超精密切削技术应用及发展
精密模具加工技术的研究与应用进展
精密模具加工技术的研究与应用进展精密模具加工技术是在模具制造领域中的一项重要技术，随着现代制造业的发展，对产品精度和质量的要求越来越高，精密模具加工技术也得到了迅速发展。
本文将重点探讨精密模具加工技术的研究与应用进展。
一、精密模具加工技术的研究进展1. 高速加工技术高速加工技术是近年来模具加工领域的研究热点之一。
它采用高速切削工具和高速切削加工中心，通过提高切削速度和进给速度，实现对模具材料的高效加工。
这种技术可以在保证加工精度的同时，大大提高生产效率，缩短加工周期。
高速加工技术的研究重点包括高速刀具的研发、高速加工中心的改进、高速切削参数的优化等方面。
2. 先进的数控技术数控技术在模具加工领域中的应用已经非常广泛，但是传统的数控技术由于其精度和稳定性的限制，已经不能满足现代模具加工的要求。
因此，研究人员将目光投向了先进的数控技术。
比如，采用五轴数控加工中心，可以实现对复杂曲面的精密加工；采用自适应控制技术，可以根据加工情况实时调整加工参数，提高加工精度和稳定性。
3. 先进的加工工艺除了研究先进的加工设备和数控技术，研究人员还致力于开发先进的加工工艺，以提高模具的加工精度和质量。
比如，采用电解抛光技术可以实现对模具表面的高精度加工；采用超声波加工技术可以实现对微小孔洞的加工。
这些先进的加工工艺可以有效提高模具加工的精度，缩小加工误差。
二、精密模具加工技术的应用进展1. 汽车模具加工汽车模具加工是精密模具加工技术的主要应用领域之一。
随着汽车工业的迅速发展，对汽车模具的精度和质量要求越来越高。
精密模具加工技术可以实现对汽车模具的高精度加工，提高汽车的整体质量。
2. 电子产品模具加工电子产品是现代人们生活中不可或缺的一部分，对电子产品模具的加工精度和质量要求也越来越高。
采用精密模具加工技术可以实现对电子产品模具的高精度加工，提高电子产品的稳定性和可靠性。
3. 医疗器械模具加工医疗器械模具的加工要求非常高，精密模具加工技术可以实现对医疗器械模具的高精度加工，提高医疗器械的安全性和可靠性。
精密与超精密加工技术课件
珩磨效果受到多种因素的影响 ，如磨石的粒度、粘结剂的类 型、珩磨头的转速和压力等。
电解加工工艺
电解加工工艺概述
电解加工是一种利用电化学反应去除 工件材料的加工方法，具有加工精度 高、表面质量好等特点。
电解加工工艺流程
电解加工工艺通常包括工件表面处理 、电解液的选择和调整、电解加工设 备的设置以及加工参数的控制等步骤 。
、汽车和航空领域。
陶瓷材料
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和 耐高温等特点，常用于制造刀具、 磨具和高温部件。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成， 具有优异的综合性能，如碳纤维复 合材料具有高强度和轻质的特点。
复合材料
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料具有高 强度、高刚性和耐腐蚀等 特点，广泛应用于建筑、 船舶和汽车领域。
抛光效果受到抛光轮的材料、转速、抛光膏或抛光液的成分以及抛光 压力等因素的影响。
珩磨工艺
珩磨工艺概述
珩磨是一种利用珩磨头上的磨 石与工件表面进行摩擦，以去 除表面微小凸起和划痕的加工
方法。
珩磨材料
珩磨头上的磨石由硬质颗粒和 粘结剂组成，具有较高的硬度 和耐磨性。
珩磨工艺流程
珩磨工艺通常包括工件表面处 理、涂敷润滑剂、珩磨头的旋 转运动以及工件的往复运动等 步骤。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有高强 度、轻质和耐高温等特点 ，常用于制造航空器和体 育用品。
金属基复合材料
金属基复合材料以金属为 基体，加入增强纤维或颗 粒，以提高材料的强度、 刚度和耐磨性。
04
精密与超精密加工工艺
研磨工艺
研磨工艺概述
研磨材料
研磨是一种通过研磨剂去除工件表面微小 凸起和划痕的加工方法，以达到平滑表面 的效果。
第三章先进制造工艺技术(超高速加工)
床身结构
➢落地式床身，整体铸铁结构，龙门式框架的 主轴立柱，尽可能由主轴部件来实现二轴甚 至三轴的线性移动。
➢由于刀具重量变化极小，在工件乃至工作台 不进行快速线性移动的情况下， 机床快速线 性移动的部件的重量近乎常量，更容易实现 快速加速和减速情况下的运动惯量及实现动 态平衡，减少由于动态冲击所带来的不稳定， 保证稳定的且更高的加工精度和产品质量。
内装式同轴电动机主轴温升
