高速与超高速加工技术
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超精密加工与超高速加工技术
超精密加工与超高速加工技术第一篇：超精密加工与超高速加工技术超精密加工与超高速加工技术一、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度和进给速度来提高材料切除率、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，钻削200-1100m/min，磨削250m/s以上等等。
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制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。
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0.025μ m，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，超精密测量技术和误差补偿技术研究，超精密加工工作环境条件研究。
二、现状及国内外发展趋势1．超高速加工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，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。
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）。
(三)先进制造工艺3-超高速加工技术
of Mining & Technology
（2）汽车工业领域
高速加工在汽车生产领域的应用主要体现在模具和零件 两个方面。 加工两个方面。应用高速切削加工技术可加工零件的范围相 当广，其典型零件包括：伺服阀、各种泵和电机的壳体、 当广，其典型零件包括：伺服阀、各种泵和电机的壳体、电机 转子、汽缸体和模具等。汽车零件铸模以及内饰件注塑模的制 转子、汽缸体和模具等。 造正逐渐采用高速加工。 造正逐渐采用高速加工。
China University of Mining & Technology
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2、超高速加工技术的应用
（1）航空航天工业领域
高速加工在航空航天领域应用广泛，如大型整体结构件、 高速加工在航空航天领域应用广泛，如大型整体结构件、 薄壁类零件、微孔槽类零件和叶轮叶片等。 薄壁类零件、微孔槽类零件和叶轮叶片等。国外许多飞机及发 动机制造厂已采用高速切削加工来制造飞机大梁、肋板、 动机制造厂已采用高速切削加工来制造飞机大梁、肋板、舵机 壳体、雷达组件、热敏感组件、钛和钛合金零件、 壳体、雷达组件、热敏感组件、钛和钛合金零件、铝或镁合金 压铸件等航空零部件产品。现代飞机构件都采用整体加工技术， 压铸件等航空零部件产品。现代飞机构件都采用整体加工技术， 即直接在实体毛坯上进行高速切削，加工出高精度、 即直接在实体毛坯上进行高速切削，加工出高精度、高质量的 铝合金或钛合金等有色轻金属及合金的构件， 铝合金或钛合金等有色轻金属及合金的构件，而不再采用铆接 等工艺，从而可以提高生产效率，降低飞机重量。 等工艺，从而可以提高生产效率，降低飞机重量。
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（2）汽车工业领域
高速加工在汽车生产领域的应用主要体现在模具和零件 两个方面。 加工两个方面。应用高速切削加工技术可加工零件的范围相 当广，其典型零件包括：伺服阀、各种泵和电机的壳体、 当广，其典型零件包括：伺服阀、各种泵和电机的壳体、电机 转子、汽缸体和模具等。汽车零件铸模以及内饰件注塑模的制 转子、汽缸体和模具等。 造正逐渐采用高速加工。 造正逐渐采用高速加工。
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2、超高速加工技术的应用
（1）航空航天工业领域
高速加工在航空航天领域应用广泛，如大型整体结构件、 高速加工在航空航天领域应用广泛，如大型整体结构件、 薄壁类零件、微孔槽类零件和叶轮叶片等。 薄壁类零件、微孔槽类零件和叶轮叶片等。国外许多飞机及发 动机制造厂已采用高速切削加工来制造飞机大梁、肋板、 动机制造厂已采用高速切削加工来制造飞机大梁、肋板、舵机 壳体、雷达组件、热敏感组件、钛和钛合金零件、 壳体、雷达组件、热敏感组件、钛和钛合金零件、铝或镁合金 压铸件等航空零部件产品。现代飞机构件都采用整体加工技术， 压铸件等航空零部件产品。现代飞机构件都采用整体加工技术， 即直接在实体毛坯上进行高速切削，加工出高精度、 即直接在实体毛坯上进行高速切削，加工出高精度、高质量的 铝合金或钛合金等有色轻金属及合金的构件， 铝合金或钛合金等有色轻金属及合金的构件，而不再采用铆接 等工艺，从而可以提高生产效率，降低飞机重量。 等工艺，从而可以提高生产效率，降低飞机重量。
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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）
高速加工与超高速加工
度低，离心力小；弹性模量高， 刚度大；摩擦系数低；抗腐蚀性 能好。
轴承润滑：油脂润滑、油雾 润滑、油气润滑等。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 气浮轴承--高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 液体静压轴承--运动精度高，动态刚度大，有油升影响。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨削砂轮 砂轮基体--必须考虑高速离心力作用； 砂轮磨粒--立方氮化硼、金刚石。
高速砂轮典型结构 变截面等力矩腹板结构，无中心法兰孔， 通过多个小螺孔与主轴安装固定，以降低法兰孔应力。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨床结构 具有高动态精度、
高阻尼、高抗振性和 热稳定性。
