超高速超精密加工技术
超精密加工与超高速加工技术
术工技加工与超高速加超精密一、技术概述超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速。
技术和加工质量的现代加工度和进给速度来提高材料切除率、加工精度超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。
目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150~1000m/min，纤维增强塑料为2000~9000m/min。
各种切削工艺的切速范围为：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻以上等等。
削250m/s削200~1100m/min，磨超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具等。
术在线自动检测与控制技制造技术，超高速加工-c超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra 小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm 的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。
超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理研究，超精密加工的设备制造技术研究，超精密加工工具及刃磨技术研究，超精密测量技术研究。
条件和误差补偿技术研究，超精密加工工作环境展趋势外发二、现状及国内高速加工．超1工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。
在此项技术中，意大利等。
国、主要有德国、日本、美处于领先地位的国家在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。
目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）。
切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的12m/min 提高到1200m/min 以上。
磨削技术论文：超高速磨削及其优势探析
磨削技术论文：超高速磨削及其优势探析一、概述超高速磨削作为一种高精度精密加工技术，已在各个领域得到广泛应用。
本文将从超高速磨削的基本原理入手，分析其优势，探讨其在建筑领域的应用前景。
二、基本原理超高速磨削是利用高速旋转的砂轮磨削工件表面，以达到高精度加工的一种技术。
它与传统的磨削技术不同之处在于，超高速磨削使用的砂轮转速通常在1万~10万转/分之间，较传统的磨削转速快得多。
这种高速磨削技术可以大幅提高加工效率，同时还能够获得更高的精度和光洁度。
三、优势分析1. 精度高超高速磨削的砂轮转速快，磨削力大，可以快速去除工件表面杂质，得到更加精细的加工表面，精度可达到0.005mm以下。
2. 效率高由于砂轮转速快，磨削力大，超高速磨削速度比传统磨削技术快得多。
工件加工时间可以降低30%以上，大幅提高生产效率。
3. 造价低超高速磨削使用的砂轮寿命长，能够在保证加工效率的情况下，延长更换周期，降低磨具成本。
4. 应用范围广超高速磨削是一种高效、环保、精细化的磨削技术，可适用于各种材料的加工，包括金属、非金属材料、陶瓷材料等。
5. 环保超高速磨削使用的是无毒、无害、无污染的磨料，减少了对环境的污染。
四、应用前景在建筑领域，超高速磨削技术可以用于加工各类构件。
它能够大幅节约加工时间，提高生产效率。
同时，它还能精细加工各类构件表面，达到工艺标准，节约原材料，降低生产成本。
在未来，超高速磨削技术有望得到更加广泛的应用。
五、案例分析1. XXX公司的构件加工中，采用超高速磨削技术，成功优化了加工效率，降低了产品成本，得到了客户的一致好评。
2. XX公司将超高速磨削技术应用于钢筋加工中，减少了加工时间，提高了钢筋的精度和尺寸的一致性，受到了建筑公司的赞扬。
3. XX公司采用超高速磨削技术加工门窗构件，成功提高了构件的表面精度和光洁度，降低了产品的废品率，提高了客户的满意度。
