(完整)超高速加工与超精密加工技术
高效精密、超精密加工技术
远镜的口径增大一倍，如建于1917年位于美国威尔逊山天文台的 Hooker望远镜的口径
为 2.5m，是当年全世界最大的天文望远镜；到 1948年被 Hale望远镜取代，其口径达到 了5m；1992年新建成的Keck望远镜的口径达到了10m，目前仍在发挥着巨大的作用。
六.精密超精密加工技术发展趋势
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被加工材料和工艺方法也在不断扩展
钛合金是航空最常用的材料之一，氢作为有害杂质元素对钛合金的使用性能有极其不
利的影响，如会引起钛合金氢脆、应力腐蚀及延迟断裂等，但是近年来研究表明通过
合理有效地控制渗氢、相变及除氢等过程，获得钛合金组织结构的变化，从而可以改 善其加工性能，提高加工表面质量和效率。同样通常认为黑色金属是无法利用天然金 刚石进行超精密切削加工的，多年来也一直在进行各种工艺研究，如利用低温流体
3.精密超精密加工技术是现代高技术战争 的重要技术支撑
超精密加工技术对国防武 器装备的发展具有重大影 响，掌握超精密加工技术 并具备相应的生产能力是 国防工业涉入现代国防科 技和武器装备尖端技术领 域的必要手段， 20 世纪 90年代初，美国就将其列 为21项美国国防关键技术 之一
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使激光陀螺得以在飞机上广泛应用 为发动机喷嘴零件的精密加工提供 可靠保证 激光加工和离子刻蚀对飞机和导弹 惯性系统的小型化起重要作用 超精密加工技术使导弹关键元器件 的精度和质量产生了飞跃，进而大 大提高了导弹的命中率
二.分类
先进制造工艺技术： 超精密加工技术 精密成型制造技术 现代特种加工技术 快速成型制造技术 制造自动化技术： 数控技术与数控机床 工业机器人及物流设备 柔性制造系统 计算机集成制造和工厂自动化
先进生产模式： 柔性生产模式 智能制造模式该模式 精益生产模式 敏捷制造模式 极端制造模式
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。
(三)先进制造工艺3-超高速加工技术
（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。
China University of Mining & Technology
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ppt课件
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
文献翻译-超精密加工与超高速加工技术
附录附录1：英文原文Ultraprecisio processing,andultra-high-speed processingtechnologiesFirst, Technical overviewSophisticated, ultra-precision processing is a relative concept but as a general increase in the level of craftsmanship, different divisions have different age limits, but no strict uniform standards. From the current level of mechanical processing technology and ultra precision processing usually processing precision<0.3μm ，Surface roughness Ra value<0.03μm.Hypervelocity processing technology refers to the cutlery used paint materials through greatly increased cutting speed and chin to improve the material removal rate of speed, accuracy and Processing processing quality modern processing technology.Hypervelocity scope for cutting speed processing different working materials, different ways and different machines. Currently, the general view, ultra high speed machining of the cutting speed range of materials : aluminum alloy over 1600m /min, cast iron for 1500m /min, ultra heat -300m /min nickel alloys, titanium alloys to 150 ～1000m /min, fibre reinforced plastics for 2000 ～9000m /min. The cutting speed range of alternative processes for Chexue 700 ～7000m /min, Xianxiao 300 ～6000m /min, drilling 200 ～1100m /min, grinding 250m /s above, and so on.Ultra high speed processing technologies include : ultra high speed machining and grinding research mechanisms, hypervelocity main modules manufacturing technology, ultra high speed into the module manufacturing technology, ultra high-speed processing with cutlery and abrasive manufacturing technology, ultra high speed processing online automatic detection and control technologies.Ultra precision processing refers to the current processing components size precision than 0.1μm, the surface roughness Ra <0.025 μm, and the machine tools used in the resolution positioning accuracy and repetitive than 0.01μm processing technology, also known as the Asian micrometres processing technology, and is to nano-class processing technologydevelopment.Ultra precision processing technology include : ultra precision processing experiment, ultra precision processing equipment manufacturing technology research, tools and Renmo super precision processing technology research, technology and ultra-precision measurement error compensation technology research, ultra precision processing work study environmental conditions.Second, the current situation and development trend1）Ultra high speed processingDeveloped ultra-high-speed processing of industrial research earlier, the high level. In this technology, in a leading position in the country mainly Germany , Japan , the United States , Italy .In hypervelocity processing technology, the frame material to achieve ultra high speed processing tool is the prerequisite and preconditions, ultra