时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应 着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。 超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬 质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
思考与练习
1. 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析 高速切削加工所要解决的关键技术。 2. 超高速切削包含哪些相关技术？ 3. 简述超高速磨削特点及关键技术。 4. 简述超高速铣削特点及关键技术。
1. 高速与超高速加工技术
1.1 高速与超高速切削技术概述 1.2 超高速切削加工关键技术 1.3 超高速磨削技术 1.4 超高速铣削技术
1.1 高速与超高速切削技术概述
“高速加工”的起源
Salomon切削理论： 工件材料均有一个
临界切削速度，在该速 度下有最高切削温度。
为什么要进行高速加工？
萨洛蒙曲线
常用结构有龙门式、并联式机床结构。
1.2 超高速切削加工关键技术
轴承润滑：油脂润滑、油雾 润滑、油气润滑等。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 气浮轴承--高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。
1.2 超高速切削加工关键技术
2．超高速切削的主轴系统
主轴轴承： 液体静压轴承--运动精度高，动态刚度大，有油升影响。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨削砂轮 砂轮基体--必须考虑高速离心力作用； 砂轮磨粒--立方氮化硼、金刚石。
高速砂轮典型结构 变截面等力矩腹板结构，无中心法兰孔， 通过多个小螺孔与主轴安装固定，以降低法兰孔应力。
1.3 超高速磨削技术
超高速磨床结构 具有高动态精度、
高阻尼、高抗振性和 热稳定性。
时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应 着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。 超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬 质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。
思考与练习
1. 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析 高速切削加工所要解决的关键技术。 2. 超高速切削包含哪些相关技术？ 3. 简述超高速磨削特点及关键技术。 4. 简述超高速铣削特点及关键技术。
1. 高速与超高速加工技术
1.1 高速与超高速切削技术概述 1.2 超高速切削加工关键技术 1.3 超高速磨削技术 1.4 超高速铣削技术
1.1 高速与超高速切削技术概述
“高速加工”的起源
Salomon切削理论： 工件材料均有一个
临界切削速度，在该速 度下有最高切削温度。
为什么要进行高速加工？
萨洛蒙曲线
常用结构有龙门式、并联式机床结构。
1.2 超高速切削加工关键技术
超高速加工技术
（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）
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）
图12 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）
（3）模具制造。
b）高速模具加工的过程
图14 两种模具加工过程比较
生产剃须刀的石墨电极
生产球形柄用的铜电极
图15 高速切削加工电火花加工用工具电极
（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。
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。
高速加工技术的发展与应用
图5 HSM600U型数控五轴高速加工中心
生产厂家：瑞士Mikron 主轴转速：最高42000 rpm
主轴功率：13 KW 进给速度：最高40 m / min
定位精度：0.008 mm
重复定位精度：0.005mm
图6 HSM 系列高速五轴联动小型立式加工中心
图7 HSM800 图9 HSM400
• Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公 认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、铬镍 合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。
近年来，我国在高速、超高速加工的各关键领域 (如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、 陶瓷滚动轴承等方面)也进行了较多的研究并有相应 的研究成果。
超高速加工技术ppt课件
。随着数控机床、加工中心和柔性制造系统的应 用，使机械加工的辅助工时大大缩短。在这种情 况下，辅助工时在生产过程中占的比重已经较小 ，所以不能通过一味的减小辅助工时来提高生产 率。而切削工时占了总工时的主要部分，成为主 要矛盾，只有大幅减少切削工时，提高切削速度 和进给速度等，才能大幅提高生产率。
概述 • 超高速加工技术的历史背景
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
• 航空航天工业轻合金的加工：飞机上的零件通常 采用“整体制造法”，其金属切除量相当大〔一 般在70％以上），采用高速切削可以大大缩短切 削时间。
超高速加工技术的应用
• 美国波音公司的F15战斗机两个方向舵之间的气动减速板 以前需要500多个零件装配而成，制造一个需要交货期为3 个月；而现在应用高速切削技术直接在实体铝合金毛坯上 铣削加工出来交货期只需要几天时间。
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