➢ 热升温引起主轴热变形的解决办法：采用电子传 感器控制温度，使用水冷或油冷循环系统，使主 轴在高速下成为“恒温”；而用油雾润滑、混合 陶瓷轴承等新技术，使得主轴可以免维护、长寿 命、高精度。
➢ 举例：STEP－TEC的电主轴采用了矢量式闭环控 制、高动平衡的主轴结构、油雾润滑的混合陶瓷 轴承，可以随室温调整的温度控制系统，确保主 轴在全部工作时间内温度衡定。
➢常用材料：涂层碳化钨硬质合金、碳(氮)化 钛硬质合金、陶瓷刀具材料、立方氮化硼 (CBN)、立方/六方复合氮化硼(WBN)和聚晶金 刚石(PCD)等。
➢各种常用材料的高速切削速度：铝合金 1000～7000m/min；铜合金900～5000m/min； 钢500～2000m/min;灰铸件800～3000m/min。 其进给速度范围一般为2～25m/min。
➢可获得高转速和高的加(减)角速度，转速达 到0～42000r/min，甚至更高。
➢结构简化，造价下降，精度和可靠性提高。 ➢噪声、振动源消除，主轴自身热源消除。 ➢回转精度高，摩擦振动小， ➢主轴箱成为紧凑、独立、方便移动的部件，
试论数控高速切削加工技术的发展与应用研究
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
高 新 技 术
试论 数控 高速切 削加工 技术 的发展 与应用研究
吕雅 妍
（ 哈 尔滨空调股份有 限公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ７ ８ ）
关键 词 ： 高速切 削 ； 关键 技术 ； 应 用研 究 中图分 类号 ： Ｔ Ｇ ４ 文献标 识码 ： Ａ
１数控高速切削加工的含义 关于高 速切 削加工 的范畴 ， 一般有 以下 几 种划分方法 ，一种是 以切削速 度来 看 ， 认 为切削速度超过常 规切削速度 ５ — １ Ｏ 倍即为 高速切削。 也有学者 以主轴 的转速作为界定 高速加工 的标 准 ， 认为 主轴转速 高于 ８ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ 即为高速加工。还有从 机床主轴设计 的 角度 ， 以主轴 直径和 主轴转速 的乘积 Ｄ Ｎ定 义， 如果 Ｄ Ｎ值达到 （ ５ － ２ ０ ０ ０ ） ｘ ｌ ０ ５ ｍ ｍ ． ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 则认为是高 速加工 。生产 实践 中， 加工方 法 不 同、 材料不 同 ， 高速切 削速度也相应 不同 。 般 认为 车削速度 达到 （ ７ ０ ０ ～ ７ ０ ０ ０ ） ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ， 铣 削 的速 度 达 到（ ３ ０ ０ － ６ ０ ０ ０ ） ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ， 即认 为
一
是高 速切 削。
２数控高速切削加工的优越性 高速切削 由于在 速度 上要 比传统 的切 削 技术 高 ， 所 以具有 很多 的优势 ， 主要 表现 如下： 第一， 由于高速 切削 所采用 的是 小切 削 技术 ， 所 以在切 削的过 程 中 ， 对 于轴 承和 刀具的所产生 的振 动要小很 多 ， 减 少了对设 备 的磨 损 ， 同时 因为振动 幅度小 ， 提高 了加 工的精度 ； 第二 ， 因为切削 的速 度提升 了， 所 以提 高 了加 工 的效率 ； 第ｊ， 由于切 削速度 快， 所 以在切 削 的过程 中 ， 在产 生 的热 量还 没有传递到 工件 上时 ， 就 已经被 切削掉 的切 屑所带走 ， 减少 了对工件所产 生的热变形 ， 在物理角度讲 ，提升 了表 面加工 的精度 ； 第 四， 由于在高 速切削 中 ， 进 给量要小 ， 所 以在 加工 的过程 中所产生 的振 动要小 ， 这样对 于 工件 表面 的加工 精度 和粗糙 度都有 很大 的 提升 ； 第五， 南于高速切 削的速度快 ， 提 高了 生产效率 ， 那 么对于机械设 备的磨损大 大的 降低， 降低 了生 产能耗 ， 并且 减少 了对切 削 液 的使用 ， 是一种非常环保 的切削技术 。 ３数控高速切削技术的应用领域研究 鉴 于以上所述高速切削加 工的特点 ， 使 该 技术在 传统 加工薄 弱 的领域有 着 巨大应 用 潜力 。首先 ， 对于薄壁 类零件 和细长的工 件， 采 用高速切削 ， 切 削力显着 降低 ， 热量被 切屑带走 ， 可 以很好 的弥补采用传 统方法时 由于切 削力 和切削 热 的影 响而 造成其 变形 的问题 ， 大大 提高了加工质量 。 其次 ， 甫于切 由表 １ 、 ２ 显示 出 ， 架棚支护 单位工程造