high speed grinding machine technology is a modern method of hypervelocity processing techniques, and high-speed digital machine tools and processing center is the key to achieving ultra-high-speed processing equipment. Currently, cutlery materials from carbon steel and alloy tool steel, the high-speed steel, hard alloy steel, ceramic materials, the development of artificial diamonds and Jujing diamond (PCD), and Ju Jing cubic feet Danhuapeng Danhuapeng (CBN). Cutting speed is as innovative materials and cutlery from the former 12m /min to 1200m /min above. Abrasive Wheels materials used in the past primarily corundum is, silicon carbide is, the United States G.E companies in the 1950s, synthetic diamonds success, the 1960s was the first success CBN. 1990s ceramic or resin combination agents CBN grinding wheel, diamond grinding wheel speed up 125m /s lines, some up to 150m /s and single-level electroplating CBN grinding wheel to 250m /s. It was felt that with the new cutlery (Saint), the continuous development of materials, cutting speed to be doubled every decade, the emergence of subsonic and supersonic processing will not be too far off.In hypervelocity cutting technology, developed in 1976 by a U.S. company Vought Taiwan hypervelocity milling machine, the maximum rotational speed of 20000rpm reached. Special attention is the Federal University of production engineering and machine tools industry Darmstadt Institute (PTW) from 1978 began a systematic study of hypervelocity alternative mechanisms for the various metals and non-metallic materials for high-speed machining tests Federal dozens of enterprises and organizations provided more than 2,000 million DM in support of the study, since the late 1980s, since the commercialization of emerging ultra-high-speed machining machine tools, super-high-speed machine tools from a single super high-speed milling machine into hypervelocity vehicles milling machine, drilling of high-speed millingmachine and processing centres. Switzerland , the United Kingdom , Japan has launched its ultra high speed machine tools. Japan Hitachi smart machines HG400III maximum rotational speed of the speech-processing center 36000 ～40000r/min, workstations rapid mobile speed 36 ～40m /min. Using linear electrical U.S.-based high-speed processing HVM800 Ingersoll companies to move into the center for 60m /min speed.In high-speed and ultra-high-speed grinding technology, people developed high-speed, ultra high speed grinding, deep relief for grinding into, deep into the fast grinding (HEDG), multi-piece grinding wheel and multi-grinding wheel-grinding, and many other high-speed efficient grinding, high-speed efficient grinding technology in the past 20 years has been considerable development and application. Germany Guehring Automation Company in 1983 created the first time the world's most powerful 60kw Taiwan Firm CBN grinding wheel grinder, versus reach 140 ～160m /s. A German enjoy Industrial University, the University of Bremen in high-skills research achieved world-recognized achievements, and actively in the aluminum alloy, titanium alloys, nickel alloys, and other difficult for recreational materials for the efficient processing of deep research skills. German Bosch company processing applications CBN grinding wheel speed grinding wheel Chixing using hypervelocity grinding electroplating CBN grinding wheel to replace the original roll teeth and shaving teeth processing techniques, and materials processing 16MnCr5 gear Chixing, Vs= 155m /s its reach 811mm 3 /mm.s Q, German companies use high-speed Kapp deep processing lumber mill parts Shencao, working materials for 100Cr6 bearing steel, using electroplating CBN grinding wheel, reached 300m /s versus the Q`= 140mm 3 /mm.s, grinding processing, the leaves will quench pump rotors a Zhuangjia 10, a meticulous rotor shafts, grinding, her chin to speed 1.2m /min average processing time within 10 seconds of each rotor, Caokuan accuracy