超高速加工技术的现状及发展趋势
高速高效切削加工技术的现状及发展趋势
高速高效切削加工技术的现状及发展趋势一、前言目前，我国已成为世界飞机零部件的重要转包生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国转包生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。
为此，国内各飞机制造公司均进行了大规模的技术改造，引进了大量国外先进的加工装备，使我国的飞机制造业设备的数控化率越来越高。
与此同时，大量高速、高效、柔性、复合、环保的国外切削加工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本的变化。
刀具在航空航天加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。
与此形成鲜明对比的是，我国的装备制造业和以制造业为主要服务对象的传统的工具工业却无法满足航空航天工业对现代制造装备和先进加工工艺的要求。
下面结合我国航空航天工业加工技术的现状及发展趋势，着重介绍我国高效、高速切削刀具的生产应用情况，对我国工具工业的发展现状和存在的问题提出自己的看法。
二、航空航天工业加工技术的现状及发展趋势1.航空结构件材料的发展趋势及其特点①以整体件为代表的铝合金结构件为了提高零件的可靠性、降低成本和减轻重量，传统的铆接结构逐步被整体薄壁的机加工结构件所代替。
这类零件由于大部分是用整体实心铝合金材料制成的薄壁、细筋结构件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削产生的热量少、切削力小、零件变形小，因此提高生产效率的唯一途径是采用四轴或五轴联动机床进行高速铣削加工。
②以钛基和镍基合金零件为代表的难切削材料零件由于钛（镍）合金具有比强度高、热强度好、化学活性大等特点，目前飞机发动机重要部件采用钛基和镍基合金材料的逐渐增多。
采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，为常规切削速度的10倍。
这类材料的加工特点是：切削力大、切削温度高、加工硬化和粘刀现象严重、刀具易磨损。
③以碳纤维复合材料零件为代表的复合材料结构件复合材料现已成为新一代飞机机体结构主要材料之一，如飞机上的大型整体成形的翼面壁板、带纵墙的整体下翼面等。
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。
超高速加工技术的现状及发展趋势
超高速加工技术的现状及发展趋势目录摘要 (1)1 引言 (1)2 超高速加工技术简介 (1)2.1 超高速加工技术概况 (1)2.2 超高速加工技术分类 (2)2.3 超高速加工技术特点 (2)3 超高速加工技术现状 (3)3.1 超高速加工技术现状简述 (3)3.2 国外超高速加工技术发展 (4)3.3 国内发展情况 (5)4 超高速加工技术发展趋势 (5)谢辞 (8)超高速加工技术的应用和发展趋势摘要：本文介绍了超高速加工技术的概念、内容和发展现状，并分析了其发展动向。
关键词：高速加工技术、机械制造、应用、发展1 引言当前机械制造业为实现高生产率和追求利润,先进制造技术的应用越来越广泛而深入。
超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分,也已被积极地推广使用。
20世纪20年代德国人Saloman最早提出高速加工(High Speed Cutting, 简称HSC)的概念,并1931 年申请了专利。
50年代末及60年代初,美国和日本开始涉足此领域,在此期间德国已针对不同的超高速切削加工过程及有效的机械结构进行了许多基础性研究工作。
随着超高速加工主轴技术的发展,使得刀具切削速度得到很大提高,70年代诞生了第一台HSC机床。
真正将HSC技术应用于实践是在80年代初期,因飞机制造业为降低加工时间以及对一些小型特殊零件的薄壁加工而提出了快速铣削的要求。
自80年代中后期以来,商品化的超高速切削机床不断出现,超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。
超高速磨削技术在近20年来也得到长足的发展及应用。
德国Guehring Automation公司在1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kW强力立方氮化硼(CBN)砂轮磨床,Vs达到140~ 160m/s。
当今, 超高速加工已经在汽车、航空航天等领域获得应用。
2 超高速加工技术简介2.1 超高速加工技术概况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。
论数控高速加工技术综述
论数控高速加工技术综述数字控制高速加工技术是近年来发展迅速的一种新型加工技术，具有高度的可控性和精度，可用于生产高精度零件和工件。