✓难加工材料的加工〔如：Ni基高温合金和Ti合金） ✓ 纤维增强复合材料加工 ✓ 精密零件加工 ✓ 薄壁易变形零件的加工
3.2 超高速加工技术
• 概述 • 超高速加工技术的机理及特征 • 超高速加工技术的应用 • 超高速加工技术的相关技术
超高速加工技术的相关技术
概述
• 超高速加工技术的内涵和范围 • 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能
可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔 性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到提 高切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工 技术。
概述
内涵
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高
的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削速度的
超高速加工技术的发展现状和趋势
• 超高速加工技术的发展趋势 • 超高速加工技术的发展趋势应符合加工中心或
概述 • 超高速加工技术的历史背景
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
• 航空航天工业轻合金的加工：飞机上的零件通常 采用“整体制造法”，其金属切除量相当大〔一 般在70％以上），采用高速切削可以大大缩短切 削时间。
超高速加工技术的应用
• 美国波音公司的F15战斗机两个方向舵之间的气动减速板 以前需要500多个零件装配而成，制造一个需要交货期为3 个月；而现在应用高速切削技术直接在实体铝合金毛坯上 铣削加工出来交货期只需要几天时间。
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
✓难加工材料的加工〔如：Ni基高温合金和Ti合金） ✓ 纤维增强复合材料加工 ✓ 精密零件加工 ✓ 薄壁易变形零件的加工
3.2 超高速加工技术
• 概述 • 超高速加工技术的机理及特征 • 超高速加工技术的应用 • 超高速加工技术的相关技术
超高速加工技术的相关技术
概述
• 超高速加工技术的内涵和范围 • 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能
可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔 性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到提 高切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工 技术。
概述
内涵
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高
的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削速度的
超高速加工技术的发展现状和趋势
• 超高速加工技术的发展趋势 • 超高速加工技术的发展趋势应符合加工中心或
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高速主轴单元是高速加工机床最关键的部件。在超高速运转的情况下， 传统的齿轮变速和皮带传动方式已不能满足要求，为适应这种切削加 工，高速主轴应具有先进的主轴结构，优良的主轴轴承，良好的润滑 和散热等新技术。 高速主轴采用的轴承有滚动轴承、气浮轴承、液体静压轴承和磁浮轴 承几种形式。
高速加工技术的关键技术 快速进给系统
超高速切削概念示意图
概述 高速和超高速切削的特点
①可减少工序，提高生产率
②切削力小，热变形小 ③加工精度高
④加工能耗低，节省制造资源
高速加工技术的发展与应用 高速加工技术的发展与现状
高速加工技术的发展的发展经历了高速切削的理论探索、 应用探索、初步应用、较成熟的应用四个发展阶段。美国 60 年代初由空军主持开始超高速切削机理研究。德国自 1984年开始至今，对超高速切削机床、刀具等相关技术进 行系统的研究。日本于20世纪60年代着手高速切削机理的 研究，现在已后来居上，跃居世界领先地位。20世纪90年 代以来发展更迅速，于1996年研制出了日本第一台卧式加 工中心，日本先端技术研究会把超高速切削 列为五大现 代制造技术之一。如今，美、德、日、法、瑞士、意大利 生产的不同规格的各种 商业化超高速机床已经进入市场， 应用于飞机、汽车及模具制造。近年来，我国在高速超高 速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直 线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面也进行了较多的研究， 但总体水平同国外尚有较大差距，必须急起直追。
直线电机驱动系统
高速加工技术的关键技术 高性能的CNC控制系统
随着计算机技术的发展，许多高速切削机床的CNC控制系统采用多个 32位甚至64位CPU,同时配置功能强大的计算机处理软件，使工件加 工质量在高速切削时得到明显的改善。相应地，伺服系统则发展为数 字化、智能化和软件化，从而保证了高速进给速度的加工要求。
高速加工技术的关键技术 先进的机床结构
混联结构机床示意图
六杆机床结构示意图
高速加工技术的关键技术 高速切削的刀具系统
硬质合涂层刀具
陶瓷刀具 聚晶金刚石刀具
立方氮化硼刀具
陶瓷刀具
硬质合涂层刀具
立方氮化硼刀具
聚晶金刚石刀具
高速与超高速切削技术
--------12模具设计与制造3班 密亚囡
概述 高速加工技术的发展与应用
高速切削加工的关键技术
概述 高速切削的概念与高速切削技术
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言， 用 较高的切削速度对工件进行切削。一般认为应 是常规切削 速度的5～10倍。 高速切削的速度范 围与加工方法和工工技术的应用
1.在航空、汽车工业中的应用
2.在模具制造领域的应用
3.在特殊材料加工的应用
整体叶轮加工图
石墨电机加工
薄壁加工
高速加工技术的发展与应用 高速加工技术的关键技术
①高速主轴
②快速进给系统
③高性能的CNC控制系统
④先进的机床结构 ⑤高速切削的刀具系统
高速加工技术的关键技术 高速主轴