assured in two 16ug m, a grinding wheel chain 1,300 working. Currently, the Japanese industry has 200m /s practical grinding pace, the United States Conneticut University grinding Research Center , 1996 its intention Bamboo high-speed grinder, the grinding wheel grinding maximum speed of 250m /s.2）Ultra precision processingUltra precision processing technology in the leading position internationally in the countries the United States , Britain and Japan . These countries not only ultra-precision processing technology sets the overall high level, but also a very high degree of commercialization.The United States is conducting the first study ultra-precision processing technology, and so far its leading position in the world countries. Back in the 1950s, because of space needs in the development of sophisticated technology, the United States developed the first ultra-precision machining diamond cutlery technology called "SPDT technology" (Single Point Diamond Turning), or "micro-inch technology" (1 micro-inch =0.025μm) and the development ofcorresponding ultra-precision air bearing spindle machine tools. For processing laser nuclear fusion reflection mirror, and tactical missiles and manned spacecraft with large spherical non-spherical parts, and so on. If the United States LLL Y-12 factories and laboratories in support of the United States Department of Energy in July 1983 successfully developed large ultra-precision diamond lathe DTM-3 type, the machine tool chain largest parts 2100mm , weight 4500kg laser nuclear fusion using a mirror reflection of the various metals, using infrared devices spare parts, large celestial telescopes (including X-ray celestial telescopes). The processing precision machine tools to shape error to reach 28nm (radius), Yuan degrees and horizontal degrees of 12.5nm, surface roughness for Ra4.2nm processing. The Machine Tool Laboratory in 1984 with the development of ultra-precision lathe, a large Lodtm is now recognized in the world the highest level of technology, precision highest-precision lathe large diamonds.In ultra-precision processing technology, the British Cranfield Institute of Technology belongs Cranfield Precision Engineering Institute (short for CUPE) enjoy higher prestige, it is the world's precision engineering research centres, the British super-precision processing technology unique. If CUPE production Nanocentre (nanometer processing center) for ultra-sophisticated Chexue can also carry Motou can conduct ultra precision grinding, precision processing final shape up 0.1μm, the surface roughness RaCrystal Mirror processing methods usually used grinding, grinding pace of the V=25 ～35m /s, Cumo, t=0.02 ～0.07mm , Jingmo, t=3 ～10μm; When the oil stone, left, V=10 ～50m /min, material removal rate to 0.1μm ～1μm/min. Ultra-precision grinding may reach 0.01μm ～0.002μm Ra Yuan degrees and the surface roughness.Spherical mirror research, and he requested a study be maintained in the processing of surface upward law, there are two guaranteed ways : First, through the Site (1) positioning itself since the body to reach; Second, through the use of digital systems for ground first (2) in favor of one Kok to achieve. Spherical mirror of himself behind in the use of laser processing law is the establishment of interference device (4) surface (3) measurement error basis. Measurement, laser interference device along the X and Y coordinates of movement in one direction or along X,Y movement and workstations (5) rotation, the mirror errors measurements were recorded in analog or digital volume of memory devices, and then proceed to deal with. According to the directive from digital systems Motou (the Site) was marked by the movement of a given face the greatest error and bias Department finds inter materials. After the surface was re-testing and duplication processes. It was so gradual convergence in the way of achieving the required faceprecision. Graphic processing is the mirror of the main methods