综论超精密加工技术的发展
摘
要 ：ｒ Ｏ 绍超精密加工技术 的发展 ， 并展望其前 景 ； 阐述 超精 密切削加 工及超 精密砂 轮磨削加 工 中的核心技 术 ， 对 超精密加工技术 的研发和创新有参考意义 。
关键词 ： 超精密切削 ； 刚石刀具 ； 金 超精密磨削 ； 砂轮
中图分类 号 ：Ｇ ０ Ｔ ５６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０７— ４ ４ ２０ ）５— ０６一 ３ １０ ４ １ （０ ８ ０ ０ ０ ｏ
超精密加工技术是指加工精度能达到某一量级 的所 有 制造 技术 的总称 。也 就是说 ， 被加工 零件 表 从 面取出一微量的表面层 ， 包括超精密切削 、 超精密磨 削和超精密特种加工等。它既服从一般切削加工 的 普遍规律 ， 又具有 自身的特殊性。譬如 ， 刀具 的磨损、 积屑瘤的产生规律、 磨削机理、 加工参数对表 面质量 的影响等。如果加工的尺寸、 形状精度高于 ０ １ ｍ， ． 表面粗糙度 Ｒ ≤Ｏ ０ ｎ的加工就称得上超精密加 ａ ． １ａ ｐ 工技术。其研究涉及 的范围相 当普遍 ， 主要包括超精 密切削 （ 铣 ） 超精密磨 削、 精密研磨 （ 械研 车、 、 超 机 磨、 机械 化研 磨 、 抛 、 接 触 式 浮动 研 磨 、 研 非 弹性 发 射 加工等 ） 以及超精密特种加工 （ ， 激光束加工 、 电子束
位。 日 本在 ８ Ｏ年代 因重 视超精密加工 技术基础 研
究， 并把 它用 于高科 技产 业 中 ， 得 了世 界 领 先 的优 取
势， 成为超精密加工技术发展最快 的国家之一。但 日 本的研究重点不同于美国 ， 它主要 以民用商品应用为 主要对象 ， 而美国则是以发展 国防尖端技术为主要 目 标 。日 本用于声、 、 光 图像、 办公设备中的小型超小型
超精密机床的发展综述
超精密加工技术涵盖超精密 的切削 、 超精密磨削与研磨 、 精密特种 加工 三大领域 ， 其发展直接影 响到一个国家的尖端技术 、 国防工业 、 微 电子技术工业的发展 ， 因此世界各国对此都极为重视。随着航空航 天、 高精密仪器仪表 、 光学和激光等技术 的迅速 发展 和多领域 的广泛应用 ， 对各种高精度复杂零件 、 光学零件 、 高精度平 面、 曲面和复杂形状的加 工需求 日益迫切。目前 ， 国外 已开发了多种精密和超精密车削 、 磨削 、 抛 光等机床设备 ， 了新 的精密加工和精密测量技术ｌ 发展 Ｉ １ 。超精密切削加 工 已不再是一种孤立 的加工方法和单纯的工艺问题 ，而是一项包含内 容极其广泛的系统工程。 ２超 精 密 机 床 的发 展 ． ２ Ｏ世纪 ９ ０年代 ，美国 Ｕ ｉ ａｂｄ 公 司 、 ｏｅ ｐｃａＴ ０ 公司 ｎｏ Ｃ ｒｉｅ ｎ Ｍｏｒ ｅｉ ｏｌ Ｓ ｌ 和美 国空 军兵 器研 究所 制定 了一个 以形 状精 度 为 ０１ 、直径 为 ． ８０ 的 大 型 球 面 光 学 零 件 超 精 密加 工 为 目标 的 超 精 密 机 床 研 究 计 ０ ｍｍ 划——Ｐ ＭＡ计划 ， ０ 这是一个里程碑式 的研究计划。近年来发达国家已 成功开发了多种先进的超精 密加工机床。 超精 密机床 的发展方向是 ： 进 步提高超精密机床的精度 ， 发展 大型超精密机床 ， 发展多功能和高效 专用超精 密机床 。如美 国 Ｌ Ｌ实验 室和 Ｙ一１ Ｌ ２工厂 １８ ９ ３年 ７月研制 成功大型超精密金刚石车床 Ｄ Ｍ一３型，该机床可加工最大零件直径 Ｔ ２ ０ ｒ 重量 ４ ０ ｋ １０ ｍ、 ａ ５ ０ ｇ的激光核聚变用的各种金属反射镜 、 红外装 置用 零件 、 大型天体望远镜等 。 该机床的加工精度可达到形状误差为 ２ ｎ ８ ｍ， 圆度和平面度为 １．ｎ 加工表面粗糙度 为 Ｒ ４２ｍ。 ２５ ｍ， ａ ．ｎ 该机床与该 实验 室 １ ８ 年研制的 Ｌ Ｄ Ｍ大型超精密车床一起仍是现在世界上公认 的 ９４ ＯＴ 技术水平最高 、 精度最高的车床日 。 我 国北京机床研究所 、 航空精密机械研究所 、 哈尔滨工业大学等单 位现在 已能生产若 干种超精密数控金刚石机床， 如北京机床研究所研制 的加 工直径 ８ ０ ｍ 的 Ｎ ０ｍ ＡＭ一 ０ ８ ０型 Ｃ Ｃ超精 密车床和 哈尔滨工业 大 Ｎ 学研制的加工直径 ３ ０ ｍ 的 Ｃ Ｃ超精密车床， ０ｍ Ｎ 这两台机床均有两坐标 精密数控系统和两坐标激光在线测量系统， 可以加工非球 回转 曲面； 还 有哈尔滨工业大学研制了加工 ＫＤ Ｐ晶体大平 面的超精密铣床。