/min，超過高速切削該類工件材料的下限500m/min。在模具加工里，山高Jabro刀具公司推出的Tornado系列是針對(duì)高速加工特別開發(fā)的一個(gè)完整系列的整體硬質(zhì)合金立銑刀。Jabro的金剛石涂層立銑刀系列針對(duì)高速切削石墨材料。JH410系列單刃立銑刀適用于高速銑削鋁合金，金屬切除率高達(dá)6800cm3/min。在材質(zhì)為鋁合金的飛機(jī)框架零件的高速銑削加工中，使用JH410 φ17加工，在轉(zhuǎn)速25000r/min、進(jìn)給量fz=1.2mm (進(jìn)給速度F=30m/min)的情況下，切削深度可達(dá)16mm，切削寬度17mm，金屬切除率6800cm3/min。
圖3 高進(jìn)給銑刀R217/220.21
高速切削刀刃形狀
刀具切削刃形狀正向著高剛性、復(fù)合化、多刃化等方向發(fā)展。高速切削不同材料時(shí)的幾何參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量、刀具耐用度有很大的影響。一般前角比傳統(tǒng)加工方法小10，后角約大5~8。為防止刀尖處的熱磨損，主、副切削刃連接處應(yīng)圓弧過渡，提高刀具剛性與減少刀刃磨損的概率。
山高刀具的高進(jìn)給車刀與高進(jìn)給銑刀都采用了適應(yīng)高速切削的刀刃形狀。例如，外圓車削：使用改進(jìn)的DSKNR/L刀桿（主偏角15），刀片型號(hào)為SNMM190616/24W-R7（圖2），進(jìn)給量最大值2.5mm/r,切削深度最大值2.5mm。端面車削：使用標(biāo)準(zhǔn)的DSKNR/L刀桿（主偏角75），刀片型號(hào)為SNMM190616/24W-R7，進(jìn)給量最大值1.5mm/r,切削深度最大值12mm。
在銑削應(yīng)用里，山高擁有高進(jìn)給銑刀R217/220.21（圖3）,刀片采用型號(hào)為218.19的凸三角形刀片，最大進(jìn)給量為3.0mm/z。另外，享有盛譽(yù)的小魔王銑刀也推出了適用于高進(jìn)給銑削的刀片，標(biāo)準(zhǔn)的平面銑刀也可安裝適用于高進(jìn)給銑削的刀夾。
圖4 D型精密彈簧夾頭刀柄
高速切削刀柄系統(tǒng)與動(dòng)平衡技術(shù)
高速切削條件下刀具與機(jī)床的連接必須可靠，刀具系統(tǒng)應(yīng)該有足夠的整體剛性。傳統(tǒng)的7: 24錐度的單面夾緊刀具系統(tǒng)不適用于高速加工，目前比較成熟的產(chǎn)品為1:10中空短錐刀柄系統(tǒng)（HSK）。山高刀具公司主要供應(yīng)HSK A型與E型刀柄，適用于裝夾平面銑刀、方肩銑刀與小直徑整體硬質(zhì)合金銑刀。D型精密彈簧夾頭刀柄的最高轉(zhuǎn)速為100000r/min。HSK-A63型液壓刀柄的轉(zhuǎn)速上限為40000r/min，3倍刀具直徑處的徑向跳動(dòng)量為3μm（圖4）。
在平衡刀具之前，需要測(cè)量不平衡量的大小和每個(gè)選擇的校正平面的角度位置。理論上，完美的平衡在平衡刀具時(shí)是可以獲得的。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用里，因?yàn)槌杀镜目紤]和刀具的限制，完美的平衡僅在十分幸運(yùn)時(shí)達(dá)到。因此，精度等級(jí)必須設(shè)置成允許一定量的把有害影響控制在一個(gè)可接受水平的殘余不平衡。正確平衡的刀具能顯著減輕噪聲和振動(dòng)，這使得刀具壽命增加而且零件精度一致性更好。山高EPB的Libraflex系列精鏜刀自帶動(dòng)平衡調(diào)節(jié)環(huán)，徑向調(diào)節(jié)型式的精鏜刀的最高切削速度為1500m/min，軸向調(diào)節(jié)型式的精鏜刀的最高轉(zhuǎn)速為20000r/min。