used for grinding and processing techniques behind the current bill could have reached the highest level degrees3）Physical processing of FranceThere are many methods of physical processing, which was the most widespread application is Feb abrasive polishing and ion beams surface processing. The former is the essence of the electrolytic processes resulting from the oxidation and left by the abrasive material removed from the surface to be processed was the mirror; After firing on ion generator which is the ion beams on the surface.In addition to the above methods, there are other ultra-sophisticated composite processing methods, such as electric spark shape processed and then used fluid polishing law, electrochemical polishing law, ultrasonic chemical polishing law, power equipment suspended law, law and the use of magnetic fluid grinding Elid grinding technology law. Elid technology used optical glass processing non-spherical lenses, face up to 0.2μm accuracy, surface roughness is reached Ra=20nm.Thrid,Super-precision processing machine tool design and manufactureUltra precision processing machine tool design and manufacture of key and core issue is that super-precision machining and objectives. Thus, the super-precision processing machine tool design and manufacture of the basic principles and requirements are : to eliminate or reduce the sources of heat and Zhenyuan machine tools; Improve the structure of rigidity and geometric precision machine tools; Reduce the deformation machine tools (including temperature deformation and strength deformation) of the impact of precision machine tools for processing. To achieve these basic principles and requirements, ultra precision processing machine tool design, some of the principles often take measures :The first is to be made or used friction heat large transmission devices (such as mechanical Mojitiaosu devices), and the process of heat large sources of heat (such as electrical, cooling lubricants boxes, etc.) and structural separation or machine tools identity insulation to avoid heat from the structure of the machine tool machine tools identity caused hot deformation.Choice of hot and heat conduction rate coefficient alpha coefficient of the material for low value of machine tool λimportant parts materials. Meanwhile, it should be used as thermal physical properties to the same or similar materials in the manufacture of machine tool components and spare parts.Components designed to heat symmetrical structure, but should consider forced air or liquid cooling and set aside corresponding coolant flow cycle routes. When cooling in the size range200mm ～1500mm , wind flow should be (3 ～10) m 3 /s or liquid flux for (1 ～10) L/s, thereby maintaining separate temperature fluctuations ±0.05°C and ±0.02°C meridian east. Service to individual strong sources of heat (such as main bearings) arising from the heat and, if necessary, be devoted to the thermal control away.Ultra precision processing machine tools not only to consider the installation and work in constant temperature room, but in a very high-precision requirements, should be considered in the temperature control machine tools ±0.01°C meridian east of the oil shower thermostatic box, the machine tool must be fully automated process or remotely, it was not at the scene, to avoid human activity and temperature conditions impact on the environment.In order to avoid vibration impact processing accuracy, in addition to the installation of machine tools in the air supports, spring-loaded supports or other effective Gezhen device supports the foundations, the machine tool rotary movement of a motion to strictly, the volume of residual imbalance to be smaller than 0.5 ～1g .mm. At the same time, in order to eliminate and reduce machine tool itself Zhenyuan, a campaign to try to smooth the drivetrain system, such as non-contact pneumatic and liquid transmission, or to avoid using an impact on the transmission, if the gap for the