Ｋ Ｐ晶 Ｄ 体可用于光学倍频 ， 是大功率激光 系统中的重要元件 。 在大型超精密机床方面 ， 目前美 、 、 英 俄等 国都拥有 自行 开发的大 型超精密机床 ， 而我国由于没有大型超精密机床 ， 因此无法加工大直径 曲面反射镜等大型超精密零件 ，国外对这些大型超精密零件的出 口有 严 格 限制 ， 而严 重 影 响 了我 国国 防尖 端 技 术 的发 展 。 在 我 国正 在 加 从 现 紧研制加工直径 ｌ ｍ以上的立式超精密机床。 ３关键 技 术 在 超 精 密机 床 中的 应 用 ． 超精密机床 的质量 ， 取决于关键部件的质量。 世界各国都给予了足 够 的 重视 ， 人 大 量 人 力 物 力 ， 超 精 密 机 床 的关 键 部 件 和关 键 技 术 进 投 对
磨削加工技术
微磨削加工技术微磨削加工技术主要分为精密和超精密磨削技术。
1 精密与超精密磨削的机理精密磨削一般使用金刚石和立方氮化硼等高硬度磨料砂轮，主要靠对砂轮的精细修整，使用金刚石修整刀具以极小而又均匀的微进给(1O一15 mm／min)，获得众多的等高微刃，加工表面磨削痕迹微细，最后采用无火花光磨，由于微切削、滑移和摩擦等综合作用，达到低表面粗糙度值和高精度要求。
超精密磨削采用较小修整导程和吃刀量修整砂轮，靠超微细磨粒等高微刃磨削作用进行磨削u J。
精密与超精密磨削的机理与普通磨削有一些不同之处。
1)超微量切除。
应用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮，使磨粒细微破碎而产生微刃。
一颗磨粒变成多颗磨粒，相当于砂轮粒度变细，微刃的微切削作用就形成了低粗糙度。
2)微刃的等高切削作用。
微刃是砂轮精细修整而成的，分布在砂轮表层同一深度上的微刃数量多，等高性好，从而加工表面的残留高度极小。
3)单颗粒磨削加工过程。
磨粒是一颗具有弹性支承和大负前角切削刃的弹性体，单颗磨粒磨削时在与工件接触过程中，开始是弹性区，继而是塑性区、切削区、塑性区，最后是弹性区，这与切屑形成形状相符合。
超精密磨削时有微切削作用、塑性流动和弹性破坏作用，同时还有滑擦作用。
当刀刃锋利，有一定磨削深度时，微切削作用较强；如果刀刃不够锋利，或磨削深度太浅，磨粒切削刃不能切人工件，则产生塑性流动、弹性破坏以及滑擦。
4)连续磨削加工过程。
工件连续转动，砂轮持续切人，开始磨削系统整个部分都产生弹性变形，磨削切人量(磨削深度)和实际工件尺寸的减少量之间产生差值即弹性让刀量。
此后，磨削切人量逐渐变得与实际工件尺寸减少量相等，磨削系统处于稳定状态。
最后，磨削切入量到达给定值，但磨削系统弹性变形逐渐恢复为无切深磨削状态引。
2 精密与超精密磨床的发展精密磨床是精密磨削加工的基础。
当今精密磨床技术的发展方向是高精度化、集成化、自动化。
英国Cranfield大学精密工程公司(CUPE)是较早从事超精研制成功的OAGM2500大型超精密磨床是迄今为止最大的超精密磨削加工设备，主要用于光学玻璃等硬脆材料的超精密磨削加工 J。
高速切削技术要点及其在我国的发展趋势
科 技论 坛 ＩＩＩ
罗 巍
高速切 削技术要点及其在我 国的发展趋势
（ 山重 型机 床 厂 ， 北 唐 山 ０ ３ ０ ） 唐 河 ６ ０ ０
摘 要： 本文通过介 绍高速切 削机理 以及通过对机床 、 刀具等方 面介绍 实现 高速切 削的技 术措施及今后 的发展趋势 。探讨 高速切 削的应 用领 域； 高速切 削研究现存问题 并展 望高速切 削的发展趋势和未来研究方向。 分析 关键词 ： 高速切削技 术； 机床 ； 刀具 ； 发展现状 ； 理 围内某一设定 温度 ， 精度 为 ± ． ， ０ 。 同时使 用 ７ ４ 高速切削技术在我国的现状 切削加 工是机械 加工应用 最广 泛 的加 工 油雾润滑、 混合陶瓷轴承等新技术 ， 使主轴免维 我国在 ２ 世纪 ９ 年初 开始 了有关 高速切 ０ ｏ 长寿命 、 高精度 。 削机床及工艺 的研究。 研究 内容包括水泥床身、 方法之一 ， 而高速是它 的重要发展方向 ， 其中包 护 、 括高速软切削 、 高速硬切削 、 速干切削 、 进 高 大 ２ 高精度快速进给系统 ． ２ 超高速 主轴系统 、 全陶瓷轴承及磁悬浮轴 承、 快 给切削等 。