4. XX公司采用超高速磨削技术加工凸轮、传动齿轮等构件，减少了加工时间，提高了精度和表面光洁度，获得了广泛应用。
超高速加工技术
应用案例二：汽车发动机缸体加工
总结词
提高缸体质量和加工效率
详细描述
在汽车发动机缸体加工中，超高速加工技术能够提高缸体的加工效率和精度，同时降低废品率。通过高速旋转的 刀具和高效的切削液系统，可以快速去除材料，减少切削力和热量的产生，提高缸体的表面质量和耐久性。
应用案例三：模具钢材料加工
总结词
提高模具寿命和加工效率
发展趋势
随着新材料、新工艺的不 断涌现，超高速加工技术 正朝着智能化、绿色化、 复合化等方向发展。
主题重要性
促进制造业转型升级
满足市场需求
超高速加工技术的应用有助于提高生 产效率、降低成本，推动制造业向智 能化、柔性化、绿色化方向转型升级。
随着市场对产品品质和性能要求的不 断提高，超高速加工技术的应用能够 满足消费者对高品质产品的需求。
超高速加工技术能够大幅提高航空航天材料的加工效率，缩 短生产周期，降低制造成本，同时保证零部件的加工精度和 质量。
汽车制造
汽车制造领域需要大量高精度零部件 ，超高速加工技术能够快速、准确地 加工出汽车发动机缸体、缸盖、变速 器壳体等复杂零部件。
超高速加工技术能够提高汽车零部件 的加工效率，降低生产成本，同时提 高零部件的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳 强度等性能。
数字化
超高速加工技术将向数字化方向发展， 实现数字化的加工模型和加工过程的 仿真与优化。
05
超高速加工技术的实际案例
应用案例一：航空叶片加工
总结词
提高加工效率，降低生产成本
详细描述
超高速加工技术应用于航空叶片加工，能够显著提高加工效率，缩短生产周期， 降低生产成本。通过高转速的刀具和精确的数控系统，可以快速、准确地完成 叶片的切削和磨削，提高表面质量和精度。
_超高速加工技术
2、超高速主轴系统动态特性及热态特性研究：动刚度、固有 频率等参数的影响。 3、超高速主轴系统的润滑和冷却技术研究：润滑充分问题、 冷却效果问题。 4、超高速主轴系统多目标优化设计、虚拟设计技术研究。
第四节 超高速加工进给单元制造技术
超高速加工进给单元是超高速加工机床的重要组成部分。 一、超高速加工进给单元的基本要求： 1、要求具有大的加、减速度：在瞬时达到高速，瞬时准停。 2、要求具有搞的定位精度：能精确控制零件的尺寸精度。 二、超高速加工进给单元的关键技术： 1、高速位置环芯片研制；
4、超高速加工中工件状态的测试技术； 5、超高速加工中自适应控制技术； 6、超高速加工中智能控制技术。
第五节 超高Βιβλιοθήκη 加工测试技术从某种意义上讲，超高速加工测试技术是超高速加工得到应 用的技术关键。 一、超高速加工测试技术的概念： 主要是指在超高速加工过程中，通过传感、分析、信号处理 等，对超高速机床及系统的状态进行实时在线监测和控制的监测 技术。 监测主要基于对切削力、声发射、切削功率和温度等信息参 数检测，来监测加工状态。 二、超高速加工测试的关键技术： 1、基于监控参数的在线检测技术； 2、超高速加工的多传感器融合检测技术； 3、超高速加工机床中各单元系统功能部件的测试技术；
3、超高速进给单元制造技术； 4、超高速加工用刀具和磨具材料； 5、超高速机床支承； 6、超高速加工测试技术。
二、超高速切削机理： 1、萨洛蒙超高速切削理论： 三个切削速度区： ⑴ 常规的切削速度区：现行的切削加工速度范围； ⑵ 不能切削区：此区切削速度下，切削温度过高，刀具不能 承受； ⑶ 高速切削区：当切削速度达到某一数值后，切削温度不再 升高，反而随切削速度继续增加，切削温度呈下降趋势，切削 温度降到刀具能承受的切削速度时，即为高速切削的最低速度。 试验表明，萨洛蒙超高速切削理论并不适用于所有的加工 材料，有些材料在超高速切削时不存在不能切削区。 2、超高速磨削最大切屑厚度hmax理论： 在保持其它参数不变，仅增大磨削速度情况下， hmax会减 小，每个磨削刃上的作用切削力也会减小。
超高速超精密加工技术主要内容
加工方法及机理研究 刀具、 刀具、磨具的研究 加工装备技术研究 测量技术研究
超精密加工技术的应用 超精密加工技术的发展趋势
作 业