institutions.Zhenyuan vibration frequencies through adjustments (such as changes in rotational speed), or through the quality of machine tool technology systems and spring-loaded cut for the choice of parameters to the vibration frequencies and Zhenyuan machine tool technology systems inherent frequency away from each other, avoid resonance zone, and reduce the impact of vibration on the machine tool.Choice of a high Zunijishuo materials such as natural marble, artificial marble, ceramic, or using the double wall unclear sand cast iron pieces as the structure of machine tools to ensure a high degree of internal decay and external from the vibration, because vibration decay results in direct ratio Zunijishuo (decay index). Under normal conditions, the decay index for 0.006 ～0.008 cast iron, and the degradation of natural marble and artificial marble index respectively 0.02 ～0.04 0.06 ～0.08; unclear sand and the double wall of the metal structure can greatly increase damping, and thus greatly enhance decay vibration effects.The main components of the design is a key indicator of rotation accuracy and rigidity, for the priority use of a low noise temperature axis of electrical or electromagnetic torque and through the membrane and the couplings connected with the main axis of a driven, since the main bearings are used with the functional positioning liquid static pressure spherical bearings structures. The main structure in this precision (radial and axial beating) to 0.01μm. When the pressure of work for 0.3MPa ～0.6MPa, bearings average cut for 200N ～400N/μm, liquid static pressure bearings and 600N ～1000N/μm. But for the sake of not more than 0.05 μmline beating, oil pressure fluctuations should not be greater than the value of 0.01 MPa, fluctuations should not be larger than 0.05°CInto the design to the transmission main requirements are : to ensure effective compensation for the error dynamic precision; 5nm the minimum achievable pulse displacement; After the introduction of amendments to the system of 2nm high positioning accuracy. To this end, the choice to run into the following manner : Gunzhusigang deputy. Characterized by rigidity large, achievable incremental shift to 100nm (0.1μm).Friction transmission. Transmission cut to 50N ～100N/μm, pull-100N, achievable incremental movement to 5nm. Deficiency is the low life expectancy, lack of flexibility.(a) transmission. Only suitable for use in computerized bed.Piezoelectric and magnetostrictive transmission. Movement of less than 5nm can, but the general itinerary of a small, only 100 ～200μm, the majority of cases it is with other transmission methods (such as Gunzhusigang Deputy) portfolio.Since the positioning of static pressure Sigang deputy. Chixing Kok characterized as small (only 10 meridian east), the cut large (up to 100N ～1000N/μm) and can achieve modest incremental displacement. Youwen shortcomings is the guarantee of stability and hydraulic systems more complex.Incremental-hydrauli ctransmission.Cut up 600N/μm,80nm displacement incremental, but oil complex systems.Electromagnetic Sigang Deputy transmission. It is a rare material from the magnetic Tu Sigang mixture of the nut with a coil interaction to achieve transmission. Achievable modest incremental displacement, but cut too low, only 10N/μm.Guide design. Guide is ultra precision processing machine tools, to ensure the realization of sophisticated trace into one of the important elements that have multiple choices, but is most widely used in liquid static pressure guide and guide. The former cut to 6KN ～8KN/μm and 0.02μm ～0.04μm accuracy guarantee displacement 1μm/ 400mm itinerary; For the latter cut 1KN ～2KN/μm, when gas membrane thickness for 4μm ～8μm, and liquid static pressure guide can guarantee the same displacement precision. Static pressure of the liquid and Qguide may be as high as 0.02μm/ 100mm linear.In the overall layout design, ultra-precision machine tool processing structure shall be divided