在现代制造业领域中，数字化高速加工技术日益受到人们的关注和重视，具有广阔的应用前景。
一、数控高速加工技术的概念与发展数控高速加工技术是指利用数控设备和高速加工加工高精度零件的一种加工方法。
随着数控技术的发展和运用，高速加工技术也得到了进一步发展，目前已经与复杂的数控技术完美结合。
近年来, 随着科学技术的不断进步, 数控高速加工技术已经成为了制造业发展的重要趋势之一。
它可以极大的提高产品加工的效率和精度，因此，一些制造企业已经开始大力投入研究和使用数字高速加工技术。
二、数控高速加工技术的优势1. 可自动化、数字化控制加工过程，从而提高加工精度和生产效率。
2. 操作简单，对操作人员的技术水平要求较低。
3. 加工中产生的热量小，因此不会导致变形、裂纹等问题。
4. 大大降低了制造过程中的浪费和损耗，同时可以提高产品的质量和寿命。
三、数控高速加工技术的应用领域1. 航空航天领域：数字高速加工技术可以用于制造高精度的发动机叶片、复杂结构部件等。
2. 汽车制造领域：数字高速加工技术已广泛应用于汽车零件的加工。
3. 精密机械加工领域：由于数字高速加工技术能制造出高精度的小零件，所以在精密机械加工领域中也具有广泛的应用。
4. 电子芯片加工领域：数字高速加工技术可以用于加工各种电子元器件。
四、数控高速加工技术的现状随着数字高速加工技术的快速发展，近几年，全球数字高速加工机床市场规模持续扩大。
根据最新的市场研究报告显示，数字高速加工机床制造技术正在得到全球各个行业的青睐，并且预计将在未来几年内继续保持强劲的增长态势。
总之，随着数控高速加工技术的发展，其应用范围已经越来越广泛，未来将会在汽车、航空航天、精密机械和电子芯片等多个领域中继续发挥其巨大的作用。
此外，数字高速加工技术的进一步发展和推广还需要政府部门和企业共同努力，共同提高数字高速加工机床在制造业中的市场份额。
我国高速加工技术现状及发展趋势
标题：我国高速加工技术现状及发展趋势在当前工业生产中，高速加工技术已成为了提高加工效率、降低成本、改善产品质量的重要手段。
我国作为全球最大的制造业大国，高速加工技术的现状和发展趋势备受关注。
本文将从深度和广度两个方面对我国高速加工技术进行全面评估，并探讨其发展趋势。
一、我国高速加工技术的现状1. 高速加工技术的定义和特点高速加工技术是指在高速度下对工件进行切削加工的一种先进加工技术，具有高效率、高精度、高表面质量、低热影响区等特点。
2. 国内高速加工技术的发展历程自20世纪80年代以来，我国的高速加工技术得到了迅猛的发展，尤其是在航空航天、汽车制造、模具制造等行业得到了广泛应用。
3. 我国高速加工技术的应用现状高速加工技术在航空航天、汽车制造、模具制造、医疗器械等领域得到了广泛应用，成为提高生产效率和产品质量的重要手段。
二、我国高速加工技术的发展趋势1. 技术创新推动高速加工技术的发展随着科技的进步和不断创新，高速加工技术将会更加高效、精密、稳定，能够满足更加复杂的加工需求。
2. 智能制造与高速加工技术的融合智能制造将成为未来高速加工技术发展的重要方向，通过智能化、自动化技术，提高生产效率和产品质量。
3. 绿色制造与高速加工技术的结合高速加工技术在减少碳排放、节能减排方面将会有更大的发展空间，应用于绿色制造领域。
4. 人工智能在高速加工技术中的应用随着人工智能技术的快速发展，其在高速加工技术中的应用将会成为新的发展趋势，将提高生产效率和产品质量。
三、总结与展望我国高速加工技术在不断发展创新的过程中，已经取得了令人瞩目的成绩，但与发达国家相比仍有一定差距。
在未来发展中，需要加大科技投入力度，加强技术研发和创新，培养更多高端技术人才，不断提升我国的高速加工技术水平，推动制造业向高质量发展。
个人观点：高速加工技术作为先进制造技术的代表，将会对我国工业生产产生深远影响。
在未来，我相信随着科技的进步和不断创新，我国的高速加工技术将不断迈向更加高效、精密、稳定的发展方向，并为我国制造业的转型升级和智能制造提供重要支撑。
超高速加工技术发展现状及趋势
达 到 磨 削 表 面 的 水平 ，超 高 速 铣 削 可 实 现 硬 切 削 （ ＲＣ ０以下 ） 因而可 用 于模 具 的精 加工 ，省 去 其 Ｈ ６ 常规 的精 整加工 工序 或节 省抛光 工 时 。 在超 高速 加 工 中由于机 床 主轴 转速 很高 ，激 励 振 动频 率就很 高 ，远 离机 床 固有 振动频 率 ，因此 工
了 ２ ３倍 。 —
是超 高 速加 工 技术 对机 械制 造 业 实现 高 效 、
优 质 、低成 本 生产 有 广 泛 的适 用 性 。 超 高 速加 工 可 大 幅 度 提 高 加工 效 率 、缩 短 加 工 时 间 、降低 加