高速切削能够大幅度提高生产效 率 高精度快速进给系统高速切 削是 高切 削速 速进给系统 、有色金属 及铸铁超 高速切 削机理 和单位时间内材料切除率 ，改善 加工 表面质量 度 、 高进给率和小切削量的组合 ， 进给速 度为传 与适应刀具等方面。通过我 国科技工作者 的艰 降低加工 费用 。通常认 为 ， 高速切 削加工为 ： 切 统的 ５～１ 。这就要求 机床进 给系统很高 的 苦 工作 ， ０倍 各项关键技术都取得 了显著进展 。 部分 削速度超过普通切削的 ５ １ 倍 ； — ０ 机床主轴转速 进给速度和良好的加减速特性 。一般要求快速 单项技术指标 可达 国际先进水平 。然而高速切 在 １０ ０ ２ ０ ０ ｒ ｎ以 上 ；进给 速度 通 常 达 进给率不小于 ６ ｍｒ ｎ ００－００ｒ ｉ ／ ａ ０ ／ ｉ，程序 可编辑进给率小 削机床是诸多高新技术 的高度集成 ，并且在一 ａ １ — ０ ／ ｉ， ５ ５ ｍ ｒｎ 最高可达 ９ ｒ ｍ ｎ 高速 切削技术 于 ４ ｎｍ ｎ ａ ０ ｄ ｉ。 ｔ ０ｄ ｉ，轴 向正逆 向加速 大于 １ ｍｓ （ ） 定 的市场需求 驱动下才能真 发展起来 。高速 ０／ １ 。 ２ ｇ 是 在机床结构及材料、 机床设计制造技术 、 高速 机床制造商大多采用全 闭环位置伺服控制的小 机床的高档数控 系统和开放式数控系统正在深 主轴系统 、 速进给系统 、 快 高性能 Ｃ Ｃ控制 系 导程 、 Ｎ 大尺寸 、 高质量的滚珠丝杠或大导程多头 人研究中 ， 目 但 前主要还是依赖进 口。 统、 高性能刀夹系统、 高性 能刀具材料及刀具设 丝 杠 。 国内刀具材料 目 前仍 以高速钢 、硬质合金 ２ 高速伺服系统 － ３ 计制造技术 、 高效高精度测量测试技术 、 高速切 刀具为 主 ， 先进刀具 材料（ 如涂层硬 质合金 、 金 削机理 、高速切 削工艺等诸多相关硬件与软件 为 了实现高速切削加工 ，机床不但要有高 属陶瓷 、 陶瓷刀具 、 Ｂ Ｃ Ｎ和 Ｐ Ｄ刀具等） Ｃ 虽有 一 技术 均得到充分发展的基础之 上综合 而成 的 。 速 主轴 ， 还要有高速 的伺服系统 ， 这不仅是为了 定基础 ， 但应用范 围不够广泛。总的来 说 ， 切削 因此 。 高速切削加工是 一个复杂 的系统工程 ， 涉 提高生产效率 ，也是维持高速切削中刀具正常 速度普遍偏低 ，切削水平和加工效率较低。 自 及机 床、 刀具 、 工件 、 加工工艺 过程参数及 切削 工作 的必要条件，否则会造成刀个的急剧磨损 ２ 世纪 ９ 年代 以来 ， 高速切 削铝合 金 、 、 Ｏ Ｏ 对 钢 与升温 ， 破坏工件加工 的表面质量。 铸铁、 高温合金、 钛合金等的切削力 、 切削温度 、 机理等诸多方面。 生产率与切削速度有着很密切关 系的 ， 切 ３实现高速切削 ，要正确地使用 高速切 削 刀具 损与破损和刀具寿命进行 了一定研究 和 削速度的提高可 以提高生产率 ，同时精 密和超 刀 具 探讨 ， 但还没有进行全面系统 的研究 。 对切削加 ３１高速切削刀具材料 ． 工过程的监控技术 研究较 多，但投入生产使用 精密加工技术 的发展也对切削速度有了更 进一 步提高的要求 。 高速切削加工 的概念提出后 ， 经 刀具材料的发展 ，高速切削技术发展 的历 的较少 。 也就是刀具材料不断进 步的历史 。 高速切削 ５高速切 削加工技术展望 过长期的探索 、 研究和发展 ， 泛应用 于工业 史 ， 被广 生产。 高速切 削除了能大幅度提高生产率以外 ， 的代表性 刀具材料是立方氮化硼 （ Ｂ ） Ｃ Ｎ 。端 面 高速切削发展趋势和未来研究方 向归纳起 Ｂ 还可以提高加工质量 ，特别是改善 已加工表 面 铣 削使 用 Ｃ Ｎ刀具 时 ，其 切 削 速 度 可 高达 来主要有 ： 新一 代高速大功率 机床的开发与 ｎ ０ ０ ／ ｉ， ｂ 高速切削动态特性 及稳 定性的研究 ； ｅ ． 质量。传统 的切削速度和刀具 寿命 的关 系被假 ５０ ｍｍ ｎ 主要用 于灰 口铸铁的切削加工 。聚 研制 ；． 定 为线性关系 ， 即刀具 的速度越高 ， 刀具 的磨损 晶金刚石（ Ｃ 刀具被称之为 ２ 世 纪的刀具 ， 高速切削机理的深入研究 ；． Ｐ Ｄ） １ ｄ 新一代 抗热振性 越 快。２ Ｏ世纪上半叶 。 研究人 员开始发 现， 在加 它特别适用 于切 削含有 Ｓ ｉ 的铝合金 材料 ， Ｏ 而 好 、 耐磨性好 、 寿命长的刀具材料的研制及适 宜 工过程 中， 切削速度达 到某个值后 ， 情况开始发 这种金属材料重量 轻、 强度高 ， 广泛地应用于汽 于高速切削的刀具结构 的研究 ；． 