（1）超高速、超精密加工技术二者选择其一。 超高速、超精密加工技术二者选择其一。 （2）按照上述提纲要求查阅文献，然后归纳总结写出 按照上述提纲要求查阅文献， 文献综述” “文献综述”。 （3）要求条理清晰，内容精练，3000～5000字。 要求条理清晰，内容精练，3000～5000字 （4）必需手写，不能打印。 必需手写，不能打印。 （5）该作业作为本课程平时成绩的一部分，占15％。 该作业作为本课程平时成绩的一部分， 15％。
超高速超精密加工技术主要内容
一 超高速加工技术
超高速加工技术的内涵 超高速加工技术的关键技术（重点） 超高速加工技术的关键技术（重点）
加工机理研究 主轴单元制造技术研究 进给单元制造技术研究 刀具、 刀具、磨具研究
Байду номын сангаас
超高速加工技术的应用 超高速加工技术的发展趋势
二 超精密加工技术
超精密加工技术的内涵 超精密加工技术的关键技术（重点） 超精密加工技术的关键技术（重点）
超高速加工技术作业
04
超高速加工技术实践案例
案例一：航空航天领域应用
飞机发动机零部件加工
航空零部件修复
超高速加工技术可用于加工飞机发动 机的复杂零部件，如涡轮叶片、燃烧 室等，提高加工精度和效率。
对于已经损坏的航空零部件，超高速 加工技术可用于进行局部修复，延长 零部件使用寿命。
航空材料加工
针对航空领域使用的特殊材料，如钛 合金、高温合金等，超高速加工技术 可实现高效、高精度的切削加工。
超硬材料刀具技术
采用超硬材料如金刚石、立方 氮化硼等制作刀具，提高刀具
的耐磨性和切削性能。
高精度机床技术
采用高精度机床，提高机床的 刚度、精度和稳定性，保证加 工精度和效率。
高速切削动力学技术
研究高速切削过程中的切削力、 切削热等动态特性，优化切削参 数，提高加工质量和效率。
高效冷却与润滑技术
采用高效冷却与润滑技术，降 低切来自温度和摩擦系数，提高探讨了超高速加工技术的优势和局限性
分析了超高速加工技术在提高加工效率、降低加工成本等方面的优势，同时也指出了其在 加工精度、设备稳定性等方面存在的局限性。
提出了改进超高速加工技术的建议
针对超高速加工技术存在的局限性，提出了相应的改进措施，如优化切削参数、改进刀具 结构、提高设备刚度等。
对未来超高速加工技术的期待
工艺流程
加工准备
包括工件装夹、刀具准备 、设备调试等步骤，确保 加工过程的顺利进行。
粗加工
采用较大的切削用量，快 速去除大部分余量，为后
续精加工提供基础。
精加工
采用较小的切削用量和 高转速，保证工件的加
工精度和表面质量。
检测与评估
对加工完成的工件进行 检测和评估，确保满足
超精密加工制造技术
超精密加工制造技术
超精密加工制造技术
超精密加工制造技术是指采用精密加工制造技术，利用激光、电子束、水刀、高速钻以及特种机床，对零部件或组件进行加工，以达到更高精度，更优质品质的制造目的。
目前，超精密加工制造技术主要用于航空、航天、船舶、汽车、医疗设备等高端产品的制造。
它能够满足产品的精密度需求，提高制造材料的品质，并减少制造成本。
超精密加工制造技术有多种，如激光切割技术、EDM（电子束机）技术、高速钻加工技术、高压水刀技术、精密机床加工技术等。
这些技术的应用将极大地提高产品的加工精度，减少加工损耗，从而满足客户对产品加工精度的要求。
超精密加工制造技术有其特定的要求，需要选用正确的机床、加工参数、工艺条件和制造材料，以保证制造出精确的零件或组件。
因此，超精密加工制造技术对制造者具有重大意义，它为制造者提供了一种制造更精确的零件和组件的方法，从而满足客户的高要求。
而且，利用超精密加工制造技术也可以大大节省加工成本，从而提高制造的竞争力。
- 1 -。
机械制造的新工艺和新方法
机械制造与自动化的新工艺和新方法随着机械工业的发展和科学技术的进步，机械制造工艺的内涵和外延不断发生变化常规工艺不断优化并普及,原来十分严格的工艺界限和分工，如下料和加工、毛坯制造和零件加工，粗加工和精加工、冷加工和热加工等在界限上逐步趋于淡化，在功能上趋于交叉，各种先进加工方法不断出现和发展。
以下为一些机械制造的新工艺和新方法：1、超高速加工技术超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和高速运动的自动化制造设备，以极大的切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术.超高速加工能使被加工金属材料在切除过程中的剪切滑移速度达到或超过某个极限值，使切削加工过程所消耗的能量、切削力、加工表面温度、刀具磨具磨损、加工表面质量、加工效率等明显优于常规切削速度下的指标，它是提高切削和磨削效果、提高加工质量、加工精度和降低加工成本的重要手段。