正 是 超 高 速 加 工 技 术 特 别 是 超 高 速 铣 削 ，与 新 一 代 数 控 机 床 特 别是 高 速加 工 中心 的开 发 应 用 紧密 相 关 。９ ０年代 以来 ，美 、欧 、 日各 国争 相 开 发 应用 新 一 代 高 速 数 控 机 床 ，集 高 效 、精 密 、柔 性 为 一 体 的数 控 机 床 的高 效 特 征 有 了 新 的 飞 跃 。 新 一代 数 控 机 床 已经 从 原 有 数 控机 床基 型 的高 速 型 派 生 品种 ，加 快 高 速 化 发 展 步 伐 ，适 应 超 高 速 度 高效 加 工 的新 结 构 已 用 于 多 种 产 品 中 ，高 速 主 轴 单 元 、高 速且 高 加／ 速 度 的进 给运 动 部件 、高 减 性 能 数控 和 伺服 系统 以及 工 具 系 统 都 出 现 了新 的
５ ０ ｒｍｉ ，进 给 速 度 ６ ／ ｎ 中 小 型 加 工 中心 ０ ０／ ｎ ｍ ｍｉ ；
二 、超 高速 加 工技 术 的 重 要性
高速加工的发展趋势
高速加工的发展趋势
高速加工技术的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 高速切削工艺：随着材料科学和刀具技术的不断进步，高速切削工艺的应用正在不断扩大。
高速切削工艺能够增加切削切削速度和加工效率，减少切削力和切削热量，提高切削质量和表面光洁度。
2. 高速加工中心的发展：高速加工中心是高速加工的核心设备。
未来，高速加工中心将越来越智能化，加工速度和精度将得到进一步提高。
同时，高速加工中心将根据不同的加工要求，提供更加灵活的刀具和夹具系统，以满足不同加工任务的需求。
3. 多轴加工技术的应用：多轴加工技术可以同时进行多个方向上的切削，使得曲面加工更加容易和精确。
未来，多轴加工技术将广泛应用于高速加工领域，提高加工效率和加工精度。
4. 先进的刀具材料和涂层技术：刀具是高速加工的关键因素之一。
未来，刀具材料将更加耐磨耐热，刀具涂层技术将更加先进，以满足高速切削的需求。
5. 智能化制造技术的应用：高速加工将与智能化制造技术相结合，实现工艺参数的自动优化和实时监控。
未来，高速加工设备将具有自动化、智能化和可持续发展的特点，提高生产效率和产品质量。
总体来说，高速加工的发展趋势是向着高效、智能和精准的方向发展，以满足不断变化的制造需求。
超高速切削的发展现状
超高速切削的发展现状随着制造业和加工技术的不断发展，超高速切削成为现代工业制造中不可或缺的部分。
超高速切削是指在高速旋转下，利用刀具对工件进行切削、磨削、抛光等加工操作。
其主要特点是切削速度高、加工效率高、加工精度高、表面质量好、能耗低等。
本文将对超高速切削的发展现状进行探讨，以期更好的了解超高速切削技术的最新进展及应用前景。
一、超高速切削的技术原理和发展历程超高速切削技术的最大特点就是其切削速度非常高，一般在每分钟1万转以上。
其切削原理与传统切削相同，但由于材料被切削时的应力和变形会随着切削速度的提高而发生变化，所以超高速切削作为一种极端切削加工技术，需要高端的刀具、机床和监测系统等辅助设备来确保工艺可行。
超高速切削技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
当时美国通用电气公司在多年的研究开发中，成功将切削速度提高到每分钟29300转以上，从而使加工效率和质量井喷式增长，为超高速切削技术的研究奠定了成功的基础。
此后，日本等国也开始积极开展超高速切削技术方面的研究，成为超高速切削的主要研究和应用国家之一。
二、超高速切削的应用领域随着超高速切削技术的不断发展和完善，其在航空航天、汽车制造、机械制造等领域的应用越来越普及。
目前，超高速切削技术已经广泛应用于以下几个领域：1、航空航天领域在航空航天领域，超高速切削技术被广泛应用于飞机发动机叶片、航空轴承等零部件的加工中。
由于这些零部件具有较高的加工难度和质量要求，而超高速切削技术的高加工效率和高加工质量正好能够满足这些要求。
2、汽车制造领域在汽车制造领域，超高速切削技术被广泛应用于汽车发动机零部件、车轮、减震器等汽车零部件的加工中。
由于该技术具有高效率、高质量、高精度的特点，能够大大提高汽车零部件的生产效率、降低生产成本。
3、机械制造领域在机械制造领域，超高速切削技术被广泛应用于高精度、高难度的零部件加工中。
由于该技术能够大大提高加工效率和精度，能够满足顾客对高精度、高质量零部件的要求，从而提高制造业的竞争优势。
超高速精密加工技术研究
超高速精密加工技术研究超高速精密加工技术是近年来制造领域的重要技术之一，它可以实现对各种材料的高速、高精度、高质量的加工，广泛应用于航空、航天、光学、电子、汽车等领域。
本文将从技术发展、应用领域以及未来发展等方面对超高速精密加工技术进行探讨。
一、技术发展超高速精密加工技术最早起源于日本，1975年，日本理化学研究所研制成功了激光磨削技术，这使得加工速度和精度大大提高。
1980年代初，随着计算机数控技术的发展，超高速加工被广泛应用于模具加工和精密加工领域。
此后，各种新的超高速加工技术如电解加工、电火花加工、等离子体加工、水喷射加工、纳米加工等相继出现，使得加工精度和速度更加突出。
二、应用领域在航空领域，超高速精密加工技术被广泛应用于航空发动机叶片制造、螺旋桨制造等方面。
这些领域对零件要求的精度和表面质量非常高，超高速加工技术可以保证零件的质量和稳定性。