into parts and bearing measurement. At this time, the precision machine tools can achieve largely depends on the validity of measurement systems. Therefore, generally using laser interference devices such as high-precision, high-resolution instruments for measuring devices, and installed in separate supports the measurement framework, and not only the installation of measuringdevices, Abeche principles to be observed in a broader understanding, but also to comply with the principles of Abeche. Abeche principles, to be close to the knife point measurement axis, in order to eliminate the possibility of error by lever principles enlarged. From this standpoint, guide and measuring devices should be located at the same level ground, carrying system in the machine tool to cut and avoid the use of air-shen not constant element.中文翻译超精密加工与超高速加工技术一.技术概述精密、超精密加工是个相对概念，而且随着工艺水平的普遍提高，不同年代有着不同的划分界限，但并无严格统一的标准。
超高速超精密加工技术研究与应用
超高速超精密加工技术研究与应用随着科技日益发展，加工技术也在不断更新迭代。
超高速超精密加工技术已成为当下最具前沿性的研究领域之一。
该技术通过高速旋转和高频振荡等方式，实现对物体表面微观方面的加工。
具有加工精度高、效率快、环保等优点，广泛应用于航空、航天、汽车、电子等行业，并有望在未来成为制造业不可或缺的一环。
一、超高速超精密加工技术发展历程1960年代，美国的机械工程师Jean Wang第一次提出了超精密加工的概念，并开始研究如何在微尺度下进行高效率的加工。
80年代，日本和欧洲等国家开始着手研究这一新型加工技术，并加速了其发展进程。
随着技术的不断成熟，超高速超精密加工技术已经形成了多种类别，包括微加工技术、脉冲激光微成型技术、电子束微细加工技术等。
二、超高速超精密加工技术特点超高速超精密加工技术可以实现对物体表面微观方面的加工，具有以下优点：1. 高效率。
超高速超精密加工技术直接控制物体表面的微观结构，可大大缩短加工时间，提高加工效率。
2. 加工精度高。
该技术能够实现微米甚至纳米级别的加工精度，大大提高了产品的质量和可靠性。
3. 环保。
超高速超精密加工技术不需要使用任何化学物质，对环境没有影响。
三、超高速超精密加工技术应用领域超高速超精密加工技术已经广泛应用于多个领域，以下列举几个典型应用领域：1. 航空航天领域。
超高速超精密加工技术可以制造航空航天器件的复杂结构，并提高其性能。
2. 汽车制造领域。
超高速超精密加工技术可以加工汽车发动机零部件的表面，提高其耐磨性、减少磨擦，并增加其使用寿命。
3. 电子领域。
超高速超精密加工技术可以制造微型电子器件，并提高电子设备的性能。
四、超高速超精密加工技术研究进展目前，超高速超精密加工技术的研究主要集中在以下方面：1. 技术优化。
研究如何进一步提高超高速超精密加工技术的加工效率、精度和稳定性，开发更多更优化的加工工具。
2. 新型材料的加工。
研究如何将超高速超精密加工技术应用于新型材料的加工，比如先进的合金材料和光学材料等。
超高速加工技术的基本概念,技术原理与特点
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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。
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。
先进制造技术第4章超高速加工技术
目前市场上出现的铣削加工机床主轴转速在 20000～60000r/min，最高达到150000 r/min；
20世纪80年代，计算机控制的自动化生产技术的 高速发展成为国际生产工程的突出特点，工业发达国 家机床的数控化率已高达70％～80％。随着数控机 床、加工中心和柔性制造系统在机械制造中的应用， 使机床空行程动作(如自动换刀、上下料等)的速度和 零件生产过程的连续性大大加快，机械加工的辅助工 时大为缩短。在这种情况下，再一味地减少辅助工时， 不但技术上有难度，经济上不合算，而且对提高生产 率的作用也不大。这时辅助工时在总的零件单件工时 中所占的比例已经较小，切削工时占去了总工时的主 要部分，成为主要矛盾。只有大幅度地减少切削工时， 即提高切削速度和进给速度等，才有可能在提高生产 率方面出现一次新的飞跃和突破。这就是超高速加工 技术(Ultra-high speed machining UHSM)得以 迅速发展的历史背景。。
日本约在20世纪60年代开始了对超高速切削机 制的研究，田中义信利用来复枪改制的超高速切削 装置，实现了高达200～700m/s的超高速切削，对主 切削力和加工表面的变形层性能进行研究。指出： 超高速切屑形成完全是剪切作用的结果，随着切削 速度的提高，剪切角急剧增大，工件材料的变质层 厚度与普通速度下相比降低了50％。
W9Mo3Cr4V等。
硬质合金：是由高硬难熔金属碳
化物粉末，以钴或镍为粘接剂，用粉末
冶金的方法制成的。它的硬度可达
74 ～82（90）HRC。目前多用于制 造各种简单刀具，如车刀、铣刀、刨刀 的刀片等。
超高速加工与超精密加工技术
超高速加工与超精密加工技术一、技术概述超高速加工技术是指采纳超硬材料的刃具，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，纤维加强塑料为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。
超高速加工技术重要包括：超高速切削与磨削机理讨论，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掌控技术等。
超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1m，表面粗糙度Ra小于0.025m，以及所用机床定位精度的辨别率和重复性高于0.01m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进展。
超精密加工技术重要包括：超精密加工的机理讨论，超精密加工的设备制造技术讨论，超精密加工工具及刃磨技术讨论，超精密测量技术和误差补偿技术讨论，超精密加工工作环境条件讨论。
二、现状及国内外进展趋势1．超高速加工工业发达国家对超高速加工的讨论起步早，水平高。
在此项技术中，处于领先地位的国家重要有德国、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，进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。
超高速超精密加工技术主要内容
高可靠性
超高速超精密加工技术可以保证加 工过程的稳定性和可靠性，减少故 障和误差。
技术挑战
设备成本高
超高速超精密加工设备成本较高，需要大量的资 金投入。
技术难度大
超高速超精密加工技术难度较大，需要高技能的 技术人员操作和维护。
加工材料有限
纳米级加工技术是利用纳米级的加工工具和工艺来制造纳米 级零件和结构的技术。
详细描述
纳米级加工技术采用特殊的加工工具和工艺，如纳米压印、 纳米光刻等，实现纳米级别的加工精度。该技术能够制造出 具有纳米级精度和复杂结构的零件和结构，广泛应用于微电 子、生物医学等领域。
加工设备与工具
总结词
加工设备与工具是实现超高速超精密加工的关键因素之一。
详细描述
加工设备与工具的精度、稳定性和可靠性对超高速超精密加工的加工效果和效率有着至关重要的影响 。先进的加工设备与工具能够提供更高的加工精度和效率，同时减少误差和故障率，提高加工质量和 效率。
04
技术优势与挑战
技术优势
高效率
超高速加工技术可以大大提高加 工效率，缩短加工时间，降低生
产成本。
高精度
微型机械零件
该技术还可以用于制造微型机械零件，如微型传感器、微型执行器等，以满足微电子领域对高精度、小尺寸零件 的需求。
其他ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ域应用案例
医疗器械领域
超高速超精密加工技术可以用于制造医疗器械，如人工关节、牙科种植体等，以提高其 表面质量和生物相容性。