一步拓宽 ｅ进 生 变化 ， 刀具磨损加剧 ， 是速度继续上 升 ， 但 超 车、 摩托车发动机 、 电子装置 的壳体 、 底座 等方 高速切削工件材料及其高速切削工艺范围 ；开 ￡ ｇ 建 过某一值 ， 又可以恢复正常加工 。 经过 长期 的生 面。目前 ，用聚晶金刚石刀具端 面铣削铝合金 发适用 于高速切 削加工 状态 的监控技 术 ；－ 产实践 ，人们意识 到对于某一特定的被加工材 时，０ ０ ／ ｉ ５ ０ ｍ ｍｎ的切削速度 已达到实用化水 平 ， 立高速切削数据库 ，开发适于高速切 削加工的 ｈ 料来说 ，在比现行使用的切削速度高许多倍的 此外 陶瓷刀具也适用于灰 口铸铁 的高速切 削加 编程技术 以进 一步推 广高速 切削加 工技术 ；． 区域可能存 在一个十分理想的切削条件 ，在这 工 。 基于高速切削工艺 ， 发推广干式 （ 开 准干式 ） 切 涂层 刀具 ：Ｂ Ｃ Ｎ和金 刚石刀具 尽管具 有很 削绿色制造技术 ；基 于高速切削 ， 个切 削条 件下 ， 生产率高 、 刀具 耐用度长 ， 而且 ｊ ． 开发推广高 切 削 力 也 比较 小 。 好的高速切 削性能 ， 但成本相对较高 。 用涂层技 能加工技术 。 ２实现高速切 削 ， 高速切削机床应具 备的 术能够使切 削刀具既价格 低廉，又具有优异性 高速切削技术 是切 削加工技术 的主要发展 条件 能， 可有效 降低加工成本。 现在高速加工用 的立 方 向之一。 它会随着 Ｃ Ｃ技术 、 电子技术 、 Ｎ 微 新 为 了适应 粗精加 工 、轻重 切削 和快速 移 铣刀 ， 大都用 ＴＡＮ系的复合多层涂镀技术进 材料 和新结构等基 础技术 的发展而迈上更高的 ｉＩ 动， 同时保证高精度 （ 位精度 ± ． ５ ｍ ， 定 ０ ０ ｒ ）性 行 处 理 。 ０ ａ 台阶。 但也应清醒的看到。 高速切 削技术 自身也 能 良好的机床是实现高速切 削的关键 因素 。其 ３ ． ２高性 能 的 刀具 存在着一些亟待解决 的问题 ，这些都在一定程 应具备的技术有以下几项 ： 夹持系统高速铣床的刀具夹持系统要求其 度上制约和阻碍 了高速切削技术 的发展 ，我们 有很高的动平衡性 ， 要求 主轴具 有 ３０ ０／ ｉ 需要找准问题所在 ， ００ ｒ ｎ ｍ 认真研究并真正加以解决 。 ２１ 速 主 轴 ．高 高速主轴是高速切削机床 的核心部件 ， 随 之上 的动平衡能力 ， 且具有绝对的定心性 。主 着对 主 轴 转 速要 求 的不 断 提 高 ，传 统 的齿 轴 、 刀柄 、 刀具三者在旋转时应具有极高的同心 轮——皮带变 速传 动系统 由于本身 的振 动 、 噪 度 ， 这样才能保证高速 、 高精度加工 。否则转速 音等 原因已不能适应要求 ，取而代之的是一种 越 高离心力越大 当其达到系统的临界状态将 新颖 的功能部件—— 电主轴 ，它将主轴电机与 会使刀具系统发生 激振 ，其结果 是加工质量下 刀具寿命缩短 ， 加速 主轴轴 承磨损 ， 重时 严 机床 主轴合二为一 ，实现 了主轴 电机与机床主 降， 轴 的～体化。电主轴采用 了电子传感器来控制 会使 刀具与主轴损坏 。刀柄系统与主轴锥 度穴 温度 ， 自带水冷或 油冷循环系统 ， 使主轴在高速 孔应结合紧密，现在 刀柄一般都采用锥部 与主 旋转时保持恒温 ，一般可控制在 ２ 。 ～ ５ ０ ２ 。范 轴端面同时接触 的双定位锥柄。
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1 / 1 《现代制造技术》考查 大作业
超精密切削技术应用及发展 摘要:本文首先介绍了有关超精密切削制造技术的基本概念、特点、作用和主要设备，然后依次简述了超精密切削制造技术在汽车生产中、木工机械行业以及在内燃机制造方面的运用，最后简要的分析了其发展的支撑条件及新发展。 关键词：超精密切削制造技术；汽车生产；土木机械；内燃机制造； 新发展 1.概述： 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械加工新工艺，综合应用了机械技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精度发展。超精密加工技术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一，是先进制造技术的基础和关键。当代的精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿，也是明天技术的基础。目前，在工业发达国家中，一般工厂能稳定掌握的加工精度是1μm。 2.