在航天领域，超高速精密加工技术可以用于制造太阳能电池板、航天器外壳、反射镜等。
这些零件的加工难度非常大，超高速加工技术可以大大提高生产效率和品质。
在电子领域，超高速精密加工技术主要应用于半导体芯片加工、各类机械零件加工等方面。
这些领域对零件尺寸和表面精度要求非常高，超高速加工技术可以极大提高生产效率和品质。
在汽车领域，超高速精密加工技术主要应用于发动机零件加工、车身零件加工等方面。
这些领域对零件质量和精度要求较高，超高速加工技术可以保证零件的生产效率和品质。
三、未来发展未来，超高速精密加工技术将继续向深度化和高效化方向发展。
一方面，随着新材料的出现，超高速加工技术将有更广泛的应用领域。
另一方面，随着机械、电子、计算机等技术手段的不断提高，超高速加工技术将更具创新性和智能化。
四、结语超高速精密加工技术是当前制造领域中具有重要地位的技术之一，它的发展对制造业的发展具有重要意义。
未来，随着技术手段的不断提高和领域的不断拓展，超高速加工将更好地服务于制造业的进步和发展。
超高速加工发展状况及趋势
班级：机制2班姓名：周明学号：1208470528超高速加工发展状况及趋势随着时代发展与科学进步，各个国家关于对超高速加工技术的投资与研究使用的比例越来越高，但是各国的发展水平却依然存在很大的差距。
超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40~60m/min，砂轮磨削速度达100~150m/s;超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。
超高速加工已经成为先进制造技术竞争的一个制高点。
超高速加工中，工件与刀具相互高速撞击，力的瞬态作用使剪切局限在一个微区域，能量在此微区的耗散使材料局部高温，可能达到熔化或接近熔化的状态。
正反馈效应使局部绝热剪切作用愈加增强。
切削速度越高，这种绝热剪切作用也越强，接近音速的超高速切削走向极端条件，带来了诸多新机理研究和对传统切削机理的突破性挑战。
机床工作在数万转/分转速下承受冲击载荷，依然达到μ级的工作精度，要求实现机床主轴系统旋转的高精度高稳定性控制以及整机动静热特性的精确设计。
冲击载荷下，主轴的高刚度、高精度要求轴承工作间隙很小，在微间隙中轴承润滑介质受到强剪切与挤压，同样达到了一种极端的工况。
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。
超高速切削是金属切削加工技术的新发展。
在今后15年内,现代机床技术将在机床设计、结构、金属切削效率和生产率等方面有重大突破。
预计九十年代生产的机床将比七十年代生产的机床体积更小,速度更快。
它将采用强度与重量之比很高的材料(有色金属狈非金属材料)来代替钢和铸铁。
超高速加工的现状以及发展趋势
超高速加工的现状以及发展趋势超高速加工的现状以及发展趋势09制造331—20 孙赟作业①1.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对于机械零件而言，高速加工即是以较快的生产节拍进行加工。
一个生产节拍：零件送进--定位夹紧--刀具快进--刀具工进(在线检测)--刀具快退--工具松开、卸下--质量检测等七个基本生产环节。
而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动(或移动)速度超过普通切削5～10倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统；对于整条生产自动线而言，高速加工技术表征是以较简捷的工艺流程、较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。
这就要突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺(方式)：或采用一工位多工序、一刀多刃，或以车、铰、铣削替代磨削，或以拉削、搓、挤、滚压加工工艺(方式)替代滚、插、铣削加工…等工艺(方式)，尽可能地缩短整条生产线的工艺流程；对于某一产品而言，高速加工技术也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈信息。
超高速磨削技术最新进展综述
超高速加工技术最新进展综述一.超高速磨削加工技术的发展及现状摘要: 综述了超高速磨削加工技术的起源,概述了德国、美国以及日本等国的发展历程和目前的现状,并分析了国内近年来超高速磨削的发展。
介绍了超高速磨削的机理, 简单总结了超高速磨削的优越性和特点。
超高速磨削是提高磨削效率、降低工件表面粗糙度和提高零件加工质量的先进加工技术。
超高速磨削具有巨大的经济效益。
阐述了超高速磨削目前的发展趋势。
通常将砂轮线速度大于45m/ s的磨削称为高速磨削, 而将砂轮线速度大于150m/ s的磨削称为超高速磨削。