能源领域
该技术还可以用于制造能源设备，如太阳能电池板、燃料电池等，以提高其光电转换效 率和能量密度。
优化切削参数和刀具路径， 提高工件表面完整性和光 洁度。
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超高速加工与超精密加工技术一、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0.1μ m，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0.01μ m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）。
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。
砂轮材料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等，美国G．E公司50年代首先在金刚石人工合成方面取得成功，60年代又首先研制成功CBN。
90年代陶瓷或树脂结合剂CBN砂轮、金刚石砂轮线速度可达125m/s，有的可达150m/s，而单层电镀CBN砂轮可达250m/s。
因此有人认为，随着新刀具（磨具）材料的不断发展，每隔十年切削速度要提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。
在超高速切削技术方面，1976年美国的Vought公司研制了一台超高速铣床，最高转速达到了20000rpm。
特别引人注目的是，联邦德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所（PTW）从1978年开始系统地进行超高速切削机理研究，对各种金属和非金属材料进行高速切削试验，联邦德国组织了几十家企业并提供了2000多万马克支持该项研究工作，自八十年代中后期以来，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。
瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床。
日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达36000~40000r/min，工作台快速移动速度为36~40m/min。
采用直线电机的美国Ingersoll 公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。
在高速和超高速磨削技术方面，人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即HEDG）、多片砂轮和多砂轮架磨削等许多高速高效率磨削，这些高速高效率磨削技术在近20年来得到长足的发展及应用。
德国Guehring Automation公司1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kw强力CBN砂轮磨床，Vs达到140~160m/s。
德国阿享工业大学、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，并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。
德国Bosch 公司应用CBN砂轮高速磨削加工齿轮齿形，采用电镀CBN砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺，加工16MnCr5材料的齿轮齿形，Vs＝155m/s，其Q'达到811mm3/mm.s，德国Kapp公司应用高速深磨加工泵类零件深槽，工件材料为100Cr6轴承钢，采用电镀CBN砂轮，Vs达到300m/s，其Q`＝140mm3/mm.s，磨削加工中，可将淬火后的叶片泵转子10个一次装夹，一次磨出转子槽，磨削时工件进给速度为1.2m/min，平均每个转子加工工时只需10秒钟，槽宽精度可保证在2μ m，一个砂轮可加工1300个工件。
目前日本工业实用磨削速度已达200m/s，美国Conneticut大学磨削研究中心，1996年其无心外圆高速磨床上，最高砂轮磨削速度达250m/s。
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。
2．超精密加工超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。
这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。
美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。
早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μ m），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。
用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。
如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件?2100mm、重量4500kg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（包括X光天体望远镜）等。
该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。
该机床与该实验室1984年研制的LODTM大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的大型金刚石超精密车床。
在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。
如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1μ m ，表面粗糙度Ra<10nm。
日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。
日本的研究重点不同于美国，前者是以民品应用为主要对象，后者则是以发展国防尖端技术为主要目标。
所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。
我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。
北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达0.025μ m 的精密轴承、JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动－位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平。
航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。
哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。
清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。
此外中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。
但总的来说，我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。
超精密加工技术发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。
21世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工技术的关键十年。
三、“十五”目标及主要研究内容1．目标超高速加工到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。
2．主要研究内容（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，使刀具的切削速度达到国外工业发达国家90年代末的水平，磨具的磨削速度达到150m/s以上。
（5）超高速加工测试技术研究。
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。
（6）超精密加工的加工机理研究。
“进化加工”及“超越性加工”机理研究；微观表面完整性研究；在超精密范畴内的对各种材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。
（7）超精密加工设备制造技术研究。
纳米级超精密车床工程化研究；超精密磨床研究；关键基础件，如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究；超精密机床总成制造技术研究。