超精密切削制造技术 60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、磁盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚变装置用的大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形状的红外光用的立体镜等等各种反射镜和多面棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、抛光等方法进行加工，不但加工成本很高，而且很难满足精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、开发了使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切削加工的方法加工。 (经SPDT加工的光学元件成品示意图)
超精密加工主要包括三个领域： （1）超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。 （2）超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。 （3）超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1μm。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。 2.1在汽车生产中的应用 <1>高速切削技术在轮胎模具加工中的应用 轮胎影响着汽车诸多方面的性能，高精密的轮胎模具对于生产优质的轮胎尤为重要。高速切削加工技术应用于轮胎模具的生产中，不仅突显出其切削效率高、加工精度高、表面质量好的特点，而且也体现出其大大缩短了机械后加工、人工后加工和取样检验辅助工时的优势。
目前，随着技术性能要求的提升，汽车轮胎胎面的花纹图案变得愈加复杂和精致，原有的铸造模具和电火花加工模具已不能满足各种高精度轮胎制造的要求，取而代之的便是采用高速切削加工技术制造的高速直接雕刻模具。这种模具不仅精度高而且外观质量出色，完全消除了传统铸造和电加工过程中容易产生的潜在弊端。
高速切削（HSC）是近几年发展起来的一种集高效、优质和低耗于一身的先进制造工艺技术。高速切削是指采用超硬材料刀具和能实现高速运动的高精度、高自动化、柔性的设备，以极大地提高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制造技术。高速加工技术用于制造模具，具有切削效率高、加工精度高和表面质量好等显著优势，还可以大大缩短机械后加工、人工后加工和取样检验辅助工时。
高速加工技术是一项先进的、不断发展的综合技术。要充分发挥高速加工技术的优势，除必须具备高速加工机床外，还必须综合应用 高速加工刀具技术、高速加工工艺技术、高速加工CAD/CAM技术以及冷却润滑技术。随着高速加工技术的不断发展，高速加工的优势和作用将越来越明显。 轮胎模具行业的特点是单件小批量生产，因此，高速加工技术在轮胎模具行业的推广使用，有着非常巨大的发展潜力和发展空间。
高速雕刻技术的问题点主要是设备和刀具的成本高昂，一般企业不敢轻易投入。另外，对于花纹钢片比较多的、花纹锐角较尖的花纹图案，采用这种工艺技术也不大适合，理由是加工难度很大，且再小的刀具也不能加工出内尖角， 还是必须结合电火花加工来完成最后成形。
<2>高速切削技术在轮胎模具加工中的要求 高速切削技术作为高效加工的重要手段之一应用于轮胎模具花纹的加工中，其技术含量相当高，涉及到多方面的内容，包括快速的规范的编程、多轴联动加工、细微刀具应用、标准化操作、并行加工等方面，可以减少了以往电火花加工和人工修整的工作量，还可以保证模具制造的高度一致性，确保模具精度，缩短加工周期，从而提高生产效率，实现高效加工。
随着汽车轮胎胎面的花纹图案变得愈加复杂和其技术要求变得越来越严格，高速切削加工已经被逐渐应用到轮胎模具花纹的雕刻加工中。而由于轮胎模具花纹具有明显不同于常规模具结构的特殊性，因此高速切削技术在轮胎模具加工中具有一定的技术要求。 1.对机床的要求 为了适应粗精加工、轻重切削和快速移动，同时保证高精度（重复定位精度±0.005mm），性能良好的机床是实现高速切削的关键因素。
（1）拥有高速主轴 既然是高速切削加工，机床的主轴能否达到真正的高速是满足高速切削加工的必备条件。因为轮胎模具的花纹加工中所使用的刀具比较细小，为了保刀具的切削效果以及对刀具给予最有效的保护，因此对主轴的要求很高，转速一般要求达到20 000～40 000r/min，甚至更高；进给速度达到40～80m/min；主轴功率一般为10～40kW。