超高速磨削技术是磨削工艺本身的革命性跃变, 是适应现代高科技需要而发展起来的一项新兴综合技术, 它集现代机械、电子、光学、计算机、液压、计量及材料等先进技术成就于一体。
超高速磨削在德国、日本和美国等发达国家发展比较快。
德国著名磨削专家Tawakoli T 博士将其誉为“现代磨削技术的最高峰”。
日本先端技术研究学会把超高速加工列为五大现代制造技术之一。
国际生产工程学会( CIRP) 将超高速磨削技术确定为21世纪的中心研究方向之一, 并进行合作研究。
1. 超高速磨削技术的发展1. 1 高速和超高速磨削的理论依据高速加工和超高速加工的概念是由德国切削物理学家SalomonC博士于1931年首先提出, 他发表了著名的Salomon曲线, 创造性地预言了超越Talor切削方程式的非切削工作区域的存在, 提出如能够大幅度提高切削速度, 就可以越过切削过程产生的高温死谷而使刀具在超高速区进行高速切削, 从而大幅度减少切削工时, 成倍地提高机床生产率。
他的理论成为后来的高速超高速磨削的理论依据。
1. 2 国外高速超高速磨削的发展1. 2. 1欧洲的发展情况欧洲高速超高速磨削技术的发展起步比较早。
1979年德国Bremen大学的Werner PG[1]教授撰文预言了高效深磨区存在的合理性, 由此开创了高效深磨的概念。
1983年德国Bremen大学出资由德国Guhring Automation公司制造了当时世界上第一台高效深磨的磨床, 砂轮圆周速度达到了209m/s。
高速高精加工的趋势
高速高精加工的趋势
高速高精加工的趋势可以总结为以下几点：
1. 使用更高效的加工设备：随着科技的发展，加工设备的性能不断提高，如高速切削设备、高速加工中心等。
这些设备能够在更短的时间内完成更多的加工任务，提高生产效率。
2. 运用先进的数控技术：高速高精加工中广泛应用计算机数控技术，通过精确的控制和调节，实现对加工过程的精确控制，提高加工精度。
3. 采用新的加工工艺和工具：高速高精加工使用更先进的加工工艺和工具，如超硬刀具、高速切削液等，提高加工效率和精度。
4. 引入自动化和机器人技术：高速高精加工趋向于自动化生产，通过引入机器人技术实现工件的自动上下料、加工过程的自动控制和监测等，提高生产效率和产品质量。
5. 发展模具快速制造技术：高速高精加工在模具制造领域得到广泛应用，如采用先进的快速原型制造技术、3D打印技术等，大大缩短了模具设计和制造的周期，提高了制造效率和质量。
6. 推广绿色制造理念：高速高精加工趋向于推广绿色制造理念，采用环保材料
和工艺，减少能源和资源的消耗，减少对环境的污染。
总的来说，高速高精加工的趋势是通过引入更先进的设备、技术和工艺，提高生产效率和产品质量，实现快速、精确和可持续的制造。
超高速切削的发展现状
超高速切削的发展现状超高速切削是一种先进的切削加工技术，采用高速转速和小切削深度进行切削，能够有效提高切削效率和加工精度。
本文将对超高速切削的发展现状进行详细介绍。
超高速切削技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时由于切削过程容易产生几何形状的误差和表面质量问题，因此一直未能得到广泛应用。
随着计算机数控技术和精密制造技术的快速发展，超高速切削技术在上世纪80年代出现了突破性的进展。
发展初期，超高速切削主要用于加工金属材料，如铝合金、镁合金等，通过提高切削速度和减小切削深度，大大提高了切削效率和表面质量。
随着材料科学和刀具制造技术的进步，超高速切削技术逐渐应用到切削硬度较高的材料，如钢、铁等。
近年来，随着新材料和复杂工件的出现，超高速切削技术迎来了新的发展机遇。
首先是新材料的应用，如高性能陶瓷、纳米材料等，这些材料具有高硬度和高韧性，传统切削技术难以满足对其加工精度和表面质量的要求，而超高速切削技术能够有效解决这一问题。
其次是复杂工件的加工，如汽车发动机缸体、飞机发动机叶片等，这些工件形状复杂，表面精度要求高，传统加工方法效率低、成本高，而超高速切削技术具有快速、高效的优势。
随着超高速切削技术的不断发展，相关设备和工具也在不断更新迭代。
首先是刀具材料的优化，采用纳米材料、复合材料等先进材料制造刀具，能够提高切削效率和切削质量。
其次是机床的改进，采用高刚性、高速度的数控机床，能够满足高速切削的要求。
同时，先进的控制系统和传感器技术的应用，能够实时监测切削过程中的温度、压力等参数，保证整个加工过程的稳定性和安全性。
超高速切削技术的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。
首先是加工效率的提高，相比传统切削技术，超高速切削能够大幅度提高切削速度和加工效率，节约了生产时间和成本。
其次是加工精度和表面质量的提升，超高速切削能够实现微米级的精度和纳米级的表面粗糙度，满足了高精度工件的需求。
此外，超高速切削技术还可以减少切削力和切削温度，降低刀具磨损和能量消耗，从而延长刀具寿命，减少了对自然资源的消耗，对环境保护具有积极意义。
超高速切削的发展现状