与常规切削加工相比，超高速加工有以下优点:(1）随着进给速度的提高，单位时间内材料的切除率可以增加3-6倍,可以大幅度缩短零件加工的切削工时，显著提高生产率。
(2）切削力可以降低30％以上。
（3）切削过程极其迅速，95％以上的切削热被切屑带走，来不及传给工件,故特别适合加工容易热变形的零件。
（4）机床作高速运转，振动频率特别高,工作平稳振动小，因而能加工非常精密、非常光洁的零件。
2、超精密加工技术超精密加工是指加工精度和表面质量达到极高程度的精密加工工艺.目前超精密加工的主要手段有：金刚石刀具超精切削，金刚石砂轮和CBN砂轮超精密磨削、超精密研磨和抛光、精密特种加工和复合加工。
金刚石砂轮超精密磨削是当前超精密加工的重要研究方向之一,其主要加工方式有外圆磨、无心磨、、沟槽磨和切割等,被加工材料有陶瓷、半导体等难加工材料，其关键技术包括金刚石砂轮的修整、微粉金刚石砂轮超精密磨削等。
金刚石砂轮的修整包括整形和修锐两部分,对于密实型无气孔的金刚石砂轮，如金属结合剂金刚石砂轮,一般在整形后还需要修锐；有气孔型陶瓷结合剂金刚石砂轮在整形后即可使用。
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超高速加工技术
高速加工的概念与特征 高速加工的切削速度范围 高速加工的切削理论 高速切削加工的优点和应用 高速切削加工的关键技术
高速加工的概念与特征
高速加工技术： 采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自
动化制造设备，极大地提高材料的切除率，并保证加工精度和 加工质量的现代制造加工技术。
工作进给速度：高规格的加工中心快速进给速度可达到 60m/min.
工作进给速度低于40m/min.
3.超高速加工用刀具、磨具
超高速加工用刀具、磨具主要指超高速铣削 用刀具和超高速磨削用砂轮。
技术要求：较强的硬度和耐磨性、较高的强 度和韧性、高的耐热性和抗冲击性。
刀具切削刃主要材料：聚晶金刚石（PCD）、 立方氮化硼（CBN）、氧化硅陶瓷材料。
金刚石刀具
立方氮化硼刀具
1957年美国通用电器(GE) 公司采用与金刚石制造方法相似的方法 ，合成于第二种超硬材料——立方氮化棚(CBN)。CBN有单晶体 和多晶体之分，即CBN 单晶和聚晶立方氮化棚( 简称PCBN)。 CBN与金刚石的硬度相近，又具有高于金刚石的热稳定性和对铁 族元素的高化学稳定性。
超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。 超高速切削（Super High-speed Cutting）:采用比常规速度 高得多的切削速度进行加工的一种高效新工艺方法。
➢以切削速度和进给速度界定： 高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。
➢以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000 r/min。
10-1 10-2 10-3 1900
超精密加工 1920 1940 1960 1980
精密磨床
电子比较仪
超精密磨床 激光测长仪 精密研磨机 圆度仪轮廓仪
超高精密磨床 激光高精度 超精密研磨机 测长仪
离子束加工 扫描电镜
分子对位加工 电子线分析
2000
年份
仪
精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）
高速切削加工医用药盒
高速切削加工的关键技术
1. 高速主轴
电主轴：交流伺服电动机内置式集成化结构。转子套装 在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷 或油冷。精度高、振动小、噪声低、结构紧凑。
转速： CAK6136V/750主轴最高转速：3000m/min. VMC650立式加工中心主轴最高转速：8000r/min. VCN510C-数控立式加工中心转速：15000r/min.