（2）高速移动 高速切削加工并不仅仅是指机床的主轴拥有高速转动的功能，而且也应该包含高速移动功能，包括高速移动横梁、高速移动工作台等。
（3）良好的精度稳定性和抗振性能 为了减少模具在开粗时重切削所产生的振动以及在高速切过程各高速运动零部件产生的高热量等不利于保护机床使用及精度控制的因素，高速切削机床的床身等支持部件应具有很好的动刚度、静刚度、热刚度以及阻尼系数。因此对于高速切削加工的机床床身及其主要支撑部件应该采取质量高、刚性好的材料，以保证机床使用过程中精度稳定并消除因切削特别是重切削引起的振动。 （4）优秀的进给驱动系统 要满足高速切削机床的要求，除了必须拥有高速主轴之外，优秀的进给驱动系统也是关键条件。进给驱动系统应有很高的控制精度和响应速度，目前全数字伺服系统驱动已经成为高速切削机床所广泛使用的一种方法。
2.对刀具的要求 轮胎模具的花纹相当复杂多变，随着花纹的变化，需要的刀具形状和尺寸各不相同，刀具的直径最小可以达到0.5mm，甚至有些刀具的刃部结构是无法从市场采购到的，需要自己处理。不管如何，刀具在轮胎模具的高速切削加工中具有不可低估的作用，随着加工方式、工件材料以及刀具选择的变化，高速切削加工的速度会有很大变化。刀具的质量直接影响到轮胎模具的加工效率和加工质量，因此为了实现高速切削，必须对刀具提出要求。
（1）刀具材料选择 在加工时，必须根据工件材质来选用刀具的材料。虽然轮胎模具花纹部分的零件材料一般采用中低碳钢或铝合金材料，但由于所使用刀具直径较小，切削过程容易折断或崩裂，因此对刀具材料也要提出较高的要求，刀具应具有高强度、高韧性等性能，一般情况下可以有以下几种材料的刀具可选：金属陶瓷材料刀具、超细颗粒硬质合金刀具、表面涂层刀具如PVD高性能涂层刀具等。
（2）刀具结构选择 加工轮胎模具花纹时，刀具的结构选择除了应结合所使用机床的接口包括系统接口外，还应根据被轮胎模具花纹结构及加工工序来优化组合刀具材料、涂层和槽型功能，选定具有最 佳切削效果的刀具结构。例如轮胎模具花纹筋条一般呈角度多变状，花纹筋根部要求无圆角且花纹筋末端经常有一些尖角需要处理，因此在选用刀具时既要考虑刀具可能如何避免或较少产生一定的R角，还要考虑选用坚韧耐磨的细微刀具，同时还要注意刀刃应利于在死角处如何排屑等问题。 （3）刀具装夹及防护 在高速切削过程中，必须加强刀具与夹紧装置的强度、刚度和稳定性，以保证在高转速下能够正常工作且安全可靠。注意刀具实际工作的转速，不超过刀具与刀柄夹紧装置制造厂家注明的允许最高转速。采用短锥空心刀柄代替传统刀柄，以提高刀具轴向和径向定位精度、轴向刚度，并具有过载保护作用。
3.对工艺的要求 （1）为避免精密高速机床使用过于集中及精密机床过快受损，在处理加工工艺时如有可能可以考虑粗加工、半精加工和精加工分开，采用一般机床和精密机床相结合，以实现错位加工，缩短单件在机时间，同时保证机床常处于比较稳定的精加工状态。
（2）减少切削量，加大进给。传统的轮胎模具的机加工中，例如用铣刀进行侧面切削时，采用刀具直径进行全面加工的情况较多，但这样会造成切削热的传导与散发不充分，从而加速刀具磨损。在高速加工中，刀具在直径方向的进给量减小，而空转时间增加，从而赢得了充足的时间使切削热得到散发，由此可以减少刀具的磨损。 （3）快速清除切屑。高速切削过程中，工件受到挤压而被切削，这个过程中产生了大量的热量，据有关研究结果，高速切削后的热量一般按以下情况分配：约95%的热量集中在切屑上，2%的热量留在工件上，3%的热量在刀具上。所以，高速切削后如不及时将切屑排出，这些热量就会传递给工件和刀具。因此要对切削位置进行必要的冷却和并排屑，避免热量的传递和聚集。快速排屑还能避免了切屑的二次切削，有效保护刀刃，从而延长刀具寿命。
2.2在木工机械中的应用 木工机械是指在木材加工工艺中，将木材加工的半成品加工成为木制
品的一类机床。家具机械是木工机械的重要组成部分。 木工机床加工的对象是木材。木材是人类发现利用最早的一种原料，与人类的住、行、用有着密切的关系。人类在长期实践中积累了丰富的木材加工经验。木工机床正是通过人们长期生产实践，不断发现、不断探索、不断创造而发展起来的。 木家具是指用木制材料制成的用具。根据其结构可分为框架式家具和板工家具两大类。典型框架式家具的结构为榫卯结构，材料为天然实木板、方材，如红木家具、明式家具、清式家具、实木餐桌椅等。典型的板式家具是指以人造板为材料，结构采用连接件、圆榫等方式连接的家具。 1 木工锯床及跑车 2 木工刨床 3 木工开榫机,木工榫槽机,木工铣床