超高速切削的发展现状金属切削加工已进入了一个以高速切削为代表的新的发展阶段，由于高速切削加工能极大地提高材料的切除率和零件的加工质量，降低加工成本，因而成为当今金属切削加工的发展方向之一。
高速切削刀具技术是高速切削加工的一个关键技术，它包括高速切削刀具材料、刀柄系统、刀具系统动平衡技术、刀具监测技术等。
本文就作一概述。
1.高速切削加工对刀具系统的要求所谓刀具系统是指由刀柄、夹头和切削刀具所组成的完整的刀具体系，刀柄与机床主轴相连，切削刀具通过夹头装入刀柄之中。
要使刀具系统能在高速下进行切削加工，应满足以下基本条件：较高的系统精度系统精度包括系统定位夹持精度和刀具重复定位精度，前者指刀具与刀柄、刀柄与机床主轴的连接精度；后者指每次换刀后刀具系统精度的一致性。
刀具系统具有较高的系统精度，才能保证高速加工条件下刀具系统应有的静态和动态稳定性。
较高的系统刚度刀具系统的静、动刚度是影响加工精度及切削性能的重要因素。
刀具系统刚度不足会导致刀具系统振动，从而降低加工精度，并加剧刀具的磨损，降低刀具的使用寿命。
较好的动平衡性高速切削加工条件下，微小质量的不平衡都会造成巨大的离心力，在加工过程中引起机床的急剧振动。
因此，高速刀具系统的动平衡非常重要。
2.传统实心长刀柄结构存在的问题目前，在数控铣床、数控镗床和加工中心上使用的传统刀柄是标准7:24锥度实心长刀柄。
这种刀柄与机床主轴的连接只是靠锥面定位，主轴端面与刀柄法兰端面间有较大间隙。
这种刀柄结构在高速切削条件下会出现下列问题：刀具动、静刚度低刀具高速旋转时，由于离心力的作用，主轴锥孔和刀柄均会发生径向膨胀，膨胀量大小随旋转半径和转速的增大而增大。
这就会造成刀柄的膨胀量小于主轴锥孔的膨胀量而出现配合间隙，使得本来只靠锥面结合的低刚性连接的刚度进一步降低。
动平衡性差标准7:24锥度柄较长，很难实现全长无间隙配合，一般只要求配合前段70%以上接触，而后段往往会有一定间隙。
超高速加工技术
长度缩短为零。我们称这种新型的驱动与传动方式为“零传
动”。
超高速电主轴
超高速电主轴
（3）集成式电机主轴振动小，由于直接传动，因而减少了高精密 齿轮等关键零件，消除了齿轮的传动误差。同时，集成式主轴也简 化了机床设计中一些关键性的工作，如简化了机床外型设计，容易 实现高速加工中快速换刀时的主轴定位等。 这种电主轴和以前用于内圆磨床的内装式电机主轴有很大的区别， 主要表现在： (1) 有很大的驱动功率和扭矩； (2) 有较宽的调速范围； (3) 有一系列监控主轴振动、轴承和电机温升等运行参数的传感器、 测试控制和报警系统，以确保主轴超高速运转的可靠性与安全性。 国外超高速主轴单元的发展较快，中等规格的加工中心的主轴转速 已普遍达到10 000 r/min，甚至更高。
具刃磨费用等。
（二）超高速磨削加工的优 越性
• • • • • 大幅度提高磨削效率 磨削力小，零件加工精度高 获得低粗糙度表面 大幅度延长砂轮寿命，有助于实现磨削 加工自动化 改善加工表面完整性
四、超高速切削的相关技术
1、 超高速切削的刀具技术
超高速切削的刀具材料
（1）涂层刀具材料。在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬
悬浮轴承砂轮主轴，转速达到60 000 r/min。德国GMN公司的磁悬浮轴承主
轴单元的转速最高达100 000 r/min以上。此外，液体动静压混合轴承也已 逐渐应用于高效磨床。 。
超高速切削机床的进给系统
•
超高速切削进给系统是评价超高速机床性能的 重要指标之一，不仅对提高生产率有重要意义， 而且也是维持超高速切削中刀具正常工作的必要 条件。超高速切削在提高主轴速度的同时必须提 高进给速度，并且要求进给运动能在瞬时达到高
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目录摘要 (1)1 引言 (1)2 超高速加工技术简介 (1)2.1 超高速加工技术概况 (1)2.2 超高速加工技术分类 (2)2.3 超高速加工技术特点 (2)3 超高速加工技术现状 (3)3.1 超高速加工技术现状简述 (3)3.2 国外超高速加工技术发展 (4)3.3 国内发展情况 (5)4 超高速加工技术发展趋势 (5)谢辞 (8)超高速加工技术的应用和发展趋势摘要：本文介绍了超高速加工技术的概念、内容和发展现状，并分析了其发展动向。
关键词：高速加工技术、机械制造、应用、发展1 引言当前机械制造业为实现高生产率和追求利润,先进制造技术的应用越来越广泛而深入。
超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分,也已被积极地推广使用。
20世纪20年代德国人Saloman最早提出高速加工(High Speed Cutting, 简称HSC)的概念,并1931 年申请了专利。
50年代末及60年代初,美国和日本开始涉足此领域,在此期间德国已针对不同的超高速切削加工过程及有效的机械结构进行了许多基础性研究工作。
随着超高速加工主轴技术的发展,使得刀具切削速度得到很大提高,70年代诞生了第一台HSC机床。