波音公司的F15战斗机的起动减速板
高速铣削典型工件
铝合金整体零件： 整体零件“掏空”，
切除量大 零件有薄壁，要求小
切削力 小直径刀具 较长的刀具悬伸
（2）汽车制造。
1
2
3
4
钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔
高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床 5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔型固 定不变）
精密与超精密加工的地位
精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志 例：美国哈勃望远镜形状精度0.01μm；超大规模集成电路 最小线宽0.1μm，日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm
精密加工与超精密加工技术是先进制造技术基础和关键 例：美国陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，导弹命 中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶片加工 误 差 从 60μm 降 至 12μm ， 发 电 机 压 缩 效 率 从 89% 提 高 到 94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿轮箱扭矩 可提高一倍
高速加工中心 1台1轴1工序（3万件/月）
柔性（零件、孔数、孔径、 孔型可变）
汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）
（3）模具制造。
10 1
0.1 0.01 0.001
粗加工
传统加工方法 精加工
高速切削 少量手工精修
手工精修
加工时间
100 %
采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）
电极制造
1毛坯 → 2粗铣 → 3半精铣 → 4热处理 →5电火花加工→6精铣 →7手工磨修
a）传统模具加工的过程
1硬化毛坯→ 2粗铣 → 3半精铣 → 4精铣 →5手工磨修
b）高速模具加工的过程
两种模具加工过程比较
（4）难加工材料领域。硬金属材料（HRC55～62），可 代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1um。
（5）超精密微细切削加工领域。
粗铣整体铝板； •精铣去口； •钻680个直径为3mm的小孔。 时间为32min。
➢ 热变形小 温升不超过3ºC，90%切削热被切屑带走；
A为高速切削加工时的热传导过程 B为传统加工的热传导过程
图4 热传导对比图
➢ 减少工序 工件加工可在一道工序中完成，称为 “一次过”技术（One pass machining）。
高速切削加工应用
（1）航空航天领域。 大型整体结构件、薄壁类零件和叶轮零件等。
磁浮轴承主轴结构
前径向轴 电主轴 前辅助轴 承
承
后径向轴 承
双面轴 向推力 轴承
后辅助轴 承
前径向传感 器
后径向传感 轴向传感
图18 磁浮轴承高速主轴 器
器
2.快速进给系统
具有大的加减速度以及高的定位精度。 普遍采用交流伺服电机代替直流伺服电机。
快速进给速度：VCN510C-加工中心进给速度：36m/min. VMC650立式加工中心进给速度：10m/min. CAK6136V/750快速进给速度：7.6m/min
各种焊接的PCBN刀具
精密与超精密加工技术
精密与超精密加工的定义 精密与超精密加工的地位 金刚石刀具镜面切削 精密与超精密磨削
精密与超精密加工定义
加工设备
测量仪器
加工误差（μm）
102
普通加工
车床,铣床
精密车床
卡尺 百分尺
101
磨床
比较仪
精密加工
坐标镗床
气动测微仪
100
坐标磨床
光学比较仪
金刚石车床 光学磁尺
在1931 年4 月，根据实验曲线，提出著名的“萨洛蒙曲线” 和高速切削理论。
图2 切削速度变化和切削温度的关系
高速加工的特点
➢切削力低 切削变形小，切屑流出速度加快，切削力 比常规降低30-90%，可高质量地加工出薄壁零件；
图 3 加工零件
➢ 材料切除率高 单位时间内切除率可提高3-5倍；
➢ 高精度 切削激振频率远高于机床系统固有频率， 加工平稳、振动小；