真正将HSC技术应用于实践是在80年代初期,因飞机制造业为降低加工时间以及对一些小型特殊零件的薄壁加工而提出了快速铣削的要求。
自80年代中后期以来, 商品化的超高速切削机床不断出现,超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。
超高速磨削技术在近20年来也得到长足的发展及应用。
德国Guehring Automation公司在1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kW强力立方氮化硼(CBN)砂轮磨床,Vs达到140~ 160m/s。
当今, 超高速加工已经在汽车、航空航天等领域获得应用。
2 超高速加工技术简介2.1 超高速加工技术概况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。
超高速加工是实现高效率制造的核心技术,工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。
可以说,超高速加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。
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。
2.2 超高速加工技术分类超高速加工技术主要包括以下内容：（1）超高速切削、磨削机理研究。
对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。
（2）超高速主轴单元制造技术研究。
主轴材料、结构、轴承的研究与开发; 主轴系统动态特性及热态性研究; 柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究; 主轴系统的润滑与冷却技术研究; 主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究; 主轴换刀技术研究。
（3）超高速进给单元制造技术研究。
高速位置芯片环的研制; 精密交流伺服系统及电机的研究; 系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究; 机械传动链静、动刚度研究; 加减速控制技术研究; 精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。
（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。
研究开发各种超高速加工(包括难加工材料) 用刀具磨具材料及制备技术。
（5）高速CNC控制系统:超高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性,以保证加工复杂曲面轮廓时,具有良好的加工性能。
还要具有高速插补及超前处理能力,防止刀具轨迹偏移和突发事故。
（6）超高速加工在线检测与控制技术研究。
对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术,对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。
2.3 超高速加工技术特点超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工,对高塑性等难磨材料也有良好的磨削表现。
与普通磨削相比,超高速磨削显示出极大的优越性（1）切削力降低30%左右，特别适合刚性差的工件。
（2）能实现对硬脆材料的延性域磨削,对高塑性和难磨材料获得良好的磨削效果。
由于加工时对刀具和工件进行了冷却润滑，减少了切削热对工件的影响，特别适合加工易热变形的工件。
（3）降低加工工件表面粗糙度值,易获得高光洁的加工表面。
激振频率远远高于机床和工艺系统的固有频率，加工平稳，振动小，加工表面质量好。
（4）能极大地提高生产效率。
但是，高速切削采用的高压大流量冷却方式会增加环境污染、提高生产成本、减少刀具的耐用度、加大机床腐蚀等一系列问题。
（5）明显降低磨削力,提高零件加工精度.（6）砂轮耐用度提高,使用寿命延长。
（7）具有巨大的经济效益。
3 超高速加工技术现状3.1 超高速加工技术现状简述（1）高速主轴系统:高性能的电主轴是实现超高速加工的基础, 要求具有很高的转速及相应的功率和扭矩。
新近开发的加工中心主轴Dn值(主轴直径与每分钟转速之积)大都已超过100万。
在主轴系统中主要采用重量轻于钢制品的陶瓷球轴承,轴承润滑方式大都采用油气混合润滑方式。
在高速加工领域,目前已开发出空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴合并构成的磁气/空气混合主轴。
（2）高速进给机构:超高速加工要求进给系统能够完成高速进给运动,所用的进给驱动机构通常都为大导程滚珠丝杠或直线电机,其最高加速度在2G以上, 最高进给速度可超过160m/min。
(3)高速切削刀具:超高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼( CBN) , 端面铣削使用CBN 刀具时,其切削速度可高达5000m/min。
用金刚石刀具端面铣削铝合金时, 5000m/min 的切削速度已达到实用化水平。
CBN和金刚石刀具只能用于一定的加工领域, 尚不能取得非常理想的降低加工成本的效果。
目前, 涂层技术是一项既能作到价格低廉、性能优异, 又可有效降低加工成本的技术。
现在超高速加工用的立铣刀, 大都采用TiAIN 系的复合多层涂镀技术进行处理。
如在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时,DLC ( Diamond Like Carbon) 涂层刀具就受到人们极大的关注, 预计其市场前景十分可观。
(4)刀具夹持系统:刀具的夹持系统是支撑高速切削的重要技术, 目前使用最为广泛的是两面夹紧式工具系统。
作为商品正式投放市场的两面夹紧式工具系统主要有: HSK、KM、Bigplus、NC5、AHO 等系统。
在高速切削的情况下, 刀具与夹具回转平衡性能的优劣, 不仅影响到加工精度和刀具寿命,而且也会影响到机床的使用寿命。
因此,在选择工具系统时,应尽量选用平衡性能良好的产品。
(5)安全保护措施:进行高速切削时,由于刀具高速回转, 切屑的速度也相当高。
在对钢材或铸件进行高速铣削时, 其切屑带着火花四处飞溅, 因此, 必须采取措施, 使切屑沿着一定的方向排出。
目前,三菱综合材料公司已开发出一种“ Q- ing 铣刀”, 可控制排屑方向, 大大提高了高速铣削加工的安全性。
3.2 国外超高速加工技术发展3.2.1 欧洲的发展情况欧洲高速超高速磨削技术的发展起步比较早。
1979年德国 Bremen大学的Werner P G 教授撰文预言了高效深磨区存在的合理性,由此开创了高效深磨的概念。
1983年德国Bremen大学出资由德国Guhring Automation公司制造了当时世界上第一台高效深磨的磨床,砂轮圆周速度达到了209 m/ s。
德国 Guhring Automation公司于1992 年成功制造出砂轮线速度为140～160m/s的CBN 磨床,并正在试制线速度达180m/ s 的样机。
德国Aachen 大学、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。
据Aachen工业大学实验室的Koeing和Ferlemann 宣称,该实验室已经采用了圆周速度达到 500 m/s的超高速砂轮,这一速度已突破了当前机床与砂轮的工作极限。
瑞士Studer公司开发的CBN 砂轮线速度在60m/s 以上, 并向120～130m/s方向发展。
目前在试验室内正用改装的S45型外圆磨床进行线速度280m/s的磨削试验。
3.2.2 美国的发展情况美国20世纪60年代中期开始提高陶瓷砂轮的线速度。
辛辛那提-米拉克隆公司到1969 年已生产了100多台高速磨床,其中有80m/s的无心磨床。
本迪克斯公司1970年生产了91 m/s的切入式高速磨床。
1971年,美国Carnegie-Mellon大学制造了一种无中心孔的钢质轮,在其周边上镶有砂瓦,其试验速度可达185m/s,工作速度达到125m/s,用于磨削不锈钢锭和切断,也可用于外圆磨削。
1993年,美国的 Edgetek Machine 公司首次推出的超高速磨床,采用单层CBN砂轮,圆周速度达到203m/s ,用以加工淬硬锯齿等可以达到很高的金属切除率。
美国Connecticut大学磨削研究与发展中心的无心外圆磨床,最高磨削速度可达250m/。
2000年美国马萨诸塞州立大学的Malkin S等人,以149m/s砂轮速度,使用电镀金刚石砂轮通过磨削氮化硅研究砂轮的地貌和磨削机理。
3.2.3 日本的发展情况日本在20世纪70年代中期,不少工厂生产磨削速度为45m/s和60m/s的磨床,三井精机于1972年生产了磨削速度为80m/s的高速磨床,切入成型磨铸铁工件,加工时间仅为59s。
1985年前后,在凸轮和曲轴磨床上,磨削速度达到了80m/s。
1990年10月底在第五届“日本国际机床展览会”上,日本推出了磨削速度为120m/s的高速磨床。
之后,开始开发160m/s 以上的超高速磨床。
1993年前后,使用单颗粒金刚石进行了250m/s超高速磨削试验研究。
1996年日本又推出了125m/s CBN砂轮平面磨床。
至2000年,日本已进行500m/s 超高速磨削试验。
Shinizu等人为了获得超高磨削速度,利用改制的磨床,将两根主轴并列在一起；一根作为砂轮轴,另一根作为工件主轴,并使其在磨削点切向速度相反,取得了相对磨削速度为V S + V W的结果,砂轮和工件间的磨削线速度实际接近1000m/s。
3.3 国内发展情况国内高速超高速磨削的发展自1958年,我国开始推广高速磨削技术。